Электрическая машина (ее варианты)

Электрическая машина (ее варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

O fl M C A H M K 983910

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Ресяубяин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (Sl ) Дополнительное к авт. свид-ву(22)»явлено 24;06.81 (2! ) 3306920/24-07 (5! )М, Кд.

Н 02 К 1l/00 с присоединением заявки яефкударстеапЫ комитет

СССР ио алэм изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубл"ковано 23. 12 82. Бюллетень РР. -4у (53) ЛК 621.313 (o88.8) Дата опубликования описания 23. 12.82

B..Ê.Âoðo6åé, А.P.Ãàðáóçoâ и В.В.Семенов

t и1 т 1 т

Всесоюзный .научно-исследовательский инстиъ а " "" - - -.:Г а апектромаеиностроении (72) Авторы изобретения

Pl) Заявитель (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА (ЕЕ ВАРИАНТЫ) 1

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электрическим машинам .с устройством контроля состояния вентилей вращающихся выпрямителей бесщеточных возбудителей синхроннйх машин.

Известно устройство контроля, ис- . пользуемое в бесщеточных возбудите" лях, содержащее стержнеобразные токопроводы, включенные последовательно в силовые цепи вентилей вращающегося выпрямителя и располагае- мые на наружной поверхности вращающейся части возбудителя 1.1 ).

В стержнеобразном токопроводе этого устройства, как элементе устройства контроля, осуществляется непосредственное преобразование первичного сигнала о состоянии вентиля, представляемого током, который проте" zp кает по токопроводу, последовательно соединенному с вентилем и с соответствующим плавким предохраните.лем, в сигнал о состоянии вентиля, 2 передаваемый бесконтактным способом с вращающейся частя возбудителя, колб торый представляется магнитным полем токопровода и регистрируется электромагнитным датчиком, установленным на статоре возбудителя.

При пробое вентиля и перегорании- предохранителя ток по токопроводу не протекает и на датчике при прохождении под ним токопровода, соединенного с пробитым вентилем и перегоревшим предохранителем, сигнал о наличии магнитного поля данного токопровода не образуется..

Излучатель в виде стержнеобразного токопровода, используемый в этом устройстве контроля, имеет недостаточно высокую пространственную локализацию создаваемого им электро" магнитного канала передачи сигналов о состоянии вентиля с вращающейся части возбудителя..Это проявляется

s искажении основного сигнала датчика, создаваемого полем токопрово3 98391 да, находящегося под датчиком, помехами, которые создаются магнитными полями других токопроводов, особенно расположенных рядом.

Наличие помех в сигналах, образуе- мых на датчике, и тем больших, чем более близко приходится располагать .друг к другу токопроводы, что имеет место при увеличении мощности возбудителя, повышает уровень тока возбу- в дителя, с которого может быть обеспечена надежная работа регистрирующего прибора, из-за необходимости применения в нем специальных схем для выделения основных сигналов, поступающих с датчиков.

Описанное .устройство контроля с излучателями в виде стержнеобразных токопроводов, ввиду того, что они являются элементами, включенными последовательно в силовую цепь вентиля, не могут обеспечить полный-повентильный контроль состояния вращающихся выпрямителей 6есщеточных возбудителей, в ветвях которых имелись бы последовательно соединенные вентили.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электрическая машина, содержащая бесщеточный возбудитель с обмоткой якоря, секции которой одними выводами соединены через последовательно включенные плав» кие предохранители и вентили с обмоткой электрической машины, а другие выводы подключены на общую шину, и устройство для контроля возбудителя, содержащее электромагнитные излучатели, расположенные на наружной поверхности вращающейся части возбудителя, и датчики, закрепленные на неподвижной части возбудителя, один из выводов излучателя подключен к соединительной цепи между плавким предохранителем и вентилем. Последовательно с плавким предохранителем может быть включена пара вентилей (2) .

Недостатком этого устройства контроля является то, что при отказе излучателя, например по причине обрыва его соединений, случаи выхода из строя соответствующих вентилей оказываются принципиально не выявляемыми. И в этом устройстве, с параллельным соединением излучателей с силовыми йредохранителями, как и в устройствах контроля со стержневыми излучателями, включенныО 4 ми последовательно в силовые цепи вращающегося выпрямителя, также не может быть обеспечен повентильный контроль бесщеточных возбудителей, в ветвях которых имелись бы последовательно соединенные вентили.

Цель изобретения - повышение надежности машины путем повышения точности и достоверности контроля технического состояния возбудителя.

Поставленная цель достигается тем, что в первом варианте другой вывод электромагнитного излучателя соединен с общей шиной обмотки якоря возбудителя.

Во втором варианте другой вывод излучателя подключен к цепи, соединяющей вентиль и обмотку электрической машины.

Согласно третьему варианту введен дополнительный излучатель, один из выводов которого подключен к цепи, соединяющей пару вентилей, а другойк общей шине обмотки якоря.

В четвертом варианте введен дополнительный излучатель, один из выводов которого и второй вывод основного излучатеЛя подключены к цепи,соединяющей пару вентилей, а второй вы. вод дополнительного излучателя под- ключен к цепи, соединяющей вентиль и обмотку электрической машины.

Третий и четвертый варианты относятся к электрической машине, содержащей пару последовательно включенных вентилей.

На фиг.! приведена схема части устройства контроля, в котором электромагнитные излучатели соединены с общим выводом обмоток обращенного генератора питающего вращающийся

У выпрямитель; на фиг. 2 - графики, поясняющие работу устройства; на фиг ° 3схема части устройства контроля, в ко ором электромагнитные излучатели соединены с выходными шинами выпрямителя; на фиг.4 - графики, поясняющие работу этого варианта устройства; на фиг.5- схема части устройства контроля, в котором электромагнитные излучатели соединены с выходной шиной выпрямителя, с которой соединен и выход ветви; на фиг.б - графики, поясняющие работу устройства; на фиг.7 — схема части устройства контроля с повентильным контролем состояния вентилей вращающегося выпрямителя, в ветвях которого имеются по5 9839 следовательно соединенные вентили; на фиг.8-10 — графики, поясняющие работу устройства; на фиг.11 - схема части устройства контроля бесщеточного возбудителя, в ветвях вращающегося выпрямителя которого имеются последовательно соединенные вентили; на фиг. 12 и 13 - графики, поясняющие работу устройства.

Устройство контроля (фиг.1) содер- 1о жит электромагнитный излучатель l, который соединен одним выводом с цепью, соединяющей вентиль 2 анодной ветви с плавким предохранителем 3этой же ветви выпрямителя, другим 1$ выводом излучатель 1 соединен с вы» водом обмотки 4 обращенного генератора, который питает выпрямитель, нагрузкой 5 которого является обмот ка возбуждения синхронного генера- уо тора.

Аналогичным образом излучатель

6 катодной ветви соединен с цепью, соединяющей вентиль 7 с предохранителем 8 и с тем выводом обмотки 9, 2s питающей катодную ветвь, который как и -вывод обмотки 4 соединяется с общей шиной обмоток обращенного, генератора. ;Глектромагнитные излучатели 1 и 6 зд размещаются на наружной поверхности вращающейся части Ьесщеточного возбудителя и могут представлять собой, например, сердечник с разом.кнутым магнитопроводом с размещенной на нем обмоткой, один из выводов которой соединен с резистором, или схему на светодиоде, или другой подобный им элемвнт, которым может создаваться пространственный элект.ромагнитный канал при поступлении на

его вход тока.

Во втором варианте, устройства контроля (фиг.3) излучатели 1 и 6, в отличие ot рассмотренного устройства, соединены с выходными шинами выпрямителей 2 и 7, причем излучатель

1 анодной ветви соединен с катодной выходной шиной, имеющей напряжение

)1

- Е, а излучатель 6 катодной ветви соединен с анодной выходной шиной, имеющей напряжение + Е.

В третьем варианте устройства контроля (фиг.5) излучатель 1 подключен своим вторым выводом к выводу того же вентиля 2, другой вывод которого соединен с предохранителем 3, с которым соединен первый вывод излучателя 1.

10 6

Устройство контроля бесщеточного возбудителя (фиг.7),в ветвях вращающегося выпрямителя которого имеются последовательно соединенные вентили, содержит, кроме излучателей 1 и 6, электромагнитные излучатели 10 и 11,. которые соединены одним выводом,соответственно, с цепью,соединяющей последовательно соединенные вентили

2 и 12 анодной ветви и с цепью, соединяющей последовательно соединенные вентили 7 и 13 катодной ветви. Вторые выводы излучателей 10 и 1l в этом варианте устройства соединены с общей шиной, соединяющей все обмотки, в том числе и обмотки 4 и 9 обращенного генератора, питающего вращающийся выпрямитель.

В другом варианте устройства контроля бесщеточного возбудителя в .ветвях вращающегося выпрямителя име" . ются последовательно соединенные вентили (фиг ..1 1) . В этом варианте оба

1 излучателя каждой ветви выпрямителя

1 и 10 соединяются параллельно с соответствующими вентилями 2 и 12.

Для первого варианта устройства при неповрежденных вентиле 2 и r;редохранителе 3 ток 1О, протекающий через излучатель T-, повторяет форму напряжения обмотки 4 (графики ( и 1о,,фиг.2) .

В случае пробоя вентиля 2, после которого выводы силового вентиля оказываются, как известно, электрически закороченными, и происходящем вслед ствие этого перегорании предохранителя 3, излучатель 1 оказывается электрически накоротко соединенным через пробитый вентиль 2 с анодной шиной выпрямителя, на которой имеется постоянное напряжение + E, создаваемое другими ветвями выпрямителя (не показаны ).

В соответствии с этим после пробоя вентиля 2 через излучатель 1 протекает ток 1 фиг.2 . В интервале времени, соответствующим средней зоне, в которой при неповрежденном вентиле 2 этот вентиль находится под воздействием наибольшего обратного напряжения, называемой контрольной зоной, -которая обозначена на графиках %-фиг.2). буквой К, этот ток 1.< протекает через излучатель 1 в на-, правлении, противоположном направлению тока 1 . Аналогичный характер изменения йапряжения и тока имеет место и в цепи включения излучате983910 8 ля 6 катодной ветви при пробое вен-. тиля 7.

При нарушении соединения излучателей 1 и 6 с цепями работающего вра; щающегося выпрямителя или при выходе

* их из строя в контрольной зоне соответствующего излучателя становится . равным нулю.

Таким образом, в устройстве конт-. роля (фиг.1) может быть обеспечено tp и выявление состояния вентиля и проверка целостности самого излучателя по току и его направлению и соответствующему ему электромагнитному полю излучателя в единственном временном интервале, соответствующем контрольной зоне ветви К, Б устройстве (Фиг. 3 ) ток 1,>, протекающий через излучатели 1 и 6 при неповрежденной ветви, имеет пуль сирующий характер с нулевым значением в контрольной зоне К.

При повреждении ветви излучатель

1 или б оказывается подключенным непосредственно к выходным шинам работающего выпрямителя и через него протекает постоянный ток Iq . В таком устройстве выявление обрыва соединения излучателя 1 и 6 может быть обеспечено проверкой наличия тока в интервале времени, соответствующем средней зоне, в которой при неповрежденной ветви соответствующий вентиль находился в проводящем состоянии. Эта зона проверки обозначена

35 на графиках буквой и.

Ток в контрольной зоне К и проверочной и устройства контроля (фиг.3) протекает в одном направлении и в нем не могут использоваться "однонаправленные" излучатели, подобные схемам на светодиоде, в отличие от

I варианту устройства (Фиг. 1), в котором при использовании одной вэны.контрольной К необходимым является применение "двунаправленных" излучателей, какими, например, являются излучатели на сердечнике с разомкну-, тым магнитопроводом, магнитное поле в разрыве сердечника которых может

56 иметь два направления, в соответствии с направлением тока, протекающего че-. рез его обмотку.

В устройстве (фиг.5 } ток, протека- ющий через излучатель 1, повторяет форму напряжения на вентиле 2. Этот

SS ток в зоне контроля K при неповрежденной ветви работающего выпрямите-, ля имеет конечную величину, пропорциональную току возбудителя (график фиг.б), а при пробое вентиля и перегорании соответствующего предохранителя он нулевой (график fy, фиг.б) .

Обрыв соединения излучателя или отказ его в таком устройстве является неотличимым от случая пробоя вентиля. Это, хотя и может считаться определенным недостатком, потенциально не снижает надежность устройства контроля,в отличие от известного устройства с параллельным соединением излучателей с предохранителями,в котором отказ излучателя идентифицируется как исправность соответствующей ветви, если даже ее вентиль и пробит.

В варианте устройства (фиг.7 при неповрежденных вентилях 2 и 12 через второй излучатель 10 анодной ветви протекает пульсирующий ток (фиг. ,10), повторяющий форму напряжения

S (фиг.8) на шине соединяющей вентили 2 и 12, которое при близких обратных сопротивлениях вентилей в некотором интервале действия наибольших отрицательных значения наг пряжения LI питающей обмотки ч имеет близкие к нулевым значения.

В случае пробоя первого вентиля 2 и остающихся неповрежденными втором вентиле 12 и предохранителе 3 через излучатель 10 протекает переменный ток j, повторяющий форму напряжения 5,1, которое соответствует напряжению U обмотки 4.

При пробое второго вентиля 12, но остающемся неповрежденным первом вентиле 2 и целом предохранителе 3, через излучатель 10 протекает постоянный ток ), пропорциональный напряжению S практически равному напряжению + Е на. анодном выводе выпрямителя.

По току, протекающему через излу чатель 10 анодной ветви в зоне контроля К и в зоне проверки и, обеспечивается возможность определения состояния анодной ветви выпрямителя с каким-либо одним пробитым вентилем и возмржность осуществления проверки целостности излучателя, при повреждении которого ток излучателя

j4 равен нулю и в зоне контроля

К,1 и в зоне проверки Н,1. Однако при использовании только одного излучателя 10 случай повреждения обоих вентилей 2 и 12 при наличии в ветви

983910 10

9 предохранителя, после перегорания которого через излучатель 10 протекает постоянный ток j, является неотличимым от случая повреждения только одного второго-вентиля 12, при котором через излучатель протекает также постоянный ток уф. практически тождественный току J

Использование, наряду с первым излучателем 10, второго излучателя 1, lo один вывод которого соединен с цепью, соединяющей первый вентиль 2 с пре дохранителем 3, а второй вывод соединен с общей шиной обмоток обращенного генератора, обеспечивает воз- 15 можность полного выявления всех состояний анодной ветви и проверку исправности самих излучателей.

При неповрежденной анодной ветви ток io, проходящий через второй из. лучатель 1, повторяет форму напря,.жения U обмотки 4. Токи i и протекающие через этот излучатель при повреждении только одного вентиля, соответственно 12 и 2, остают- р5 ся практически тождественными току

i0 .Åñëè оба вентиля 2 и 12 оказы ваются пробитыми, что приводит к перегоранию предохранителя 3, то через излучатель 1 протекает постоян- ный ток i,который в зоне контроля

k< второго излучателя I имеет направление противоположное направлению тока в других случаях (1о, 1 и i ). Нулевое значение тока в

35 зоне контроля k второго излучателя

1 является в работающем выпрямителе однозначным показателем обрыва соединений этого излучателя.

Аналогичным образом двумя излучателями 11 и 6 обеспечивается возмож" ность выявления целостности соединений самих излучателей и состояния обоих вентилей катодной ветви, в коS торую . входят последовательно соединен45 ные вентили 7 и l3,.

Для устройства контроля (фиг. 7) .характерным является изменение направления тока, протекающего через излучатели в их зонах контроля при соответствующем изменении состояния .

50 ветвей. Этим определяется необходимость использования в этой схеме

"двунаправленных" излучателей, например, упоминавшихся излучателей на сердечнике с разомкнутым магнитопроводом.

В варианте устройства (фиг;11 P при неповрежденной ветви через иЗлу" чатели 1 и 10 протекают, токи iz u

j>, повторяющие Форму напряжения ц на соответствующем вентиле °

При пробое одного вентиля 12 (или 2), напряжение Uq на этом вен" тиле становится практически равным нулю. Нулевым становится и ток

i (j ), протека ъций через излучатель

10 (1) этого вентиля 12 (2 ), в зоне контроля: КА (К 3. На другом, остав" шемся неповрвжденном вентиле 2 (12), напряжение 0ц увеличивается„сохраняя прежнюю форму, в связи с чем и ток

j (1 ), протекающий через излучатель 1 (10) неповрежде нного вентиля, также увеличивается в зоне контроля

К (К ) этого излучателя.

В случае пробоя обоих вентилей

2 и 12 и перегорании соответствую щего предохранителя 3, токи,протекающие через оба излучателя становятся нулевыми, а в схеме выпрямителя без предохранителей они практически нулевые.

В этом устройстве контроля обры- вы соединений излучателей являются неотличимыми от пробоя соответствующих вентилей.

Предлагаемое устройство контроля обеспечивает возможность проверки исправности самого устройства в рабочих условиях, что повышает его надежность и отличается от известного устройства тем, что при его применении становится возможным использо" вание бесщеточных возбудителей,в вет" вях врвщающихся выпрямителей которых имеются последовательно включенныевентили, применение которых позволит существенно повысить надежность экс плуатации бесцеточных возбудителей, что особенно важно для мощных энергоблоков, какими, например, являются энергоблоки атомных электростанций,,необходимость непредвидимых ограниче, ний режимов работы йли остановов ко" торых приводит к большим недодачам электроэнергии.

Формула изобретения

1. Электрическая машина, содержа щая бесщеточный возбудитель с обмоткой якоря, секции которой одними выводами соединенычерез последователь" но включенные плавкие предохранители и вентили с обмоткой электрической, машины, а другие выводы подключены

11 9839 на общую шину, и устройство для контроля возбудителя, содержащее электромагнитные излучатели, расположенные на наружной поверхности врацающейся части возбудителя, .и датчики, закрепленные на неподвижной части возбудителя, один из выводов излучателя подключен к соединительной цепи между плавким предохранителем и вентилем, отличающаяся 1о тем, что, с целью повышения надежности, другой вывод электромагнитного излучателя соединен с общей шиной обмотки якоря возбудителя.

2. Электрическая машина, содер- з жащая бесщеточный возбудитель с обмоткой якоря; секции которой однимя выводами соединены через последовательно включенные плавкие предохранители и вентили с обмоткой электри- gp ческой машины, а другие выводы подключены на обцую шину, и устройство для контроля возбудителя, содержащее электромагнитные излучатели, расположенные на наружной поверхности вра- 2з щающейся части возбудителя, и датчики, закрепленные на неподвижной части возбудителя, один из выводов излучателя подключен к соединительной цепи между плавкими предохранителем и вентилем, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения надежности, другой вывод излучателя подключен к цепи, соединяющей вентиль и обмотку электрической машины.

3. Электрическая машина, содержащая бесщеточный возбудитель с обмоткой якоря, секции которой одними выводами соединены через последова- 4а тельно включенные плавкие предохранители. и пару вентилей с обмоткой электрической машины, а.другие выводы подключены на общую шину,и устройство для контроля возбудителя, содержащее электромагнитные излучатели, расположенные на наружной поверхности вращающейся части воз10 12 будителя, и датчики, закрепленные на неподвижной части возбудителя, один из выводов излучателя подключен к соединительной цепи между плавкими предохранителями и вентилем, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности, в нее введен дополнительный излучатель, один из выводов которого подключен к цепи, соединяют пару вентилей, а другой - к общей шине обмотки якоря.

4. Электрическая машина, содержащая бесщеточный возбудитель с обмоткой якоря, секции которой одними выводами соедине ы через последовательно включенные плавкие предохранители и пару вентилей с обмоткой электрической машины, а другие выводы йодключень1 на обцую шину, и устройство для контроля возбудителя, содержащее электромагнитные излучатели, расположенные на наружной поверхности вращающейся части возбудителя,и датчики, закрепленные на неподвижной части возбудителя, один из выводов излучателя подключен к соединительной цепи

:между плавкими предохранителями и вентилем, отличающаяся тем, что в нее введен дополнительный излучатель, один из выводов которого и второй вывод основного излучателя подключены к цепи, соединяющей пару вентилей, а другой вывод дополнительного излучателя подключен к цепи, соединяющей вентиль и обмотку электрической машины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 333656, кл. H 02 K 11/00, 1967.

2. Mriqht.l4.F., kawlly R. 0onely J.L. Brushless Thyristor Exitation

System.- "IEEE Transactions on Power

Apparatus and Systems", V.Pas-91, 1972, Г5, рр.1848-1854.

Составитель В. Никаноров

Редактор Н. Бобкова Техред И. ГЬргель Корректор С.Шекмар

Заказ 9949/69 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4