Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины Советский патент 1992 года по МПК G01K13/08 

Изобретение относится к технике электрических измерений неэлектрических величин, в частности измерений температуры обмотки электрической машины, и может быть использовано для измерения температуры обмоток аппаратов, которые имеют сердечник из электротехнической стали: реле, трансформаторы, контакторы, пускатели.

Известно устройство для измерения температуры обмотки электрической машины, содержащее обмотку-термодатчик, источник постоянного тока, включенный последовательно с обмоткой термодатчиком, фильтр низкой частоты измерительный прибор.

По обмотке-термодатчику протекает измерительный постоянный и рабочий переменный токи. Первый составляет 3% от второго. Падение напряжения от постоянного тока на сопротивлении обмотки, зави сящее от температуры, измеряется прибором.

Недостатком известного устройства является высокая погрешность измерения температуры, которая обусловлена тем, что

постоянным током от постороннего источника нагревают обмотку и он сам зависит от температуры окружающей среды через зависимости параметров усилителя и ограничителя и источников питания, низкой чувствительностью к температуре, поскольку температурный коэффициент удельного сопротивления составляет всего 0,0043 град.1 (обмотка из меди), а также низким отношением сопротивлений при нормальной и повышенной температурах и высоким отношением падения напряжения от переменного и постоянного токов на обмотке-термодатчике.

Цель изобретения - снижение погрешности измерения температуры обмотки электрической машины.

Указанная цель достигается тем, что включают первую катушку электродинамического логометра непосредственно или через трансформатор тока в цепь обмотки температуру которой измеряют а вторую катушку параллельно обмотке

Принцип измерения температуры основам на изменении индуктивного и полного

Ц

с

VJ N XI чэ ся о

активного (R) сопротивлений от температуры.

Полное активное сопротивление состоит из сопротивлений на постоянном и пере- менном токах, На переменном токе активное сопротивление появляется за счет скин-эффекта, вихревых токов и эффекта близости.

Результирующее полное активное сопротивление на переменном токе значительно превышает сопротивление на постоянном токе. Обмотка машины может быть представлена последовательной эквивалентной цепью из активного R и индуктивного X сопротивлений, подключенной к сети с напряжением и и частотой а. Угол отклонения электродинамического логометра

а F (-|2- tg р) ,

0)

I2 - токи первой и второй катушек, А;

р - угол сдвига фаз между токами h и град.:

р- arctg X/R.

По закону Ома Ь U/l(Ri + R) +(X + Xi)z,

U/f(

а 12 -№ - (I iZ// WrvT R)2 + (X2 + X)2

где Rj,R2 и XL Xa - активные и индуктивные

сопротивления первой и второй катушек логометра; Zi Vfc-i2 + Xi2 .

На практике R2 - (10 -104)R: X2 - (103-105)Х. a Ri (10 3-10 2)R: Xi

г2

- (10 J-10 4X.

IO--1U )X.г-p

Тогда H - U + X2; I2 U / fa2 + X22 :

F/VrR2+X ..X

ЧцТхГ R

а

(2)

Индуктивное сопротивление обмотки X to L, где L - индуктивность, Гн, обмотки, которая определяется числом витков геометрией ее и магнитной проницаемостью сердечника /иаL - т ,яа ft) //о //и $/1,

(3)

- магнитная постоянная, 12,56 x x 10 7Гн/м;

H - начальная магнитная проницаемость материала сердечника;

S, I - сечение и длина обмотки, м2; fyi - температурный коэффициент изменения магнитной проницаемости, град 1.

Б1, диапазоне рабочих температур обмотки электрической машины (80-250°С) магнитная проницаемость электротехнической стали практически линейно изменяется с ростом температуры.

Активное сопротивление обмотки

R R0(1+ «Rt),

(4)

где Ro - сопротивление обмотки на переменном токе при номинальной температуре;

10crR - температурный коэффициент сопротивления обмотки,

Представим X - Kt и вместе с (4) подставим в (2):

a F(pil

R5+X Ro(T+«RT))

+ «Rtr±J l,x

Kt

-1

R0« X и «R - 0,0043 град. , поэтому первое слагаемое много меньше второго, тогда

25

(Kn2),

Ki K2/R0aRVR22 + X22.

(5)

Таким образом, из полученного уравне- ния видно, что если с обмоткой машины включить электродинамический логометр, то угол отклонения его стрелки оказывается пропорциональным квадрату температуры обмотки.

Оценим чувствительность измерения температуры обмотки по известному устройству, если температура с 40°С изменилась в 2 раза и по уравнению R R0(1+«R t);

R(40°) R0{1+ 0,0043-40); R(80°) Р0(1+0,):

N. R(QOla-L3J l.it47

R(40) 1,172 Л Л

5

0

Для предлагаемого устройства

Nn HMOil 4. F ( Ki402 )

Предлагаемое устройство имеет чувствительность в 3,49 раза выше, чем известное.

На чертеже показана функциональная схема устройства.

Устройство содержит обмотку 1 машины, электродинамический логометр 2 и трансформатор 3 тока.

Обмотка 1 электрической машины соединена последовательно с первой катушкой

электродинамического логометра 2 непосредственно или через трансформатор 3 тока. Вторая катушка логометра 2 включена параллельно обмотке. Вторая катушка может быть подключена к обмотке 1 через со- гласующий трансформатор (не показан),

Устройство работает следующим образом.

По обмотке 1 и первой катушке логометра 2 или первичной катушке трансформато- ра 3 тока протекает переменный рабочий ток машины. На вторую катушку логометра 2 подается напряжение с обмотки 1. Под действием протекающего тока изменяются индуктивное и активное сопротивления об- мотки 1. Обмотка и ее сердечник нагреваются за счет джоулева тепла и энергии вихревых токов. При этом увеличивается магнитная проницаемость и, как следствие, индуктивное и активное сопротивления пе- ременному току (последнее значительно больше сопротивления постоянному току из-за скин-эффекта вихревых токов и эффекта близости). В соответствии с (2)-(5) угол отклонения стрелки логометра через X и R определяется температурой.

Предлагаемое устройство отличается от известного независимостью показаний температуры обмотки от напряжения питания, высокой чувствительностью, низкой по- грешностью и простотой,

Отсутствие постоянного протекающего через обмотку тока уменьшает погрешность измерения как минимум на 3% (соотношение между постоянным и переменным токами). Повышение чувствительности измерения температуры обмотки в 3,49 раза практически во столько же раз позволяет снизить погрешность измерения. Если погрешность измерения температуры обмотки при использовании известного устройства составляет 5-10%, то погрешность предлагаемого устройства может быть уменьшена до 0,5-2,1%. Исключение из устройства низкочастотного фильтра и выделение постоянного сигнала в сотые доли вольта на уровне сотен вольт также способствует уменьшению погрешности измерения температуры обмотки.

Пример. Электродинамический лого- мер Д510, кл. 1,0, электрическая машина ДУПС-400, трансформатор тока И54, кл. 0,2.

Предлагаемое устройство проще известного и не требует специальных источников питания. Кроме того, источник постоянного тока, включаемый последовательно с обмоткой, создает постоянную намагничивающую силу, которая возбуждает в сердечнике машины постоянный магнитный поток. Это поток вызывает перекос магнитных потоков фаз машины, что приводит к дополнительному искажению формы тока сети и дополнительным потерям мощности.

Формула изобретения Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины содержащее термодатчик в виде одной из обмото к электрической машины и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, измерительный прибор выполнен в виде электродинамического логометра, первая и вторая катушки которого подключены соответственно последовательно или через трансформатор тока и параллельно обмотке электрической машины, использованной в качестве термодатчика.

Изобретение относится к электрическим измерениям неэлектрических величин, а именно измерениям температуры обмотки электрической машины или других аппаратов, которые имеют сердечник из электротехнической стали. Цель - повышение чувствительности. Устройство содержит термодатчик в виде одной из обмоток машины и измерительный прибор, выполненный в виде электродинамического логометра, первая и вторая катушки которого подключены соответственно последовательно или через трансформатор тока и параллельно обмотке машины, использованной в качестве термодатчика. 1 ил.

s О

гл

Гй.