Устройство для определения уровня искрения щеток электрических машин Советский патент 1991 года по МПК H01R39/58 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам диагностики синхронных электрических машин по уровню искрения щеток.

Цель изобретения - повышение надежности, точности и чувствительности.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема замещения цепи возбуждения для высоких частот.

Предлагаемое устройство содержит ротор 1 синхронной машины с обмоткой возбуждения 2 и контактными кольцами 3, рабочие щетки 4, подключенные с помощью

токоподводов 5 к возбудительному устройству 6. На токоподводах 5 установлены два одинаковых токовых датчика 7, 8. Первичные обмотки 9, 10 высокочастотных измерительных трансформаторов 11, 12 подключены к измерительным щеткам 13 и 14 и через разделительные конденсаторы 15, 16 к токоподводам 5 (рабочим щеткам 4). Вторичные обмотки 17, 18 измерительных трансформаторов 11, 12 включены по дифференциальной схеме с обмотками соответствующих токовых датчиков 7, 8 и соединены со входами первого 19 и второго 20 измерительных каналов, состоящих из

О

ел о о го

о

последовательно включенных усилителя 21, выпрямителя 22, интегратора 23, коммутатора 24 и порогового элемента 25 Выходы измерительных каналов 19, 20 соединены с блоками индикации 26. Управляющие входы коммутаторов 24 первого 19 и второго 20 измерительных каналов соединены между собой и подключены к выходу формирователя 27 импульсов, входы которых соединены с обмотками соответствующих токовых датчиков 7, 8.

В качестве измерительных щеток 13, 14 используется одна из штатных щеток каждого полюса. Для мощных генераторов, имеющих большое количество щеток (например, у ТЗВ-800 около 70 щеток на каждом полюсе), нет необходимости в установке дополнительных измерительных щеток. Для того, чтобы использовать одну из штатных щеток в качестве измерительной необходимо изолировать ее от цепи то- коподвода. Изоляция измерительных щеток 13, 14 от цепи постоянного тока осуществляется конструктивно, например, путем изоляции их щеткодержателей от траверсы. При этом токоподводы щеток отсоединяются и изолируются от общей цепи токоподво- да машины, если в качестве измерительных используются по одной из штатных щеток на каждом полюсе. На некоторых типах генераторов такие изолированные щетки устанавливаются прямо на заводе.

Токовые датчики 7, 8 могут быть изготовлены, например, на ферритовом сердечнике, состоящем из двух П-образных частей, на которые наматывается обмотка. Первичной обмоткой датчика является токо- подвод 5, соединяющей рабочие щетки 4 с возбудительным устройством 6, которое пропускается внутрь сердечника. Параметры магнитопровода выбираются из условия исключения его насыщения при максимально возможном постоянном токе возбуждения. Измерительные высокочастотные трансформаторы 11, 12 также могут быть выполнены на ферритовых сердечниках.

Трансформаторы 11, 12, токовые датчики 7, 8 и разделительные конденсаторы 15, 16 располагаются в непосредственной близости от рабочих щеток 4 своего полюса.

Формирователь импульсов 27 может быть выполнен на основе одновибратора (4,5), запуск которого осуществляется через две дифференцирующие цепи, входы которых связаны с обмотками датчиков 7 и 8, а выходы объединены между собой, например, через эмиттерные повторители и подключены к входу одновибратора. Длительность выходною импульса одно- вибратора выбирается несколько большей

времени затухания переходного процесса в контролируемой цепи.

Устройство работает следующим образом.

При эксплуатации контролируемой мащины и появлении искрения рабочих щеток 4 возникают высокочастотные токи, которые циркулируют по элементам цепи системы возбуждения. В том числе замыкаются 0 через контур, образованный измерительной щеткой 13, первичной обмоткой 9 измерительного высокочастотного трансформатора 11, разделительным конденсатором 15, рабочими щетками 4 и участком контактного 5 кольца 3 (аналогичная цепь образуется на втором полюсе). Во вторичной обмотке 17 (18) измерительного трансформатора 11 (12) будет наводиться высокочастотная ЭДС, вызванная протеканием ВЧ-тока (аследст- 0 вне искрения щеток 4) по его первичной обмотке 9 (10) Часть сигнала замыкается через емкость обмотки 2 ротора и токопод- водов 5 на землю и через возбудительное устройство 6. Все эти токи протекают через 5 токоподводы 5 и, следовательно, в обмотке токогюго датчика 7 (8) также будет наводиться высокочастотная ЭДС. Соединение обмоток токовых датчиков 7 (8) и измерительных трансформаторов 11 (12) выполнено так, что 0 возникающие в них ЭДС от токов искрения щеток 4 складываются, а ЭДС, вызванные токами внешних высокочастотных помех, вычитаются и компенсируют друг друга.

На фиг.2 приведена упрощенная схема 5 замещения цепи возбуждения для высоких частот, поясняющая циркуляцию ВЧ-токов при искрении щеток. Здесь ротор представлен индуктивностью Lp и емкостью Ср обмотки возбуждения на землю и 0 сопротивлениями контактных колец ZK к. Цепь рабочих щеток 4 представлена переходным сопротивлением в скользящем контакте Zc к. и сопротивлением самих щеток 2щ, включающим сопротивление тела щет- 5 ки, переходное сопротивление в месте заделки токоподвода в тело щетки и сопротивление самого токоподвода к щетке ZH щ. сопротивление измерительной щетки (13, 14). Возбудительное устройство 6 и то- 0 коподводы 5 представлены сопротивлением ZB и емкостями Ст п.

На фиг.2 рассмотрен случай искрения щеток одного из полюсов, представленный ЭДС Ей, действующей между точками а и б. 5 При этом возможно пять контуров для замыкания высокочастотных токов:

I контур - (б.в.г,а) образован дополнительной щеткой, первичной 9 обмоткой измерительного ВЧ-трансформатора 11 и разделительным конденсатором 15.

II и III контуры - (б,д,к,н,и,а) и (б,е,л,н,и.а) образованы емкостью обмотки ротора и токоподвода на землю;

IV- (б,ж,м,н,и,а) образован емкостями токоподводов на землю;

Vконтур - (б,ж,э,и,а) обусловлен протеканием токов через возбудительное устройство.

Ток, протекающий в контуре I, вызывает во вторичной обмотке 17 измерительного трансформатора 11 ЭДС, которая складывается с ЭДС, наводимой в обмотке токового датчика 7 от токов, протекающих через II-V нтуры, что обеспечивает высокую чувствительность контроля. Таким образом, на выходе дифференциальной схемы, образованной вторичной обмоткой 17 измерительного трансформатора 11 и обмоткой токового датчика Л появляется высокочастотный сигнал, обусловленный искрением щеток данного полюса, который поступает на вход первого измерительного канала 19, где сигнал усиливается усилителем 21, детектируется выпрямителем 22 и интегрируется интегратором 23, С выхода интегратора 23 сигнал поступает на первый вход коммутатора 24. Управляющий вход коммутатора 24 соединен с выходом формирователя импульсов 27. При отсутствии сигнала на выходе формирователя 27, коммутатор 24 открыт и напряжение с выхода интегратора 23 поступает (через коммутатор 24) на вход порогового элемента 25. Аналогично работает второй измерительный канал 20.

При превышении уровня искрения щеток 4 какого-либо из полюсов заданной уставки срабатывания на выходе порогового элемента 25 соответствующего измерительного канала появляется сигнал, который по- ступает на блок индикации 26, где отображается неисправный полюс (положительный, отрицательный или оба сразу).

При появлении скачков (выбросов) напряжения возбудительного устройства 6 (при форсировке возбуждения, из-за коммутации тиристоров и т.п.) осуществляется запуск формирователя импульсов 27 сигналами, снимаемыми с обмоток токовых датчиков 7, 8. На выходе формирователя 27 появляется импульс, который поступает на управляющие входы коммутаторов 24 и запирает их на время действия переходного процесса, что предотвращает ложные срабатывания устройства и повышает устойчи- висть его функционирования в условиях мощных импульсных помех.

Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает гальваническую развязку контролируемых и измерительных цепей,

что повышает надежность работы системы возбуждения в целом, поскольку исключается возможность перехода повреждений из измерительных цепей в аварию контролируемых цепей, осуществляет селективный контроль уровня искрения щеток каждого полюса, что повышает точность диагностирования за счет определения места возникновения искрения и имеет более высокую чувствительность и помехозащищенность за счет регистрации всех составляющих вы сокочасотного тока, возникающего при искрении и компенсации внешних высокочастотных сигналов, не связанных с нарушением работы щеток

Устройство может быть испол зовано для диагностики щеток синхронных генераторов, синхронных компенсаторов и двигателей, а также других электрических машин, в том числе машин постоянного тока во всех отраслях промышленности.

Формула изобретения Устройство дгя определения уровня искрения щеток электрических машин, конст руктивно сопряженное с токоприемником, содержащее два токоподводя с возбудительным устройством, предназначенным для подключения к IHCTKJM, два токовых датчика, выполненных в виде магнитолровода с обмоткой, причем один датчик установлен на гокопроводе одной полярности, один измерительный канал, состоящий из последовательно включенных усилителя, выпрямителя, интегратора, коммутатора и порогового элемента, соединенного с блоком индикации, и формирователя импульсов, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, точности и чувствительности в него дополнительно введены две измерительные щетки, изолированные от цепи токоподвода машины, два измерительных высокочастотных трансформатора, два разделительных конденсатора, второй измери- тельнй канал, идентичный первому второй токовый датчик установлен на токоподводе противоположной полярности, первичные обмотки измерительных трансформаторов подключены к измерительным щеткам и через разделительные конденсаторы к токоподводам, предназначенным для соединения с рабочими щетками, а вторичная обмотка первого измерительного трансформатора соединена по дифференциальной схеме с первым токовым датчиком и входом усилителя первого измерительного канала, вторичная обмотка второго измерительного трансферматора соединена по дифференциальной схеме со вторым токовым датчиком и входом усилителя второго измерительного канала, кроме того, выход порогового

соединен с блоком индикации, а управляющий вход коммутатора второго измерительного канала соединен с выходом формирователя импульсов, входы которого

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для диагностики щеточно-контактного аппарата электрических машин по уровню искрения щеток. Цель изобретения -- повышение надежности, точности и чувствительности. С этой целью в устройство, содержащее два токопровода с возбудительным устройством, два токовых датчика, измерительный канал, состоящий из последовательно включенных усилителя, выпрямителя, интегратора, комму татора и порогового элемента, соединенного с блоком индикации, и формирователь им пульсов, дополнительно введены две измери тельные щетки, изолированные от токопровода машины, два измерительных высокочастотных трансформатора, два разделительных конденсатора и второй идентичный измерительный канал. 2 ил. /)

элемента второго измерительного канала 5 подключены к токовым датчикам.

ж

Zcx.

-U-S-г-стп.

L

п

Фиг I