Электрическая машина (ее варианты) Советский патент 1982 года по МПК H02K11/00 H02K19/38 

(Б) ЭЛЕКТРИЧЁСКДЯ МАШИНА (ЕЕ ВАРИАНТЫ) Изобретение относится к электрическим машинам, аименно к электрическим машинам .с устройством контро состояния вентилей вращающихся выпр мителей бесщеточных возбудителей си хронных машин. Известно устройство контроля, ис пользуемое в бесщеточных возбудителях, содерж(}щее стержнеобразные токопроводы, включенные последовательно в силовые цепи вентилей вращающегося выпрямителя и располагаемые на наружной поверхности вращающейся части возбудителя В стержнеобразном токопроводе этого устройства, как элементе устройства контроля, осуществляется непосредственное преобразование пер вичного сигнала о состоянии вентиля представляемого током, который проте кает по токопроводу, последовательно соединенному с вентилем и с соответствующим плавким предохрйнителем, в сигнал о состоянии вентиля, передаваемый бесконтактным способом с вращающейся части возбудителя, который представляется мaгниtньw полем токопровода и регистрируется электромагнитным датчиком, установленным на статоре возбудителя. ; При пробое вентиля и перегораниипредохранителя ток по токопроводу не протекает и на датчике при прохождении под ним токопровода, сое- . диненного с пробитым вентилем и перегоревшим предохранителем, сигнал о наличии магнитного поля данного токопровода не образуется. Излучатель в виде стержнеобразного уокопровода, используемый в этом устройстве контроля,имеет недостаточно высокую npocTpaHcteeHHyw локализацию создаваемого им электромагнитного канала передачи сигналов о состоянии вентиля с вращающейся части возбудителя. Это проявляется в искажении основного сигнала датчика, создаваемого полем токопрово3да, находящегося под датчиком, помехами, которые создаются магнитными полями других токопроводов, особенно расположенных рядом. Наличие помех в сигналах, образуе мых на датчике, и тем больших, чем более близко приходится располагать .друг к другу токопроводы, что имеет место при увеличении мощности возбудителя, повышает уровень тока возбудителя, с которого может быть обеспечена надежная работа регистрирующего прибора, из-за необходимости применения в нем специальных схем для выделения основных сигнаг.ов, поступающих с датчиков. Описанное -устройство контроля с излучателями в виде стержнеобразных токопроводов, ввиду того, что они являются элементами, включенными последовательно в силовую цепь венти ля, не могут обеспечить полный-повен тильный контроль состояния вращаюЩ11хся выпрямителей бесщеточньгх возбудителей, в ветвях которых имелись бы последовательно соединенные венти ли. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемо му результату является электрическая машина, содержащая бесщеточный возбудитель с обмоткой якоря, секции которой одними выводами соединены через последовательно включенные пла кие предохранители и вентили с обмоткой электрической машины, а другие выводы подключены на общую шину и устройство для контроля возбудителя, содержащее электромагнитные излучатели, располок{еннь е на наружной поверхности вращающейся части возбудителя, и датчики, закрепленные на неподвижной части возбудителя, один из выводов излучателя подключен к соединительной цепи между плавким предохранителем и вентилем. Последовательно с плавким предохранителем может быть включена пара вентилей z Недостатком этого устройства контроля является то, что при отка зе излучателя, например по причине обрыва его соединений, случаи выхода из строя соответствующих вентилей оказываются принципиально не выявляемыми. И в этом устройстве, с параллельным соединением излучателей с силовьомипредохранителями, как и в устройствах контроля со стержневыми излучателями, включенны О4 ми последовательно в силовые цепи вращающегося выпрямителя, также не может быть обеспечен повентильный контроль бесщеточных возбудителей, в ветвях которых имелись бы последовательно соединенные вентили. Цель изобретения - повышение надежности машины путем повышения точности и достоверности контроля технического состояния возбудителя. Поставленная цель достигается тем, что в первом варианте другой вывод электромагнитного излучателя соединен с общей шиной обмотки якоря возбудителя. Во втором варианте другой вьшод излучателя подключен к цепи, соединяющей вентиль и обмотку электрической машины. Согласно третьему варианту введен дополнительный излучатель, один из выводов которого подключен к цепи, соединяющей пару вентилей, а другойк общей шине обмотки якоря. В четвертом варианте введен дополнительный излучатель, один из выводов которого и второй вывод основного излучателя подключены к цепи,соединяющей пару вентилей, а второй вывод дополнительного излучателя подключен к цепи, соединяющей вентиль и обмотку электрической машины. Третий и четвертый варианты относятся к электрической машине, содержащей пару последовательно включенных вентилей. На фиг.1 приведена схема части устройства контроля, в котором электромагнитные излучатели соединены с общим выводом обмоток обращенного генератора питающего вращающийся выпрямитель; на фиг.2 - графики,поясняющие работу устройства; на фиг.З схема части устройства контроляj в котором электромагнитные излучатели соединены с выходными шинами выпрямителя; на фиг. - графики, поясняющие работу этого варианта устройства; на фиг.5- схема части устройства контроля, в котором электромагнитные излучатели соединены с выходной шиной выпрямителя, с которой соединен и выход ветви; на фиг.6 - графики, поясняющие работу устройства; на фиг.7 - схема части устройства контроля с повентильным контролем состояния вентилей вращающегося выпрямителя, в ветвях которого имеются по5следовательно соединенные вентили; на фиг.8-10 - графики, поясняющие работу устройства; на фиг.11 - схем части устройства контроля бесщеточн го возбудителя, в ветвях вращащего ся выпрямителя которого имеются последовательно соединенные вентили на фиг.12 и 13 - графики, поясняющи работу устройства. Устройство контроля (фиг.1) соде жит электромагнитный излучатель 1, который соединен одним выводом с цепью, соединяющей вентиль 2 анодно ветви с плавким предохранителем 3 этой же ветви выпрямителя, другим выводом излучатель 1 соединен с выводом обмотки k обращенного генератора , который питает выпрямитель, нагрузкой 5 которого является обмот ка возбуждения синхронного генератора . Аналогичным образом излучатель 6 катодной ветви соединен с цепью, соединяющей вентиль 7 с предохрани телем Вис тем выводом обмотки 9 питающей катодную ветвь, который как и вывод обмотки k соединяется с общей шиной обмоток обращенного ,генератора. Электромагнитные излучателиГ и размещаются на наружной поверхности вращающейся части Ьесщеточного возбудителя и могут представлять собой, например, сердечник с разом.кнутым магнитопроводом с размещенной на нем обмоткой, один из выводов которой соединен с резистором, или схему на светодиоде, или другой подобный им элемент, которым может создаваться пространственный электромагнитный канал при поступлении н его вход тока. Во втором варианте устройства контроля (.фиг.З) излучатели 1 и 6, в отличие от рассмотренного устройс ва, соединены с выходными шинами выпрямителей 2 и 7, причем излучате 1 анодной ветви соединен с катодной выходной шиной, имеющей напряжение - Е, а излучатель 6 катодной-ветви соединен с анодной выходной шиной, имеющей напряжение + Е. В третьем варианте устройства контроля ( фиг.З) излучатель 1 подключен своим вторым выводом к выводу того же вентиля 2, другой вывод которого соединен с предохранителем 3f с которым соединен первый вывод излучателя 1. 0 Устройство контроля бесщеточного возбудителя СФиг.7,в ветвях вращающегося выпрямителя которого имеются последовательно соединенные вентили, содержит, кроме излучателей 1 и 6, электромагнитные излучатели 10 и 11, которые соединены одним выводом,соответственно, с цепью,соединяющей последовательно соединенные вентили 2 и 12 анодной ветви и сцепью, соединяющеи последовательно соединенные вентили 7 и 13 катодной ветви. Вторые выводы излучателей 10 и 11 в этом варианте устройства соединены с общей шиной, соединяющей все обмотки , в том числе и обмотки и 9 обращенного генератора, питающего вращающийся выпрямитель. В другом варианте устройства 5 Р° бесщеточного возбудителя в ветвях вращающегося выпрямителя име ются последовательно соединенные вентили (фиг. 11) . В этом варианте оба излучателя каждой ветви выпрямителя 1 и 10 соединяются параллельно с соответствующими вентилями 2 и 12. Для первого варианта устройства при неповрежденных вентиле 2 и r;peдохранителе 3 ток -f , протекающий Р излучатель Т, повторяет форму обмотки 4 (графики {J напряжения и Io , ,фиг.2) . В случае пробоя вентиля 2, после которого выводы силового вентиля оказываются, как известно, электрически закороченными, и происходящем вслед ствие этого перегорании предохранителя 3, излучатель 1 оказывается электрически накоротко соединенным через пробитый вентиль 2 с анодной шиной выпрямителя, на которой имеется постоянное напряжение + Е, соа|даваемое другими ветвями выпрямителя ( не показаны ). В соответствии с этим после пробоя вентиля 2 через излучатель 1 протекает ток 1 фиг.2 . В интервале времени, соответствующим средней зоне, в которой при неповрежденном вентиле 2 этот вентиль находится под воздействием наибольшего обратного напряжения, называемой контрольной зоной, -которая обозначена на графикахК фиг.2. буквой К, этот ток протекает через излучатель 1 в на-, правлении противоположном направлению тока . Аналогичный характер изменения напряжения и тока имеет jWecTO и в цепи включения излучателя 6 катодной ветви при пробое вентиля 7.

При нарушении соединения излучателей 1 и 6 с цепями работающего вра.щающегося выпрямителя или при выходе их из строя в контрольной зоне соответствующего излучателя становится равным нулю.

Таким образом, в устройстве конт-, роля (, фиг. 1 может быть обеспечено и выявление состояния вентиля и проверка целостности самого излучателя по току и его направлению и соответствующему ему электромагнитному полю излучателя в единственном временном интервале, соответствующем контрольной зоне ветви К.

В устройстве ( Лиг.3) ток IP , протекающий через излучатели 1 и 6 при неповрежденной ветви, имеет пульсирующий характер с нулевым значением в контрольной зоне К.

При повреждении ветви излучатель 1 или 6 оказывается подключенным непосредственно к выходным шинам рабо тающего выпрямителя и через него протекает ппстояннь1Й ток 1 . В таком устройстве выявление обрыва соединения излучателя 1 и 6 может быть обеспечено проверкой наличия тока в интервале времени, соответствующем средней зоне, в которой при неповрежденной ветви соответствующий вентиль находился в проводящем состоянии. Эта зона проверки обозначена на графиках буквой п.

Ток в контрольной зоне К и проверочной ц устройства контроля (фиг.З протекает в одном направлении и в нем не могут использоваться однонаправленные излучатели, подобные {Схемам на светодиоде, в отличие от 0ариант ;Э устройства (Фиг.), в котором при использовании одной &эны контрольной К необходимым является применение двунаправленных излучателей, какими, например, являются излучатели на сердечнике с разомкнутым магнитопроводом, магнитное поле в разрыве сердечника которых может иметь два направления, в соотвез ;тви с направлением тока, протекающего че рез его обмотку.

, В устройстве ( фиг.5 ) ток, протекающий через излучатель 1, повторяет форму напряжения на вентиле 2. Этот ток в зоне контроля К при неповрежденной ветви работающего выпрямите- , ля имеет конечную величину, пропорциональную току возбудителя (график -f , фиг.6), а при пробое вентиля и перегорании соответствующего предохранителя он нулевой (график 1 , фиг.6. .

Обрыв соединения излучателя или отказ его в таком устройстве является неотличимымот случая пробоя вентиля. Это, хотя и может считаться определенным недостатком, потенциально не снижает наде ; ность устройства контроля,в отличие от известного устройства с параллельным соединением излучателей с предохранителями, в котором отказ излучателя идентифицируется как исправность соответствующей ветви, если даже ее вентиль и пробит.

В варианте устройства (фиг.) при Неповрежденных вентилях 2 и 12 через второй излучатель 10 анодной ветви протекает пульсирующий ток (фиг. .10), повторяющий форму напряжения $0 (фиг.В) на шине соединяющей вентили 2 и 12, которое при близких обратных сопротивлениях вентилей в некотором интервале действия наибольших отрицательных значения напряжения и питающей обмотки имеет близкие к нулевым значения.

В случае пробоя первого вентиля 2 и остающихся неповрежденными втором вентиле 12 и предохранителе 3 через излучатель 10 протекает переменный ток j , повторяющий форму напряжения S, которое соответствует напряжению и обмотки k,

При пробое второговентиля 12, но остающемся неповрежденным первом вентиле 2 и целом предохранителе 3 через излучатель 10 протекает постоянный ток Jrt, пропорциональный напряжению Srt практически равному напряжению + Е на. анодном выводе выпрямителя .

i По току, протекающему через излу чатель 10 анодной ветви в зоне контроля К и в зоне проверки п. , обеспечивается возможность определения состояния анодной ветви выпрямителя с каким-либо одним-пробитым вентилем и возможность осуществления проверки целостности излу)ателя, при повреждении которого ток излучателя j равен нулю и в зоне контроля К;, и в зоне проверки И . Однако при использовании только одного злучателя 10 случай повреждения обоих вентилей 2 и 12 при наличии в ветви предохранИТеля, после перегорания которого через излучатель 10 проте кает постоянный ток jj , является неотличимым от случая повреждения только одного второго вентиля 12, при котором через излучатель протек ет также постоянный ток jo. практически тождественный току j . Использование,наряду с первым излучателем 10, второго излучателя один вывод которого соединен с цепь соединяющей первый вентиль 2 с предохранителем 3, а второй вывод соединен с общей шиной обмоток обращенного генератора, обеспечивает возможность полного выявления всех состояний анодной ветви и проверку исправности самих излучателей. При неповрежденной анодной ветви ток Q, проходящий через второй из лучатель 1, повторяет форму напря, жения и обмотки Л. Токи Ц и ij протекающие через этот излучатель при повреждении только одного вентиля, соответственно 12 и 2, остают ся практически тождественнымитоку д.Если оба вентиля 2 и 12 оказываются пробитыми, что приводит к перегоранию предохранителя 3 то через излучатель 1 протекаед постоян ,„ ныи ток 1,который в зоне контроля k, второго излучателя 1 имеет направление противоположное направлению тока в других случаях (i0, 1 и 1). Нулевое значение тока в зоне контроля it, второго, излучателя I является в работающем выпрямителе однозначным показателем обрыва соединений этого излучателя. Аналогичным образом двумя излучателями 11 и 6 обеспечивается возможность выявления целостности соединений самих излучателей и состояния обоих венти лей катодной ветви, в которую входят последовательно соедине ные вентили 7 и 13-. Для устройства контроля (фиг.7) о арактерным является изменение направления тока, протекающего через излучатели в их зонах контроля при соответствующем изменении состояния ветвей. Этим определя ется необходимость использования в этой схеме двунаг1равленных излучателей, например, упоминавшихся излучателей на сердечнике с разомкнутым магнитопроводом, В варианте устройства (фиг.11 при неповрежденной ветви через иэлу0- 10 чатели 1 и 10 протекают токи i, и jjj,, повторяющие форму напряжения и, на соответствующем вентиле. При пробое одного вентиля l2 или 2), напряжение U на этом вентиле становится практически ра1вным нулю. Нулевым становится и ток l(ji) протека-тщий через излучатель 10 (1) этого вентиля 12 (2) , в зоне Контроля К (К). На другом, оставшемся неповрежденном вентиле 2 )f напряжение Uj увеличивается сохраняя прежнюю форму, в связи с joi j (г.) протекающий через излучатель 1 (Q) неповрешенного вентиля, также увеличивается в зоне контроля К(К) этого излучателя. В случае пробоя обоих вентилей 2 и 12 и перегорании соответствуюЧего предохранителя 3, токи,протекающие через обе излучателя становятся нулевыми , а в схеме выпрямителя без предохранителей они практически нулевые. В этом устройстве контроля обрывы соединений излучателей являются неотличимыми от пробоя соответствующих вентилей. Предлагаемое устройство контроля обеспечивает возможность проверки исправности самого устройства в рабочих условиях, что повышает его надежность и отличается от известного устройства тем, что при его применении становится возможным использование бесщеточных возбудителей, ветвях врвщающихся выпрямителей которых имеются последовательно включенные вентили, применение которых позволит существенно повысить надежность эксплуатации бесщеточных возбудителей, что особенно важно для мощных энергоблоков, какими, например, являются энергоблоки атомных электростанций, нербходимость непредвидимых ограниче|ний режимов работы или остановов которых приводит к большим недодачам электроэнергии. Формула изобретения 1. Электрическая машина, содержа щая бесщеточный возбудитель с обмоткой якоря, секции которой одними вы водами соединены ерез последовательно включенные плавкие предохранители и вентили с обмоткой электрической машины, а другие выводы подключены на общую шину, и устройство для конт роля возбудителя, содержащее электромагнитные излучатели, расположенные на наружной поверхности вращающейся части возбудителя, .и датчики, закрепленные на неподвижной части возбудителя, один из выводов излуча теля подключен к соединительной цепи между плавким предохранителем и вентилем, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, другой вывод электромагнитного излучателя соединен с общей шиной обмотки якоря возбудителя. 2. Электрическая машина, содержащая бесщеточнЫй возбудитель с обмоткой якоря; секции которой одними выводами соединены через последовав тельно включенные плавкие предохранители и вентили с обмоткой электри ческой машины, а другие выводы подключены на общую шину, и устройство для контроля возбудителя, содержаще электромагнитные излучатели, распол женные на наружной поверхности враща ющейся части возбудителя, и датчики , закрепленные на неподвижной части возбудителя, один из выводов излучателя подключен к соединительной цепи между плавкими предохранителем и вентилем, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, другой вывод излу |Чателя подключен к цепи, соединяющей вентиль и обмотку электрической машины. 3. Электрическая машина, содержа щая бесщеточный возбудитель с обмот кой якоря, секции которой одними выводами соединены через последовательно включенные плавкие предохранители и пару вентилей с обмоткой электрической машины, а другие вьГво ды подключены на общую шину,и устройство для контроля возбудителя, содержащее электромагнитные излучатели, расположенные на наружной поверхности вращающейся части возбудителя, и датчики, закрепленные на неподвижной части возбудителя, один из выводов излучателя подключен к соединительной цепи между плавкими предохранителями и вентилем, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, в нее введен дополнительный излучатель, один из выводов которого подключен к цепи, соединяют пару вентилей, а другой - к общей шине обмотки якоря, i. Электрическая машина, содерхшщая бёсщеточный возбудитель с обмоткой якоря, секции которой одними выводами соединены через последовательно включенные плавкие предохранители и пару вентилей с обмоткой электрической машины, а другие выводы . гюдключень на общую шину, и устройство для контроля возбудителя. содержащее электромагнитные излучатели, расположенные на наружной поверхности вращающейся части возбудителя, и датчики, закрепленные на неподвижной части возбудителя, один из выводов излучателя подключен к соединительной цепи между плавкими предохранителями и вентилем, Ъ тли чающаяся тем, что в нее введен дополнительный излучатель, один из выводов которого и второй вывод основного излучателя подключены к цепи, соединяющей пару вентилей, а другой вывод дополнительного излучателя подключен к цепи, соединяющей вентиль и обмотку электрической машины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 333656, кл. Н 02 К 11/00, 1967. 2.Wriqht.W.F., Hawlly R. Donely J.L.Brushless Thyristor Exltation System.- IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, V.Pas-91, 1972, , pp.l8if8-l85i.

и

Е

г

„

Фиг1

-и «

Ш/ л

Ж.

Фт2

U

-Е

ю

Г

иг

4-1

d

п

/п

.

.5

Фиг.

%45f- %

фиг.5

и

Чзт

t

t

к2

v

Фаг 15