Способ теплового контроля температуры обмоток электрических машин



Способ теплового контроля температуры обмоток электрических машин

 


Владельцы патента RU 2455657:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГОУВПО "МГТУ") (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при оперативном контроле технического состояния электрических оребренных машин. Технический результат - упрощение оценки плотности теплового потока при сохранении достоверности измерений. Для достижения результата с помощью тепловизионного приемника определяют температуру станины электрической машины между ребрами у их основания tмакс и температуру поверхности окончаний ребер tмин. Затем рассчитывают плотность теплового потока qs., отходящего от обмотки к поверхности станины у основания ее ребер. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в процессе тепловых испытаний электрических машин.

Разработанный способ может быть использован в энергетике.

Известны прямые и косвенные способы для определения температуры обмотки статоров электрических машин.

На основе прямых способов производят непосредственное измерение температуры обмоток с использованием термокрасок, контактных термопар, терморезисторов, термометров, устанавливаемых в участках поверхности, прилегающих в пазах статора. Например, при измерениях методом термометра согласно ГОСТ 11828-86 температуру фиксируют термометром, который прикладывают к доступным местам, например поверхности лобовой обмотки статора электрической машины.

Использование термопар, терморезисторов, термоиндикаторов не дает достаточно достоверного результата, поскольку с их помощью оценивают только температуру поверхности обмотки электрической машины. Кроме того, затруднено крепление перечисленных индикаторов к поверхности обмотки машины.

Для определения неповерхностной (внутренней) температуры обмоток используют способ оценки температуры обмотки путем оценки ее сопротивления в холодном и разогретом состояниях (Проектирование электрических машин: учеб. для вузов / И.П.Копылов, Б.К.Клоков, В.П.Морозкин, Б.Ф.Токарев; Под ред. Копылова. - 3-е изд. испр. и доп. - Высш. шк. 2002. - 757 с.). Недостатком данного способа является то, что для оценки температуры обмотки путем измерения ее сопротивления в горячем и холодном состояниях необходимо отключать электрическую машину из эксплуатации.

Косвенный способ предполагает расчет значений температуры обмоток в пазах статора электрической машины по известным методикам на основе определяемого в процессе испытаний значения поверхностной плотности теплового потока qs, отходящего от станины (Сипайлов Г.А., Д.И.Санников, В.А.Жадан. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах. - М.: Высш. шк. 1989. - 239). Подобный метод предполагает контроль величины тепловых потерь в процессе эксплуатации машины.

Для оценки теплового состояния обмоток электрических машин актуальным является оценка плотности теплового потока непосредственно в процессе эксплуатации. Это необходимо для целей оперативной диагностики и вывода из эксплуатации электрических машин, имеющих температуру обмоток, превышающую предельные температуры, определяемые классом нагревостойкости изоляции, для последующего метрологического контроля.

Величина поверхностной плотности теплового потока qs может быть оценена различными способами, например, установкой на поверхность изоляции обмотки контактных датчиков теплового потока, измеряющих значение qs в отдельных участках поверхности.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению является принятый за прототип способ теплового контроля характеристик трансформаторов напряжения (Пат. РФ №2291455. опубл. 27.10.2005). Способ основан на том, что условно разбивают поверхность трансформатора на равные участки и определяют с помощью тепловизионного приемника температуру каждого участка, затем рассчитывают тепловой поток каждого участка и на основе этих данных определяют суммарный тепловой поток, характеризующий тепловые потери и определяющий значения погрешностей измерений. Недостаток способа состоит в трудоемкости расчета величины суммарного теплового потока, отходящего от всей боковой поверхности трансформатора.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в упрощении оценки плотности теплового потока при сохранении достоверности технической диагностики.

Для достижения указанного технического результата в способе теплового контроля температуры обмоток электрических машин, основанном на измерении с помощью тепловизионного приемника интенсивности оптического излучения обмотки, находящейся под напряжением в течение интервала времени, превышающего длительность переходных процессов, и на определении температуры поверхности обмотки по зафиксированной интенсивности оптического излучения, определяют температуру станины электрической машины между ребрами у их основания tмакс и температуру поверхности окончаний ребер tмин, рассчитывают плотность теплового потока qs., отходящего от обмотки к поверхности станины.

Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного выше известного, наиболее близкого к нему являются следующие:

сначала измеряют температуру станины электрической машины между ребрами у их основания tмакс, затем температуру поверхности окончаний ребер tмин, после этого рассчитывают плотность теплового потока qs., отходящего от обмотки к поверхности станины.

Наличие этих признаков позволяет существенно упростить оценку плотности теплового потока при сохранении достоверной оценки состояния электрической машины.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом, представленным на фигуре.

На фиг. схематично представлено взаимное расположение поверхности станины с ребрами испытуемой электрической машины и тепловизионного приемника, так называемого тепловизора.

Позиции на чертеже: 1 - ребра станины 2; 3 - воздушный зазор между станиной 2 и статором 4; 5 - пазы с обмоткой статора 4; 6 - тепловизионный приемник; 7 - ЭВМ; 8 - теплограмма; 9 - гистограмма распределения температуры.

В процессе эксплуатации электрических машин в обмотке рассеивается активная мощность тепловых потерь, которые, в конечном счете, обуславливают ее нагрев и отвод тепла от нее через спинку статора, станину и ребра станины.

Потери мощности, выделяемые в объеме обмотки статора электрической машины, определяют величину теплового потока, который выходит через поверхность ребристой станины электрической машины.

В процессе работы изменение температуры поверхности станины 2 с ребрами 1 контролируют с помощью тепловизионного приемника 6 - прибора, регистрирующего излучение от объекта и определяющего температуру одновременно во всех точках поверхности станины 2 в режиме реального времени. В процессе испытаний производят непрерывный контроль температуры в любой точке поверхности станины 2 с ребрами 1 по мере разогрева электрической обмотки машины.

Испытание проводят при температуре окружающей среды t0. Ребра 1 нагреваются выходящим тепловым потоком qs. По мере разогрева поверхности изменяется интенсивность теплового излучения, исходящего от поверхности. Сканер тепловизионного приемника 6 регистрирует инфракрасное излучение как от поверхности станины 2 между ребрами 1 у их основания с температурой tмах, так и от окончаний ребер 1 с температурой tмин. Видеосигнал от сканера тепловизионного приемника 6 поступает в ЭВМ 7 для хранения информации и ее дальнейшей обработки. Тепловизионное изображение представляют в виде цветной (или черно-белой) теплограммы 8, цветовая гамма (или оттенки серого цвета) которой соответствует определенным значениям температуры любой точки поверхности ребер 1 в фиксированный момент времени. С помощью ЭВМ 7 значение температуры каждой точки теплограммы 8 поверхности может быть оценено с точностью до 0,1°С.

По мере разогрева поверхности за счет протекания тока в обмотке статора 4 происходит фиксация тепловых изображений ребер 1, информация о которых сохраняется в памяти ЭВМ.

Путем обработки теплограммы 8 на ЭВМ 7 рассчитывают температуру любой точки поверхности, в том числе между ребрами 1 и на поверхности окончания ребра 1.

Если обмотки в пазах 5 статора 4 обладают анизотропией тепловых свойств или в конструкциях обмотки имеются, например, внутренние дефекты, то распределение температуры в различных участках поверхности будет неидентичным.

Плотность теплового потока qs, подходящего к несущей стенке толщиной δст с ребрами 1 высотой l, толщиной δ, расстоянием между ребрами s, периметром u, площадью поперечного сечения f, коэффициентом теплопроводности λ ребер 1 станины 2, оценивают следующим образом.

Для оценки плотности теплового потока qs, подходящего к внутренней поверхности основания станины 2, используют выражение (Ройзен Л.И, Дулькин И.Н. Тепловой расчет оребренных поверхностей / под ред. В.Г.Фастовского. - М.: Энергия, 1977. - 256 с.):

где Bi=αδ/2λ; Biст=αδст/2λ; Nст=(s/2)(α/λδст)1/2; N=l(2α/λδст)1/2,

α - коэффициент теплоотдачи.

По мере распространения теплового потока (ось у) от основания ребра 1 к его окончанию температура поверхности ребра 1 уменьшается от значения tмакс до tмин.

Распространение теплового потока через ребро прямоугольной формы описывается известным соотношением:

где m=(αu/λрf)0,5.

Значения tмакс и tмин оценивают в процессе тепловизионного испытания, далее рассчитывают отношение, величину ch(mh) и экспериментальное значение m. Затем рассчитывают экспериментальные значения коэффициента теплоотдачи α на поверхности ребер 1 в исследуемой области поверхности: α=m2λf/u и при известных геометрических параметрах ребер - значения Bi, Вiст, N, Nст.

Окончательно, на основе соотношения (1) рассчитывают плотность теплового потока qs, подходящего к основанию станины 2.

По сравнению с известным способом существенно упрощена оценка плотности теплового потока при сохранении достоверности оперативного контроля и диагностики технического состояния электрических машин непосредственно в процессе их эксплуатации

Способ теплового контроля температуры обмоток электрических машин, основанный на измерении с помощью тепловизионного приемника интенсивности оптического излучения обмотки, находящейся под напряжением в течение интервала времени, превышающего длительность переходных процессов, и на определении температуры поверхности обмотки по зафиксированной интенсивности оптического излучения, отличающийся тем, что определяют температуру станины электрической машины между ребрами у их основания tмакс и температуру поверхности окончаний ребер tмин, рассчитывают плотность теплового потока qs., отходящего от обмотки к поверхности станины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к измерениям компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли (МПЗ), а также к средствам калибровки магнитометров.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах поверки и контроля измерительных приборов. .

Изобретение относится к способу измерения параметров электрической сети - амплитудных и действующих значений токов и напряжений в информационно-управляющих комплексах для АСУ распределенными энергообъектами и производствами.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения коэффициентов преобразования составных емкостных делителей напряжения. .

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для использования при поверочных и эталонных измерениях в широком диапазоне измеряемых напряжений и частот.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах поверки измерительных устройств. .

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в установках для поверки и регулировки счетчиков электрической энергии. .

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к измерениям компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли, а также к средствам калибровки магнитометров.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного контроля метрологических характеристик радиоизмерительных приборов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для линеаризации градуировочных характеристик измерительных преобразователей, у которых градуировочная характеристика аппроксимируется полиномом второго порядка

Изобретение относится к устройствам для испытания и калибровки приборов, в частности электромагнитных реле с контактами, поочередно размыкающимися и замыкающимися при последовательных включениях и отключениях электромагнита

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения неэлектрических величин при помощи тензометрических мостовых датчиков с инструментальными усилителями, запитанных постоянным током

Изобретение относится к средствам измерительной техники и может быть использовано при разработке и исследовании трехфазных электронных электросчетчиков, устанавливаемых на промышленных объектах и для индивидуальных пользователей взамен устаревшим индукционным приборам учета электроэнергии

Изобретение относится к средствам измерительной техники и может быть использовано при разработке и исследовании трехфазных электронных электросчетчиков, устанавливаемых на промышленных объектах и для индивидуальных пользователей взамен устаревшим индукционным приборам учета электроэнергии

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматической коррекции погрешностей измерительных устройств

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к измерениям компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли (МПЗ), а также к средствам калибровки магнитометров

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения фазовых погрешностей масштабных преобразователей, предназначенных для работы в широком частотном и динамическом диапазонах входных сигналов

Использование: для калибровки оптической измерительной аппаратуры при оценке среднего диаметра дисперсных частиц. Сущность: заключается в том, что проводят измерения характеристик дисперсной системы калибруемой аппаратурой и фоторегистрирующим прибором с последующим определением зависимости сигнала калибруемой аппаратуры от среднего диаметра частиц, определенного визуально, при этом воздействуют ультразвуком на жидкость, создавая дисперсную систему, освещают ее периодическими импульсами света длительностью Ти≤0,1Туз (где Туз - период ультразвуковых колебаний), синхронизованными с ультразвуковыми колебаниями, во время импульсов света измеряют калибруемой аппаратурой и определяют по результатам фоторегистрации средний диаметр дисперсных частиц (dср.а и dср.ф соответственно), изменяют сдвиг фаз между световыми импульсами и ультразвуковыми колебаниями, а также мощность ультразвука, после чего измерения и фоторегистрацию повторяют до получения требуемого количества калибровочных уровней, определяют калибровочную характеристику как зависимость величины dср.а от dср.ф. Технический результат: упрощение калибровки за счет исключения операций, связанных с использованием эталонных порошков, а также расширение области применения за счет калибровки приборов, реализующих интегральные методы оптики дисперсных систем. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для автоматизации поверки стрелочных измерительных приборов. Техническим результатом устройства является сокращение времени поверки стрелочных измерительных приборов. Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее блок формирования калиброванного сигнала, соединенного с клеммами для подключения поверяемого прибора, введены цифровая камера, первый контроллер ввода-вывода, микроконтроллер, второй контроллер ввода-вывода, блок оперативной памяти, блок энергонезависимой памяти. Автоматическая поверка стрелочных измерительных приборов осуществляется путем генерации и подачи калиброванного сигнала, соответствующего начальному показанию, на входы поверяемого прибора, снятия начального показания, генерации и подачи калиброванного сигнала, соответствующего конечному показанию, на входы поверяемого прибора, снятия конечного показания, обработки полученных изображений, расчета погрешности поверяемого прибора. 3 ил.
Наверх