Способ защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока
METHOD OF PROTECTION FROM THE ROTOR ECCENTRICITY OF THE ALTERNATING CURRENT ELECTRIC MACHINE

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты от эксцентриситета ротора электрических машин переменного тока.
c
c
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(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 - частота основной гармонической сети.
Недостатками настоящего технического решения являются недостаточная чувствительность и надежность.
c
c
c
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(ν-1/p) и f(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 - 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.
c
c
c
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(n-1/p) и 2f(n+1/p), где р - число пар полюсов электрической машины переменного тока; f - 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.
1
3
4
1
3
4
4
г
г
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 (U), а также при преобразовании сигнала в однополярный (U) и после преобразования однополярного сигнала (U) неповрежденной электрической машины переменного тока с числом пар полюсов р = 3, на фиг. 3 представлены осциллограммы напряжения, пропорционального измеренному току фазы статора (U), а также при преобразовании сигнала в однополярный (U) и после преобразования однополярного сигнала (U) при эксцентриситете ротора электрической машины. Кроме того, на фиг. 2 и 3 приведена зависимость полученных из преобразованного сигнала - U величины гармонических от частоты U(f).
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.
c
c
c
c
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(n-1/p) и 2f(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(n-1/p) и 2f(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.
1
3
4
n±1/р
c
с
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 U, пропорциональный этому току. Этот сигнал напряжения выпрямляют в блоке преобразования электрического сигнала в однополярный 3 (U). Затем в блоке преобразования однополярного сигнала 4 убирают постоянную составляющую величиной D и на выходе этого блока получают напряжение U, из которого в блоке выделения гармонических составляющих 5 выделяют гармонические составляющие U() с частотами 2f(n-1/p) и 2f(n+1/р).
c
c
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(n-1/p) и 2f(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.
c
c
c
c
При появлении эксцентриситета ротора в работающей электрической машине переменного тока 2 в однополярном сигнале появятся гармонические с частотами 2f(n-1/p) и 2f(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(n-1/p) и 2f(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.