Устройство для диагностики щеток электрической машины Советский патент 1988 года по МПК H01R39/58 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам диагностики (Цеточно-контактных аппаратов (ЩКА) электрргческих машин путем измерения переходных падений напряжений в скользящем контакте разноименных полюсов.

Цель изобретения - повьшение навания второго дросселя 10 последовательно с второй обмоткой 15 подма - ничивания третьего дросселя 13 и то- коограничиваюиу1м резистором 18 - к измерительной 6 и контролируемым 4 щеткам положительного полюса. Обмотка 9 переменного тока первого дросселя 7 последовательно с токоограничидежности работы и безопасности обслу-)д ваюпщм резистором 19 и измерительным живания, расширение функциональных

прибором 20, обмотка 12 переменного тока второго дросселя 10 последовательно с токоограничивающим резистором 21 и измерительным прибором 22, а также обмотка 16 переменного тока третьего дросселя 13 последовательно ,с токоограничивающим резистором 23 и измерительным прибором 24 подключены к источнику 25 переменного тока, В качестве измерительных приборов 20, 22 и 24 могут быть использованы амперметры разных типов, пороговые токовые элементы на базе полупроводников, токовые электромеханические реле, вторичные преобразователи переменного тока в унифицированньй сигнал и т,п, Токоограничиваю1цие резисторы 17-19, 21 и 23 служат для ограничения токов через обмотки дросселей, так как при насыщении дросселя сопротивления его обмоток переменному току резко уменьшаются.

возможностей.

На фиг,1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг, 2 и 3 - схема соединения обмоток подмаг- ничивания и конструкции дросселей; на фиг. 4 - зависимости переходного падения напряхсения под электрощетками разных полярностей и разности падения этих напряжений от плотности тока.

Устройство для диагностики щеток электрической машины содержит ротор 1 синхронной машины с обмоткой 2 возбуждения и контактными кольцами 3 Контролируемые щетки 4 разноименных полюсов подключены к возбудительному устройству 5, В качестве измерительных щеток 6 используется одна из щеток той же полярности, что и контролируемые щетки. Для мощных генераторов, имеющих большое количество щеток (например, у ТЭВ-800 около 70 щеток на каждом полюсе), нет необходимости устанавливать дополнительные измерительные щетки, а в качестве то- ковых использовать одну из штатных щеток на каждом полюсе. Токоподводы щеток каждого полюса соединены между собой, поэтому для того, чтобы использовать одну из щеток в качестве измерительной, достаточно отсоединить ее токоподвод от общей цепи. Из- мерительная 6 и контролируемые 4 щетки подключены к измерительной схеме, содержащей первьй дроссель 7 с обмоткой 8 подмагничивания и обмоткой 9 переменного тока, второй дроссель 10 с обмоткой 11 подмагничивания и обмоткой 12 переменного тоКа, третий дроссель 13 с первой 14 и второй 15 обмотками подмагничивания и обмоткой

16переменного тока. Обмотка 8 подмагничивания первого дросселя 7 последовательно с первой обмоткой подмагничивания 14 третьего 13 дросселя и токоограничивающим резистором

17подключена к измерительной 6 и контролируемым 4 щеткам отрицательного полюса, а обмотка 11 подмагничи

6412

вания второго дросселя 10 последовательно с второй обмоткой 15 подма - ничивания третьего дросселя 13 и то- коограничиваюиу1м резистором 18 - к измерительной 6 и контролируемым 4 щеткам положительного полюса. Обмотка 9 переменного тока первого дросселя 7 последовательно с токоограничид ваюпщм резистором 19 и измерительным

5

0

5

0 5 0

0

5

прибором 20, обмотка 12 переменного тока второго дросселя 10 последовательно с токоограничивающим резистором 21 и измерительным прибором 22, а также обмотка 16 переменного тока третьего дросселя 13 последовательно ,с токоограничивающим резистором 23 и измерительным прибором 24 подключены к источнику 25 переменного тока, В качестве измерительных приборов 20, 22 и 24 могут быть использованы амперметры разных типов, пороговые токовые элементы на базе полупроводников, токовые электромеханические реле, вторичные преобразователи переменного тока в унифицированньй сигнал и т,п, Токоограничиваю1цие резисторы 17-19, 21 и 23 служат для ограничения токов через обмотки дросселей, так как при насыщении дросселя сопротивления его обмоток переменному току резко уменьшаются.

На фиг,2 показан второй возможньй вариант соединения обмоток подмагничивания дросселей, отличающийся от устройства по фиг,1 тем, что каждая из обмоток 8, 11, 14 и 15 подмагничивания подключается соответственно через свой токоограничивающий резистор 26-29 к щеткам. Преимущество устройства по фиг,2 заключается в том, что достигается независимость работы обмоток подмагничивания разных дросселей, В целом обеспечивается более высокая точность измерения, так как с помощью резисторов 26-29 в цепях обмоток 8, 11, 14 и 15 подмагничивания можно независимо регулировать величину тока подмагничивания каждой из обмоток и тем самым компенсировать погрешности, обусловленные неидентичностью характеристик дросселей, разбросом их параметров. На фиг,1 и 2 представлены простейшие варианты вьшолнения дросселей,

На фиг.З представлена схема дросселя 13, выполненного на двух сердечниках с обмотками переменного 30 и 31 и постоянного 32-35 тока, раз- 1

деленными па две полусекции. Соединение обмоток выполнено с учетом направления намотки таким образом, что бы максимально скомпенсировать переменную составляющую .в цепях подмаг- ничивания.

Устройство работает следующим образом.

Величина падения напряжения на щетках характеризует состояние щеточ но-контактного аппар ата и является диагностическим параметром развития дефекта. Поскольку измерительная щетка не нагружена током, то разность потенциалов между контролируемыми щетками и измерительной щеткой равна падений напряжения па рабочих щет ках данного полюса. Это напряжение подается в цепь подмагничивания дрос селей. Ток подмагничивания пропорцио нален падению напряжения. С другой стороны известно, что сопротивление дросселя переменного тока уменьшается с ростом тока подмагничивания.При этом величина переменного тока в цепи измерительного прибора изменяется пропорционально изменению тока подмагничивания, а следовательно, и изменению величины падения напрялсения на контролируемых щетках. При работе электрической машины измерительные приборы 17 и 18 фиксируют падения напряжения в скользящем контакте и отрицательного и положительного полюсов, обусловленные проходящим рабочим током через контролируемые щетки 4 и находящиеся под ними контактные кольца 3. Обмотки 14 и 15 под- магничивания третьего дросйеля 13 подключены к щеткам таким образом, что падения напряжения под контролируемыми щетками разных полюсов (uU(.j и uU,, ) обуславливают встречное направление токов подмагничивания, при котором создаваемые ими потоки подмагничивания вычитаются (имеют противоположные знаки, и, следовательно, вычитаются). Таким образом, показания измерительного прибора 24, включенного в цепь обмотки 16 переменного тока третьего дросселя 13, пропорциональны разности токов подмагничивания в двух его обмотках 14 и 15 подмагничивания и, следовательно, разности уровней падения напряжения под контролируемыми щетками 4 (поло- ясительного и отрицательного) . Необходимость измерения разности падений

32641

напряжений вызвана следую1цими соображениями.

На фиг.4 приведена зависимость па- де}1ия напряжения под электрощетками разных полярнос Г ей (iU) от плотности тока (j) в нормальньсх уаповиях работы электрической машины, из которой видно, что падение напряжения

1Q под электрощетками (&U) увеличивается с ростом плотности тока (j). Так при изменении плотности тока под щетками от 3 до 10 А/см падение напряжения в скользящем контакте изменяется при- 5 мерно в два раза. При наличии такой резкой зависимости устройство контроля, сигнализирующее о превышении ли сверх нормального, должно быть отстроено от максимально возможного 20 значения 11, соответствующего макси- ма,пьному току возбуждения при нормальном состоянии щеточно-контактно- го аппарата (например ,3 В при А/см), причем величина ди

25 зависит таюке от направления изменения тока (увеличение .или уменьшение). Порог срабатывания устройства контроля должен быть отстроен от этого максимально возможного значения

30 (при j 6 А/см это значение составляет 1,3 В). Из-за необходимости отстройки от этого уровня контроль за состоянием щеточно-контактного аппарата получа.ется зарубленным. Для раннего обнаружения дефекта желательно иметь более чувствительное устройство. С этой целью предлагается дополнительно осуществить измерение разности падений напряжений под щетками , разноименных полюсов

35

40

(J - /&U,

(4-)/ - (-}

На фиг. 4 построена зависимость g о, величина которой в значительно меньшей степени зависит от плотности тока. Например, при увеличении j от 3 до 10 А/см S увеличивается всего в 1,33 раза, т.е если устройство „ контроля подключено на разность паде- НИИ напряжений, то в значительной мере устраняется влияние величины тока возбуждения на результат контроля. Обычно развитие дефекта начинается с увеличения и U под одной из рабочих шеток. В этом случае реагирование на S существенно повышает чувствительность, прежде всего за счет уменьшения влияния величины и направления тока возбуждения на результат измерений.

Применяемая в разработанном устройстве схема непосредственного измерения разности падений напряжений под электрощетками разноименных полюсов позволяет отстроиться от таких

синхронных (

изменении колебаний

) уровней падения напряжении, вызванных непостоянством нагрузки электрической машины« Это в конечном итоге повышает надежность работы, точность измерения разности падения напряжений под щетками электрических машин и, следовательно достоверность диагностики состояния ЩКА.

Данное устройство обеспечивает гальваническую развязку контролируемых и измерительных цепей за счет применения дросселей (изоляцию между обмотками дросселей можно вьшолнить на любое напряжение), позволяет непосредственно измерять разность падения напряжения под контролируемьми щетками разноименных полюсов и обеспечивает повьш1ение точности ее измерения.

За счет гальванической развязки контролируемых и измерительных цепей повьшается надежность работы системы возбуждения в целом, поскольку исключается возможность перехода повреждений в измерительных цепях в а варию в контролируемых цепях.

Кроме того, в устройстве компенсируется влияние изменения величины и направления изменения (увеличение, уменьшение) тока возбуждения, что в итоге повышает точность и достоверность диагностики, способствует более раннему выявлению дефектов.

Устройство может быть использовано для диагностики щеток синхронных

14326416

генераторов, синхронных компенсаторов и двигателей, а также других электрических машин, в том числе машин постоянного тока.

Формула изобретения

Устройство для диагностики щеток электрической машины,содержащее измерительные щетки, установленные на каждом из полюсов и измерительные приборы, отличающееся тем, что, с целью повышения надеж- кости и безопасности обслуживания и расширения функциональных возможностей, оно дополнительно содержит первьй и второй дроссели с одной обмоткой подмагничивания и дроссель с двумя обмотками подмагничивания,каждьй из которых имеет по одной обмот- I

ке переменного тока, источник переменного тока и пять токоограничиваю- щих резисторов, причем каждая из обмоток переменного тока дросселей подключена последовательно с соответствующим токоограничивающим резистором и соответствующим измерительным прибором, которые подключены к источнику переменного тока, а обмотка подмагничивания первого дросселя и одна из обмоток подмагничивания третьего дросселя соединены последовательно с соответствующим токоограничивающим

резистором и подключены между измерительной щеткой и выводом для подсоединения к контролируемым щеткам одного полюса, а обмотка подмагничивания второго дросселя и другая обмотка подмагничивания третьего дросселя соединены последовательно с соответствующим токоограничиваюш 1м резисто.- ром и подключены к измерительной щетке и вьшодам для подсоединения кконтролируемым щеткам другого полюса.

иъ а

о&lli-)

ла{-

2J

U и. S

32

-оAUi-

-Оли{-)

4Фа2.:5

ли;( f5)

iM

/,2

,

as

/

О.Ч

0.1

I

&u

-f

5 5

ФикМ

iO A/CM