Способ и устройство для измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением

Авторы патента:

Чубраева Лидия Игоревна (RU)

Евсеев Евгений Владимирович (RU)

Тимофеев Сергей Сергеевич (RU)

Ильясов Роман Ильдусович (RU)

Ковалев Константин Львович (RU)

Турубанов Михаил Александрович (RU)

Ларионов Анатолий Евгеньевич (RU)

Кован Юрий Игоревич (RU)

G01R31/34 - испытание электрических машин (испытание электрических обмоток G01R 31/06; способы и устройства для изготовления, эксплуатации и ремонта электрических машин H02K 15/00)

Владельцы патента RU 2623696:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) (RU)

Изобретение относится к испытаниям электрических машин, а именно к способам и устройствам измерения тока ротора мощных синхронных генераторов с бесщеточным возбуждением, в том числе сверхпроводниковых. Способ и устройство измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением обеспечивают непосредственное измерение тока ротора генератора в узле бесконтактного измерения тока, отличаются тем, что осуществляют формирование магнитного поля, величина которого пропорциональна току ротора, с помощью индуктора, установленного на роторе с возможностью вращения вместе с ротором, и преобразуют магнитное поле в электрический сигнал с помощью датчика магнитного поля, расположенного на корпусе генератора с возможностью определения величины магнитного поля индуктора. Технический результат применения предложенных способа и устройства измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением заключается в повышении точности, надежности и живучести всей системы измерений, а также в возможности использования ее в качестве оборудования, предназначенного для диагностики технического состояния генераторов с бесщеточным возбуждением. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытаниям электрических машин, а именно к способам измерения тока ротора мощных синхронных генераторов с бесщеточным возбуждением, в том числе сверхпроводниковых.

Известно устройство для измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением (патент RU 66821), которое содержит канал передачи данных от датчика Холла, расположенного внутри вала устройства.

Наиболее близким аналогом способа измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением является [патент на изобретение RU №2011203, МПК 5 G01R 31/34, опубл. 15.04.1994] способ измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением, включающий измерение тока возбуждения возбудителя, напряжения обмотки ротора генератора, частоту вращения ротора. Ток I_P ротора генератора находят как функцию от измеренных величин:

I_P=(1/С_КЗ)⋅(i²_BB-(С_ХХ⋅(f_H/f)⋅U_P)²)^0,5,

где i_BB - ток возбуждения возбудителя; U_P - напряжение обмотки ротора генератора; f - частота вращения ротора; f_H, С_КЗ, С_ХХ - постоянные.

Средствами ближайшего аналога возможно осуществить измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением.

Однако у предложенного ближайшего аналога есть ряд недостатков:

- средствами ближайшего аналога не представляется возможным непосредственно измерить ток ротора генератора, а приходится измерять ток возбуждения возбудителя, напряжение обмотки ротора генератора и частоту вращения ротора, по этим данным происходит расчет тока ротора генератора на ЭВМ; таким образом, на каждом этапе измерения и расчета в значение тока ротора генератора вносится весомая погрешность;

- при измерении напряжения обмотки ротора генератора используются измерительные кольца, представляющие собой вращающиеся электрические контактные соединения, подверженные неизбежному износу и старению, что снижает качество измерений и надежность всей системы определения тока ротора генератора.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением, в котором за счет реализации новой совокупности существенных признаков обеспечивается непосредственное, более точное и надежное измерение тока ротора генератора.

Поставленная задача решается за счет того, что согласно способу измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением, включающему измерение тока возбуждения возбудителя, частоты вращения ротора, осуществляют непосредственное измерение тока ротора генератора в узле бесконтактного измерения тока, для чего формируют магнитное поле, величина которого пропорциональна току ротора, преобразуют магнитное поле в электрический сигнал и без дополнительного канала передачи данных передают его на контроллер.

Способ измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением не предполагает использование вращающихся токосъемных контактов и не требует прокладки дополнительных оперативно-измерительных цепей, что упрощает процесс реализации изобретения и способствует снижению себестоимости всей системы измерения тока ротора генератора.

Устройство, реализующее предлагаемый способ измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением, содержит индуктор, выполненный с возможностью формирования магнитного поля с величиной, пропорциональной току ротора, и установленный на роторе с возможностью вращения вместе с ротором, а также датчик магнитного поля, расположенный на корпусе генератора с возможностью определения величины магнитного поля индуктора.

Реализация способа представлена на фиг. 1.

На одном общем для всех электрических машин и устройств валу 15 находятся ротор турбины или лопасти ветрогенератора 1, ротор генератора переменного тока 2 с вращающейся обмоткой ротора 3, индуктор 4, предназначенный для создания магнитного поля, величина которого пропорциональна току ротора, вращающийся выпрямитель 8, возбудитель 9.

Возбудитель 9 представляет собой обращенный синхронный генератор переменного тока, который имеет неподвижную обмотку возбуждения возбудителя 10, подключенную к неподвижному выпрямителю 12, который подключен к подвозбудителю, выполненному в виде дисковой машины с редкоземельными магнитами 13. Вращающаяся обмотка ротора 3, индуктор 4, предназначенный для создания магнитного поля, величина которого пропорциональна току ротора генератора переменного тока, вращающийся выпрямитель 8 и возбудитель 9 связаны между собой электрическими цепями постоянного и переменного тока.

В цепь тока возбуждения возбудителя включен цифровой амперметр для отображения тока возбуждения возбудителя 11, с общим для всех электрических машин и устройств валом 15 связан тахогенератор 14, предназначенный для измерения оборотов n₂.

Рядом с индуктором 4, предназначенным для создания магнитного поля, величина которого пропорциональна току ротора, расположен датчик магнитного поля на эффекте Холла 5, подключенный к контроллеру 6 с дисплеем 7 для отображения тока ротора генератора. На фиг. 2 представлена конструкция и взаимное расположение индуктора и датчика магнитного поля на эффекте Холла 5, расположенного на корпусе генератора так, что между датчиком магнитного поля и витками вращающегося индуктора имеется зазор.

Индуктор представляет собой тороидальный каркас, изготовленный из стеклотекстолита и выполненный в виде диска с отверстиями под обмотки и контактные шпильки для подключения индуктора, на котором по окружности тороида в радиальном направлении расположены витки обмоток. Обмотки выполнены одножильным медным отожженным проводом с фиксированным шагом.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример реализации способа. С помощью цифрового амперметра 11 измеряется ток возбуждения возбудителя, тахогенератором 14 измеряются обороты вала n₂. Измерение тока ротора генератора переменного тока 2 осуществляется с помощью индуктора 4, предназначенного для создания магнитного поля, величина которого пропорциональна току ротора, возле которого на корпусе генератора расположен датчик магнитного поля на эффекте Холла 5. Таким образом, магнитное поле, создаваемое индуктором, пропорционально постоянному току вращающейся обмотки ротора 3. После преобразования датчиком 5 магнитного поля, созданного током обмотки ротора 3, сигнал поступает в контроллер 6, где преобразуется в значение тока обмотки ротора и отображается на дисплее 7.

Необходимо отметить, что предлагаемый способ измерения тока ротора генератора не нуждается в дополнительном канале передачи данных, а реализующее этот способ устройство не чувствительно к воздействию внешних намагничивающих факторов.

Предложенные способ и устройство измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением позволяют повысить точность, надежность и живучесть всей системы измерений, кроме того, такой подход позволяет использовать ее в качестве оборудования, предназначенного для диагностики технического состояния генераторов с бесщеточным возбуждением.

1. Способ измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением, заключающийся в том, что измеряют ток возбуждения возбудителя, отличающийся тем, что осуществляют формирование магнитного поля, величина которого пропорциональна току ротора, с помощью индуктора, установленного на роторе с возможностью вращения вместе с ротором, и преобразуют магнитное поле в электрический сигнал с помощью датчика магнитного поля, расположенного на корпусе генератора с возможностью определения величины магнитного поля индуктора

2. Устройство для измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением, отличающееся тем, что содержит индуктор, выполненный с возможностью формирования магнитного поля с величиной, пропорциональной току ротора, и установленный на роторе с возможностью вращения вместе с ротором, а также датчик магнитного поля, расположенный на корпусе генератора с возможностью определения величины магнитного поля индуктора.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что между датчиком магнитного поля и витками вращающегося индуктора имеется зазор.

Изобретение относится к устройству нагрузочного тестирования, выполненного с несколькими блоками сопротивления. Сущность: устройство нагрузочного тестирования содержит по меньшей мере два блока сопротивления, каждый из которых выполнен с несколькими группами резисторов, расположенными ступенями вдоль z направления, которое является вертикальным направлением, и содержит рамку, выполненную из изолирующего материала и закрывающую боковую поверхность групп резисторов.

Устройство нагрузочного тестирования и блок переключения соединения для устройства нагрузочного тестирования // 2614652

Изобретение относится к устройству нагрузочного тестирования, содержащему массив резисторов. Технический результат: эффективное выполнение внутренних соединений.

Система контроля работы погружного насосного оборудования // 2602774

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к автоматизированным системам контроля работы установок электроцентробежных насосов (УЭЦН). Сущность: Система контроля включает автоматизированные рабочие места (АРМ), блок ручного ввода данных, базу данных оперативного контроля (БД ОР), базу данных нормативно-справочной информации (БД НСИ), блок визуализации и формирования отчетов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок администрирования, блок форматирования данных, базу данных (БД) телеметрии, блок сбора данных телеметрии, модуль ведения объектов учета и нормативно-справочной информации (НСИ), блок ведения объектов учета, блок ведения НСИ, модуль исследования вязкости, блок исследований вязкости по пласту, блок исследований вязкости по скважине, модуль расчетов напорно-расходных характеристик (НРХ), блок расчета на основе данных телеметрии, блок анализа режима работы погружного насосного оборудования (ПНО), блок прогнозирования.

Способ и устройство для выявления в онлайн-режиме ухудшения состояния изоляции электродвигателя // 2599910

Изобретение относится к выявлению в онлайн-режиме ухудшения состояния изоляции электродвигателя. Сущность: с помощью преобразователя на обмотку (обмотки) двигателя накладывают каскадное напряжение.

Объективный способ точного обнаружения места короткого замыкания между коллекторными пластинами ласточкина хвоста коллекторов машин постоянного тока // 2593408

Изобретение относится к области испытаний и контроля изоляции коллекторов машин постоянного тока при серийном производстве. Сущность: подают импульсное испытательное напряжение микросекундного диапазона с частотой следования импульсов, равной промышленной частоте, на нерабочую необрабатываемую внутреннюю цилиндрическую часть коллектора на каждые две смежные коллекторные пластины.

Устройство для испытаний мощного частотно-управляемого гребного электропривода системы электродвижения в условиях стенда // 2591213

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стендам для проведения приемо-сдаточных испытаний частотно-управляемых гребных электродвигателей системы электродвижения.

Способ определения эксцентриситета ротора асинхронного электродвигателя // 2589743

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения эксцентриситета ротора электрических машин, в частности асинхронного электродвигателя.

Испытательное нагрузочное устройство // 2577081

Изобретение относится к испытательному нагрузочному устройству. Испытательное нагрузочное устройство 1 содержит: резистивный блок 20, который содержит одну или более резисторных групп, имеющих множество резисторов, и установлен с возможностью подключения к источнику мощности, проходящему испытания под нагрузкой; охлаждающий вентилятор 10, который охлаждает резисторы резистивного блока 20; блок 80 управления.

Способ диагностики электромеханического оборудования // 2574315

Изобретение относится к области определения технического состояния объекта, преимущественно электроприводного оборудования, и может быть использовано для контроля электроприводной арматуры, насосов, вентиляционного оборудования ядерных энергетических установок.

Способ контроля износа пластин коллектора тягового электродвигателя локомотива // 2571622

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения переменных величин и может использоваться в железнодорожных депо для контроля износа пластин коллектора.

Способ определения скольжения ротора асинхронного электродвигателя // 2624986

Изобретение относится к области эксплуатации асинхронных электродвигателей и может быть использовано для определения величины скольжения ротора электродвигателя. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения скольжения ротора асинхронного электродвигателя содержит этап, на котором в качестве диагностического сигнала принимают радиальную составляющую напряженности внешнего магнитного поля, регистрацию которой осуществляют датчиком магнитного поля, устанавливаемым на корпусе электродвигателя в зоне середины длины сердечника статора, а для двигателей с числом пар полюсов более одного проводят проверку достоверности определения скольжения по соответствующему приведенному выражению. Технический результат – повышение помехозащищенности информативного сигнала и повышение достоверности полученного значения скольжения для двигателей с числом полюсов более одного. 3 ил., 3 табл.

Способ диагностики технического состояния и оценки остаточного ресурса электромеханического агрегата с асинхронным двигателем // 2626231

Изобретение относится к области диагностики технического состояния электромеханического оборудования, позволяющей производить диагностику и оценку остаточного ресурса асинхронного двигателя (АД), работающего в различных условиях эксплуатации, путем записи электрических и вибрационных параметров, с помощью датчиков вибрации, тока и напряжения, и использование искусственной нейронной сети (ИНС) для комплексного анализа электрических, вибрационных и косвенных параметров с дальнейшей оценкой технического состояния и прогнозирования вероятности безотказной работы электродвигателя (ЭД). Способ позволяет производить диагностику и оценку остаточного ресурса электропривода на базе асинхронного двигателя, работающего в различных условиях эксплуатации, путем записи электрических и вибрационных параметров, с помощью датчиков вибрации, тока и напряжения и их комплексного анализа с использованием искусственной нейронной сети, позволяющей осуществлять прогнозирование и оценку остаточного ресурса. Технический результат заключается в повышении точности и качества оценки состояния и остаточного ресурса электромеханического оборудования с учетом качества питающей сети и условий эксплуатации, по полученным значениям остаточного ресурса с учетом выявленных состояний на основе работы ИНС, включающей анализ электрических, вибрационных и косвенных параметров и обнаруженных дефектов. 5 ил.

Устройство диагностики технического состояния электродвигателя подвижного роботизированного комплекса // 2635824

Устройство диагностики технического состояния электродвигателя подвижного роботизированного комплекса относится к области диагностики технических систем и может быть использовано для диагностирования промышленного оборудования и технических систем, к которым могут быть отнесены подшипники электродвигателей, ленточные конвейеры, промышленные вентиляторы и т.п. Устройство содержит: датчики - измерения электромагнитного поля, температуры обмоток электродвигателя и подшипниковых узлов и учета выработки часов, определения величины сопротивления изоляции электродвигателя, микроконтроллер, источник опорного питания, регистр результата, причем выходы датчиков и преобразователя подключены к входам микроконтроллера; выход источника опорного питания - к аналоговому входу микроконтроллера, а выход микроконтроллера - к регистру результата и системе управления. Технический результат заключается в том, что в предлагаемом устройстве диагностики дополнительно осуществляется диагностирование его механической прочности с помощью преобразователя акустической эмиссии. 1 ил.

Способ диагностирования обобщённого технического состояния электродвигателя // 2641318

Изобретение относится к диагностике агрегатов, механизмов и систем, в которых приводом является электрический двигатель. Техническим результатом является повышение надежности, производительности, безопасности эксплуатации механизмов с электроприводом. В предлагаемом способе диагностирования технического состояния электрических машин методом вектора обобщенного технического состояния электродвигателя за координаты вектора принимаются оси вибрации, температуры и тока. Масштаб и значение по каждой из осей выбирается пропорционально выбранному методу обработки сигнала с соответствующего датчика и в простейшем случае прямо пропорционально максимальному измеренному значению отдельного параметра. Измеренные значения преобразуются входными нелинейными функциями, масштабируются, суммируются с формированием обобщенного трехмерного вектора технического состояния, упомянутый вектор оценивается по заданным пороговым значениям с последующей визуализацией на дисплее. Достоверность диагностирования дефекта значительно увеличивается при применении трех диагностических параметров, обобщенных в один. Таким образом можно компенсировать недостатки одного метода достоинствами другого. 4 ил.

Способ диагностики повреждения короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя // 2644576

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение чувствительности защиты. Способ диагностики повреждения короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя основан на контроле электродвижущей силы на выводах обмотки статора в режиме выбега и формировании сигнала о результатах диагностики. Согласно способу из контролируемой электродвижущей силы выделяется среднеквадратичная величина дополнительных гармонических с частотами fν,n=fc(ν±n/р) и сравнивается с ее эталонной величиной, и если среднеквадратичная величина этих дополнительных гармонических превысит эталонную величину, то формируют сигнал о повреждении обмотки короткозамкнутого ротора, где fc=f1(1-s); f1 - частота сети; s - скольжение ротора; n=1÷(р-1), ν - номер гармоники сети, р - число пар полюсов асинхронного двигателя. 3 ил.

Микропроцессорное устройство диагностики изоляции электродвигателя по эдс самоиндукции с функцией мегомметра // 2645449

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности, к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния изоляции асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Микропроцессорное устройство диагностики изоляции электродвигателя по ЭДС самоиндукции с функцией мегомметра содержит микроконтроллер 1, включающий широтно-импульсный модулятор (ШИМ) и аналоговый компаратор делитель напряжения 2, управляемый источник опорного напряжения 3, первый управляемый ключ 4, преобразователь интерфейсов USART/USB 5, источник постоянного напряжения 6, диагностируемую обмотку электродвигателя 7, второй ключ 8, образцовую индуктивность 9, полупроводниковый диод 10, конденсатор 11 и компьютер 12. Второй вывод источника постоянного напряжения 6 подключен к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя 7 и образцовой индуктивности 9, вторые выводы последних соединяются со вторым выводом второго ключа 8, который может находиться либо в «нижнем» положении - подключается диагностируемая обмотка 7, либо в «верхнем» - включаются образцовая индуктивность 9 и анод полупроводникового диода 10, катод которого соединен с первой обкладкой конденсатора 11. Первый вывод второго ключа 8 подключен ко вторым выводам первого управляемого ключа 4 и делителя напряжения 2. Вывод управления первого управляемого ключа 4 подключен к микроконтроллеру 1, вход управления источника опорного напряжения 3 подключен в выходу ШИМ микроконтроллера 1, выход источника опорного напряжения 3 подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера 1, ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера 1 подключен средний вывод делителя напряжения 2, первый крайний вывод которого соединен с первыми выводами первого управляемого ключа 4 и источника постоянного напряжения 6, а также со второй обкладкой конденсатора 11. Контролируемое сопротивление изоляции подключается к обкладкам конденсатора 11. Модуль USART микроконтроллера 1 подключен к преобразователю интерфейсов USART/USB 5, который подключен к интерфейсу USB компьютера 12. Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, сводится к расширению его функциональных возможностей за счет организации измерения под управлением компьютера. 1 ил.