Результат интеллектуальной деятельности: 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 KZ №24411, опубл. 15.08.2011, МПК Н02Н 7/06, Н02Н 7/08, Н02К 11/00), основанный на измерении параметров внешнего магнитного поля машины и формировании сигнала на отключение, в котором сигнал магнитного поля машины переменного тока преобразуют в однополярный, выделяют из него гармоническую составляющую с частотой f_c(n±1/p), и если ее величина превысит первую пороговую величину, то формируют сигнал о наличии эксцентриситета ротора, а если ее величина превысит вторую пороговую величину, то формируют сигнал на отключение машины от сети, где где n может принимать значения 0, 1, 2…; р - число полюсов; f_c - частота основной гармонической сети.

Недостатками настоящего технического решения являются недостаточная чувствительность и надежность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока (патент РФ №2530727, МПК G01R 31/34, опубл. 10.10.2014), основанный на получении сигнала о наличии и величине эксцентриситета ротора электрической машины, в качестве которого используют непрерывно измеряемые параметры внешнего магнитного поля этой машины, сигнал с измеренными параметрами внешнего магнитного поля преобразуют в однополярный сигнал, затем из однополярного сигнала удаляют постоянную величину равную D, а из получившегося сигнала выделяют гармонические составляющие с частотами f_c(ν-1/p) и f_c(ν+1/p), и если величина хотя бы части из них превысит первую пороговую величину, то формируют сигнал о наличии эксцентриситета ротора, а если величина хотя бы части из них превысит вторую пороговую величину, то формируют сигнал на отключение машины от сети, где ν может принимать значения 0, 1, 2…; р - число полюсов; f_c - частота основной гармонической сети; D - постоянная величина размером от нуля до наибольшей величины однополярного сигнала.

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

Технической задачей предлагаемого изобретения является исключение погрешностей, возникающих при использовании магнитного поля электрической машины переменного тока в качестве источника сигнала о наличии и величине эксцентриситета ее ротора.

Технический результат заключается в повышении надежности и расширении области применения 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 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 с последующим их сравнением с пороговыми значениями гармонических, при этом в качестве сигнала о наличии и величине эксцентриситета ротора электрической машины используют непрерывно измеряемый сигнал тока фазы статора электрической машины, выделение гармонических составляющих осуществляют 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 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, блок выделения гармонических составляющих 5. К первому выходу блока выделения гармонических составляющих 5 подсоединен первый пороговый элемент 6, к которому подключен блок индикации 7. Ко второму выходу блока выделения гармонических составляющих 5 подсоединен второй пороговый элемент 8, соединенный с блоком формирования отключающего сигнала 9, который, в свою очередь, подсоединен к выключателю 10 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 2f_c(n-1/p) и 2f_c(n+1/p) используются, например, полоснопропускающие фильтры с частотой, зависящей от числа пар полюсов и формы преобразования сигнала в однополярный. Первый 6 и второй 8 пороговые элементы представляют собой устройства с фиксированным порогом срабатывания, причем у первого порогового элемента 6 порог срабатывания ниже. В качестве блока индикации 7 можно использовать светодиод, который начинает светиться при достижении гармонических с частотами 2f_c(n-1/p) и 2f_c(n+1/p) порогового значения, не опасного для дальнейшей эксплуатации электрической машины переменного тока 2. Блок формирования отключающего сигнала 9 можно выполнить в виде выходного промежуточного реле, которое срабатывает при появлении сигнала на выходе второго порогового элемента 8.

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 выходе этого блока получают напряжение U₄, из которого в блоке выделения гармонических составляющих 5 выделяют гармонические составляющие U(_n±1/р) с частотами 2f_c(n-1/p) и 2f_с(n+1/р).

Далее этот сигнал поступает на первый 6 и второй 8 пороговые элементы, где его значение сравнивается с первым и вторым пороговыми значениями гармонических. Если величины гармонических составляющих с частотами 2f_c(n-1/p) и 2f_c(n+1/p) менее первой пороговой величины значения гармонической, то на выходе первого 6 и второго 8 пороговых элементов сигналов не будет. При этом электрическая машина переменного тока 2 остается в нормальном режиме работы.

При появлении эксцентриситета ротора в работающей электрической машине переменного тока 2 в однополярном сигнале появятся гармонические с частотами 2f_c(n-1/p) и 2f_c(n+1/p), если величина хотя бы одной из них превышает первую пороговую величину значения гармонической, но оно менее второй пороговой величины значения гармонической, первый пороговый элемент 6 подает сигнал на блок индикации 7, который сигнализирует о наличии эксцентриситета. При этом электрическая машина переменного тока 2 остается в работе. Если в однополярном сигнале значение хотя бы одной гармонической с частотами 2f_c(n-1/p) и 2f_c(n+1/p) превышает вторую пороговую величину значения гармонической, то второй пороговый элемент 8 подает сигнал на блок формирования отключающего сигнала 9, который формирует отключающий сигнал на выключателе 10 цепи отключения электрической машины переменного тока 2 от сети.

Использование тока фазы статора электрической машины переменного тока в качестве сигнала о наличии и величине эксцентриситета ее ротора позволяет исключить погрешности, которые возникают при использовании магнитного поля электрической машины переменного тока в качестве источника сигнала о наличии и величине эксцентриситета ротора, когда на сигнал магнитного поля машины влияют магнитные поля окружающего электрооборудования. Также использование тока фазы статора электрической машины переменного тока в качестве сигнала о наличии и величине эксцентриситета ее ротора позволяет применять данный способ для диагностики эксцентриситета ротора электрических машин переменного тока с магнитным корпусом, поскольку магнитный корпус этих машин не влияет на ток в обмотках статора электрической машины (искажая при этом магнитное поле электрической машины). Это позволяет расширить область применения способа.

Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить надежность диагностирования эксцентриситета ротора электрической машины и расширить область применения способа защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока.