Устройство для контроля температуры электроустановки постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК H02H5/04 

(5А) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроподвижным составам и электропривода постоянного тока. В эксплуатационных условиях железных дорог тяговые двигатели локо мотивов часто работают при нагрузка вызывающих перегрев обмоток выше допустимого для данного класса изол ции, что приводит к снижению ресурса тяговых машин l. На подвижном составе основное внимание в настоящее время уделяетс обеспечению работы тяговых двигателей с ограничением на допустимом уровне таких параметров как ток, напряжение на коллекторе, отношение тока якоря к току возбуждения и др. Даже автоматизированные системы регулирования, соблюдающие ограничения в тяговой области, не обеспечивают защиту тяговых двигателей от перегрева. В кабинах локомотивов отсутствуют приборы, информирующие машиниста о фактической температуре ТЯГОВЫХ двигателей, что не позволяет машинисту выбрать правильный режим ведения поезда. Процесс измерения температуры тяговых электрических машин усложняется тем, что их обмотки находятся под высоким напряжением кВ и более, и в то же время требуется достаточная точность измерения. Известны устройства для измерения температуры высоковольтных электрических аппаратов, в которых для гальванической развязки высоковольтных цепей от низковольтных используется радиоканал или оптическая сис тема, а в качестве датчиков температуры применяются термисторы, термопары и др. Известен также ряд устройств для защиты электроустановок от перегрузок по теплу, в которых контролируется ток, с помощью блока обработки вычисляется интеграл квадрата тока по времени и на основании этой величины судят о тепловой нагрузке машиньи Наиболее близким к предлагаемому является устройство для тепловой защиты обмоток статора машин постоянного тока, состоящего из измерительного преобразователя тока, протекающего через контролируемую обмотку, элемента измерения напряжения на контролируемой обмотке, вычи тающего и исполнительного элементов Принцип работы устройства основан на формировании сигнала в момент достижения температурной контролиру мой обмотки заданного уровня. Данно устройство выдает дискретный сигнал когда температуре контролируемой обмотки достигает этого уровня . К недостаткам этого устройства можно отнести невозможность получения сигнала, пропорционального температуре во всем рабочем диапазоне нагрева обмоток. Поскольку сигнал выдается лишь в одной точке, это обстоятельство не позволяет машинис ту следить за текущим значением температуры в целях прогнозирования перегрева обмоток тяговых двигателей. Кроме того, указанное устройст во не обеспечивает потенциальную развязку от цепи контролируемой машины из-за того, что сигнал, про.порциональный падению напряжения на контролируемой обмотке попадает непосредственно на вычитающий элемент устройства. Цель изобретения - обеспечение н прерывного контроля температуры высоковольтных электрических машин и аппаратов постоянного тока. Поставленная цель достигается те что устройство дополнительно содержит масштабный усилитель с двумя входами, причем к одному из входов масштабного усилителя подключен выход блока обработки электрических сигналов, выполняющего операцию дел ния выходного сигнала преобразовате ля напряжения в напряжение на выход ной сигнал преобразователя тока в напряжение, другой вход масштабного усилителя подключен к вновь введенному источнику постоянного напряжения, а выход масштабного усилителя присоединен к исполнительному элементу. Измерительные преобразователи то ка в напряжение и напряжения в напряжение выполнены по схеме модулятор-демодулятор с разделительным трансформатором, первичная обмотка которого подключена к модулятору, а вторичная - к демодулятору. Модулятор и демодулятор выполнены на транзисторных токовых ключах. На чертеже представлена принципиальная схема устройства для контроля температуры электроустановки постоянного тока. В предлагаемом устройстве к наиболее нагруженной в термическом отношении обмотке 1 электрической машины или обмотке другой электроустановки постоянного тока подключен измерительный преобразователь 2 напряжения в напряжение, а измерительный преобразователь 3 тока в напряжение контролирует ток указанной обмотки. Измерительные преобразователи 2 и 3 обеспечивают потенциальную развязку высоковольтнь х цепей электрической машины от низковольтных цепей управления и контроля. Выходные электрические сигналы преобразователей 2 и 3 поступают на блок k обработки электрических сигналов, выполненный в виде схемы деления аналогового сигнала от преобразователя 2 на аналоговый сигнал от преобразователя 3Блок Ц обработки электрических си|- налов, реализующий операцию деления аналоговых сигналов, выполнен в виде аналогового перемножителя 5 включенного в цепь обратной связи операционного усилителя 6. На выходе блока 4 формируется электрический сигнал, пропорциональный сопротивлению контролируемой обмотки 1. Этот сигнал поступает на один из входов масштабного усилителя 7, на другой вход которого подано постоянное напряжение, уровень которого выбирают в зависимости от материала-обмотки. Выходной сигнал масштабного усилителя 7, пропорциональный текущему значению температуры контролируемой обмотки, поступает на исполнительный элемент 8. В качестве исполнительного элемента использовано устройство, воздействующее на производительность системы охлаждения тяговых двигателей или на систему автоматического регулирования режима работы электрической машины, например на вентилятор или регулятор тока. Кроме того, исполнительный элемент 8 может быть установлен в кабине машиниста для визуального контроля текущего значения температуры и выбора рационального способа ведения поезда, предотвращающего перегрев обмоток тяговых электричес ких машин. Устройство работает следующим об разом. Из опыта эксплуатации известно, что компенсационная обмотка тягового двигателя, характеризующаяся низкой тепловой постоянной, нагрева ется быстрее других обмоток в зоне больших токовых нагрузок. Поэтому она выбирается в качестве контролируемой, К компенсационной обмотке 1подключен измерительный преобразо ватель 2 напряжения в напряжение. Для измерения тока контролируемой обмотки 1 последовательно с ней включен шунт Э, падение напряжения на котором является входным сигналом измерительного преобразователя 3 тока в напряжение. На выходе измерительного преобразователя 2 формируется потенциально развязанный сигнал, пропорциональный напряжению контролируемой обмотки 1, а на выходе измерительного преобразователя 3 - сигнал, пропорциональный току указанной обмотки. Оба измерительны преобразователя 2 и 3 аналогичны. Сигналы на входах этих измерительны преобразователей усиливаются опера;ционными усилителями 10 и поступают на модуляторы 11, выполненные на транзисторных токовых ключах. С помощью трансформаторов 12 осуществляется потенциальная развязка от высоковольтных цепей тягового двига теля. На выходе каждого измерительн го преобразователя имеется демодуля тор 12 с RC-фильтром 1. Для питани операционных усилителей 10 и формирования прямоугольных импульсов управления каждый измерительный пре образователь снабжен своим блоком 15 питания, который обеспечивает потенциальную развязку между цепями модулятора и демодулятора. Сигнал от измерительного преобразователя 2напряжения в напряжение поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 6, а сигнал от измеритель ного преобразователя 3 тока в напря жение - на один из входов аналогово го перемножителя 5 (микросхема типа 525ПС1), включенного в цепь обратной связи операционного усилителя 6. Операционный усилитель 15 преобразует выходной дифференциальный сигнал аналогового перемножителя 5 в сигнал относительно корпуса (общей шины). На выходе операционного усилителя 15 формируется сигнал, пропорциональный сопротивлению контролируемой обмотки 1, который равен отношению выходных аналоговых сигналов измерительных преобразователей и 3. Машстабный усилитель 7, выполненный на операционном усилителе 16, осуществляет вычитание с соответствующими коэффициентами из сигнала, пропорционального сопротивлению контролируемой обмотки сигнала, обратно пропорционального температурному коэффициенту материала контролируемой обмотки. Таким образом на выходе операционного усилителя 16 формируется сигнал, пропорциональный температуре контролируемой обмотки 1, Предлагаемое устройство позволяет получить непрерывный контроль температуры обмоток электроустановок постоянного тока, что в конечном счете приводит к повышению надежности электроподвижного состава, к увеличению его ресурса и снижению количества внеплановых ремонтов. Формула изобретения 1. Устройство для контроля температуры электроустановки постоянного тока, содержащее измерительный преобразователь тока в напряжение, измерительный преобразователь напряжения в напряжение, исполнительный элемент и блок обмотки электрических сигналов, входы которого соединены с выходами измерительных преобразователей, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля путем непрерывного контроля температуры, оно дополнительно содержит масштабный усилитель с двумя входами, причем к одному из входов масштабного усилителя подключен выход блока обработки электрических сигналов, выполняющего операцию деления выходного сигнала преобразователя напряжения в напряжение на выходной сигнал преобразователя тока в напряжение, другой вход масштабного усилителя подключен к вновь введенному источнику постоян7а „выход масштабног ного напряжения, усилителя присоединен к исполнитель ному элементу. 2. Устройство по п,1, о т л и чающее ся тем, что измеритель ные преобразователи тока в напряжение и напряжения в напряжение выпол нены по схеме модулятор-демодулятор с разделительным трансформатором, первичная обмотка которого подключена к модулятору, а вторичная - к демодулятору. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о тличающее ся тем, что модулятор и демодулятор выполнены на транзисторных токовых ключах. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Фаминский Г.В. О совершенствовании методов тяговых расчетов. Вестник ВНИИЖТ, 1980, № 2. 2.Патент ПНР № 83959, кл. Н 02 , 15.02.77.