Устройство для измерения температуры обмоток электрических машин

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее мост, образованный контролируемой обмоткой, соединенной с первой вершиной диагонали питания, двумя нерегулируемыми резисторами и одной из бифилярных медных обмоток регулируемого резистора, размещенных на общем нагревателе, подключенном к выходу сигнализатора разбаланса, один вход которого соединен с первой вершиной измерительной диагонали моста, а также замкнутую цепь, образованную второй из бифилярных медных обмоток регулируемого резистора , блоком индикации и вольтметром, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, введены конвертор, конденсатор, резистор и третья обмотка регулируемого резистора, один вывод которой подсоединен к выходу конвертора, а другой к первому входу конвертора, второму входу сигнализатора разбаланса и первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с второй вершиной измерительной диагонали моста, второй вход конвертора В соединен с одним выводом конденсатора, а другой вывод конденсатора и третий вход конвертора соединены с второй вершиной диагонали питания моста. /; ел о 00 00 Фиг.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1075088

3(51) - G 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3516763 /18-21 (22) 26.11.82 (46) 23.02.84. Бюл. № 7 (72) В. М. Мергольд, Е. К. Полибин, И; В. Скогорев и А. Л. Цырульников (71) Ростовский инженерно-строительный институт (53) 621.317.733 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3001188/18-10, кл. G 01 R 13/08, 03.11.80.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3221364/18-10, кл. G Ol R 13j08, 22.12.80. (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее мост, образованный контролируемой обмоткой, соединенной с первой вершиной диагонали питания, двумя нерегулируемыми резисторами и одной из бифилярных медных обмоток регулируемого резистора, размещенных на общем нагревателе, подключенном к выходу сигнализатора разбаланса, один вход которого соединен с первой вершиной измерительной диагонали моста, а также замкнутую цепь, образованную второй из бифилярных медных обмоток регулируемого резистора, блоком индикации и вольтметром, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, введены конвертор, конденсатор, резистор и третья обмотка регулируемого резистора, один вывод которой подсоединен к выходу конвертора, а другойк первому входу конвертора, второму входу сигнализатора разбаланса и первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с второй вершиной измерительной диагонали моста, второй вход конвертора Е соединен с одним выводом конденсатора, а другой вывод конденсатора и третий вход конвертора соединены с второй вершиной диагонали питания моста.!

075088

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения в процессе эксплуатации температуры неподвижных обмоток и косвенного определения температуры подвижных обмоток электрических машин, питаемых постоянным или пульсирующим напряжением, например коллекторных или вентильных тяговых двигателей электровозов переменного и постоянного тока.

Известно устройство для измерения температуры обмоток электрических машин в процессе эксплуатации, содержащее регулируемый резистор с подключенным к выходу нуль-органа нагревателем и двумя медными бифилярными обмотками, одна- из которых образует с контролируемой обмоткой и двумя нерегулируемыми резисторами мост, в диагональ равновесия которого включен вход нуль-органа. Другая обмотка регулируемого резистора образует замкнутый контур с нерегулируемым резистором, зашунтированным конденсатором, и с первичной обмоткой трансформатора, к средней точке которой и к точке соединения нерегулируемого резистора, зашунтированного конденсатором, с обмоткой регулируемого резистора подключены выводы генератора стабильного переменного напряжения. К выводам вторичной обмотки трансформатора подключен вольтметр переменного напряжения, показывающий температуру контролируемой обмотки (1).

Недостатком устройства является невозможность измерения температуры обмотки электрической машины при длительном монотонном изменении проходящего по ней тока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры обмоток электрических машин, содержащее мост, образованный контролируемой обмоткой, двумя нерегулируемыми резисторами и одной из двух бифилярных медных обмоток регулируемого резистора, размещенных на общем нагревателе, подключенном к выходу сигнализатора разбаланса, содержащего генератор импульсов, управляемый им интегратор и нуль-орган. Вход сигнализатора разбаланса через трансформатор подключен к диагонали равновесия моста. Индикаторный узел устроиства представляет замкнутый контур, образованный второй обмоткой регулируемого резистора и нерегулируемым резистором, зашунтированным конденсатором, и с первичной обмоткой трансформатора, к средней точке которой и к точке соединения нерегулируемого резистора и второй обмотки регулируемого резистора подключены выводы генератора стабильного переменного напряжения, а к выводам вторичной обмотки трансформатора подключен

45 вольтметр переменного напряжения, проградуированный в градусах температуры контролируемой обмотки (2).

Это устройство практически не чувствительно лишь к помехам, проявляющимся в виде пульсации напряжения питания контролируемой обмотки и нестабильности тока, идущего по обмотке, если периоды изменения его соизмеримы с периодом следования импульсов на. выходе генератора, управляющего интегратором, т.е. значительно меньше постоянной времени регулируемого резистора (с учетом тепловой инерционности нагревателя) .

Однако оно имеет низкую защищенность против помехи, возникающей в результате длительного монотонного измерения тока в контролируемой обмотке.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры обмоток электрических машин, содержащее мост, образованный контролируемой обмоткой, соединенной с первой вершиной диагонали питания, двумя нерегулируемыми резисторами и одной из бифилярных медных обмоток регулируемого резистора, размещенных на общем нагревателе, подключенном к выходу сигнализатора разбаланса, один вход которого соединен с первой вершиной измерительной диагонали моста, а также замкнутую цепь, образованную второй из бифилярных медных обмоток регулируемого резистора, блоком индикации и вольтметром, введены конвертор, конденсатор, резистор и третья обмотка регулируемого резистора, один вывод которой подсоединен к выходу конвертора, а другой - к первому входу конвертора, второму входу сигнализатора разбаланса и первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с второй вершиной измерительной диагонали моста, второй вход конвертора соединен с одним выводом конденсатора, а другой вывод конденсатора и третий вход конвертора соединены с второй вершиной диагонали питания моста.

На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения температуры обмоток; на фиг. 2 — схема сигнализатора разбаланса моста; на фиг. 3 — схема конвертора; на фиг. 4 — схема блока индикации.

Устройство для измерения температуры обмоток электрических машин содержит регулируемый резистор 1, состоящий из нагревателя 2, на котором размещены бифилярные обмотки 3 — 5 из медной проволоки. Обмотка 5, контролируемая обмотка 6 (представленная как совокупность активной составляющей 7 и индуктивной составляющей 8 ее сопротивления) и нерегулируе1075088 мые резисторы 9 (шунт, включенный последовательно с контролируемой обмоткой 6 в цепь питания ее) и 10 образуют мост 11 с клеммами 12 и 13, интегратор 14, управляемый через контакты 15 генератором 16, и нуль-орган 17 сигнализатора 18 разбаланса (фиг. 2) моста 11, причем клемма 12 соединена с контролируемой обмоткой 6 и резистором 9 непосредственно, а клемма 13 соединена с обмоткой 5 регулируемого резистора 1 и резистором 10 через резистор

19. Этот резистор 19 в сочетании с емкостным входным сопротивлением 20 конвертора 21 (фиг. 3), между входной клеммой 22 которого и вершиной соединения нерегулируемых резисторов 9 и 10 включен конденсатор 23, образует интегрирующую цепь.

Конвертор 21 преобразует по абсолютной величине (без изменения характера) полное (в данном случае емкостное) сопротивление нагрузочного конденсатора 23, включенного между входной клеммой 22 и общей шиной 24. Преобразованное сопротивление измеряется между входной клеммой 25 и общей шиной 24 и является входным сопротивлением 20 конвертора 21.

Преобразование сопротивления обусловлено структурой конвертора 21, содержащего операционные усилители 26 и 27, охваченные обратными связями, осуществляемыми при помощи резисторов 28-30 и подключенной между клеммами 25 и 31 обмотки 4 переменного резистора 1. Допущение высокого коэффициента усиления и малых входных токов, которое всегда обеспечивается современными операционными усилителями, позволяет определить коэффициент преобразования конвертора 21.

К вЂ” ." —, (() ю R Res где К вЂ” коэффициент преобразования конвертора, Xz — входное (емкостное) сопротивление конвертора;

Х з -сопротивление (емкостное) нагрузки конвертора; .Rgg, Я „Rg, — сопротивление резисторов, 28, 29 и 30 соответственно;

Я4 -сопротивление.:обмотки 4 регулируе- мого резистора 1.

Отсюда эквивалентная входная емкость (20) конвертора равна — й)

Я4 R где С вЂ” эквивалентная входная емкость конвертора;

С э — емкость конденсатора 23.

Сопротивление резистора 19 выбирается таким, чтобы при равенстве температур контролируемой обмотки 6 и медной обмотки

4 регулируемого резистора 1 выполнялось равенство постоянных времени контролируемой обмотки 6 и интегрирующей цепи, 19 и эквивалентконвертора 21 образованной резистором ной входной емкостью 20 Lð L, R7,t ) R9,R7,(S

В 28 829

1 19 23 д

R 39 С20 где L > — индуктивность контролируемой обмотки 6;

R (t ) — сопротивление контролируемой обмотки 6, зависящее от ее температуры t;

Rg — сопротивление резистора 9, причем Rg

13 !1, — сопротивление резистора 19;

R (ф)-сопротивление обмотки 4 регу4 лируемого резистора 1, зависящее от температуры t.

Сопротивления обмотки 5 и резистора

10 выбираются такими, чтобы при равенстве температур контролируемой обмотки

6 и обмотки 5 выполнялось условие баланса моста 11 на постоянном токе д, и 7 (t) Rg

25 (4) где R>(t) — сопротивление обмотки 5, зависящее от температуры;

Rg, Rqg — сопротивление резисторов 9 и 10

ЗО соответственно.

К выходным клеммам 32 и 33 сигнализатора 18 разбаланса моста 11 подключен нагреватель 2 регулируемого резистора 1.

Обмотка 3 регулируемого резистора 1 подключена к входным клеммам 34 и 35 блока 36 индикации (фиг. 4), образуя питаемую генератором 37 мостовую схему вместе с зашунтированным конденсатором 38, резистором 39 и обеими половинами первичной обмотки трансформатора 40, к выход41 ным клеммам 41 и 42 вторичной обмотки которого подключен проградуирова нный в градусах Цельсия вольтметр 43.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии температуры кон45 тролируемой обмотки 6 и обмоток 3 — 5 регулируемого резистора 1 одинаковы (или почти одинаковы) и равны температуре окружающего воздуха. При этом обеспечиваются равенство постоянных времени (3) и баланс активных составляющих (4) сопротивлений моста 11. Поскольку сигнализатор 18 разбаланса моста 11 тока по входам (клеммы 12 и 13) не потребляет, левые ветви моста 11 (обмотка 6 и резистор 9) и правые ветви моста 11 (обмотка 5 резистора 1 и резистор 10) в сочетании с интегрирующей цепью, образованной резистором 19 и входной емкостью 20 конвертора 21, можно рассматривать как две интегрирующие

1075088

5 I0

55 цепи, работающие на холостом ходу. Вход этих целей общий — точка соединения контролируемой обмотки 6 и обмотки 5 регулируемого резистора 1, а выходы раздельные, они подключены к клеммам 12 и 13 соответственно.

При соблюдении равенств (3) и (4) любое изменение напряжения на общем входе этих интегрирующих цепей передается на их выходы одинаково. Другими словами, обеспечивается полный баланс моста

11. Хотя обеспечить этот баланс идеально невозможно, введение дополнительной интегрирующей цепи (резистор 19 и входная емкость 20) оказывается достаточно эффективным, чтобы отказаться от трансформатора на входе сигнализатора 18 разбаланса моста 11, примененного в известном устройстве для борьбы с переменным напряжением в диагонали моста, сбалансированного лишь по активной составляющей сопротивления.

При прохождении через обмотку 6 и резистор 9 рабочего тока происходит увеличение температуры (и активной составляющей 7 сопротивления) обмотки 6, в результате чего между сопротивлениями моста

11 устанавливается соотношение .14. ) R5

Йю

Напряжение, возникающее вследствие этого в диагонали равновесия моста 11, поступает через клеммы 12 и 13 сигнализатора 18 разбаланса моста 11 на вход интегратора 14, который в течение интервала времени, задаваемого генератором 16, производит интегрирование входного сигнала. По окончании этого интервала времени генератор 16, замыкая контакты 15, сбрасывает выходное напряжение интегратора

14 на нуль и готовит его к следующему циклу интегрирования. В случае даже весьма незначительного постоянного напряжения, обусловленного нарушением баланса моста 11 за счет изменения температуры обмотки 6 на 0,5 — 1 С, к концу интервала интегрирования на выходе интегратора 14 устанавливается достаточно высокое напряжение, которое может быть легко обнаружено нуль-органом 17, имеющим достаточную выходную мощность, чтобы питать нагреватель 2 регулируемого резистора 1.

Нарушение баланса моста 11 вследствие повышения температуры контролируемой обмотки 6 контролирует сигнализатор 18 разбаланса моста 11, который подает с выходных клемм 32 и 33 напряжение питания на нагреватель 2 регулируемого резистора

1. После подачи литания на нагреватель 2 температура и сопротивление медных обмоток 3-5 (между которыми имеется хороший тепловой контакт, а следовательно, равенство температур, и электрическая изоляция) регулируемого резистора 1 увеличиваются до тех пор, пока мост 11 вновь не вернется в состояние баланса. По достижении баланса моста 11 сигнализатор

18 разбаланса отключает питание от нагревателя 2 регулируемого резистора 1. его обмотки 3-5 остывают на 0,5-1 С, что приводит к нарушению баланса моста 11, в результате чего происходит включение нагревателя 2 и т. д. Поскольку отслеживание температуры контролируемой обмотки 6 сигнализатором 18 разбаланса осуществляется весьма точно, выполнение равенства (3) практически точно обеспечивается во всем диапазоне контролируемых температур.

При работе устройства непрерывно автоматически и с высокой точностью (не хуже

1 С) поддерживается равенство между температурами обмотки 6 и всех трех обмоток 35 регулируемого резистора 1 и, благодаря влиянию через обмотку 4 на входную емкость

20 конвертора 21 в соответствии с равенством (3), обеспечивается баланс моста 11 не только по активной, но и по реактивной составляющим сопротивления. Такой полный баланс исключает попадание на вход сигнализатора 18 разбаланса моста 11 напряжения помехи (постоянного, медленно меняющегося или переменного) при любом режиме работы контролируемой машины.

Переменное напряжение, поступающее от генератора 37 в обмотку трансформатора 40, вызывает в магнитопроводе последнего два направленных встречно магнитных потока за счет токов, проходящих через обмотку 3 (сопротивление которой определяется температурой обмотки 6) и через резистор 39, защунтированный конденсатором 38. При равенстве активных сопротивлений обмотки 3 и резистора 39 и паразитной емкости обмотки 3 и конденсатора 38 магнитные потоки в сердечнике трансформатора 40 взаимно уравновешиваются и напряжение, поступающее на вольтметр 43, равно нулю. При изменении сопротивления обмотки 3 равновесие магнитных потоков нарушается и на вольтметр 43 подается напряжение, величина которого тем больше, чем больш разница между сопротивлением обмотки 3 и резистора 39. Сопротивление резистора 39 выбирается таким, чтобы нулевое напряжение на вторичной обмотке трансформатора 40 устанавилось при величине сопротивления обмотки 3 меньшей, чем наименьшее возможное ее сопротивление при работе устройства (например, при наименьшей допустимой температуре воздуха в помещении, где работает устройство) . Это исключает для трансформатора

40 переход через нуль. амплитуды напряжения на вторичной обмотке во всем рабочем

1075088

12

Составитель В. Семснчук

Редактор Н. Лазаренко Техред И. Верес Корректор В. Гирняк

Заказ 230/34 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 диапазоне изменения температуры (и сопротивления) обмотки 3 и обеспечивает однозначное соответствие между температурой обмотки 3 (а также обмоток 4 и 6) и показаниями вольтметра 43, проградуированного в градусах и показывающего температуру контролируемой обмотки 6.

Таким образом, наличие в устройстве управляемой интегрирующей цепи, постоянная времени которой равна постоянной времени контролируемой обмотки во всем диапазоне измеряемых температур, существенно повышает помехоустойчивость устройства, которое становится нечувствительным не только к быстрым изменениям напряжения питания контролируемой обмотки (например, к пульсациям напряжения) но и к длительным монотонным изменениям этого напряжения, что имеет место при изменении профиля пути преодолеваемого электровозом, при разгоне и торможении поезда и тому подобных изменениях режима нагрузки тяговых двигателей. Возможность непрерывно получать достоверную информацию о температуре обмоток тяговых двигателей cH÷æàåò вероятность опасных перегревов их и позволяет экономить электроэнергию на их вентиляцию при малой нагрузке. Кроме того, сведения о текущей температуре обмоток важны при оптимизации режима ведения поезда с использованием автоматических средств управления.