Способ обнаружения короткого замыкания вращающегося диода @ -фазного выпрямителя трехфазной синхронной машины Советский патент 1992 года по МПК G01R31/02 

Изобретение относится к контролю, преимущественно в условиях эксплуатации, трехфазных синхронных машин, имеющих синхронные обращенные возбудители с вращающимися m-фазными двухполупери- одными выпрямительными мостами.

Известен способ контроля т-фазного выпрямителя возбудителя синхронной машины, заключающийся во вращении ротора машины посторонним приводом и просмотре кривой ЭДС. наводимой в сигнальной катушке, специально устанавливаемой на полюсе статора возбудителя,

Недостаток способа состоит в необходимости введения в машину дополнительного элемента в виде сигнальной катушки, что делает его неприемлемым для машин, находящихся в эксплуатации и неприспособленных первоначально к контролю по данному способу

Известен также способ обнаружения короткого замыкания (пробоя) вращающегося диода, заключающийся в регистрации появления переменной составляющей тока в обмотке возбуждения возбудителя синхронной машины при ее вращении посторонним приводом, что в ряде случаев, например при контроле авиационных синхронных генераторов, приводимых во вращение маршевыми двигателями, вызывает дополнительные топливно-энергетические затраты. Кроме того, при увеличении числа фаз якоря возбудителя синхронной машины чувствительность способа снижается из-за электромагнитной инерции обмотки возбуждения возбудителя, что особенно важно для быстроходных машин

По технической сущности наиболее близок к изобретению способ контроля вращающихся диодов m-фазного однополупе- риодного выпрямителя возбудителя синхронной машины, заключающийся в том, что путем подключения трехфазной обмотки якоря основной машины к источнику синусоидального трехфазного переменного напряжения создают во всех m фазах обмотки неподвижного (невращающегосл) якоря возбудителя совпадающие во времени переменные токи и измеряют ЭДС, наводимую результирующим магнитным полем этих токов в отключенной от сети обмотке возбуждения возбудителя. Плавным поворотом ротора машины в пределах 180 эл, градусов добиваются максимума указанной ЭДС и, сопоставляя его с эталонным сигналом, соответствующим значению максимума ЭДС однотипной машины, имеющей обрыв одного диода, судят о неисправности вращающегося выпрямителя

Подключение обмоток синхронной машины, имеющей гл-фазный двухполупери- одный выпрямитель, к сети переменного напряжения согласно данному способу не

может вызвать протекания в фазах якоря возбудителя совпадающих во времени токов и, следовательно, обеспечить обнаружение короткого замыкания вращающегося диода m-фазного двухполупериодного вы0 прямителя.

Цель изобретения - обнаружение короткого замыкания вращающегося диода в m-фазном двухполупериодном выпрямителе трехфазной синхронной машины.

5 Цель достигается тем, что в способе обнаружения короткого замыкания вращающегося диода m-фазного выпрямителя трехфазной синхронной машины, заключающемся в подключении одной из обмоток

0 машины к источнику синусоидального переменного напряжения, создании в фазах обмотки невращающегося якоря возбудителя трехфазной синхронной машины совпадающих во времени переменных токов, регист5 рации ЭДС в неподключенной к источнику обмотке при плавном повороте ротора к обнаружении короткого замыкания по результатам сопоставления ЭДС с эталонным значением, к источнику подключают обмот0 ку возбуждения возбудителя, регистрируют модули линейных ЭДС обмотки якоря трехфазной синхронной машины при одном полном обороте ротора, а в качестве эталона принимают значение модуля второй гармо5 ники указанных линейных ЭДС.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема трехфазной синхронной машины, имеющей m-фазный двухполупериодный вращающийся выпрямитель; на фиг. 2 0 электрическая схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Синхронная машина (фиг. 1) состоит из расположенной на статоре трехфазной обмотки 1 якоря основной машины, обмотки 2

5 возбуждения основной машины, расположенной на роторе и получающей питание постоянным током от m-фазного (на фиг. 1 шестифазного) вращающегося двухполупериодного выпрямителя 3, m-фазной обмот0 ки 4 якоря обращенного синхронного возбудителя, также расположенной на роторе, и размещенной на статоре обмотки 5 возбуждения возбудителя,

Устройство (фиг. 2) содерхшт трехфаз5 ный двухполупериодный выпрямительный мост 6, подключаемый со стороны переменного тока к фазам обмотки 1 якоря синхронной машины и нагруженный со стороны постоянного тока резистором 7, падение на- « пряжения на котором подастся на емкостими фильтр 8. После фильтра 8 сигнал подается на вход электронного усилителя 9, выход которого подключен к второму фильтру 10. С фильтра 10 сигнал поступает на вход компаратора 11, выход которого подключен к входу RS-триггера 12. Триггер 12, который может принудительно возвращаться о исходное состояние устройством 13 (например, кнопкой), управляет устройством 14 световой или звуковой сигнализации корот- кого замыкания вращающегося диода.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Подведенное к обмотке 5 возбуждения возбудителя синусоидальное напряжение круговой частоты о) создает в воздушном зазоре между обмоткой 5 и обмоткой 4 якоря возбудителя магнитный поток Ф в, изменяющийся с частотой ш и индуктирующий в фазах обмотки 4 якоря возбудителя ЭДС.

Значение ЭДС, индуктируемой потоком Фв в каждой из m фаз обмотки 4 якоря возбудителя, зависит от электрического угла аРв между осью данной фазы и осью обмотки 5 возбуждения возбудителя, так как поток сцеплений с k-й фазой обмотки 4 якоря возбудителя определяется формулой

0 тт k

Фк - Фв cos( а Рв + ),0)

IT)

где Фв Фв max sin wt; а- геометрический угол поворота ротора синхронной машины; Рв - число пар полюсов возбудителя, m - число фаз обмотки 4 якоря возбудителя; k - порядковый номер фазы якоря возбудителя, отсчитываемый or некоторой начальной фазы с порядковым номер О.

На фиг. 1 фаза обмотки 4 якоря возбудителя, изображенная утолщенной линией, принята за начальную.

Наведенные потоками Ф k ЭДС фаз обмотки 4 якоря возбудителя приложены к диодам m-фазного выпрямителя 3 и вызывают в фазах якоря 4 совпадающие во времени токи.

Однако эти токи не могут одновременно протекать во всех m фазах обмотки 4 якоря возбудителя. Ток будет протекать только в тех фазах 4 якоря возбудителя, которые при данном положении ротора машины имеют максимальную линейную ЭДС. Это означает, что при каждом данном положении ротора из всех 2т диодов двухполупериодного выпрямителя 3 ток пропускают лишь только те четыре диода, к которым приложена максимальная линейная ЭДС, т.е. гп-фазный выпрямитель 3 как бы представляет собой

0

5 0

5

0

5

однофазный двухполупериодный выпрямитель,

Плавно поворачивая ротор синхронной машины в пределах одного полного оборота, последовательно разбивают т-фазн%ый двухполупериодный выпрямитель 3 на 2рвгл однофазных двухполупериодных выпрямителей, что дает возможность последовательно проконтролировать все 2т диодов.

Пусть ось начальной фазы обмотки 4 якоря возбудителя совпадает с осью обмотки 5 возбуждения возбудителя ( а 0). Тогда в начальной фазе будет максимальная ЭДС Emax. Точно такая же ЭДС будет в фазе якоря 4, ось которой сдвинута относительно оси начальной фазы на 180 эл. градусов, a линейная ЭДС этих двух фаз, определяемая геометрической разностью фазных ЭДС, будет равна 2Ё max.

Линейная ЭДС 2Ё тах вызывает протекание пульсирующего тока I о в обмотке 2 возбуждения основной синхронной машины.

В моменты времени, когда начальная фаза якоря 4 возбудителя имеет положительный потенциал, ток I 0 будет протекать по пути, обозначенному на фиг. 1 стрелками, нанесенными на утолщенную линию, а в моменты времени, когда эта фаза имеет отри- цательный потенциал, - по пути, указанному стрелками, нанесенными рядом с утолщенной линией,

В предположении симметрии вольт-амперных характеристик диодов т-фазного выпрямителя 3 пульсирующий ток 0 определяется известной формулой

2Cmox/5inu)t/

VRoB

-iTRoB

;(

t- 6in4fc3lt

(2)

где ROD - сопротивление обмотки 2 возбуждения основной машины,

Как видно из формулы (2), пульсирующий ток i0 наряду с постоянной составляющей содержит гармоники четных порядков, главной из которых является вторая гармо8 F ника с амплитудой - ртах .

О 71 К ов

Протекая по обмотке 2 возбуждения основной синхронной машины, ток 10 создает пульсирующий поток Ф0, имеющий те же временные гармоники, что и ток 0.

Магнитные потоки фаз А, В, С якоря 1 основной машины будут равны

ФА Фо cos( «PO+ /),

2 т Фв Фо cos( а ро + / + ),

4тг

Фс фосоз( ар0+ -Ј)

(3)

Здесь РО - число пар полюсов основной машины, в общем случае неравное числу пар полюсов рв возбудителя; / - электрический угол сдвига оси начальной фазы обмотки 4 якоря возбудителя относительно оси фазы А якоря 1 основной машины.

Переменные составляющие потоков ФА. Фв и Фс будут наводить в фазах трехфазной обмотки якоря 1 основной машины ЭДС, зависящие не только от потока Фо, но и от взаимной ориентации оси обмотки 2 возбуждения относительно осей фаз А, В и С якоря 1 основной машины, на что указывает формула (3). При этом ЭДС фаз А, В и С якоря 1 основной машины зависят от угла поворота ротора я не только по значению, но и по фазе, что существенно затрудняет аппаратурную реализацию способа.

В качестве сигнала контроля удобно использовать не фазные, а линейные ЭДС обмотки якоря 1 основной машины, пропорциональные разностям потоков Ф д - Фв, Фс - ФА и Фв - Фс- С учетом того, что

In „, In V3

cos-3- -2:sln-g- -r:

4я 1 . 4л: v5 cos -s- - -к : sin -j и формул

(1), (2) и (3) для линейных ЭДС якоря 1 основной машины получают

EW KEieW5Kp4fC4 Pe P fH(l)lll

Ew-KEieco5«p6 -f 6;п(),

ЁСА КЕi0cos«.p8 -|cos(«p0.fi)415,n(v fvP),

(4)

где КЕ - коэффициент пропорциональности между переменными составляющими пульсирующего тока io и линейными ЭДС якоря 1 основной машины, зависящий от параметров обмоток машины.

Формула (4) показывает, что и линейные ЭДС якоря 1 основной машины зависят от угла поворота ротора а как по значению, так и по фазе, Однако модули выражений, стоящих в квадратных скобках, не могут изменяться в больших пределах, чем от 3/2

Aof

Для упрощения аппаратурной реализации способа целесообразно использовать в качестве сигнала контроля модули линейных ЭДС обмотки якоря 1 основной машины, выделение которых осуществляется подключением к обмотке якоря 1 трехфазного двухполупериодного выпрямителя б (см. фиг. 2).

Пусть диод анодной группы моста 3 пробит, что условно изображено на фиг. 1 дугообразной перемычкой. Тогда в моменты времени, соответствующие положительному потенциалу начальной фазы обмотки 4 якоря возбудителя, ток 0 будет протекать по тому же пути, что и при всех исправных диодах моста 3. При отрицательном потенциале начальной фазы ток i0 протекает по

следующему пути: от фазы обмотки 4 якоря возбудителя, ось которой сдвинута относительно оси начальной фазы на угол 180 эл. градусов (или близкий к 180), и далее через пробитый диод, минуя обмотку 2 возбуждения основной машины, к начальной фазе обмотки 4 якоря возбудителя, что на фиг. 1 указано перечеркнутыми тонкими стрелками.

Теперь в обмотке 2 возбуждения основной машины ток 0 описывается формулой

V

1 tS(Hsillu{ lein2ot 3lBl n Mt+1 Я

Сравнивая формулы (4) и (5). убеждэют- ся, что в кривой тока I 0 появилась составляющая, изменяющаяся с частотой й)и

имеющая амплитуду -ц13 , отсутствующая

при исправных вращающихся диодах моста 3, а амплитуда второй гармоники уменьшилась вдвое до значения 0 Л1 .

J 7ГК ов

При этом отношение амплитуд первой и второй гармоник составляет 3/4, в то время

как при исправных диодах, несмотря на возможные различия в их вольт-амперных характеристиках, это отношение близко к нулю.

В таком же соотношении изменяется и

спектр линейных ЭДС трехфазной обмотки 1 якоря основной машины, модули которых выбраны в качестве сигнала контроля, а за эталон выбрана вторая гармоника этих

ЭДС

Точно такой же результат получают при

пробое любого из диодов m-фазного двухполупериодного моста 3.

Устройство, реализующее способ (фиг. 2), работает следующим образом.

Линейные ЭДС обмотки 1 якоря основной машины, имеющие пространственно- временную структуру, описываемую формулой (4), подаются на вход трехфазного двухполупериодного выпрямителя 6, нагруженного со стороны постоянного тока на резистор 7.

Выпрямитель 6 введен в схему устройства для того, чтобы напряжение на резисто- ре 7 при повороте ротора машины

изменялось по модулю не более чем OTNJT72 до 3/2 максимального значения фазной ЭДС обмотки 1 якоря основной машины.

Падение напряжения на резисторе 7 через емкостиыйфильтр, где происходит отделение постоянной составляющей этого напряжения, поступает на вход электронного усилителя 9, который увеличивает амплитуды всех переменных составляющих выходного сигнала фильтра 8.

Сигнал с выхода усилителя 9 подается на второй фильтр 10, пропускающий только вторую гармонику сигнала и преврзиою- щий ее амплитуду в пропорциональное напряжение постоянного тока, поступающее далее на вход компаратора 11. Порогсраба- тывапия компаратора 11 выбран в 1,5 раза меньшим, чем напряжение на выходе фильтра 10 при исправных вращающихся диодах, поэтому при исправных диодах триггер 12, управляемый компаратором 11, находится в таком состоянии, что сигнализатор 14 не срабатывает.

При коротком замыкании любого из вращающихся диодов и соответствующем повороте ротора напряжение на выходе фильтра 10 уменьшается вдвое, так как вдвое уменьшается уровень второй гармоники линейной ЭДС обмотки 1 якоря основной машины, и компаратор 11 перебрасывает триггер 12, который фиксируется в этом состоянии независимо от дальнейшего поворота ротора и включает сигнализатор 14.

Возвраттриггера 12 в исходное положение осуществляется кнопкой 13.

Обнаружение короткого замыкания вращающегося диода, согласно способу, может быть также осуществлено просмотром напряжения на резисторе 7 на экране электронного осциллографа.

На некоторых объектах авиатехники (например, самолеты Як-42 и Ан-72) используются синхронные генераторы с гл-фазными двухполупериодными вращающимися выпрямителями. Генераторы приводятся во вращение маршевыми двигателями самолета.

Так как существующая технология выявления короткого замыкания вращающихся диодов авиационных синхронных генераторов требует работы маршевого двигателя, то внедрение данного способа исключает

изменение топливно-энергетических затрат, поскольку для реализации способа не требуется вращение генератора. Формула изобретения Способ обнаружения короткого замыкания вращающегося диода гп-фазного выпрямителя трехфазной синхронной машины, заключающийся в подключении одной из обмоток машины к источнику синусоидального переменного напряжения, создании в

фазах обмотки невращающегося якоря возбудителя трехфазной синхронной машины совпадающих во времени переменных токов, регистрации Э ДС в неподключенной к источнику обмотке при плавном повороте

ротора и обнаружении короткого замыкалшя по результатам сопоставления ЭДС с

эталонным значением, отличающийся

тем, что, с целью обнаружения короткого

замыкания вращающегося диода в двухполупериодном выпрямителе, к источнику подключают обмотку возбуждения возбудителя, регистрируют модули линейных ЭДС обмотки якоря трехфазной синхронной машины при одном полном обороте ротора, а в качестве

эталона принимают значение модуля второй гармоники указанных линейных ЭДС.

1764000

Изобретение относится к контролю, преимущественно в условиях эксплуатации, трехфазных синхронных машин. Цель изобретения - обнаружение короткого замыкания вращающегося диода в т-фазном двухполупериодном выпрямителе трехфазной синхронной машины. Линейные ЭДС обмотки якоря 1 основной машины, имеющие пространственно-временную структуру, подаются на вход трехфазного двухполупериодного выпрямителя 6, нагруженного со стороны постоянного тока на резистор 7. Выпрямитель 6 введен в схему устройства для того, чтобы напряжение на резисторе 7 при повороте ротора машины .изменялось по модулю в пределах не более чем от-ЈГ/2 до 3/2 максимального значения фазной ЭДС обмотки 1 якоря основной машины. 2 ил. fe VI ON 44 О О о Фие.1

V/ Hi

Фчг.1

Ъ