Устройство для измерения и регистрации внутреннего угла синхронной машины

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при контроле работы синхронных электрических машинах.
Известно устройство для измерения и регистрации угла нагрузки синхронной машины, содержащее датчик положения ротора в виде прямоугольной рамки и датчик основной гармонической составляющей поля машины в виде рамки синусоидальной формы, которые имеют совпадающие плоскости, диаметральный шаг и размещены в расточке статора так, чтобы боковые стороны прямоугольной рамки совпадали с продольной осью машины. При этом выводы прямоугольной рамки соединены с опорным входом, а выводы синусоидальной рамки - с измерительным входом фазометра, выход которого подключен к регистрирующему прибору (см. а.с. СССР № 1397849, G01R 25/00).
Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость за счёт сравнительно малого уровня выходного сигнала и низкая точность измерения за счёт использования дополнительной измерительной рамки, сложной геометрической формы.
Наиболее близким аналогом является устройство для измерения и регистрации угла сдвига фаз между током и электродвижущей силой синхронной машины, содержащее датчик ноложения ротора, расположенный на расточке статора так, что его ось совпадает с осью регистрируемой обмотки статора, и фазометр, выход которого соединен с регистрирующим блоком. При этом датчик положения ротора, выполнен в виде прямоугольной рамки и подсоединён к зажимам фазометра для подключения напряжения, а токовые зажимы последнего соединены с вторичной обмоткой трансформатора тока. (см. а.с. СССР № 1624347, G01R 25/00)
Недостатком данного устройства является низкая точность измерения и низкая помехоустойчивость при работе синхронной машины с большими нагрузками из-за влияния эффекта реакции якоря, который вносит существенную погрешность в измерение внутреннего угла синхронной машины.
Техническая задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении точности измерения и помехоустойчивости.
Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения и регистрации внутреннего угла синхронной машины, содержащее датчик положения ротора, расположенный на расточке статора так, что его ось совпадает с осью регистрируемой обмотки статора, и фазометр, выход которого соединен с регистрирующим блоком, согласно изменению, снабжено трансформатором напряжения, первичная обмотка которого включена параллельно регистрируемой обмотке статора, а вторичная его обмотка соединена с первым входом фазометра, датчик положения ротора выполнен в виде катушки, состоящей из прямоугольных витков, ширина которых равна нолюсному делению, при этом выводы измерительной катушки соединены со вторым входом фазометра. Суш;ность полезной модели поясняется чертежами, где:
-на фиг. 1 изображено устройство для измерения и регистрации внутреннего угла синхронной машины, общий вид;
-на фиг. 2 приведена осциллограмма электродвижущей силы, (кривая I), наведённой в датчике положения ротора, и напряжение (кривая II) трансформатора напряжения на холостом ходу синхронной машины;
-на фиг. 3 приведена осциллограмма электродвижущей силы (кривая III), наведённой в датчике положения ротора, и напряжение (кривая IV) трансформатора напряжения под нагрузкой.
Устройство для измерения и регистрации внутреннего угла синхронной машины содержит датчик 1 (фиг. 1) положения ротора синхронной машины (на фиг. 1 не показана), выполненный в виде катушки 2, состоящий из прямоугольных витков, ширина (т) которых равна полюсному делению. При этом датчик 1 помещен в воздушный зазор синхронной машины на расточке статора 3 и расположен так, что ось датчика 1 положения ротора совпадает с осью регистрируемой обмотки статора 3.
Трансформатор напряжения 4 предназначен для измерения напряжения фазы обмотки 5 статора 3. Фаза обмотки 5 статора 3 условно показана на фиг. 1 одной катушкой, относительно которой измеряется внутренний угол (0) синхронной машины. Ось датчика 1 положения ротора совпадает с осью регистрируемой обмотки 5 статора 3. При этом первичная обмотка трансформатора 4
напряжения подключена параллельно регистрируемой обмотке 5 статора 3. Вторичная обмотка трансформатора напряжения 4 подключена к первому входу фазометра 6, а выводы датчика 1 положения ротора подключены ко второму входу фазометра 6.
Фазометр 6 предназначен для измерения разности фаз между напряжением статора 3 и продольной осью ротора, регистрируемой датчиком 1 положения ротора. Выход фазометра 6 соединён с регистрирующим блоком 7 внутреннего угла синхронной машины.
Устройство работает следующим образом.
Датчик 1 (фиг. 1) положения ротора устанавливают в воздушный зазор синхронной машины на расточке статора 3 таким образом, что бы его ось совпадала с осью регистрируемой обмотки 5 статора 3. При подаче напряжения на обмотку 5 статора 3 ротор двигателя начинает вращаться со скоростью вращения магнитного поля. При этом в катушке 2 датчик 1 положения ротора индуктируется ЭДС (ЕК), пропорциональная пространственному положению вектора ЭДС холостого хода (Ео) синхронной машины.
ЭДС (ЕК) датчика 1 положения ротора определяют следующим выражением:
ЕК  4,44-f-a)K-kykc-0,
4
сок - число элементарных витков катушки;
ky - коэффициент укорочения катушки;
kc - коэффициент скоса катушки;
4,44 - коэффициент;
Ф - магнитный поток, пронизывающий обмотку.
Таким образом, с увеличением элементарных витков катушки 2 датчика 1 можно добиться большего значения выходной ЭДС, а, следовательно, высокой помехоустойчивости.
На холостом ходу синхронной машины угол 9 равен нулю, поэтому ЭДС (ЕК) датчика 1 положения ротора, совпадает по фазе с напряжением регистрируемой обмотки 5 статора 3. Это видно на фиг. 2: ЭДС (кривая I) датчика 1 положения ротора и напряжение (кривая II) регистрируемой обмотки 5 статора 3 совпадают по фазе.
При изменении нагрузки синхронной машины вектор ЭДС холостого хода (ЕО) изменяет свое положение относительно вектора напряжения статора 3 (Uc), на угол нагрузки 9, вследствие чего, ЭДС (кривая III фиг. 3) датчика 1 положения ротора, смеш;ается относительно напряжения (кривая IV) сети на величину угла нагрузки 9.
При этом разность фаз преобразуется фазометром 6 в аналоговый сигнал, значение которого пропорционально внутреннему углу (8) синхронной машины, и подаётся для записи на регистрирующий блок 7.
5
мерения и помехоустойчивость за счёт увеличения выходного уровня датчика положения ротора, а также за счёт измерения угла между продольной осью полюса синхронной машины и осью магнитного поля фазы статора в воздушном зазоре.
При этом заявляемое устройство предельно просто по конструкции и кроме того, в нём отсутствуют элементы, имеющие механическую связь с ротором.