Синхронная @ -фазная машина с устройством для измерения продольной и поперечной составляющих токов или напряжений

Авторы патента:

Союз Советских

Социалистических республик (!!)888325 (б1) Дополнительное к авт. синд-ву(22) Заявлено 0 1332р0 (21 } 2878571/24-0 7 с ярисоединениен заявки РЙ (23 } П риоритет

Опубликовано 071 231 Бюллетень №45

Дата олубликоваиия описания 07.12.81 (5I )hA. Кл.

Н 02 Р 9/1О

H 02 K 19/36

9вудврстмииый комитет

COCA йе деизм изейретенкй и открытий (5З) УДК 621 ° 313 . 322 (088. 8) (72) Авторы изобретеиия

В. С. Рыжков и А. А. Ступин (71) Заявитель (54) СИНХРОННАЯ п -фАЗНАЯ МАИИНА С УСТРОЙСТВОМ

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ И ПОПЕРЕЧНОЙ

СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКОВ ИЛИ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к электрическим машинам и предназначено для измерения составляющих трехфазных систем токов и напряжений по осям ротора при экспериментальном исследовании синхронных электрических машин в

5 переходных и установившихся симметричных и несимметричных режимах работы при произвольных скоростях вращения, а также для выработки сигналов о управления токами возбуждения асинхронизированных синхронных машин и для компаундирования измерительных органов систем возбуждения синхронных генераторов, именно, при создании инвари ант ной си стемы регулирования напряжения (и вариантной по отношению к изменениям нагрузки) .

Известны синхронные машины с.устрой ст вом для измерения продол ьной и поперечных составляющих токов и напряжений D >, содержащие углоизмерительную машину с поворотным статором и ваттметр. Фаза углоиэмерительной машины включена íà обмотку напряжения ваттметра, а его токовая обмотка - a соответствующую фазу синхронной машины. При этом отсчет ваттметра пропорционален 1о, если ЭДС углоизмерительной машины и асинхронной машины синфазны на холостом ходу последнего, и id, если статор углоизмерительной машины повернут на 90

{электрических) по отношению к поло- жению синфазности ЭДС.

Недостаток этой конструкции - невозможность ее использования в условиях несимметричной нагрузки синхронной машины.

Известны также синхронные m-фаэные машины с устройством измерения продольной и поперечной составляющих токов или напряжений )2J, содержащие датчик углового положения ротора с индикатором, механически совдиненным с валом синхронной машины, чувствительные элементы, установленные на статоре датчика и подключенные выходами к усилителям Г>о > ОяннОГО тОка q тран сфарматоры тока или напряжения, подкл юче нные K фазам синхронной маши нь! °

Данное техническое решение наиболее близ ка изОбретени>о ПО техническоЙ сущности и достигаемому эффекту, В этом устройстве имеется двухфазная углоизмерительная машина, Дпя получения пОперечнОГО тОка перемнажсэ ют тОки и ЗДС сООт ветст вующих фаз для получения продольного тока перемножают ЭДС на токи несоответствующих фаз двухфазной ".:ècòeêû токов.

Недостат ком B To!-o устройства я вляется невазма}ннос:ть его использования в несимметричных pe>кимах Вследст вие

Ошибок, вазн>>ка>о}ЦИХ при преОбразОВа нии трехфазной системы токов в двухФазную, большие Ошибк измеренмя в ре>кимах скОльжения и пОлная невозмОЖ

НОСТ Ь ИЗМЕРЕ>}ИЙ В НЕПОДВИжнОМ СОСТОЯ нми OMIH)«ðoHHoé машины,, >-рамс}здкост ь и ненадежность элекэраннага оборудования, т.е. низкая то снасть мзмс:рений.

Целью мзабретени>! Являе2-ся повыT o qI-I o c T M > „"-, f ep e í M ,тричных режимах! B условиях больших скольжений M при полном ос внове >>ао>мны.

ЦЕЛЬ ДастИГBeTCR тЕМ, Чта ЧУВСтВИЗО тельные элементы выполнены в вНде weментОв Холла, соединенных В две Груп пы с чис->Ом эт}ементов в каждой Группе, ра в}!ым чи слу фаз маши ны и р аспОЯО>нен ных в груг>пе па акру>нности через

2 (- - +и ) зле ктриче сг(их рс1ди ан ДруГ относитель-lo дру"а,,;Г-де n - любое целое число или ноль, ка>ндый элемент

Холла ОДНОЙ Группы паДключен своими

ВхОдными клеммами к втОри чнОЙ ОбмОт ке соответствующего трансформатора тока мли напряжения машины и в положении, когда ась ега совпадает - про" дальной осью мндуктора датчика положения,->ы,ась TQM фазы ин, K

КОтОРОй OH Г>ОДКЛЮЧЕН ПОСРЕДСТВОМ тРаН- !>> сфарматора тока, совпадает с продольной осью полюса ротора машины„ одноименного lio Отношению к полюсу индуктОра Датчика, а кажДыи элемент ХОлла другой группы смещен от элементов 56

Холла первой группы по расточке датчика положения ротора на угол >! /2 электрических радиан па направлению вращения и также подключен к вторичной обмотке трансформатора тока или на- у пряжения одноименных Фаз> выходные клеммы элементов Холла саединень в каждой группе согласно"последавательно и подклю ены к входам своих уси" лителей постоянного тока.

Балы датчика положения и синхронной машины могут быть соединены посредством редуктора, а число пар полюсов датчика положения и синхронной машины выполнена по соотношению Д 2, б где Р„- число пар полюсов датчика положения;

Р - число пар полюсов машины, частота вращения датчика, n - частота вращения вала машины.

На фиг. 1 представлена принципиаль-. ная схема устройства для измерения продольной составля>ощей системы токатрехфазной машины; на фиг. 2 - схема устройства для измерения поперечной составляющей напряжения О!1,.

Синхронная электрическая машина 1, продольная саставг>яющая токов которой подлежит измерению, содержит индуктар

2, обмотку 3 фазы, вторичные обмотки трансформаторов тока 4,, б, которые подкл}очены к элементам Холла 7, 8 и располо>ненным в зазоре датчика 10 палажени». tИ1 ндуктор 11 датчика 10 положения соединен с синхронной машиной 1.

Элементы Холла 7, 8, 9"размещены о через 120 электрических, в местах, где равны углы, отсчитанные от осей элементов 7, 8„9 Холла и фазы синхронной машины 1, к трансформатору которой падкг}}очен данный элемент Холла 7, 8„ 9, до продольных осей индуктара 11 датчика 10 положения и индуктора 2 синхронной машины 1 соответственно. На Фиг. 1 угол между осью элемента Холла 7 и полюсом М индуктора 11 равен углу между осями фазы

А-3 и полюса М индуктора 2 синхронной машины 1, причем оба угла равны нулю. Элемент Холла 7 подключен к трансформатору тока >> фазы 3 (А) синхронной машины 1, Электроды ЭДС Холла элементов Холла 7, 8, 9 соединены согласно-последовательна и подключены к выходному усилителю 12 постоянного тока. Датчик 10 положения имеет многафазну}о тахометрическую обмотку, одна из фаз которой 13 показана на фиг. 1.

Для измерения поперечной составляющей напряжения (U<) синхронной машины

1, Она содержит трансформаторы Фазных напряжений 14, 15 и 16, подкпюченные через сопротивления 1 18, 8325

8 случае, если датчик 10 положения имеет число пар полюсов Pq,, отличающееся от числа пар полюсов Р синхронной машины 1, необходимо обеспечить синхронизм сигналов датчика 10 поло3% . жения ротора с его фактическими положениями. Зто может быть достигнуто при помощи редуктора, обеспечи вающе го ра,венство частот сигналов датчика положения и ЭДС синхронной машины 1. При

5 88 к второй группе элементов Холла 20, 21, 22, размещенным в зазоре датчика 10 положения через 120 электрических в местах, смещенных по отношению расположению элементов Холла

7, 8, 9 на 90О электрических по положительному направлению вращения. Индуктор 11 датчика 10 положения механически соединен с индуктором 2 синхронной машины 1 индуктор 2 синхронной машины 1 и индуктор 11 датчика

10 положения изображены повернутыми по отношению к положению, изображенному на фиг. 1, на некоторый угол.

Электроды ЗДС Холла элементов Холла

20, 21, 22 соединены согласно-последовательно и подключены к усилителю постоянного тока 23.

Устройство для измерения тока согласно схеме, изображенной на фиг. 1 работает следующим образом.

Максимум индукции над элементами

Холла 7, 8, 9, измеряющими продольную составляющую системы токов m-фазной синхронной машины l (i ), наступает в моменты, когда одноименные фазы синхронной машины 1 имеют максимальное потокосцепление. Следовательно, приняв за начало счета вре"ени момент максимума потокосцепления в фазе А (3), будем иметь ЗДС в цепи этой группы элементов Холла 7, 8, 9 (принято г=О)

E "- Ki< Весов ж t+Ki @ 8 os (sv t-120 )+ х6 в

+К1„„8<соs (ж t-240 ) (1, где i, 1„<о мгновенные значения фаз

Hbix токов, Вп1 - амплитуда индукции под . полюсом индуктора 11 датчика 10 положения, КК К - коэффициент пропорциональности, равный произведению постоянной weмента Холла на коэффициент трансформации трансформаторов тока 4, 5, 6.

Известно (А.И. Важнов "Электрические машины", Л., Энергия, 1969, с. 673), что

i i соэшй+1 сов (03t 120 )+

+i cos (ш <-240 ) . (2)

Здесь, как и в Формуле (1), отсчет углов осуществляется от оси Фазы А (3)„

Сравнивая (1} и (2), получаем й,= (yI

КЯ сумма ЭДС Холла пропорционап ьна мгновенному значению продольной сосВ

lO !

33 тавляющей токов машины 1. Токи вторичных обмоток трансформаторов тока

4, 5, 6 запитывают элементы Холла 7, 8, 9 находящиеся . в магнитном поле индуктора 11 датчика 10 положения. В элементах Холла 7,. 8, 9 осуществляется перемножение фазных токов на мгновенные значения индукции поля индуктора 11 со сдвигом на 120 электрических, образующиеся благодаря раэмещению элементов Холла. ЭДС Холла элементов 7, 8, 9 суммируется в последовательном соединении электродов .

ЭДС Холла элементов 7, 8, 9 и усиливается выходным усилителем постоянного тока 12.

Аналогично для цепи, измеряющей ток iq, 8< -K -1с Вщв1пш +К ig 8 sin(e t-120 )+

+К 1сВ sin(ш t-240 ). (Щ так как элементы 20, 21, 22 закреплены в точках, отстоящих от элементов 7, 8, 9 первой группы на Ji/2 электрических радиан. (При изменении направления вращения знак .ЭДС меняется, как и знак i }. Следовательно

1q вЂ” = (Я э кЬ

При изменении продольной и поперечной составляющих напряжений генератора. нужно запитать элементы Холла 20, 21„22 от фаз вторичных обмоток 14, 15, 16 трансформаторов напряженйя через ограничительные сопротивления 17, 18, 19, с целью уменьшить угловую лог решност ь и по высит ь бы стродей ст вие измерителя.

Устройство для измерения поперечной составляющей напряжения (U } схема которого изображена на фиг. 2, работает вполне аналогично устройству, изображенному на фиг. 1, с той лишь . разницей, что элементы Холла 20, 2!, запитываются токами, пропорциональ" ными напряжениям фаз машины, получейными при помощи трансформаторов напряжения i4, 15 и i6 и ограничительных резисторов 1.7, 18, 19.

7 88832 этом должно быть выполнено соотношерд

Р л

Если датчик 10 положения ротора многополюсный, то число элементов

Холла в группе можно оставить рав fblM числу фаз машины 1. При этом элементы Холла могут быть ра" ìåùåíû на разных полюсных делениях, но обязательно в точках, отстоящих от определенных ранее на четное число попюсных де лений датчика 10 положения. При этом появляется возможность разместить элементы Холла более равномерно и сво бодно, Датчик 10 положения может одновременно являться и тахогенератором, если его статор будет иметь соответствующие обмотки, устройство по данно му изобретению может иметь следующие технико-экономические преимущества: отсутствует превращение многофазной системы токов (в данном случае трехфазной) в двухфазную, при котором воз никает ошибка в случае несимметрии системы токов. Это позволяет повысить точность измерения в несимметричных режимах ценою увеличения количества блоков произведения в устройстве, электронные блоки произведения заменены элементами Холла, Холловские блоки произведения осуществляют- одновременно индикацию положения индуктора машины и перемножение фазных токов на магнитную индукцию в зазоре датчика 10 положения.

Это соьмещение функций элементов

Холла позволяет значительно упростить измерительное устройство и одновременно расширить область его применения, обеспечив полную независимость результата измерений от скорости вращения машины, вплоть до полной ее остановки, тогда как известное устройство могло давать точные измерения только на синхронной скорогти враще" ния. ! формула изобретения

1. Синхронная m-фазная машина с устройством для измерения продольной и поперечной составляющих токов ипи напряжений, содержащая датчик углового положения ротора с индикатором, механически соединенным с валом синхрон-,И ной машины, чувствительные элементы, установленные на статоре датчика и подключенные выходам к усилителям постоянного тока, трансформаторы тока ипи н апряжения, подключенные к фазам синхронной машины, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерения в несимметричных режимах, в условиях больших скольжений и при полной останове машины, чу вст ви тел ьные элементы выполнены в виде элементов Холла, соединенных в две группы с числом элементов в каждой группе, равным числу фаз машины и расположенных в группе по окружности через 2Г (1/;i+n} электрических радиан друг относительно друга, где

n - любое целое число или ноль, каждый элемент Холла одной группы подключен своими входными клеммами к вторичной обмотке соответствующего трансформатора тока или напряжения, и ось его совпадает с продольной осью индуктора датчика положения ротора машины, а ось той фазы машины, к которой он подключен посредством трансформатора тока, совпадает с продольной осью полюса ротора машины, одноименного по отношение к полюсу индуктора датчика, а каждый элемент Холла другой группы, смещен от элементов Холла первой группы по расточке датчика положения ротора на угол Т /2 электрических рариан по направлению вращейия и также подключен к вторичной обмотке транс форматора тока или напряжения одноименных фаз, выходные клеммы элементов Холла соединены в каждой группе согласно-последовательно и подключены к входам своих усилителей постоянного тока.

2. Устройство по и. 1, о т л ивЂ” ч а ю щ е е с я тем, что датчик положения снабжен редуктором, а число пар полюсов датчика положения по отношению к числу пар полюсов синхронной машины выполнены в соотношении

Рд

Р 1 где Р - число пар полюсов датчика положения

Р - число пар полюсов машины; и„ - частота вращения датчика; и - частота вращения вала машины.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Карпов Г.В. Иетод экспериментального определения параметрических характеристик синхронных мааин из рабочих режимов. Труды ЛПИ им. Калинина

1 209, ГЗИ, И. Л., 1960, с, 434-440.

2, Авторское свидетельство СССР

tp 28)488, кл. И 02 Р 9/10, 1950.

Составитель В. Трегубов

Редактор Т. Кузнецова Техред Л. П р к а р ь КорректорС. Шекмар

Заказ 10741/19 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий