Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины

 

Изобретение относится к электрическим измерениям неэлектрических величин, а именно измерениям температуры обмотки электрической машины или других аппаратов , которые имеют сердечник из электротехнической стали. Цель - повышение чувствительности. Устройство содержит термодатчик в виде одной из обмоток машины и измерительный прибор, выполненный в виде электродинамического логометра, первая и вторая катушки которого подключены соответственно последовательно или через трансформатор тока и параллельно обмотке машины, использованной в качестве термодатчика. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 703 4,"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ef (|

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4781804/10 (22) 11.01,90 . (46) 15.07.92. Бюл. М 26 (72) А.В»Железцов (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N» 1126820, кл, 6 01 К 13/08, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБМОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

МАШИНЫ (57) Изобретение относится к электрическим измерениям неэлектрических величин, Изобретение относится к технике электрических измерений неэлектрических ве личин, в частности измерений температуры обмотки электрической машины, и может быть использовано для измерения температуры обмоток аппаратов. которые имеют сердечник из электротехнической стали; реле, трансформаторы, контакторы, пускатели.

Известно устройство для измерения температуры обмотки электрической машины, содержащее обмотку-термодатчик, источник постоянного тока, включенный последовательно с обмоткой термодатчиком, фильтр низкой частоты. измерительный прибор, По обмотке.-термодатчику протекает измерительный постоянный и рабочий переменный токи. Первый составляет 3% от второго. Падение напряжения от постоянного тока на сопротивлении обмотки, зависящее от температуры,.измеряется прибором, Недостатком известного устройства является высокая погрешность измерения температуры, которая обусловлена тем. что

„, Ы„„1747950А1

2 а именно измерениям температуры обмотки электрической машины или других аппаратов, которые имеют-сердечйик из электротехнической стали. Цель — повышение чувствительности. Устройство содержит термодатчик в виде одной из обмоток машины и измерительный прибор, выполненный в виде электродинамического логометра, первая и вторая катушки которого подключены соответственно последовательно или через трансформатор тока и параллельно обмотке машины, использованной в качестве термодатчика. 1 ил, постоянным током от постороннего источника нагревают обмотку и он сам зависит от температуры окружающей среды через зависимости параметров усилителя и ограничителя и источников питания, низкой чувствительностью к температуре, посколь-. ку температурный коэффициент удельного сопротив ления »состав ля»ет вс его

0,0043 град; (обмотка из меди), а также низким отношением сопротивлений при нормальной и повышенной температурах и высоким отношением падения напряжения от переменного и постоянного токов на обмотке-термодатчике.

Цель изобретения — снижение погрешности измерения температуры обмотки электрической машины.

Указанная цель достигается тем, что включают первую катушку электродинамического логометра непосредственно или через трансформатор тока в цепь обмотки, температуру которой измеряют, а вторую катушку параллельно обмотке.

Принцип измерения температуры основан на изменении индуктивного и полного

1747950 активного (R) сопротивлений от температуры.

Полйое активное сопротивление состоит из сопротивлений на постоянном и переменном токах, На переменном токе 5 активное сопротивление появляется за счет . скин-эффекта, вихревых токов и эффекта близости.

Результирующее полное активное сопротивление на переменном токе значи- 10 тельно превышает сопротивление на постоянном токе, Обмотка машины может быть представлена последовательной эквивалентной цепью из активного R и индуктивного Х сопротивлений, подключенной к сети 15 с напряжением 13 и частотой си. Угол отклонения электродинамического логометра

R = Ro(1+ ая t) (4) Kt

Ro (1 +ая т) а = F (— - tg (/) ) Iz

I <, lz — токи первой и второй катушек, А;

p — угол сдвига фаз между токами I> и

Iz, град.;

rp — arczg Х/R, / 28

По закону Ома li = 0/)((881 1з R) +(X + Õ1)2, 1 т а 1г.—. 0 -(l>20 / (Яг+ R) +(Xz+ Х) где RI Rz и Х1, Xz — активные и индуктивные сопротивления первой и второй катушек ло-30 гометра; Z< = R< + X> г

На практике Rz - (10 -10 )R; Х2=

3 4

= (10 -10 )Х, à R = (IO 3-10 )R: Х1 =

Тогда li = U /@z + Õz: tz U / )Rz + Хг

)/8 +Х Х (82 ЗХ7 (2) 40

Индуктивное сопротивление обмотки

Х = (/)1, где 1 — индуктивность, Гн, обмотки. которая определяется числом витков геометрией ее и магнитной проницаемостью сердечника,и,:

В (80) 1.344

R (40 ) 1,172 г (Х180 ))

F (K>40 ) 50

Предлагаемое устройство имеет чувствительность в 3,49 раза выше, чем известное.

На чертеже показана функциональная

55 схема устроиства

Устройство содержит обмотку 1 машины, элелтродинамичезский логометр 2 и трансформатор 3 тока, Обмотка 1 электрической машины соединена последовательно с первой катушкой

1 = зл w Sl,йд = гак w SI uо ic„pp t, 2 -1 2 -1 (3) р, — магнитная постоянная, 12,56 х х 10 7 Гн/м; р — начальная змагнитная проницаемость материала сердечника;

S, I — сечение и длина обмотки, м;

2, ф — температурный коэффициент изменения магнитной проницаемости; град

6 диапазоне рабочих температур обмотки электрической машины (80-250 С) магнитная проницаемость злектротехнической стали практически линейно изменяется с ростом температуры.

Активное сопротивление обмотки где Ro — сопротивление обмотки на переменном токе при номинальной температуре; а R — температурный коэффициент сопротивления обмотки, Представим Х = Kt и вместе с (4) подставим в (2):

Ro «X и а)2 " 0,0043 град., поэтому первое слагаемое много меньше второго, тогда а= Р(К1с );

K>=K./Roар Rz +Х2 °

2 2 2

Таким образом, из полученного уравнения видно, что если с обмоткой машины включить электродинамический логометр, то угол отклонения его стрелки оказывается пропорциональным квадрату температуры обмотки.

Оценим чувствительность измерения температуры обмотки по известному устройству, если температура с 40 С изменилась в 2 раза и no уравнению R = Ro(1+ a It 1);

R(40 ) = йо(1+ 0,0043 40): R(80 )-= Е4(1+ 0,0043 80):

Для предлагаемого устройства

1747950 электродинамического логометра 2 непосредственно или через трансформатор 3 тока. Вторая катушка логометра 2 включена параллельно обмотке, Вторая катушка может быть подключена к обмотке 1 через со- 5 гласующий трансформатор (не показан), Устройство работает следующим образом, По обмотке 1 и первой катушке логометра 2 или первичной катушке трансформато- 10 ра 3 тока протекает переменный рабочий ток машины. На вторую катушку логометра

2 подается напряжение с обмотки 1. Под действием протекающего тока изменяются индуктивное и активное сопротивления об- 15 мотки 1. Обмотка и ее сердечник нагреваются за счет джоулева тепла и энергии вихревых токов. При этом увеличивается магнитная проницаемость и, как следствие, индуктивное и активное сопротивления пе- 20 ременному току (последнее значительно больше сопротивления постоянному току из-за скин-эффекта вихревых токов и эффекта близости). В соответствии с (2)-(5) угол отклонения стрелки логометра через X и и 25 определяется температурой,, Предлагаемое устройство отличается от известного независимостью показаний температуры обмотки от напряжения питания, высокой чувствительностью, низкой по- 30 грешностью и простотой, Отсутствие постоянного протекающего через обмотку тока уменьшает погрешность измерения как минимум на 37 (соотношение между постоянным и переменным 35 токами). Повышение чувствительности измерения температуры обмотки в 3,49 раза практически во столько же раз позволяет снизить погрешность измерения. Если погрешность измерения температуры обмотки при использовании известного устройства со"тавляет 5 — 10;(„то погрешность предлагаемого устройства может быть уменьшена до 0,5-2,1, Исключение из устройства низкочастотного фильтра и выделение постоянного сигнала в сотые доли вольта на уровне сотен вольт также способствует уменьшению погрешности измерения температуры обмотки.

Пример. Злектродинамический логомер Д510, кл. 1,0, электрическая машина

ДУПС-400, трансформатор тока И54, кл, 0,2.

Предлагаемое устройство проще известного и не требует специальных источников питания. Кроме того, источник постоянного тока, включаемый последовательно с обмоткой, создает постоянную намагничивающую силу, которая возбуждает в сердечнике машины постоянный магнитный поток. Это поток вызывает. перекос магнитных потоков фаз машины, что приводит к дополнительному искажению формы тока сети и дополнительным потерям мощности.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины, содержащее термодатчик в виде одной из обмоток электрической машины и измерительный прибор,отлича ющееся тем, что, с целью повышения чувствительности. измерительный прибор выполнен в виде электродинамического логометра, первая и вторая катушки которого подключены соответственно последовательно или через трансформатор тока и параллельно обмотке электрической машины, использованной в качестве термодатчика.