СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ УКАЗАННОГО СПОСОБА Российский патент 2015 года по МПК H02K11/00 G01R31/34 

Область, техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области вращающихся электрических машин. Оно относится к способу контроля функционирования вращающейся электрической машины, в частности, асинхронной машины двойного питания с диапазоном мощности 20-500 МВА согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения. Изобретение также относится к системе контроля для осуществления указанного способа.

Уровень техники

Асинхронные машины двойного питания с диапазоном мощности 20 - 500 МВА могут использоваться для производства энергии с переменной скоростью. Эти машины характеризуются распределенной трехфазной обмоткой ротора. Обмотка ротора содержит отдельные стержни, которые утоплены в пазах многослойного пакета ротора. В передней части обмотки отдельные стержни соединены с обмоткой. Ток подается по меньшей мере, через три коллекторных кольца, которые крепятся к валу на торце машины. Часть конструкции такой машины показана в весьма упрощенном виде на Фиг.1. Асинхронная машина 10, показанная на Фиг.1, имеет ось 13 машины. Вокруг оси вращается центральный корпус 11, имеющий вал, на котором расположены коллекторные кольца 12. Вокруг центрального корпуса 11 расположен многослойный элемент 14 ротора, который под передней частью 16 обмотки ротора соединен со вспомогательным кольцом 20. Многослойный элемент 14 ротора концентрично окружен многослойным элементом 15 статора, в котором расположена обмотка статора, которая на конце элемента выступает наружу за счет передней части 17 обмотки статора. Многослойный элемент 14 ротора показан в увеличенном виде на Фиг.2.

Поскольку роторы асинхронных машин двойного питания имеют обмотку 18 ротора, эта обмотка должна быть защищена от воздействия центробежных сил. Многослойный пакет ротора используется в первую очередь для поглощения этих сил и в то же время образует путь магнитного потока. Вспомогательное кольцо 20 используется для поглощения центробежных сил, которые воздействуют на переднюю часть 16 обмотки ротора. Вспомогательное кольцо 20, а также многослойный элемент 14 ротора содержат многослойные листы, которые спрессованы в осевом направлении для образования слоистого материала. Нажимная плита 19 используется для распределения давления, прикладываемого стяжными болтами 21 или срезными болтами 22 к листам многослойного пакета ротора (см., например, DE-A1-19513457 или DE-A1-1020007000668). Аналогичные условия также используются в многослойном элементе 15 статора.

К многослойному элементу 14 ротора предъявляются различные требования. На Фиг.2 показано базовое разделение на электрический участок 14a и механический участок 14b. Прежде всего должно быть обеспечено достаточное осевое давление в зубцах между слоями листов для обеспечения однородности элемента. Во избежание вибраций слои не должны быть ослабленными, поскольку относительные перемещения зубьев и обмотки 18 ротора могли бы повредить изоляцию. Во-вторых, давление не должно быть слишком высоким во избежание повреждения изолирующих слоев между отдельными листами, поскольку такое повреждение могло бы привести к увеличению потерь.

Стяжные болты в статоре или роторе расположены в магнитоактивной части соответствующего многослойного элемента. Во время работы мотор-генератора основная волна магнитного потока распространяется по стяжным болтам в статоре при номинальной частоте. Во время работы на стяжные болты 21 в роторе асинхронной машины двойного питания оказывается воздействие при частоте скольжения. С другой стороны, во время фазы разбега ротор асинхронной машины и, следовательно, стяжные болты 21 ротора подвергаются действию номинальной частоты.

В результате изменения потока, который распространяется по болтам, в болтах индуцируется напряжение. Если бы болты находились в прямом контакте с многослойным элементом, через болты могли бы протекать высокие токи. Во избежание протекания этих токов болты крепятся в отверстиях статора и ротора соответственно с помощью изоляторов, или они изолируются по всей длине. Таким образом, потенциал болтов не образуется. Во время установки машины изоляция каждого болта по отношению к многослойному элементу тщательно проверяется. Машина может быть запущена только в случае, если все болты достаточно хорошо изолированы по отношению к многослойным элементам. Изоляция болтов проверяется повторно с заданными интервалами при выполнении работ по техническому обслуживанию. В этом случае машина предварительно должна быть выведена из эксплуатации.

Во время эксплуатации с течением времени в проходах для болтов может скапливаться грязь через вентиляционные каналы. Это ведет к утечке тока. Если грязь содержит металлические частицы, возможно возникновение токопроводящих контактов между болтами и многослойным корпусом. При возникновении нескольких контактов на одном или различных болтах протекание высокого тока может привести к серьезному повреждению машины. По этой причине также представляет интерес контроль изоляции болтов во время эксплуатации.

В принципе, имеется возможность измерить наведенное напряжение на болте. Если бы через болты протекал нежелательный ток, это теоретически могло бы быть обнаружено посредством изменения прикладываемого напряжения. Однако изменение напряжения в случае небольших токов будет таким незначительным, что эту возможность сложно осуществить на практике.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ контроля работы вращающейся электрической машины, с помощью которого изоляция стяжных болтов в многослойном элементе статора и/или ротора может контролироваться непосредственно во время работы машины, и определить систему контроля для осуществления указанного способа.

Эта задача решается с помощью всех отличительных признаков п.1 и 5.

Важным является то, что согласно изобретению электрическая изоляция стяжных болтов измеряется непрерывно во время работы машины, при этом каждый из стяжных болтов настраивается на заданный потенциал относительно соответствующего многослойного элемента с помощью источника напряжения и измеряется и оценивается ток через источник напряжения и/или через соответствующий стяжной болт.

Особенностью способа по изобретению является то, что если превышаются заданные значения тока, протекающего через стяжной болт или болты, инициируется аварийный сигнал и возможный аварийный останов машины.

Используемый источник напряжения может быть источником напряжения постоянного тока.

Однако также имеется возможность использовать в качестве источника напряжения источник напряжения постоянного тока с наложенным переменным напряжением.

Система контроля по изобретению характеризуется тем, что она имеет источник напряжения, который соединен с многослойными элементами и со стяжными болтами, и предусмотрены средства для измерения тока через стяжные болты, и указанные средства соединены с блоком контроля.

В частности, средства для измерения тока, протекающего через стяжные болты, содержат датчики тока, которые установлены в цепь, образованную из источника напряжения, стяжного болта и многослойного элемента.

Все стяжные болты, подвергаемые контролю, могут быть соединены с общим источником напряжения.

Однако для каждого подвергаемого контролю стяжного болта также может быть выделен заданный датчик тока, и токи, измеряемые датчиками тока, могут оцениваться в блоке контроля.

Особенность системы контроля состоит в том, что индикатор аварийного сигнала соединен с выходной стороной блока контроля.

Однако выходная сторона блока контроля также может быть соединена с системой управления машины для управления вращающейся электрической машиной.

В принципе, источник напряжения может быть источником напряжения постоянного тока.

Однако источник напряжения также может быть образован источником напряжения постоянного тока с наложенным переменным напряжением.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет более подробно описано ниже с помощью примерных вариантов выполнения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 - сильно упрощенное изображение части асинхронной машины, пригодной для применения изобретения;

Фиг.2 - увеличенная часть конструкции многослойного элемента ротора машины из Фиг.1, включающая нажимную плиту, используемую для стяжки многослойного элемента ротора, и различные болты по примерному варианту выполнения изобретения; и

Фиг.3 - сильно упрощенная блок-схема системы контроля для контроля изоляции стяжного болта по примерному варианту выполнения изобретения.

Осуществление изобретения

Основная идея контроля по настоящему изобретению состоит в определении плавающего потенциала стяжных болтов с помощью четко определенного источника напряжения. С этой целью каждый болт подключен к источнику напряжения, который устанавливает потенциал либо по заданному напряжению постоянного тока, либо по напряжению постоянного тока с наложенным переменным напряжением. Контроль тока, протекающего через источник напряжения, может инициировать аварийный сигнал или аварийный останов машины в случае превышения заданных значений. Имеется возможность выполнения контроля тока для каждого отдельного стяжного болта или всех болтов вместе.

Соответствующая система контроля показана на Фиг.3 с помощью примера стяжных болтов 21 ротора. Каждый из концов стяжных болтов 21 ротора, выступающих из вспомогательного кольца 20, по примерному варианту выполнения, показанному на Фиг.3, соединен с одним полюсом источника 24 напряжения. Другой полюс источника 24 напряжения соединен с самим вспомогательным кольцом 20 или многослойным элементом ротора. Таким образом, для каждого стяжного болта 21 образована цепь 26, которая практически является замкнутой, когда изоляция между стяжным болтом 21 и многослойным элементом значительно ограничена.

В случае заданного напряжения на источнике 24 напряжения ток, протекающий через цепь 26, является мерой состояния изоляции. Имеется возможность определить значение тока, при котором в случае его превышения выдается предупредительный, или аварийный сигнал, или машина непосредственно останавливается. Если датчик 25 тока установлен в каждой цепи 26, состояние изоляции каждого стяжного болта 21 можно определять и контролировать по отдельности с помощью измеряемого и оцениваемого тока в соответствующей цепи 26. Это дает возможность в случае ремонта сосредоточиться на болтах, через которые по их цепи протекает наибольший ток.

Однако также имеется возможность измерять только ток, протекающий через источник 24 напряжения, который представляет собой сумму токов в отдельных цепях 26 и соответственно отражает общее состояние изоляции всех стяжных болтов 21 вместе. В случае ремонта необходимо определить отдельно, какой из стяжных болтов 21 по существу отвечает за протекание измеряемого тока.

В принципе, используемый источник 24 напряжения может быть источником постоянного тока. Однако во избежание или для подавления помех может оказаться полезным наложение переменного напряжения на напряжение постоянного тока, что позволяет измерять переменное напряжение с соответствующими преимуществами.

Для управления и контроля источника 24 напряжения этот источник соединяется с центральным блоком 23 контроля, который в то же время принимает и оценивает значения, измеряемые с помощью датчиков 25 тока. С одним выходом блока 23 контроля соединен (акустический или оптический) индикатор 28 аварийного сигнала, который в случае превышения заданного значения измеряемых токов выдает аварийный сигнал. Другой выход блока 23 контроля как вариант соединен с системой 29 управления машиной, которая в таком случае или в случае превышения более высокого ограничивающего значения выполняет аварийный останов, который служит для остановки машины во избежание более серьезного повреждения.

Уровень подаваемого напряжения и ограничивающие значения для измеряемого тока зависят в значительной степени от особенностей конструкции многослойного элемента и изоляции стяжных болтов и должен согласовываться с соответствующими условиями.

Перечень обозначений

10 Асинхронная машина 11 Центральный корпус (с валом) 12 Коллекторное кольцо 13 Ось 14 Многослойный элемент ротора На Электрический участок 14b Механический участок 15 Многослойный элемент статора 16 Передняя часть обмотки ротора 17 Передняя часть обмотки статора 18 Обмотка ротора 19 Нажимная плита 20 Вспомогательное кольцо 21 Стяжной болт 22 Срезной болт 23 Блок контроля 24 Источник напряжения 25 Датчик тока 26 Цепь 27 Система контроля 28 Индикатор аварийного сигнала 29 Системы управления машиной

Изобретение относится к способу контроля функционирования вращающейся электрической машины, в частности асинхронной машины двойного питания с диапазоном мощности 20-500 МВА. Техническим результатом является обеспечение надежного контроля изоляции стяжных болтов непрерывно во время работы вращающейся электрической машины. Предложен способ контроля функционирования вращающейся электрической машины, которая содержит: ротор, вращающийся вокруг оси и концентрично окруженный статором; ротор и статор содержат многослойный элемент ротора и многослойный элемент статора соответственно, собранные из уложенных слоями листов и спрессованные в осевом направлении с образованием слоистого материала и сжатые с помощью электрически изолированных стяжных болтов, проходящих через многослойный элемент ротора и многослойный элемент статора в осевом направлении и изолированных относительно многослойных элементов, причем на каждый из стяжных болтов подают заданный потенциал относительно соответствующего многослойного элемента с помощью источника напряжения и измеряют и оценивают протекание тока через источник напряжения и/или через соответствующий стяжной болт. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля функционирования вращающейся электрической машины, в частности, асинхронной машины (10) двойного питания с диапазоном мощности 20 - 500 MBA, содержащей ротор (11, 14), вращающийся вокруг оси (13) и концентрично окруженный статором (15, 17), причем ротор (11, 14) и статор (15, 17) содержат многослойный элемент (14) ротора и многослойный элемент (15) статора, соответственно, собранные из уложенных слоями листов и спрессованные в осевом направлении с образованием слоистого материала, и сжатые с помощью электрически изолированных стяжных болтов (21), проходящих через многослойный элемент (14) ротора и многослойный элемент (15) статора в осевом направлении и изолированных относительно указанных многослойных элементов (14, 15), отличающийся тем, что во время работы машины непрерывно измеряют электрическую изоляцию стяжных болтов (21), причем на каждый из стяжных болтов (21) подают заданный потенциал относительно соответствующего многослойного элемента ротора (14) или статора (15) с помощью источника (24) напряжения, и измеряют и оценивают ток, протекающий через источник (24) напряжения и/или через соответствующий стяжной болт (21).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при превышении заданных значений тока через стяжной болт или болты (21), инициируют аварийный сигнал и/или аварийный останов машины.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве источника (24) напряжения используют источник напряжения постоянного тока.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве источника (24) напряжения используют источник напряжения постоянного тока с наложенным переменным напряжением.

5. Система (27) контроля для осуществления способа по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что содержит источник (24) напряжения, подключенный к многослойным элементам (14, 15) и к стяжным болтам (21), и средства (25) для измерения тока, протекающего через стяжные болты (21), причем средства (25) для измерения тока соединены с блоком (23) контроля.

6. Система контроля по п.5, отличающаяся тем, что средства для измерения тока, протекающего через стяжные болты (21), содержат датчики (25) тока, включенные в цепь, образованную из источника (24) напряжения, стяжного болта (21) и многослойного элемента (14, 15).

7. Система контроля по п.5 или 6, отличающаяся тем, что все контролируемые стяжные болты (21) подключены к общему источнику (24) напряжения.

8. Система контроля по п.7, отличающаяся тем, что каждому контролируемому стяжному болту (21) выделен соответствующий датчик (25) тока, причем токи, измеряемые датчиками (25) тока, оцениваются в блоке (23) контроля.

9. Система контроля по любому из пп.5, 6, 8, отличающаяся тем, что индикатор (28) аварийного сигнала подключен к выходу блока (23) контроля.

10. Система контроля по п.7, отличающаяся тем, что индикатор (28) аварийного сигнала подключен к выходу блока (23) контроля.

11. Система контроля по любому из пп.5, 6, 8, 10, отличающаяся тем, что выход блока (23) контроля соединен с системой (29) управления машиной для управления вращающейся электрической машиной (10).

12. Система контроля по п.7, отличающаяся тем, что выход блока (23) контроля соединен с системой (29) управления машиной для управления вращающейся электрической машиной (10).

13. Система контроля по п.9, отличающаяся тем, что выход блока (23) контроля соединен с системой (29) управления машиной для управления вращающейся электрической машиной (10).

14. Система контроля по любому из пп.5, 6, 8, 10, 12, 13, отличающаяся тем, что источником (24) напряжения является источник напряжения постоянного тока.

15. Система контроля по п.7, отличающаяся тем, что источником (24) напряжения является источник напряжения постоянного тока.

16. Система контроля по п.9, отличающаяся тем, что источником (24) напряжения является источник напряжения постоянного тока.

17. Система контроля по п.11, отличающаяся тем, что источником (24) напряжения является источник напряжения постоянного тока.

18. Система контроля по любому из пп.5, 6, 8, 10, 12, 13, отличающаяся тем, что источником (24) напряжения является источник напряжения постоянного тока с наложенным переменным напряжением.

19. Система контроля по п.7, отличающаяся тем, что источником (24) напряжения является источник напряжения постоянного тока с наложенным переменным напряжением.

20. Система контроля по п.9, отличающаяся тем, что источником (24) напряжения является источник напряжения постоянного тока с наложенным переменным напряжением.

21. Система контроля по п.11, отличающаяся тем, что источником (24) напряжения является источник напряжения постоянного тока с наложенным переменным напряжением.