Устройство для измерения температуры обмоток электрических машин переменного тока Советский патент 1992 года по МПК G01K13/08 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для измерения температуры обмоток или ее превышения непосредственно в рабочих режимах электрических машин или других электротехнических устройств переменного тока, которые могут быть также использованы в устройствах тепловой защиты машин переменного тока для повышения их надежности..

Известно устройство для измерения температуры обмоток, содержащее обмотку-термодатчик, подключенную через образцовый резистор к электрической сети, переменный резистор и нуль- индикатор постоянного тока с послет довательно включенным индуктивным фильтром 1.

Основным недостатком устройства является его недостаточная надежность., выразившаяся в сложности его принципиальной схемы: -наличие измерителя -тока обмотки-термодатчика и измерителя тока в цепи-образцового резистора, а также то, что известное устройство не может быть использовано для тепловой защиты электрических Машин переменного тока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является устройство, содержащее термодатчик в виде контролируемой обмотки, подключенной к электрической сети через образцовый резистор и формирователь измерительного тока/ трансформатор напряжения с первичной обмоткой из термостабильного материала и нуль-индикатор пос- тоянного тока с индуктивным фильтром

и.

Недостаток прототипа заключается в в его недостаточной надежности, выразившейся в наличии в цепи термодатчика трех силовых диодов, необходимости введения в схему резисторов, сложной конструкции шунта, а также в том, что известное устройство не может быть использовано для тепловой защиты электрических машин переменного тока.

Цель изобретения - повышение надежности путем упрощения и обеспечения использования для тепловой защиты электрических машин переменного тока.

Цель достигается тем, что в устройство введены градуированный потенциометр, соединенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора напряжения, и переменный резистор,, подключенный параллельно вторичной обмотке трансформатора напряжения, а формирователь измерительного тока выполнен в виде полупроводникового диода, подключенного параллельно участку силового провода электрической сети, при этом контролируемая обмотка, образцовый резистор, градуированный потенциометр и первичная обмотка трансформатора напряжения включены между собой по схеме четырех- плечего моста, одна из двух параллельных ветвей которого образована контролируемой обмоткой и образцовым резистором, а другая - первичной обмоткой трансформатора напряжения и градуированным потенциометром, между средним выводом которого и точкой соединения выводов контролируемой обмотки и образцового резистора,че- . рез индуктивный фильтр включен нуль- индикатор постоянного тока.

Наличие в заявляемом устройстве формирователя тока, выполненного в виде полупроводникового прибора, подключенного параллельно участку силового провода электрической сети,

17372854

упрощает устройство,

5

5

необходимость включения в цепь контролируемой обмотки силовых диодов, г необходимость использования образцовых резисторов. При этом одновременно обеспечивается повышение надежности устройства, так как силовые диоды имеют ограниченный ресурс, величина которого зависит от пусковых токов и токов короткого замыканий электрической машины.

Введение в устройство градуированного потенциометра также повышает надежность устройства, так как последний имеет разрешающую способность более уем в 102 раз выше по сравнению с магазином сопротивлений, что дает возможность использования изобретения в качестве устройства тепловой защиты электрических машин. При этом значительно повышается точность измерения, так как измерение температуры производится по прямому измерению сопротивления мостовым методом.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для измерения температуры обмоток электрических машин переменного тока; на фиг.2 - выполнение источника формирования тока.

Устройство для измерения температуры содержит термодатчик, выполненный в виде .контролируемой обмотки 1 и подключенный к электрической сети че- 5 рез образцовый резистор 2.-Через формирователь 3 измерительного тока и параллельно контролируемой обмотке I и образцовому резистору 2, образующим основную ветвь четырехплечего моста,- подключена вспомогательная ветвь моста, содержащая первичную обмотку трансформатора Ц ч градуированный потенциометр 5,- Средний вывод градуированного потенциометр 5 через нуль-индикатор 6 и индуктивный фильтр 7 подключен к вершине измерительной диагонали основной ветви моста - точке соединения- контролируемой обмотки 1 и образцового резистора 2.

0

0

$

0

Включение индуктивного фильтра 7 последовательно цепи нуль-индикатора 6 для обеспечения точности измерения не является обязательным. Однако наличие индуктивного фильтра 7 в цепи нуль-индикатора 6 является обязательным для защиты последнего в ава

5

рийных режимах, например при обрыве цепи образцового резистора 2.

Параллельно вторичной обмотке трансформатора k напряжения подключен переменный резистор 8, выполняю- щий функции регулятора режима работы трансформатора Ц напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Подключением четырехплечего моста на элементах 1,2,5, к электрической сети через источник 3 формирования тока обеспечивается требуемая величина измерительного тока в цепи контролируемой обмотки 1, определяемая заданной чувствительностью мостовой схемы (моста).

В качестве источника 3 формирования тока в устройстве могут- быть использованы известные источники-формирования измерительного тока,- а также источники постоянного тока, подключенные к участку силового провода электрической сети. В электрических машинах с нормальным током более 10 источник формирования тока может быть выполнен в виде силового диода или тиристора,- подключенного к участку силового провода или дополнительн включенного резистора для получения падения напряжения переменного тока более 1,2 В (фиг.2). Подключение силового диода к участку электрической цепи снимает ограничения в зависимости от величины тока При наличии в электрической сети значительной величины постоянной составляющей (до 20 10 3 В) или наличии переходных процессов с заданной скважностью тем более при работе машины в переходном режиме, необходимость формирования измерительного тока отпадает так как уравновешивание моста в этом случае производится по его чувствительности к постоянному току электрической сети или переходным процессам в электрической сети.

В изобретении необходимость .измерения величины тока, протекающего в элементах моста, не требуется, так как величина тока определяется заданной чувствительностью измерения сопротивления контролируемой обмотки 1 что и позволяет подключить источник постоянного тока к участку силового провода. Для исключения погрешности, обусловленной прохождением измерительного тока по контролируемой обмо

0

s

0

5

0

5

0

S

ке 1, величина указанного тока не должна превышать 0,5% от номинального тока электрической машины.

Контролируемая обмотка 1-й последовательно включенный с ней образцовый резистор 2 образуют основную ветвь моста, причем величина сопротивления образцового резистора 2 должна быть не менее 0,1 сопротивления контролируемой обмотки 1 в горячем состоянии и выбирается из условия требуемой .чувствительности моста S, которая должна быть определена по формуле ,392-10 3 -Rx Ом/дел., где RX - сопротивление контролируемой обмотки в холодном состоянии. Указанная чувствительность обеспечивается при величине измерительного тока не более 0,3% от номинального тока - электрической машины.

Параллельно основной ветви четырехплечего моста подключена вспомога- . тельная ветвь, содержащая градуиро- ванный потенциометр 5 и первичную обмотку трансформатора k напряжения, выполненную из термостабильного материала или термокомпенсированную из- вестным способом.

j В измерительную диагональ четырех- плечего моста, вершинами которой яв- ляется средний вывод градуированного потенциометра 5 и точка соединения контролируемой обмотки 1, через индуктивный фильтр 7 включен нуль-инди - катор 6; В качестве нуль-индикатора 6 могут быть использованы как измерители тока, так и измерители напряжения. Для снижения требований уравновешивания по переменному току в измерительную диагональ моста целесообразно включать нуль-индикатор 6 по известной схеме, в которой индуктивный фильтр выполнен в виде балансного трансформатора.

Рассмотрим работу.мостовой схемы на постоянном токе. В четырехплечем t мосте все плечи кроме контролируемой

обмотки 1, имеют независимую от температуры постоянную величину сопро0 тивления. Уравновешивание моста производится путем изменения сопротивления одного из плеч моста - градуированного потенциометра 5. Причем градуированный потенциометр 5 может

5 быть включен в качестве переменного резистора. Однако включение его градуированным потенциометром является предпочтительнее, так как при изменении величины сопротивления при уравновешивании не изменяется фаза переменного тока во вспомогательной ветви.Градуированный потенциометр 5 , для снижения его мощности может быть i зашунтирован образцовым резистором. Фиксация момента уравновешивания производится по нуль-индикатору 6. Отношение величины омических сопротивлений плеч основной и вспомогательной ветвей по постоянному току может быть произвольным и выбирается, исходя из отношений номинальных то17372858

напряжения, к вторичной обмотке ко- торого подключен переменный резистор 8. При этом трансформатор напря- 1 , жения и резистор 8 выполняют функ- ции имитатора параметров обмотки | электрической машины. Трансформатор U напряжения выполнен с разъемной магнитной системой, что позволяет tO воспроизвести в его| обмотке характер (по величине и cosCp) токовой нагрузки машины на холостом ходу.

Отношение сопротивлений образцового резистора 2 и градуированного

ков контролируемой обмотки 1 и транс- потенциометра 5 выбирают, исходя из

.... /I || ьмгчш1« 1 11лг1I D ГЮ14Ы О ..

форматора напряжения. Сопротивление контролируемой обмотки 1 определяется по характеристической формуле для четырехплечих мостов постоянного тока

20

гсоотношений токов обмотки 1 машины и трансформатора k напряжения.

В режиме холостого хода машины производится уравновешивание четырех- плечего моста по переменному току путем изменения величины индуктивности (регулировкой зазора магнитной системы)- трансформатора k напряжения. Изменение режима работы трансформатора k производится переменным резистором 8 - регулятором режима работы. Таким образом обеспечивается воспроизведение характера токовой нагрузки первичной обмотки трансформатора Ц (про- JQ порциональное по величине и полное соответствие по фазе. В качестве регулятора режима работы трансформатора k могут быть использованы магнитный усилитель или полупроводниковые ключи, а в качестве входного сигнала - 35 напряжение образцового резистора 2 или сигнал от дополнительного трансформатора тока электрической машины.

R

R3 iRJE± R)

;где R- - величина сопротивления градуированного потенциометра 5 относительно среднего вывода и одного из выводов, присоединенных к обмотке трансформатора 4;,

величина сопротивления потенциометра 5 относительно среднего вывода и другого вывода, соединенного с одним из выводов образцового резистора 2;

RTp- сопротивление первичной об- мотки трансформатора напряжения ;

R2 - сопротивление образцового резистора 2;

R t- сопротивление контролируе00 М „ ..

мои обмотки.

4

Для обеспечения заданной чувствительности и точности мостовой схемы в процессе измерения в измерительной диагонали моста величина переменного напряжения должна быть минимальна (не более 0,1 В);

При сопротивлении образцового резистора 2 до 0,1 RO$W переменное напряжение на образцовом резисторе 2 не превышает 3-5 В.- Следовательно, задача уравновешивания мостовой схемы не представляет технической трудности.

Для обеспечения уравновешенного состояния мостовой схемы как по модулю, так и по фазе переменного тока, в устройство введен трансформатор k

..

соотношений токов обмотки 1 машины и трансформатора k напряжения.

В режиме холостого хода машины производится уравновешивание четырех- плечего моста по переменному току путем изменения величины индуктивности (регулировкой зазора магнитной системы)- трансформатора k напряжения. Изменение режима работы трансформатора k производится переменным резистором 8 - регулятором режима работы. Таким образом обеспечивается воспроизведение характера токовой нагрузки первичной обмотки трансформатора Ц (про- порциональное по величине и полное соответствие по фазе. В качестве регулятора режима работы трансформатора k могут быть использованы магнитный усилитель или полупроводниковые ключи, а в качестве входного сигнала - напряжение образцового резистора 2 или сигнал от дополнительного трансформатора тока электрической машины.

Контроль уравновешивания по переменному току при наладке устройства или изменения режима работы электрической машины производятся с помощью нуль-индикатора 6, включенного для этой цели церез диод, с помощью светодиода, переносного прибора.

По величине изменения сопротивления контролируемой обмотки 1 в горячем и холодном состоянии определи ется температура обмотки электрической машины,.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры обмоток электрических машин переменного тока содержащее термодатчик в виде контролируемой обмотки, подключенной к электрической сети через образцовый резистор и форми91

рователь измерительного тока, трансформатор напряжения с первичной обмоткой из термостабильного материала и нуль-индикатор постоянного тока с индуктивным фильтром, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены градуированный потенциометр, соединенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора напряжения, и переменный резистор, подключенный параллельно вторичной обмотке трансформатора напряжения, а формирователь измерительного тока выполнен в виде полупроводникового диода, под ключенного параллельно участку силового провода электрической сети, при

37235 . 10

этом контролируемая обмотка, образцовый резистор,градуированный по- енциометр и первичная обмотка транс- форматора напряжения включены между собой по схеме четырехплечего моста, одна из двух параллельных ветвей которого образована контролируемой обмоткой и образцовым резистором, а

Ю другая - первичной обмоткой трансформатора напряжения и градуированным потенциометром, между средним выводом которого и точкой соединения вы- водов контролируемой обмотки и об|5 разцового резистора через индуктивный фильтр включен нуль-индикатор постоянного тока.

Изобретение относится к приборостроению и позволяет за счет упрощения повысить надежность устройства. Контролируемая обмотка электриfc ческой машины включена в одно из четырех плеч равновесной мостовой схб1- мы, в три другие плеча которой включены соответственно образцовый резне4 тор, градуированный потенциометр и первичная обмотка трансформатора напряжения , к вторичной обмотке которого подключен переменный резистор. Мостовая схема подключена к силовой сети через формирователь постоянного измерительного тока, выполненный в виде полупроводникового диодаt подключенного параллельно участку силового провода. В измерительную диагональ мостовой схемы включен через индук- Тивный фильтр нуль-индикатор постоянного тока, с помощью которого осуществляется балансировка мостовой схемы. Температура обмотки определяется по изменению величины ее активного сопротивления. 2 ил. (Л

фиг.1