Способ измерения температуры изоляции обмоток электрических машин
Владельцы патента RU 2273832:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарская государственная академия путей сообщения" (СамГАПС) (RU)
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения температуры изоляции обмоток электрических машин. Технический результат - повышение точности измерения. Для достижения данного результата переменное напряжение подают на две любые точки цепи, электрически связанные с обмоткой и корпусом электрической машины через разделительные конденсаторы. Измеряют конструктивную электрическую емкость корпусной изоляции обмоток по отношению к корпусу машины и по ее величине судят о величине температуры изоляции обмотки в эксплуатации. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности измерения температуры изоляции обмоток электрических машин, и может быть использовано при изготовлении систем охлаждения тяговых электродвигателей (ТЭД) локомотивов для измерения температуры изоляции их обмоток в целях ее регулирования.
Известен способ получения сведений о температуре нагрева изоляции обмоток ТЭД при изготовлении систем охлаждения ТЭД, когда в качестве первичной информации используется величина тока, протекающего по этим обмоткам, а температура их изоляции определяется путем моделирования с использованием кривых нагревания. [Михайловский Л.В., Исаев В.Ф., Лорман Л.М. и др. Система САУВ для электровоза ВЛ 80-Р, журнал «Локомотив» за 2004 г., №2, 3, соответственно стр.29-31 и 32-33].
Недостаток указанного способа определения температуры изоляции обмоток состоит в том, что он является косвенным методом измерения и не может обеспечить точности, особенно в переходных режимах работы ТЭД.
Известен способ измерения температуры вращающейся обмотки постоянного тока электрической машины, заключающийся в том, что измеряют ток основных щеток и напряжение на обмотке через дополнительные измерительные щетки, вычисляют значение активного сопротивления обмотки и по этому значению судят о ее температуре. Для упрощения и повышения точности измерений температуры обмотки измерение постоянного напряжения на обмотке производят при дополнительной загрузке измерительных щеток переменным током от постороннего источника [А.с. 1372199 (СССР) «Способ измерения температуры вращающейся обмотки постоянного тока электрической машины и устройство для его осуществления». Авторы: Г.Г.Счастливый, О.Я.Меженный, Г.С.Бронштейн, Л.Г.Ковшар, Т.К.Середа. БИ №5 за 1988 г.].
Недостаток предложенного способа измерения температуры изоляции обмоток электрических машин заключается в том, что он не может обеспечить должной точности измерений из-за имеющих место потерь в зоне дополнительного щеточного контакта, кроме того, способ достаточно сложен так как требует дополнительного монтажа измерительного устройства (дополнительных щеток) на коллекторно-щеточном узле электрической машины при ее эксплуатации и демонтажа при ее ремонте.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение процесса и повышение точности измерения температуры изоляции обмоток электрических машин для ее регулирования.
Технический результат достигается тем, что в известном способе, заключающемся в подаче на обмотку переменного тока, переменное напряжение подают через разделительные конденсаторы на две любые точки электрической цепи, которая электрически связана с обмоткой и корпусом электрической машины, измеряют конструктивную электрическую емкость изоляции обмоток по отношению к корпусу машины и по ее величине судят о величине температуры изоляции обмотки в эксплуатации.
Принципиальное отличие предлагаемого способа от существующего заключается в том, что при подаче переменного напряжения на обмотки производится измерение не активного сопротивления обмоток конструктивной электрической емкости их корпусной изоляции и по величине этой емкости определяется ее температура. При этом, как показывают проведенные измерения, электрическая емкость корпусной изоляции обмотки электрической машины в диапазоне рабочих температур изоляции зависит от конструкции ее обмотки и класса изоляции и, например, для якорей ТЭД с изоляцией кл.F эта зависимость носит практически линейный характер. При этом, чем больше температура, тем больше электрическая емкость корпусной изоляции обмотки электрической машины.
На фиг.1 приведена зависимость электрической емкости корпусной изоляции обмотки якоря ТЭД с кл. изоляции F, например тепловоза 2ТЭ-10 В, от температуры ее пазовой части.
На фиг.2 приведены аналогичные зависимости для тех же якорей с корпусной изоляцией различных модификаций (кл.В - кривая 1, кл.F - кривая 2) при напряжении 1,0 кВ.
Пример: проводились испытания на нагрев тяговых электродвигателей с якорями (изоляция кл.F), в обмотке которых были заложены температурные датчики (термопары), в течение одного часа в номинальном режиме. В процессе указанных испытаний одновременно с замерами температуры производились замеры электрической емкости корпусной изоляции при различных переменных напряжениях промышленной частоты. Результаты измерений представлены на графиках фиг.1.
Полученные результаты неоднократно проверялись на якорях с корпусной изоляцией различного исполнения (кл.В, кл.F). Зависимости емкости корпусной изоляции обмотки якорей ТЭД типа ЭД107 А для различного ее исполнения от температуры представлены на фиг.2. [Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Гордеева И.П. «Исследование и разработка методов повышения надежности корпусной изоляции якорей тяговых электродвигателей тепловозов». - М.: 1980. - 211 с.].
Полученные зависимости электрической емкости от температуры корпусной изоляции якорей дополнительно проверялись при параллельных измерениях температуры при помощи встроенных термодатчиков (термопар гр.ХК), методом сопротивлений и электрической емкости корпусной изоляции на частоте 1000 Гц прибором Е-8-2. Данные измерений представлены в табл.1.
| Таблица 1 Зависимость емкости корпусной изоляции обмоток немодернизированных якорей ЭД-107 А (изоляция кл.В) от средней температуры обмотки | ||||
| №№ замеров | Средняя температура обмотки | Емкость корпусной изоляции, мкФ | Примечания | |
| Метод встр. датчиков | Метод сопротивлений | |||
| 1 | 29,5 | 29,15 | 0,064 | Измерения проводились в процессе стендовых испытаний ТЭД на нагрев согласно ГОСТ 2582-81 |
| 2 | 62,5 | 62,24 | 0,077 | |
| 3 | 93,5 | 93,36 | 0,084 | |
| 4 | 124,5 | 123,8 | 0,09 |
Как видно из приведенных графиков и таблицы, электрическая емкость корпусной изоляции якорей электрических машин зависит от класса изоляции и конструкции обмоток. Эта зависимость носит практически линейный характер и может быть использована для определения и регулирования температуры изоляционных обмоток в системах их охлаждения.
Использование предлагаемого способа измерения температуры изоляции обмоток электрических машин обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
а) упрощение технологии и повышение точности измерения температуры изоляции обмоток электрических машин;
б) надежность получения адекватного температурного сигнала в условиях вибрации, запыленности и действия электромагнитных полей во всех режимах работы (переходных, установившихся) электрических машин позволяет применить предложенный способ в системах автоматического регулирования температуры их изоляции;
в) резкое снижение денежных и трудовых затрат при измерении и регулировании температуры изоляции обмоток электрических машин.
Способ измерения температуры изоляции обмоток электрических машин, включающий подачу на обмотку переменного напряжения, отличающийся тем, что переменное напряжение подают на две любые точки цепи, электрически связанные с обмоткой и корпусом электрической машины через разделительные конденсаторы, измеряют конструктивную электрическую емкость корпусной изоляции обмоток по отношению к корпусу машины и по ее величине судят о величине температуры изоляции обмотки в эксплуатации.
