Электрическая машина с устройством для контроля витковых замыканий в обмотке ротора Советский патент 1986 года по МПК H02K11/00 H02K15/00 G01R31/06 

I

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к устройствам для контроля витковых еамы- каний в роторах неявнополюсных синхронных машин, например турбогенераторов.

Цель изобретения - повышение точности фиксации дефекта.

На фиг. 1 показано относительное расположение датчиков на сердечнике статора, которые выступают в воздушный зазор по направлению к обмотке ротора; на фиг. 2 - блок-схема устройства; на фиг. 3 - хар актерные формы импульсов напряжения (ЭДС) на катушках датчиков, формирователе импульсов и отметчике.

Устройство содержит датчики 1 и 2 магнитной индукции, вьшолненные, например, в форме катушек или преобразователей Холла, закрепленные одним из известных способов на стороне 3 и вьщвинутые в воздушный зазор 4 йблизи поверхности ротора 5. Датчики 1 и 2 смещены в тангенциальном направлении один относительно другого на р |1 электрических радиан,где р - число пар полюсов электрической машины, и ориентированы к одной и той ЖЕ составляющей магнитного поля например тангенциальной, и соответственно подключены на входы блоков 6 и 7 выпрямления (фиг.2), выходы которых соответственно подключены на входы блоков 8 и 9 формирования импульсов, выходы которых подключены к одному из входов блоков 10-и 11 распределителей соответственно, на стартовые О , б входы которых подключен выход блока 12 измерения углового положения ротора, этот же выход (блока 12) подключен к одному из входов блоков 13 и 14 пиковых детекторов.

Блоки 10 и 11 распределителей одними из своих выходов подключены на входы блоков 15 и 16 аналоговых ключей, а другими - на входы блока 17 управления записью.

Блоки 13 и 14 пиковых детекторов связаны также с блоками 15 и 16 аналоговых ключей своими входными цепями, а выходными соответственно связаны с блоком 18 cyм D poвaния, который своим вЕ 1ходом соединен с блоком 19 компараторов, соединенным своими выходными цепями с блоком 20 регистра памяти, имеющим также связь по 11:-.одн -1м цепям с плоксм 1 7 управления

052342,

записью,а по выходным цепям - с блоком 21 индикации.Позициями 22 и 23 обозначены сигналы с датчиков 1 и 2, пози- цией 24 - сигнал кривизны, вырабатываемый блоком измерения углового положения ротора; позицией 25 - прямоугольные импульсы на выходе блоков 8 и 9 формирования импульсов.

Блоки 6 и 7 вьшрямления выполня- ig ются в виде широко известных схем активного однополупериодного вьтрям- ления.

Положительные импульсы с блока 6 выпрямления поступают на блок 8 фор-- „ мирования импульсов, который может представлять собой операционньш усилитель в компараторном включении.

Б блоке 8 формирования импульсов информационные сигналы с выхода блока 6 вьшрямления, которые представляют собой положительные полуволны напряжения вида 22(фиг.3),.преобразуются в прямоугольные и fflyльcы напряжения, которые имеют вид 25 (фиг.З). 25 з-за наличия опорного напряжения длительность выходных импульсов 25 будет несколько меньше длительности полуволн входных импульсов 22. Однако укорочение импульсов в устройстве не сказывается отрицательно на работе схемы.

Отрицательные импульсы с блока 7 выпрямления поступают на блок 9 формирования импульсов (фиг.4), которьм

работает аналогично блоку 8 формиро- 35

20

30

40

вания импульсов с той разницей, что отрицательные импульсы, поступающие на этот блок, предварительно инвертируются на первом операционном усилителе и уже положительные полуволны поступают на второй опера- гщонный усилитель, который включен по схеме, аналогичной включению операционного усилия в блоке 8 формирования имтЕульсов. На выходе блока 9

формирования импульсов формируется последовательность импульсов 25 (фиг.З).

На выходе блока 12 измерения углового положения ротора выходные им50 пульсы имеют вид 24 (фиг.З). Причем датчик углового положения ротора, входящий в этот блок, устанавливается таким образом, чтобы серия импульсов с его выхода не пересекалась

55 с сериями импульсов 25 с выходов блоков 8 и 9 формирова}шя импульсов, т.е. импульсы 24 появлялись бы в момент пауз1,1 в nocjte-довательностях

3

импульсов 25. 3 общем случае из-за неточности в установке датчиков 1 и 2 в пространстве (практически трудн точно вьщержать yrort li р электрических радиан), а также в результате вибраций датчиков 1 и 2 при работе электрической машины последовательности импульсов 22 и 23 не совпадают во времени (на фиг. 3 они показаны совпадающими), а следовательно, и последовательности 25 с выходов блоков 9 и 8 формирования импульсов также оказьшаются смещенными друг относительно друга.

Блоки 10 и 11 распределителей могут иметь различные схемные решения и вьшолняют функции распределения импульсов, последовательного код в параллельньй. Блоки 10 и 1,1 распрделителей могут быть вьщолнены, например, на основе регистра последовательного приближения 6, схемотехника и работа которого аналогична микросхеме К155ИР17.

Блоки 15 и 16 аналоговых ключей представляют собой наборы ключей, предназначенных для коммутации аналоговых сигналов.

При сигнале управления, соответствующем О предполагается замыкание ключа, а 1 - размыкание. Вход всех ключей обьединены в общую точк на которую подается информационньш сигнал: с выхода блока 6 вьтрямле- ния - положительные полуволны, с выхода блока 7 вьшрямления - отрицательные полуволны. Выходы ключей каждого блока 15 и 16 аналоговых ключей раздельные. Управление каждым ключом также раздельное с выходов соответствующих блоков 10 и 11 распределителей. Количество ключей в блоках 15 и 16 аналоговых ключей .равны и выбираются равными числу катушек в полюсе, например 10 (п 10).

Число катушек в полюсе п определет также количество необходимых выходов блока 10 распределителя (выходных разрядов микросхемы 6). В каждом конкретном случае количество разрядов дьлжно быть больше числа катушек в полюсе, но меньше суммарного числа катушек в двух полюсах.

Снизу эта величина ограничена количеством ключей, которыми управляют выходами блока распределителя 10 и 11, а сверху - необходимостью

052344

завершения цикла распределения, о чем свидетельствует появление сигнала на выходе микросхемы 6, по окончании серии импульсов 25. Например, . число разрядов может быть равно 12 (), что соответствует микросхеме К155ИР17.

Блоки 13 и 14 пиковых детекторов состоят из схем пиковых детекторов,

10 каждая из которых включает в себя диод, конденсатор и разрядный ключ. На конденсаторах происходит запоминание амплитудных значений положительных полуволн последовательности

22 и отрицательных последовательности 23.

Блок сумматоров 18 представляет собой, например, п классических схем () инвертирующих сумматоров. Два

20 входа любого сумматора подключены к соответствующим выходам блоков пиковых детекторов 13 и 14. Кроме того, на оба входа каждого сумматора поступают сигналы, несущие информацию

25 о состоянии однотипных катушек разных полюсов. Рели, например, положительная амплитуда второго импульса последовательности 22 через ключ блока 15 аналоговых ключей через пиковый детектор блока 13 пиковых детекторов поступает на первый вход сумматора блока 18 сумматоров, то соответственно отрицательная амплитуда второго импульса последовательности 23 через ключ блока 16 аналоговых ключей через пиковый детектор блока 14 пиковых детекторов поступает на второй вход того же сумматора блока 18 сумматоров. Таким образом, если количество сумматоров равно 10 в блоке 18 сумматоров, то он имеет 20 входов и 10 выходов.

Блок 19 коммутаторов содержит п схем компараторов для допускового контроля текущего значения напряже5. НИН с выходов блока 18 сумматоров (). При отсутствии сигналов с выходов блока 18 сумматоров выходные сигналы с блока 19 компараторов равны нулю. Уровни срабатывания каж0 дого сдвоенного компаратора определяются установкой величины подстроенных резисторов.

Блок 20 регистра памяти может быть собран на D-триггерах, тактиру5 емых импульсом.Выходная информация таких триггеров устанавливается равной информации на входе D в момент равенства 1 на входе С. При наличии

30

5

s

1

на входе С О триггер не реагирует на информационный сигнал по входу D

Возможным логическим состояниям (отсутствие витковых замыканий в обеих однотипных катушках разных полюсов, витковое замыкание в одной из катушек из двух однотипных катушек) соответствует уровень 1 на выходе блока 20 регистра памяти, который при 10 катушках имеет 20 входов и 30 выходов. Если необходим использовать информахщю о наличии витковых замыканий для дальнейшей обработки на ЭВМ, то могут применятся более сложные элементы памяти в блоке 20 регистра памяти, содержащие, например, кроме цепи записи и цепь считьшания.

Работа -устройства заключается в следующем.

Как уже отмечалось, в общем случае последовательности импульсов: отрицательные полуволны с выхода блока 7 вьтрямпения и положительные полуволны с выхода блока 6 импульсо не совпадают в® времени.

Когда с выхода блока 7 вьпхрямле- ния появляется импульс, несущий информацию о состоянии катушки второг полюса, с выхода блока 1Т распреде- ния формируется сигнал управления, которьш замыкает ключ в блоке 16 аналоговьрс ключей и пропускает импульс с выхода блока 7 выпрямления на свою ячейку блока 14 пиковых детекторов для запоминания. Ввиду того, что происходит запоминание амплитудного значения импульса,устройство не критично к фазовому сдвигу между началом импульса с выхода блока 7 выпрямпения и моментом открывания ключа в блоке 16 аналоговы ключей. Этот фазовый сдвиг должен быть меньше половины длительности импульса с выхода блока 7 вьтрямпения. Этого допуска вполне достаточн я осуществления помехоустойчивого формирования логической последова- тельности блоком 9 формирования импульсов и блоком 11 распределителя.

Таким же образом происходит запоминание амплитуд импульсов, несущих информацию о состоянии всех катушек второго полюса в соответствующие ячейки пиковых детекторов бло- ка 14.

Аналогичным образом осуществляется запись амплитуд импульсов с вы

1205234

0 5

0

5-

о

5

5

хода блока 6 выпрямпения в ячейки блока 13 пиковых детекторов. Устройство не критично к фазовым сдвигам между последовательностями сигналов с выходов датчиков 1 и 2. Например, пусть последовательность выходных импульсов 23 опережает во времени последовательность импульсов 22. Тогда по окончании 10-го импульса с выхода блока 7 выпрямления все ключи блока аналоговых ключей 16 размыкаются, а информация о состоянии всех десяти катушек второго полюса хранится в ячейках блока 14 пиковых детекторов. Импульсы с выхода .блока 7 выпрямпения, следующие за десятки уже не записываются в блок 14 пиковых детекторов, а лишь преобразуются в логические импульсы и воздействуют на блок 11 распределения . С приходом 12-го импульса , информащ я (О) устанавливается на выходе Конец прео.бразования. Все дальнейшие импульсы не изменяют этого состояния микросхемы, а следовательно, и выходов с блока 11 распределения. Таким образом, устрой-, ство ждет окончания преобразования записи в ячейки блока 13 пиковых детекторов, процесс записи в которые запаздывает.

Процесс записи амплитудньк значений в ячейки блока 13 пиковых детекторов происходит аналогично процессу записи в ячейки блока 14 пиковых детекторов.

В течение времени, когда происходит запись в ячейки блока 14 :или 13 пиковых детекторов, на выходе блока 17 управления записью присутствует -уровень О. Поэтому элементы памяти в блоке 20 регистра памяти не воспринимают поступающую с выходов компараторов блока 19 компараторов информацию.

С приходом 12-го импульса с выхода блока 6 выпряиления появляется импульс Конец преобразования на ,е блока 10 распределения (О). Выходы Конец преобразования с блоков 11 и 10 распределения поступают на элемент 2 ИЛИ-НЕ блока 17 управления записью и на. схему формирова- ния импульса. На выходе блока 17 управления записью 17 формируется коротк1Ш импульс, в течение которого осуществляется запись информации с выходов компараторов блока 19 ком7

параторов в ячейки памяти блока 20 регистра памяти. К этому моменту заканчиваются переходные процессы в схеме и на всех выходах компараторов блока 19 компараторов присутст- вует цифровой код (высокие или низкие уровни напряжения, согласованные с уровнями цифровых микросхем), который не изменяется в момент записи в ячейки памяти блока 20 регистра памяти, что обеспечивает стабильную и надежную запись информации. Длительность импульса перезаписи должна быть достаточна для срабатывания элементов памяти блока 20 регистра памяти.- Информация с выходов блока 20 регистра памяти сохраняется без изменения до прихода следующего импульса с блока 17 управления записью

Сигналом 24 с блока 12 измерения угла положения ротора осуществляется установка в исходное состояние блоков 10 и 11 распределителей и сбрасы ваются в нуль напряжения на запоминающих конденсаторах в блоках 14 и 13 пиковых детекторов. После этого появляются последовательности импуль сов 22 и 23 и повторяется процесс записи аналоговых сигналов в блоки 13 и 14 пиковых детекторов и цифрово го кода в блок 20 регистра памяти.

Устройство обеспечивает контроль витковых замыканий обмоток ротора при эксплуатации машины. При этом ycTpo/icTBo может быть настроено на определенную величину сигнала на выходе блока 18 сумматоров. Это обеспечивает возможность автоматического выявления наиболее опасного, например катушечного, замыкания и менее опасного, например замыкание одного витка.

Устройство обеспечивает также автоматический поиск номера дефектной (с витковым замыканием) катушки ротора.

При работе машины обеспечивается надежный автоматический контроль и защита обмотки ротора турбогенератора от витковых замыканий при невысоких требованиях к точности установки датчиков и к эксплуатационным условиям, что повышает точность фиксации дефекта. Кроме того, предложенное устройство позволяет опреде- лить интенсивность этого замыкания и степень его опасности для работающей машины.

р

мула из

8 обр

е т е н и я

5 0 is

0 5 Q

5

5

0

5

0

Электрическая машина с устройством для контроля витковых замыканий в обмотке ротора с п-катушками на полюсе, содержащая два датчика магнитной индукции, установленные в воздушном зазоре машины у поверхности ротора, при этом второй датчик смещен относительно первого по окружности статора на р1Г электрических радиан (р - число пар полюсов) , блок измерения углового положения ротора, блок индикации, первый блок формирования импульсов, ,отличающаяся тем, что, с целью повышения точности фиксации дефекта, машина снабжена вторым блоком формирования импульсов, .двумя блоками вьтрямпения, двумя блоками распределителей со,стартовым и информационным входом каждый и с числом выходов, превьштающих число катушек на полюсе, двумя блоками аналоговых ключей, двумя блоками пиковых детекторов с информационными и стартовым входами каждый, блоком суммирования, блоком компараторов, регистр.ом памяти с информационными и стартовым входами и блоком управления записью, причем количество ключей, пиковых детекторов, сумматоров и компараторов в каждом из соответствующих блоков выбрано равным количеству П катушек на полюсе, а блок регистра памяти снабжен 2п-входами и Зп-выхода- ми, выход каждого из датчиков подключен к входу соответствующего блока вьшрямления, один из выходов которого соединен с входом блока формирования импульсов и с информа- ционным входом ключей каждого из блока аналоговых ключей, при этом выход каждого блока формирования импульсов подключен к информационному входу соответствующего блока распределения, а выходы соответствующего блока аналоговых ключей - к управляющим входам ключей, при этом выходы последних подсоединены к входам пиковьЕх детекторов каждого из блоков пиковых детекторов, причем к двум входам каждого сумматора из блока сумматоров подключен выход пикового детектора из перв.ого и второго блоков пиковых детекторов, а выход каждого из сумматоров подключен к входу соответствующего компа-ратора блока компараторов, выходы которых соединены с входами регистра памяти, подключенного к блоку индикации, при этом выход блока измерения углового положения ротора подсоединен к стартовым входам каж1205234 10

дого из блоков распределения и пиковых детекторов для их начальной установки, выходы блоков управления соединены с входами блока управле- 5 иия записью,выходкоторого подключен К стартовомувходу регистрапамяти.

H lsrLr

Ж

сриг,1

Изобретение позволяет повысить точность фиксации дефекта витковых замыканий в обмотке ротора. Электрическая машина содержит два датчика магнитной индукции, установленные в воздушном зазоре машины, смещенные относительно друг друга. Машина снабжена блоками выпрямления, пиковых, детекторов, суммирования, компараторов, регистром памяти. Эти блоки дозволяют обеспечить контроль витковых замыканий при эксплуатации. Устройство обеспечивает .автоматический поиск номера дефектной (с витковым замыканием) катушки ротора, а также позволяет судить об интенсивности замыкания и степени его опасности ДЛЯ- работающей машины. 3 ил. I сл IND о ел N3 00 41

Фиг-2.

7-1 2-I/3-II/-IS-IH 7-IS 9-imi(Hr9 8 7S I5irfS3-ff2 1-Ж

7-S- H3- r 5f6S: 7- Г8-1 3-ЛШ10-13 8-17-1 6-15-1 tf-IЗ-П-IГ-I ih

2

::

25

1 г 3 A 7 8 9 W 11 n 13 ТВ 17 18 73 20

фиг.З