Устройство для измерения превышения температуры обмотки электрической машины переменного тока под нагрузкой Советский патент 1990 года по МПК H02H5/04 G01K7/20 G01R17/10 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано как измерительный орган для защиты электрического аппарата от повреждения обмоток вследствие превышения температуры, а также для контроля превышения температуры обмотки электрического аппарата в рабочем состоянии.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия за счет исключения изменения измерительного постоянного тока в контролируе- мой фазной обмотке и автоматизации настройки моста при возникновении асимметрии по сопротивлениям постоянному току фазных обмоток при их неравномерном нагреве в процессе рабо- ты электрической машины, за счет устранения влияния коммутации переменного напряжения путем включения измерительного прибора в цепь, изолированную от переменной составляющей, и защиты электрической машины от перенапряжений.

На фиг.1 представлена схема предложенного устройства; на фиг.2 - эквивалентная схема по постоянному току.

Устройство (фиг,1) состоит из электрической машины 1 подсоединенной к линейным вьюодам А, В, С сети 2, трехфазного дросселя 3, в двух плечах которого находятся переменные резисторы 4, 5, подсоединенные к линейным выводам, измерительного прибора 6. Источник 7 постоянного тока через стабилизатор 8 напряжения подсоединен к нулево й точке обмоток электрической машины, соединенных в звезду, и нулевой точке трехфазного дросселя, в контролируемукк фазу последовательно с фазной обмоткой дроссе

0

5

0 5 о

д§

, . 5

ля введен эталонный резистор 9, три операционных усилителя 10-12 с блоками защиты 13-15 входов усилителей от переменной составляющей сети, три регулятора 16-18 сопротивлений, связанных с переменными резисторами, блок 19 вычитания напряжений, блок 20 защиты от перенапряжений, блок 21 выделения переменной составляющей.

Эквивалентная схема по постоянному измерительному току мостовой схемы имеет вид, показанный на фиг,2.

Схема содержит переменные сопротивления 22, 23 плеч трехфазного дросселя постоянному току, которые складываются из сопротивлений обмоток дросселя постоянному току и сопротивлений переменных резисторов; образцовое (эталонное) сопротивление 24; сопротивление 25 фазной обмотки дросселя, выполненной из термоста- бильного материала, в контролируемом плече; сопротивления 26-28 фазных обмоток электрической машины постоянному току; сопротивления 29-31 постоянному току фаз сети, соединенных в звезду, для наглядности пересчитанные в треугольник.

Устройство работает следующим образом.

Схема представляет трехпле- чевой (тройной) мост, В первое пле- чо входят резисторы 22, 26, 27, во второе 27, 23, 28 и в третье - 23, 28, 22, 26. При этом в одной диагонали каждого плеча (моста) меж- в точками end подключен выход стабилизатора 8 напряжения от источника 17 постоянного тока, а в другой диагонали между точками А-В, В-С, . С-А включены сопротивления постоянному току фаз сети 29, 30, 31.

5,

Из системы уравнений баланса. схемы видим, что балансировка схемы возможна при обеспечении равенства отношений сопротивлений зетзей схемы R 24 „ Г, 23

При изменении двух сопротивлений, например сопротивлений R 22, R 23, балансировку схемы можно осуществить либо ручным способом, либо автомати-

О2КИ.

Ручным способом балансировка производится следующим образом.

При отключенной сети источника постоянного тока и трехфазной обмотки электрической машины с помощью одного из приборов (двойного или оди I парного моста и омметра) измеряют сопротивление постоянному току контролируемой фазной обмотки, например R 27, далее определяют отношение суммы сопротивлений известного.образцового сопротивления R 24 и сопротивления R 25 к сопротивлению R 27. Путем измерений R 26, R 28 и регулировки R-22, R 23 добиваются равенства отношений

.R 22 R 23 R 24 + R 25

При подключении обмотки электрической машины к линейным выводам А, В, С мост будет сбалансирован.

Балансировка моста может быть выполнена и методом последовательных приближений. При отключенной сети, . подсоединив к точкам А-В индикаторный прибор, резистором R 22 добиваются нулевого показания индикатора, затем, подключив прибор к точкам В--С, добиваются, баланса резистором R 23, и так далее до тех пор, пока потенциалы точек А, В, С не станут одинаковыми.

Автоматическая балансировка схемы

При отключенной сети подают питание на операционные усилители и регуляторы сопротивлений 16, 17. Если мост несбалансирован, то потенциалы точек А, В, С неодинаковые, на входы усилителей действуют сигналы рассогласования, которые после усиления подаются на регуляторы сопротивлений, которые изменяют сопротивления R 22, R 23 в сторону уменьшения сигнала рассогласования до нуля.

Таким образом, мост сбалансирован Качество балансировки может быть проверено с помощью высокочувстви

75259б

тельного индикаторного прибора как при ручной.балансировке моста,

Из изложенного следует, что в диагоналях А-В, В-С, С-А тока не будет, а следовательно, не будет ут,ечки постоянного измерительного тока в сеть, В контролируемой фазе, в рассматриваемом случае в фазе В, ток будет Ю равен

т . UCT -

R 24 + R 25 + R 27

где UCT - стабилизированное регулируемое напряжение; 15 R 24 - образцовое сопротивление,

R 24 const;

R 25 - термостабнльное сопротивление фазной обмотки дросселя .

20 При неизменном токе в контролируемой обмотке постоянное напряжение на фазной обмотке пропорционально сопротивлению постоянному току фазной обмотки, Ток в ветви определяема как

25 т - 1 R 24

должен быть стабильным по величине (I const) и равняться заданной норме (I IHOnMq), при этом напряжение 30 на сопротивлении R 2-i будет равно норме :

UH Јиор- R 24.

Напряжение с R 24 подается па неинвертирующий вход операционного усилителя 15, на инвертирующий вход которого подается стабилизированное напряжение со стабилизатора фиксировпи- ного напряжения.

Напряжение на входе усилителя ,- пропорционально разности напряжений на входе. В случае I I корма разность напряжений на выходе операционного усилителя равна нулю, регулятор сопротивления не работает.

45 При работающей машине обмотки нагреваются, сопротивление постоянному току контролируемой фазной обмотки имеет приращение, что приводит к изменению тока в ветви и соответствен-

50 но к отклонению напряжения на сопротивлении R 3 от нормы. На выходе усилителя 8 формируется разностный сигнал рассогласования, который отрабатывается регулятором сопротивлений,

ее при этом изменяется положение движка потенциометра стабилизатора регулируемого напряжения, что вызывает изменение напряжения на выходе рогу- 1лируемого стабилизатора, которое при-

35

водит к изменению тока в контролируемой ветви, пока ток не станет равен норме, а разностный сигнал на выходе усилителя 12 равным нулю,

Изменение напряжения UCf на диагонали моста не вызывает разбаланса схемы. Следовательно, схема сбалансирована, нет утечки измерительного тока в сеть, ток в ветви постоянен по величине и равен норме, Следовательно , устранено влияние распределения тока по ветвям на точность измерений,

При асимметрии сопротивлений постоянному току фазных обмоток из-за неравномерного их нагрева или других причин сопротивления фазных обмоток изменяются на разные величины, что приводит к разбалансу схемы и утечке измерительного тока в сеть, В этом случае возникает разность потенциалов между точками А-В, В-С, которая воспринимается операционными усилителями как сигнал рассогласования, который после усиления будет отработан регуляторами сопротивлений, за счет изменения R 1, R 2 с помощью регуляторов сопротивлений баланс моста восстанавливается. При этом ток в контролируемой фазной обмотке поддерживается постоянным и равным норме.

Напряжение на фазной обмотке Urn можно определить как

Ucp UCT- I

норма

(R 24 + R 25).

Напряжение на термостабильном сопротивлении постоянному току фазной обмотки дросселя R 25 и на эталонном сопротивлении R 24 при 1 1 нор равно константе, обеспечивают его равенство напряжению на выходе стабилизатора фиксированного напряжения. На блок вычитания напряжений, выполненный, например как операционный усилитель с дифференциальным входом, на неинвертирующий вход подают напряжение с выхода стабилизатора регулируемого напряжения UCT, а на инвертирующий вход - напряжение с выхода стабилизатора фиксированного напряжения . При коэффициентах усилителя снимают напряжение, равное напряжению на контролируемой фазной обмотке, ,при этом стабилизатор является хорошим фильтром для переменной составляющей. При необходимости коэффи- . циент передачи операционного усилите-, ля по инвертирующему и неинвертирую0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щему входам легко можно сделать боль- tae единицы, что важно при измерении малых значений напряжений на фазной обмотке и приводит к повышению точ- , ности.

Если установить фиксированное напряжение на входе блока вычитания равным сумме напряжений на сопротивлении постоянному току фазной обмотке дросселя, на эталонном сопротивлении и на сопротивлении фазной обмотки в холодном состоянии, то напряжение на выходе блока вычитания пропорционально приращению сопротивления постоянному току фазной обмотки электрической машины. Следовательно, повышаются удобства эксплуатации, При пуске электрической машины могут возникать перенапряжения в сети, которые могут повредить высокочувствительную аппаратуру, так как непосредственно действуют на входы операционных усилителей. Блок защиты от перенапряжений ограничивает напряжение на линейных выводах А., В, С, предохраняет входы усилителей от бросков напряжения, что повышает надежность работы схемы. Блок выделения переменной составляющей, в качестве которого могут быть использованы конденсаторы, пропускающие высокочастотные сигналы перенапряжения на вход блока защиты от перенапряжений, исключает возможность утечки измерительного тока через блок защиты ,

Таким образом, предлагаемое уст-i ройство позволяет повысить точность и быстродействие измерения превышения температ ры обмоток электрических машин, расширить диапазон по мощности испытуемых машин, т.е. в целом расширить пределы измерения при заводских испытаниях электрических машин без отключения их от сети, повысить удобства эксплуатации и надежность работы устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения превышения температуры обмотки электрической машины переменного тока под нагрузкой, содержащее два переменных резистора, первые концы которых соединены с соответствующими выводами трехфазного дросселя, а вторые концы соединены с клеммами для Подключения

соответствующих фаз питающей сети, источник постоянного тока, измерительный прибор, два регулятора переменного резистора с реверсивными испол- нительными механизмами механически связанными с ползунками переменных резисторов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, дополнительно вве- ден третий регулятор переменного резистора, стабилизатор с фиксированным и регулируемым выходами, регулируемые выходы которого соединены соответственно с нулевой точкой трех- фазных обмоток дросселя и клеммой для подключения нулевой точки электрической машины, к входу его подсоединен источник постоянного тока, в контролируемую фазу последовательно с фазной обмоткой дросселя подключен эталонньй резистор, свободный вывод которого имеет клемму для подключения в третью фазу питающей сети, два операционных усилителя, неинверти- рующие входы которых через соответствующие входы вновь введенных своих блоков защиты от переменной составляющей сети соединены со свободным выводом эталонного резистора, инвертирую- щие входы через другие входы своих блоков защиты от переменной состава ляющей сети соединены с соответствующими вторыми концами переменных резисторов, выходы операционных усилителей соединены с входами своих регуляторов переменного резистора с реверсивными исполнительными механизмами, вход третьего регулятора переменного резистора соединен с выходом третьего вновь введенного операционного усилителя с дифференциальным входом, входы которого через вновь введенный третий блок защиты от пе- ременнрй составляющей подключены параллельно эталонному резистору, выход третьего регулятора переменного резистора соединен с входом управления стабилизатора регулируемого напряжения , входы операционного усилителя с дифференциальным входом подключены к фиксированным выходам стабилизатора и к входам вновь введенного блока вычитания напряжений, к другим входам которого подключены регулируемые выходы стабилизатора, к выходу блока вычитания напряжений подключен измерительный прибор, последователь- но соединенные блок -защиты от перенапряжений и блок выделения переменной составляющей, соответствующие выходы которого подключены к концам переменных резисторов и эталонного резистора, а вход блока защиты от перенапряжений имеет клемму для подключения к нулевому проводу.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано как измерительный орган для защиты электрических машин от повреждений обмоток вследствие превышения температуры обмотки электрической машины в рабочем состоянии. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия. Цель достигается тем, что источник постоянного тока 7 через стабилизатор напряжения 8 подсоединен к нулевой точке обмоток электрической машины, соединенных в звезду, и нулевой точке трехфазного дросселя. В контролируемую фазу последовательно с фазной обмоткой дросселя введены образцовый резистор 9, три операционных усилителя 10, 11, 12 с блоками защиты 13, 14, 15 входов усилителей от переменной составляющей сети. Устранение разбалансировки схемы, вызываемое неравномерным нагревом обмоток электрической машины, за счет автоматического измерения переменных резисторов, устранение изменения постоянного тока в контролируемой обмотке и включение измерительного прибора последовательно с обмоткой машины позволяют повысить точность и быстродействие измерений по сравнению с прототипом. 2 ил.

&,