Патент ссср 317325

 

3! 7325

ОП И

ИЗОБ

Союз Советсккх

Социалисткцеских

Республин

К АВТОРСНО (61) Зависимое от (22) Заявлено 02.0 с присоединен (32) Приоритет—

Опубликовано 05.07

Дата опубликовани

1) Ч. Ел. G 01r 27/16

1асударственный комитет

Совета Министров СССР т1о делам изобретений л аткрытий

>3) УДК 621.317.333 (088.8) (72) Авторы В, С. Кильдишев, Г. А. Ковальков, А. В. Лебедев, Н. С. Мазникин изобретения и А. В. Мисюлин (71) Заявитель Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского и Научно-исследовательский институт завода «Электротяжмаш» (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

ИЗОЛЯЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ ЦЕПИ РОТОРА

БЕС1ЦЕТОЧНОЙ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к измерительной технике, точнее к бесщеточным системам возбу>кдения синхронных электрических машин.

Известно устройство для измерения сопротивления изоляции во вращающейся части схемы бесщеточной синхронной машины, состоящее из узла связи, измерительного блока и четырехпозиционного переключателя.

С целью повышения, надежности оослуживаемого объекта и измерительного устройства, точности и ускорения процесса измерений, узел связи имеет синхронный генератор, бесщеточный возбудитель с выпрямителем. Вращающаяся часть цепи возбудителя с выпрямителем включена между естественной или >искусственной точкой нулевого потенциала обслуживаемой цепи и корпусом. Выпрямитель частично шунтирован сопротивлением, а измерительный блок состоит из регулируемого .источника тока, подключенного к обмотке возбуждения возбудителя и вольтметра, шунтированпого диодным ограничителем и подсоединенного к обмотке статора синхронного генератора. Это устройство при отключении источника питания и включении диодного ограничителя выполняет функции сигнализатора пробоя изоляции, а с помощью дополнительных переключений и измерений можно определить погрешность измерений за счет несимметрии повреждения изоляции.

Известное устройство недостаточно точно сигнализирует пробой, поскольку последний на разных шинах сигнализируется сигналом одного знака, но разной величины. Поэтому

5 снижение сопротивления изоляции на одной шине может быть принято за пробой на другой.

Уточнение требует дополнительных манипуляий в схеме, что затрудняет применени устройства для целей защиты.

10 Цель изобретения — повышение точности измерения и увеличение объема информации.

Для этого обмотка индуктора генератора шунтирована диодом, включвнным встречно выгрямителю, а искусственная нулевая точка

15 выполнена в виде двух полуобмоток индуктора датчика напряжения, неподвижный якорь которого подсоединен через выпрямитель ко вторичному прибору. Во втором контуре обмотки иидуктора возбудителя и якоря генератора

20 подключены каждая «своему выпрямителю, которые шунтированы резисторами и сочлене.ны между собой последовательно, встречно на вторичный прибор. Кроме того, с целью сокращения аксиального габарита, якорь датчика

25 иапря>кения намотан -/4 слойной трехфазной обмоткой. Лобовые соединения этой обмотки лежат в одной плоскости,,перпендикулярно оси вращения.

Схема устройства состоит из двух основных

30 контуров (см. фиг. 1). Один из них располо317325

1О

65 жен на роторе и вращается вместе с ним, а другой неподвижен. На общем валу вместе с якорем возбудителя и выпрямителем бесщеточной синхронной машины 1 смонтирован первый контур системы 2, конструктивно оформленный в виде отдельного узла-ротора системы, помещенного внутрь,статора 8, являющегося частью неподвижного контура системы. Провода от плюса и минуса цепи ротора синхронной машины подключаются к полуобмоткам индуктора датчика напряжения 4, выполненным из манганина .или имеющим другой вид компенсации температурных изменений сопротивления. Находящиеся на рсторе элементы системы измерения сопротивления изоляции включены между искусственной нулевой точкой, образуемои полуобмотками 4 и корпусом 5. Этот корпус электрически общий для всей вращающейся части вместе с ротором машины. Полуобмотки и корпус включают в себя обмотку индуктора генератора 6, обмотку якоря возбудителя 7, выпрямитель, собранный на диодах 8 и конденсаторах 9 (по схеме удвоения напряжения),,резистор 10, шунтирующий этот выпрямитель, диод 11, включенный параллельно обмотке 6 .и встречно по отношению к выпрямителю, добавочный резистор 12 (если он потребуется:по расчету системы), включенный последовательно с обмоткой 6.

Расположенные на статоре элементы системы состоят из якоря датчика напряжения 18 с выпрямителем (или без него). К .последнему подсоединяется измерительный прибор 14 во внешней .схеме измерений. В качестве такого прибора для уменьшения частотной и температурной погрешности целесообразно использовать амперметр, отградуированный в вольтах измеряемого напряжения на зажимах корпуса 1.

На статоре также находятся индуктор возбудителя 15 и якорь генератора 16 с подключенными к,ним выпрямителями, собранными на диодах 17 .и,конденсаторах 18 (по схеме удвоения напряжения) . Эти элементы подсоединены к двухпозиционному переключателю 19. В положении «И» — измерение — источник напряжения 20, стабилизированный по току,,подключен к обмотке индуктора возбудителя 15, а выпрямитель, подключенный к обмотке якоря генератора 16, соединен с мегомметром — вольтметром 21. Резисторы 22 и вольтметры 28, имеющие шкалу с нулем посредине, в этом положении от остальных элементов системы отключены.

В положении «С» — сигнализация — .источник напряжения 20 и вольтметр 21 отключены от остальных элементов схемы, выпрямители обмоток индуктора возбудителя 15 и якоря генератора 16 соединены между собой последовательно встречно и подключены к вольтметру

28, а резисторы 22 шунтируют каждый свой выпрямитель.

На фиг. 2 и 3 дан вариант конструкции основных узлов системы ротора и статора измерителя сопротивления изоляции и напряжения.

Обмотки 4, 6 и 7 размещены на полюсах сердечников 24, шихтованных из листовой электротехнической стали и насаженных на втулку 25.

Удерживаются обмотки кольцевыми выступами на фланцах 26 и бандажах 27, которые также выполняют и роль экранов: фланцы и бандажи выполнены из немагнитных металлов.

Все элементы схемы ротора (8, 9, 10, 11, 12), за .исключением обмоток, вмонтированы во вкладыш из изоляционного, материала и ооразуют полупроводниковый блок 28, укрепленный внутри втулки 25, служащей для него бандажом.

Обмотка якоря датчика напряжения 13 укладывается,в пазы сердечника 29, шихтованного из листовой электротехнической стали, а обмотки измерителя сопротивления 15 и 16 размещены»а полюсах сердечников 80, также шихтованных из листовой электротехнической стали. Все сердечники вставлены в корпус 81 и заперты фланцем 32. Крайне лобовые соединения обмоток изолируются от корпуса кольцами 88. Между собой сердечники расперты дистанционными кольцами 84, на среднем сердечнике обмотки на полюсах удерживаются кольцами 85, Пустоты в пазах сердечника 29 заполняются сухарями 36. Для повышения надежности детали 38 и 36 .выполнены из изоляционного материала.

Изображенный на фиг. 3 якорь датчика,напряжения с выпрямителем 18 конструктивно разделены: обмотка якоря находится в пазах сердечника внутри корпуса, как уже описано выше, а выпрямитель вынесен в блок выпрямителей 87, куда помещены также и элементы 17 и 18. Блок 37 размещен в клеммной коробке корпуса 31. С внешними элементами системы

0EI соединяется семижильным экранированным проводом.

Для сокращения габаритов якоря датчика напряжения обмотка 18 изготовлена по специальной схеме, позволяющей получить минимальную величину вылета лобовых соединений. Развернутая схема обмогки изображена на фиг. 4.

Электрически обмотка является двухслойной, но конструктивно она выполнена четырехслойной, благодаря чему при числе фаз, равном 8 и числе полюсов, кратном конструктивному числу слоев, все лобовые соединения обмотки оказываются непересекающимися между собой при сохранении электромагнитной симметрии обмотки. Этим определяется сокращение осевого габарита устройства, что существенно для установки бесщеточного возбуждения в целом. Наличие полости внутри ротора устройства не является необходимым конструктивным признаком. В изображенном варианте оно объясняется условиями сопряжения с другими элементами обслуживаемой установки.

Работа устройства заключается в следующем.

При вращении ротора и наличии напряже317325

25

Зо

5> ния на зажимах корпуса 1 (см. фиг. 1) по сбмоткам 4 потечет ток, пропорциональный величине напряжения, а в якоре 18 наведется пропорциональная этому току э.д.с вращс.(ия, поскольку магнитная система датчика напряжения ненасыщена во всем диапазоне измеряемых напряжений. Соответственно по цепи прибора 14 потечет ток, пропорциональный измеряемому напряжению на зажимах. В коэффициент пропорциональности входят скоростьь вращения, и ндукти(вны е и акти в ные сопротивления цепей якоря,и нагрузки. Отклонение скорости от номинальной и изменение температуры окружающей среды вносят погрешность в измерения. Для уменьшения этих погрешностей вместо вольтметра 14 используется прибор типа амперметра, т. е. с малым внутренним сопротивлением, отградуированный в вольтах. Благодаря относительно малому сопротивлению цепи нагрузки (т. е. прибора 14) цепь измерения в целом имеет превалирующее индуктивное сопротивление, которое не зависит от темературы, а от скорости зависит также, как и -.ä.ñ. В результате изменения э.д.с. от скорости компенсируются соответствующими изменениями индуктивного сопротивления, а температурные изменения активного:сопротивления мало сказываются на фоне превалирующего индуктивного.

При установке переключателя 19 в положение «И» ток от источника 20 потечет по обмотке индуктора возбудителя 15. В результате вращения обмотки 7 якоря возбудителя относительно обмотки 15 в первой наведется э.д.с., которая с помощью диодов 8 и конденсаторов 9 превратится в выпрямленное напряжение заданной величины. Это напряжение оказывается подключенным к цепи, состоящей из обмотки индуктора 6, добавочного сопротивления 12, включенных параллельно (полуобмоток 4 и сопротивления утечки изоляции па корпус, так как вся электрическая схема и корпус 1, подключенный в точке 5 к одному из полюсов .выпрямителя, являются электродами для сопротивления утечки. Следовательно, ток, протекающий по этой цепи, будет зависеть от сопротивления изоляции, а поскольку он протекает

110 обмотке индуктора 6, то наведенная э.д.с. в обмотке 16 и соответствующее ей напряже1(ие на приборе 21 также будут зависеть от сопротивления изоляции, которое можно прочитать по шкале сопротивлений.

При положении «С» переключателя 19 система сигнализирует о наличии пробоя изоляци((ротора или опасном сниже((ии величины (е сопротивления,;1 та(кжс позволяет получить необходимые данные для учета пограшности измерения сопротивле(ия изоляции в режиме измерений. При пробое изоляции на положительном полюсе корпуса 1 ток от него, как от источника, потечет через точку 5, диоды 8, обмотку б, резистор 12 и одну из полуобмоток 4 к отрицательному полюсу. В результате враще1(ия обмотки генератора б относительно якоря генератора 16 на последнем появится э.д.с., а на приборе 23 — соответствующее напряжениее, которое отклонит его стрелку вправо (в положительную сторону).

При пробое изоляции íà î" ðèöàòåëüíîì полюсе ток от полюса потечет через одну из полуобмоток 4, диод 11, резистор 10, обмотку 7, второй резистор 10 и точку 5 к минусу. Обмотка 7 в данном случае будет играть роль индук îðà, а 15 — якоря, на которой наведется э.д.с.; подключенный к ней выпрямитель преобразует эту э.д.с. (в соответствующее .напряжение, которое отклонит стрелку приоора =8 влево (в отрицательную сторону).

Таким образом, осуществляется сигнализация пробоя изоляции и показывается, на каком полюсе этот пробой произошел.

Предмет изобретения

1. Устройство для измерения сопротивления изоляции и напряжения цепи ротора бесщеточной синхронной машины, состоящее из двух контуров, один из которых расположен на роторе, выполнен в виде включенных между искусственной нулевой точкой цепи ротора и его корпусом обмотки индуктора генератора, обмотки якоря вобудителя и выпрямителя, шунтированпого резисторами, а второй контур непо(дв11жен .и содержит Оомогки индуктОра ВОЗбудителя и якоря генератора, источник питания, переключатель и вторичные приборы, Отли (ающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в первом контуре обмотка индуктора генератора шунтирована диодом, включенным встречно выпрямителю, а искусственная,нулевая точка выполнена в виде двух полуобмоток индуктора датчика напряжения, неподвижный якорь которого подключен через выпрямитель к вторичному прибору, а во втором контуре обмотки индуктора возбудителя и якоря генератора подключены каждая к своему выпрямителю, которые III) Hòèðoâàíû резисторами и соединены между собой последовательно встречно на вторичный прибор.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью сокраще ия аксиального габари9/ та, якорь датчика напряжения намотан -/, слойной трехфазной обмоткой, лобовые соединения которой лежат в одной плоскости, перпендикуляр (o оси вращения.