Способ и устройство эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателя постоянного тока

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам и предназначено для контроля теплового состояния обмоток электродвигателей постоянного тока в процессе их эксплуатации в целях защиты от аварийных режимов, в том числе и на железнодорожном транспорте. Техническим результатом является упрощение, повышение точности контроля нагрева и надежности защиты от перегрева в эксплуатационных условиях. В способе и устройстве эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателя датчик температуры помещают в полый болт с резьбой, ввинчивают в сердечник одного из дополнительных полюсов электродвигателя, которые являются наиболее теплонапряженными в конструкции электродвигателя постоянного тока, измеряют температуру его обмоток и получают управляющий сигнал для его защиты. Сигнал от датчика температуры преобразуют в цифровой сигнал и по беспроводному каналу связи, образованному миниатюрным радиопередатчиком с антенной, передают управляющий сигнал в виде преобразованного значения температуры в систему управления для осуществления контроля за температурой обмоток электродвигателя и для принятия мер по защите электродвигателя от перегрева. Датчик температуры соединен с преобразователем сигнала, подключенным к миниатюрному радиопередатчику с антенной, питающемуся от элемента питания, установленным над полым болтом с резьбой. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и касается контроля теплового состояния обмоток электродвигателей постоянного тока в процессе их эксплуатации в целях защиты от аварийных режимов, в том числе и на железнодорожном транспорте.

Известен способ контроля нагрева и защиты обмоток электродвигателя от перегрева, возникающего от токовых перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе при потере одной из фаз, с использованием тепловых реле, основой которых являются термоэлементы, связанные через исполнительный механизм с контактами в цепи катушки контактора, срабатывающих от превышения тока, который может привести к перегреву, тепловому старению изоляции обмоток и преждевременному выходу из строя электродвигателя (Пястолов А.А. и др. Эксплуатация и ремонт электрооборудования. - М., Колос, 1976, с.190-191).

Недостатком такого способа контроля и защиты электродвигателя от аварийных режимов является несоответствие превышений номинального тока в обмотках статора электродвигателя температуре их нагрева. Например, перегрев обмоток происходит от ухудшения обдувания корпуса при выходе из строя вентилятора или завале корпуса электродвигателя технологическим материалом. В этом случае даже при номинальном значении тока электродвигателя температура нагрева обмоток может превысить допустимые значения, на которые не сработает защита.

Известен способ контроля нагрева и защиты обмоток электродвигателей с применением устройства встроенной температурной защиты (УВТЗ), которое реагирует на температуру обмоток электродвигателя, по сигналу терморезисторов (позисторов), устанавливаемых в лобовых частях статорных обмоток электродвигателей, которые соединены с усилителем этого сигнала и преобразованием его в сигнал, управляющий магнитным пускателем электродвигателя (Сырых Н.Н. Эксплуатация сельских электроустановок. - М., Агропромиздат, 1986. - 255 с.).

Недостатком способа является необходимость вмешательства в конструкцию электродвигателя (в заводских условиях при изготовлении или при эксплуатации) для установки или замены вышедших из строя термодатчиков, встраиваемых в лобовые части обмоток статора электродвигателя. Температура срабатывания термодатчиков в значительной мере зависит от точности соблюдения инструкций по их установке в лобовых частях обмоток статора. Также в этом случае требуется обязательная прокладка дополнительных проводников для связи термодатчиков с блоком УВТЗ, а его - с магнитным пускателем, что усложняет реализацию способа, увеличивает стоимость конструкции для его осуществления и снижает надежность защиты электродвигателя.

Известен способ эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателей, принятый за прототип, при котором измеряют температуру обмоток электродвигателей и получают управляющий сигнал для защиты электродвигателя, причем датчик температуры помещают в полый болт с резьбой, который ввинчивают в гнездо рым-болта корпуса электродвигателя, при этом места контакта полого металлического болта с корпусом электродвигателя и термодатчиком покрывают теплопроводящей пастой, измеряют температуру нагрева сердечника статора, усиливают величину полученного сигнала, при этом учитывают количественную связь между температурами нагрева сердечника и обмотки статора путем определения значения температурного коэффициента Кт=Тобм/Тст, где Тобм - температура обмотки, Тст - температура статора, и увеличивают полученное значение сигнала температуры статора в 1,4-1,7 раза, получают фактическое значение сигнала температуры нагрева обмотки статора, подают его на вход сигнального блока, сравнивают полученный сигнал с сигналом задатчика, которым устанавливают требуемый порог срабатывания сигнального блока, учитывающий значение предельно допустимой температуры перегрева обмотки защищаемого электродвигателя для данного класса изоляции, создают необходимый температурный запас, подключают к первому выходу сигнального блока индикатор-светодиод, к второму выходу сигнального блока подключают звуковой генератор-зуммер, а третий выход сигнального блока соединяют с отключающим устройством и с их помощью при появлении аварийной ситуации из-за перегрева обмоток защищаемого электродвигателя подают световой сигнал и через заданный интервал времени подают звуковой сигнал, свидетельствующие о возникновении аварийной ситуации, или подают сигнал на отключение защищаемого электродвигателя магнитным пускателем от питающей сети (RU, патент 2409884 С1, МПК Н02К 15/00, G01R 31/34, 2011 г.).

Недостатком такого способа контроля и защиты электродвигателя от аварийных режимов также является несоответствие температуры корпуса статора электродвигателя, в который устанавливается датчик температуры, реальной температуре обмоток двигателя. Кроме того, наличие проводного монтажа от датчика температуры к схеме управления двигателем усложняет эксплуатацию и обслуживание элементов, установленных на электродвигателе. Особенно сказывается этот недостаток при использовании данного способа на железнодорожном транспорте, например, на тепловозах, где доступ к электродвигателям постоянного тока весьма затруднен.

Известно устройство для тепловой защиты электродвигателя, содержащее три последовательно соединенных терморезистора с положительным коэффициентом температурного сопротивления, расположенных на фазных обмотках статора, однопереходный транзистор, два постоянных резистора, тиристор, симистор в цепи включения контактором электродвигателя выпрямительный мост, соединенный одним входным выводом с управляющими выводом симистора, конденсатор, два диода, два подстроечных резистора, четвертый терморезистор с положительным коэффициентом сопротивления расположенный на магнитопроводе статора, один вывод которого соединен с одним свободным выводом последовательно соединенных трех терморезисторов и эмиттером однопереходного транзистора, второй вывод - с анодом первого введенного диода, катод которого соединен с первым выводом введенного первого подстроечного резистора, с катодом тиристора, с первым выводом первого резистора и отрицательным выводом выпрямительного моста, второй вывод последовательно соединенных терморезисторов соединен с первыми выводами второго резистора и введенного конденсатора, второй вывод которого соединен с анодом тиристора, с вторым выводом первого резистора и с положительным выводом выпрямительного моста, второй вывод второго резистора соединен с второй базой однопереходного транзистора, первая база которого соединена с вторым и третьим выводами первого введенного подстроенного резистора, с управляющим электродом тиристора и с первым выводом второго введенного подстроенного резистора, второй и третий выводы которого соединены с анодом введенного второго диода, катод которого соединен с эмиттером однопереходного транзистора, выпрямительный мост другим входным выводом соединен с анодом симистора (RU, патент 2115987 С1, МПК Н02Н 5/04, Н02Н 7/08, 1998 г.).

Недостатком устройства является повышенная сложность схемы контроля, изменение параметров защиты в зависимости от внешних факторов, наличие элементов подстройки (резисторов), что снижает надежность работы устройства для тепловой защиты.

Известно устройство защиты коллекторного электродвигателя от перегрева, содержащее последовательно соединенные электродвигатель и датчик тока, подключенные к питающей сети через устройство регулирования напряжения, блок интегрирования, вход которого соединен с источником сигнала смещения, а выход связан через пороговый элемент с входом защиты устройства регулирования напряжения, датчик нулевой скорости электродвигателя и управляемый делитель напряжения, включенный между выходом датчика тока и вторым входом блока интегрирования, причем управляющий вход делителя напряжения подключен к датчику нулевой скорости электродвигателя (RU, патент 2214665 С2, МПК Н02Н 5/04, Н02Н 6/00, Н02Н 7/085, 2003 г.).

Недостатком устройства является отсутствие фактического контроля температуры обмоток двигателя, которая может существенно отличаться от расчетной в связи с изменением условий охлаждения, засорением воздушных каналов, что снижает надежность работы устройства для защиты от перегрева.

Известно устройство эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателя, принятого за прототип, содержащий датчик температуры, который помещают в полый болт с резьбой, который ввинчен в гнездо рым-болта корпуса электродвигателя. Датчик температуры связан через усилитель с сигнальным блоком для усиления величины полученного от него управляющего сигнала и сравнения сигнала с сигналом задатчика. Выходы сигнального блока подключены к индикатору-светодиоду, звуковому генератор-зуммеру и отключающему устройству ((RU, патент 2409884 С1, МПК Н02К 15/00, G01R 31/34, 2011 г.).

Недостатками известного устройства являются значительная погрешность измерения температуры обмоток применительно к электродвигателю постоянного тока, а также наличие проводного монтажа от датчика температуры к схеме управления электродвигателем.

Последний недостаток особенно сказывается при использовании подобного устройства на железнодорожном транспорте, например на тепловозах, где доступ к электродвигателям постоянного тока весьма затруднен.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа, повышение точности контроля нагрева обмоток электродвигателей постоянного тока и надежности защиты обмоток электродвигателей постоянного тока от перегрева в эксплуатационных условиях.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе и устройстве эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателя постоянного тока, заключающихся в том, что датчик температуры помещают в полый болт с резьбой, который с датчиком температуры ввинчивают в электродвигатель, измеряют температуру обмоток электродвигателя постоянного тока и получают управляющий сигнал для защиты электродвигателя, полый болт с резьбой с датчиком температуры ввинчивают в сердечник одного из дополнительных полюсов электродвигателя постоянного тока, которые являются наиболее теплонапряженными в конструкции электродвигателя постоянного тока, измеряют посредством датчика температуру сердечника дополнительного полюса, управляющий сигнал от датчика температуры преобразуют в цифровой сигнал и по беспроводному каналу связи, образованному миниатюрным радиопередатчиком с антенной, передают управляющий сигнал в виде преобразованного значения температуры в систему управления для осуществления контроля за температурой обмоток электродвигателя постоянного тока и для принятия мер по защите электродвигателя постоянного тока от перегрева, при этом датчик температуры соединен с преобразователем сигнала, подключенного к миниатюрному радиопередатчику с антенной, питающемуся от элемента питания, которые установлены над полым болтом с резьбой.

На Фиг.1 представлена часть электродвигателя постоянного тока в разрезе с устройством эксплуатационного контроля нагрева и защиты.

На Фиг.2 показан фрагмент А Фиг.1 с устройством эксплуатационного контроля нагрева и защиты.

Устройство эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателя постоянного тока, реализующее предложенный способ, содержит датчик температуры 1, установленный в полый болт с резьбой 2 и соединенный с преобразователем сигнала 3, подключенный к миниатюрному радиопередатчику 4 с антенной 5, питающегося от элемента питания 6, которые установлены над полым болтом 2 с резьбой, ввинченный в сердечник одного из дополнительных полюсов 7 электродвигателя постоянного тока 8, например, тягового электродвигателя локомотива, для измерения температуры его обмоток, с якорем 9. Такое устройство позволяет осуществить контроль за температурой обмоток электродвигателя постоянного тока и принять меры по защите электродвигателя постоянного тока от перегрева.

Способ осуществляется следующим образом.

Датчик температуры устанавливают в полый болт с резьбой, который с датчиком температуры ввинчивают в сердечник одного из дополнительных полюсов.

Посредством датчика температуры 1 измеряют температуру сердечника дополнительного полюса 7 электродвигателя постоянного тока 8, например тягового электродвигателя локомотива и другого тягового подвижного транспортного средства, в который ввинчен полый болт 2. Управляющий сигнал датчика температуры 1 преобразуют в цифровой сигнал посредством преобразователя сигнала 3, и по беспроводному каналу связи, образованному миниатюрным радиопередатчиком 4 с антенной 5, передают управляющий сигнал в виде преобразованного значения температуры в систему управления, например, локомотивом (на чертежах не показано), осуществляя контроль за температурой. В системе управления на основании информации о температуре сердечника дополнительного полюса 7 электродвигателя постоянного тока 8 принимаются соответствующие меры по защите электродвигателя постоянного тока 8 или же, например, о снижении нагрузки на электродвигатель постоянного тока 8. Известно, что в тяговых электродвигателях постоянного тока 8 локомотивов по обмоткам дополнительных полюсов 7 протекает полный ток нагрузки якоря 9, и они являются наиболее теплонапряженными в конструкции электродвигателя, в то время как по обмоткам главных полюсов может протекать частичный ток якоря 9 из-за применения ослабления возбуждения тяговых двигателей. Поэтому с точки зрения выявления наибольшего нагрева информация о температуре дополнительных полюсов 7 достаточна для оценки теплового состояния всех обмоток тягового электродвигателя постоянного тока 8.

Установка датчика температуры 1 в полый болт с резьбой 2, ввинчивающийся в сердечник дополнительного полюса 7 тягового электродвигателя постоянного тока 8 локомотива, не требует никакой доработки конструкции тягового электродвигателя постоянного тока. Сама установка полого болта с резьбой 2 с датчиком температуры 1 и всеми дополнительными элементами проста и может быть осуществлена на любом виде технического обслуживания и ремонта тяговых электродвигателей постоянного тока 8. Аналогично достаточно просто может быть осуществлена замена элемента питания 6.

Способ и устройство эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателя постоянного тока опробовано на опытном тепловозе 2ТЭ116 с тяговыми электродвигателями ЭД118А и показали положительные результаты.

1. Способ эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателя постоянного тока, заключающийся в том, что датчик температуры устанавливают в полый болт с резьбой, который с датчиком температуры ввинчивают в электродвигатель, измеряют температуру обмоток электродвигателя и получают управляющий сигнал для защиты электродвигателя, отличающийся тем, что полый болт с резьбой с датчиком температуры ввинчивают в сердечник одного из дополнительных полюсов электродвигателя постоянного тока, измеряют посредством датчика температуры температуру сердечника дополнительного полюса, управляющий сигнал от датчика температуры преобразуют в цифровой сигнал и по беспроводному каналу связи, образованному миниатюрным радиопередатчиком с антенной, передают управляющий сигнал в виде преобразованного значения температуры в систему управления для осуществления контроля за температурой обмоток электродвигателя постоянного тока и для принятия мер по защите электродвигателя постоянного тока от перегрева.

2. Устройство эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателя постоянного тока, содержащее датчик температуры, установленный в полый болт с резьбой, который ввинчен в электродвигатель для измерения температуры его обмоток, отличающееся тем, что полый болт с резьбой с датчиком температуры ввинчен в сердечник одного из дополнительных полюсов электродвигателя постоянного тока, датчик температуры соединен с преобразователем сигнала, подключенного к миниатюрному радиопередатчику с антенной, питающемуся от элемента питания, которые установлены над полым болтом с резьбой для осуществления контроля за температурой обмоток электродвигателя постоянного тока и для принятия мер по защите электродвигателя постоянного тока от перегрева.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во вращающихся электрических машинах. Техническим результатом является повышение технологичности электрической машины.

Изобретение относится к области электротехники и ветроэнергетики. Предлагаемый статор ветроэлектроагрегата содержит магнитопроводы, систему возбуждения, стяжные элементы и обмотку, при этом согласно изобретению статор выполнен в виде П-образной скобы и пакета пластин, на которых установлены сердечники с рабочей катушкой и катушкой возбуждения, а средняя часть указанного пакета жестко связана со средней частью указанной П-образной скобы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во вращающихся электрических машинах. Техническим результатом является повышение технологичности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в ветроэнергетической установке. Технический результат изобретения заключается в получении более эффективного охлаждения кольцевого генератора.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей выполнения двигателей для транспортного средства, устанавливаемых на железнодорожном поезде.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения электродвигателей, которые могут использоваться, например, в бумажной промышленности и снабжены защитой от жидкостей и порошков.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано на электростанциях в конструкциях серийно выпускаемых турбогенераторов, имеющих жесткое крепление сердечника к корпусу статора.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей выполнения электрических машин в части, определяющей параметры их вращения. .

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения реактивных электродвигателей. .

Изобретение относится к корпусу электрических машин, может использоваться для одно-, трех- и многофазных асинхронных, синхронных, специальных электрических машин нового поколения и их серий.

Изобретение относится к сенсорному устройству для монтирования на вал электрической машины с регистрирующим устройством для регистрации тока подшипника электрической машины.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во вращающихся электрических машинах. Техническим результатом является повышение технологичности электрической машины.

Изобретение относится к области электрических машин Качество заземления электрической машины должно контролироваться более эффективно. Поэтому предложена электрическая машина, содержащая статор (1), ротор (2), вал (3), на котором закреплен ротор (2), и устройство (5) заземления для заземления вала (3), которая дополнительно содержит измерительное устройство (6) для измерения тока заземления устройства (5) заземления и для обеспечения соответствующего измеренного значения.

Изобретение относится к вращающимся механизмам, а более конкретно к установкам для мониторинга вибраций обмотки статора. Установка для мониторинга вибрации обмотки статора вращающегося электрического механизма (100) содержит по меньшей мере один датчик (102), содержащий по меньшей мере одну токопроводящую сенсорную антенну (122), нанесенную на лицевую сторону по меньшей мере одного слоя подложки печатной платы и обращенную к обмотке статора, а также непроводящий экран (126), установленный на обратной стороне указанной подложки (124) и обращенный в сторону от обмотки статора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во вращающихся электрических машинах. Техническим результатом является повышение технологичности.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам. В предлагаемом электродвигателе с редуктором в монтажном узле (26d) держателей щеток корпуса редуктора (26) поочередно расположены две плоские поверхности (19b) и две изогнутые поверхности (26b) таким образом, чтобы они образовывали эллипс.

Изобретение относится к области электротехники и касается вращающихся электрических машин, в частности электрических двигателей со встроенной электронной схемой управления.

Изобретение касается способа эксплуатации и системы, снабженной электрической машиной, которая включает в себя статор (4) и ротор (1), а также инфракрасным температурным сенсором, при этом поле детекции инфракрасного температурного сенсора ориентировано по поверхности корпуса ротора.

Изобретение относится к силовому узлу для электрической системы рулевого управления, к способу сборки такого силового узла и к стыковочному устройству для силового узла.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей выполнения электродвигателей с индикатором направления вращения, а также насосных агрегатов с такими двигателями.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к асинхронным или синхронным электрическим машинам (10) с диапазоном мощности в несколько МВА, и предназначено для обнаружения критических изменений геометрии воздушного зазора. Электрическая машина содержит выполненный с возможностью вращения вокруг оси (18) ротор (19) с пакетом листов ротора (12), который концентрично окружен пакетом листов статора (14) и отделен от него посредством кольцевого воздушного зазора (21). Для обеспечения безаварийной работы предусмотрены проходящие в осевом направлении сквозь воздушный зазор средства (23) контроля воздушного зазора (21), с помощью которых обнаруживают изменение геометрии ротора и/или проникновение примесей в воздушный зазор (21). 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам и предназначено для контроля теплового состояния обмоток электродвигателей постоянного тока в процессе их эксплуатации в целях защиты от аварийных режимов, в том числе и на железнодорожном транспорте. Техническим результатом является упрощение, повышение точности контроля нагрева и надежности защиты от перегрева в эксплуатационных условиях. В способе и устройстве эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателя датчик температуры помещают в полый болт с резьбой, ввинчивают в сердечник одного из дополнительных полюсов электродвигателя, которые являются наиболее теплонапряженными в конструкции электродвигателя постоянного тока, измеряют температуру его обмоток и получают управляющий сигнал для его защиты. Сигнал от датчика температуры преобразуют в цифровой сигнал и по беспроводному каналу связи, образованному миниатюрным радиопередатчиком с антенной, передают управляющий сигнал в виде преобразованного значения температуры в систему управления для осуществления контроля за температурой обмоток электродвигателя и для принятия мер по защите электродвигателя от перегрева. Датчик температуры соединен с преобразователем сигнала, подключенным к миниатюрному радиопередатчику с антенной, питающемуся от элемента питания, установленным над полым болтом с резьбой. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх