Способ защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты от эксцентриситета ротора электрических машин переменного тока.

Известен способ защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока (патент РФ №2655718, опубл. 30.05.2018, МПК G01R 31/34), основанный на измерении сигнала внешнего магнитного поля машины, который преобразуют в однополярный, удаляют из однополярного сигнала постоянную составляющую, равную D, где D - постоянная величина размером от нуля до наибольшей величины однополярного сигнала и выделяют из получившегося сигнала гармонические составляющие с частотами 2f_c(ν-1/p) и 2f_c(ν+1/p), где f_c - частота основной гармонической сети, р - число полюсов электрической машины переменного тока, ν принимает значения 0, 1, 2, … р, и затем определяют значение корня квадратного из суммы квадратов гармонических составляющих, при этом если это значение превышает первую пороговую величину значения эксцентриситета электрической машины переменного тока, но оно менее второй пороговой величины значения ее эксцентриситета, то формируют сигнал о наличии эксцентриситета ротора, а если это значение превышает вторую пороговую величину значения эксцентриситета электрической машины переменного тока, то формируют сигнал на отключение электрической машины от сети.

Недостатками настоящего технического решения являются недостаточная надежность и узкая область применения из-за погрешностей, вносимых магнитными полями электрооборудования, расположенного вблизи электрической машины, и невозможности его использования для электрических машин с магнитным корпусом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока (патент РФ №2655913, опубл. 30.05.2018, МПК G01R 31/34), основанный на измерении сигнала тока фазы статора электрической машины, который преобразуют в однополярный сигнал, удаляют из него постоянную составляющую, равную D, где D - постоянная величина размером от нуля до наибольшей величины однополярного сигнала и выделяют из получившегося сигнала гармонические составляющие с частотами 2f_c(n-1/p) и 2f_c(n+1/p), где р - число пар полюсов электрической машины переменного тока; f_c - частота основной гармонической сети, n - может принимать значения 0, 1, 2 … , при этом сравнение гармонических составляющих с пороговыми значениями гармонических осуществляют таким образом, что если величина хотя бы одной из гармонических составляющих превысит первое пороговое значение гармонической, то формируют сигнал о наличии эксцентриситета ротора, а если величина хотя бы одной из них превысит второе пороговое значение гармонической, то формируют сигнал на отключение машины от сети.

Недостатками настоящего технического решения являются недостаточная чувствительность из-за нестабильности питающего напряжения, вибраций машины переменного тока и бросков момента сопротивления ее нагрузки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является исключение погрешностей и повышение чувствительности в определении эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока.

Технический результат заключается в повышении точности способа защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока.

Это достигается тем, что в известном способе защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока, основанном на получении сигнала о наличии и величине эксцентриситета ротора, в качестве которого используют непрерывно измеряемый сигнал тока фазы статора электрической машины, с последующим его преобразованием в однополярный сигнал, удалении из однополярного сигнала постоянной составляющей равной D, где D - постоянная величина размером от нуля до наибольшей величины однополярного сигнала, и выделении из получившегося сигнала гармонических составляющих, при этом выделение гармонических составляющих осуществляют с частотами f_c(ν+1/р), f_c(ν-1/р) и f_c, где f_c - частота основной гармоники сети, р - число полюсов электрической машины переменного тока, ν принимает значения 0, 1, 2, … р, и затем осуществляют расчет диагностического признака эксцентриситета ротора по формуле , где U_ε - величина диагностического признака эксцентриситета ротора; U_(ν±1/p) - значение гармонических составляющих с частотами f_c(ν+1/р), f_c(ν-1/р); - значение основной гармоники сети с частотой f_c, n - количество гармонических составляющих с частотами f_c(ν+1/p) и f_c(ν-1/p), при этом если это значение равно или превышает первую пороговую величину диагностического признака, но оно менее второй пороговой величины диагностического признака, то формируют сигнал о наличии эксцентриситета ротора, а если это значение равно или превышает вторую пороговую величину диагностического признака электрической машины переменного тока, то формируют сигнал на отключение электрической машины от сети.

Значение постоянной составляющей D выбрано исходя их характеристик диагностируемой электрической машины и технической реализации преобразования электрического сигнала в однополярный.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока, на фиг. 2 представлены осциллограммы напряжения, пропорционального измеренному току фазы статора (U₁), а также при преобразовании сигнала в однополярный (U₃) и после преобразования однополярного сигнала (U₄) неповрежденной электрической машины переменного тока с числом пар полюсов р=3, на фиг. 3 представлены осциллограммы напряжения, пропорционального измеренному току фазы статора (U₁), а также при преобразовании сигнала в однополярный (U₃) и после преобразования однополярного сигнала (U₄) при эксцентриситете ротора электрической машины. Кроме того, на фиг. 2 и 3 приведена зависимость полученных из преобразованного сигнала - U₄ величины гармонических от частоты U_г(f_г).

Устройство, реализующее предлагаемый способ защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока, содержит датчик тока 1 электрической машины переменного тока 2, включенный последовательно в цепь с измеряемым переменным током статора, к которому последовательно подсоединены блок преобразования электрического сигнала в однополярный 3, блок преобразования однополярного сигнала 4, к первому выходу которого подсоединен блок выделения гармонических составляющих 5 с частотами f_c(ν+1/р) и f_c(ν-1/р), а ко второму выходу подсоединен блок выделения основной гармоники с частотой f_c 6. При этом блок выделения гармонических составляющих 5 соединен с первым входом блока определения диагностического признака 7, блок выделения основной гармоники 6 соединен со вторым входом блока определения диагностического признака 7.

К первому выходу блока определения диагностического признака 7 подсоединен первый пороговый элемент 8, соединенный с блоком индикации 9. Ко второму выходу блока определения диагностического признака 7 подключен второй пороговый элемент 10, к которому подсоединен блок формирования отключающего сигнала 11, соединенный с выключателем 12 цепи отключения электрической машины переменного тока 2.

В качестве датчика тока 1, предназначенного для измерения тока фазы статора электрической машины переменного тока 2 можно использовать трансформатор тока. В качестве блока преобразования электрического сигнала в однополярный 3 можно использовать двухполупериодный выпрямитель. Блок преобразования однополярного сигнала 4 может быть выполнен в виде вычитающего устройства произвольного типа. В качестве блока выделения гармонических составляющих 5 с частотами f_c(ν+1/p), f_c(ν-1/p) и блока выделения основной гармоники с частотой f_c 6 используются, например, полоснопропускающие фильтры.

Блок определения диагностического признака 7 может быть выполнен в виде аналогового или числового арифметического устройства, выполняющего определение величины диагностического признака эксцентриситета ротора по формуле , где U_ε - величина диагностического признака эксцентриситета ротора; U_(ν±1/p) - значение гармонических, полученных в блоке выделения гармонических составляющих 5; - значение основной гармоники сети, полученной в блоке выделения основной гармоники 6, n - количество гармонических составляющих с частотами f_c(ν+1/p) и f_c(ν-1/p).

Первый 8 и второй 10 пороговые элементы представляют собой устройства с фиксированным порогом срабатывания, причем у первого порогового элемента 8 порог срабатывания ниже. В качестве блока индикации 9 можно использовать светодиод, который начинает светиться при достижении эксцентриситетом ротора величины, равной первой пороговой величине значения эксцентриситета электрической машины и не являющейся опасной для дальнейшей эксплуатации электрической машины переменного тока 2. Блок формирования отключающего сигнала 11 можно выполнить в виде выходного промежуточного реле, которое срабатывает при появлении сигнала на выходе второго порогового элемента 10.

Реализация предлагаемого способа защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока осуществляется следующим образом.

Во время работы по обмоткам электрической машины переменного тока 2 протекают токи, величина которых зависит от наличия и величины эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока 2. Датчик тока 1 измеряет ток фазы статора и с его выхода снимается сигнал напряжения U₁, пропорциональный этому току. Этот сигнал напряжения выпрямляют в блоке преобразования электрического сигнала в однополярный 3 (U₃). Затем в блоке преобразования однополярного сигнала 4 убирают постоянную составляющую величиной D и на выходах этого блока получают напряжение U₄, из которого в блоке выделения гармонических составляющих 5 выделяют гармонические составляющие U_(ν±1/p) с частотами f_c(ν+1/p) и f_c(ν-1/p), а в блоке выделения основной гармоники 6 выделяют основную гармонику с частотой f_c.

Далее в блоке определения диагностического признака 7 рассчитывают его величину U_ε по формуле .

Данный расчет позволяет более точно диагностировать эксцентриситет ротора, т.к. при расчете диагностического признака используется не одна гармоническая, появляющаяся при эксцентриситете, а все гармонические, появляющиеся при эксцентриситете, а приведение полученного значения к основной гармонике позволяет уменьшить погрешности, вносимые из-за нестабильности питающего напряжения.

Далее этот сигнал поступает на первый 8 и второй 10 пороговые элементы, где его значение сравнивается с первым и вторым пороговыми величинами диагностического признака.

При появлении эксцентриситета ротора в работающей электрической машине переменного тока 2 в преобразованном однополярном сигнале появятся гармонические с частотами f_c(ν-1/p) и f_c(ν+1/p). При этом, если значение получаемое по формуле равно или превышает первую пороговую величину диагностического признака эксцентриситета электрической машины переменного тока 2, но оно менее второй пороговой величины диагностического признака эксцентриситета, первый пороговый элемент 8 подает сигнал на блок индикации 9, который сигнализирует о наличии эксцентриситета. При этом электрическая машина переменного тока 2 остается в работе.

Если в преобразованном однополярном сигнале значение, получаемое по формуле равно или превышает вторую пороговую величину диагностического признака эксцентриситета электрической машины переменного тока 2, то второй пороговый элемент 10 подает сигнал на блок формирования отключающего сигнала 11, который формирует отключающий сигнал на выключатель 12 цепи отключения электрической машины переменного тока 2 от сети.

Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить надежность и точность диагностирования наличия эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока, а также своевременно определить критическую величину эксцентриситета ротора и отключить электрическую машину переменного тока от сети.