Устройство для диагностики работы щеточно-контактного аппарата электрической машины

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля работы электрических машин. Изобретение позволяет существенно снизить влияние помех высокочастотных излучений, что приводит к повышению чувствительности прибора. Сущность изобретения: устройство содержит 1 сдвоенную систему 1, 2 буферных каскада 2, 3, 1 дифференциальный усилитель 4, 1 усилитель 5 переменного тока, 1 мостовой детектор 6, 1 преобразователь 7 сигнала, 1 реле 8, сигнальный блок 9. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для диагностики и контроля электрических машин.

Известны устройства для сигнализации о повышенном искрении в щеточно-контактном аппарате [1 4] Устройства [1 4] основаны на измерении в той или иной форме электромагнитного шума, создаваемого скользящим контактом при нарушении режима его работы. Однако помимо электромагнитного сигнала, создаваемого искрением скользящего контакта, в системе возбуждения особенно с использованием выпрямителей, действуют значительные электромагнитные помехи, которые осложняют измерение радиочастотного сигнала, создаваемого искрением скользящего щеточного контакта. Известно устройство, разработанное специалистами "Дженерал электрик" (США) [1] которое основано на прямом электрическом присоединении к зажимам системы возбуждения и выделении из общего напряжения системы возбуждения напряжения радиочастот, связанного с искрением. Недостатком этого устройства является непосредственная электрическая связь устройства с цепями системы возбуждения, так как, во-первых, подключение диагностического устройства непосредственно к системе возбуждения может снизить надежность системы, во-вторых, непосредственное подключение устройства к системе возбуждения затрудняет выделение сигнала, обусловленного искрением, из сигнала помех высокой частоты, сопровождающих коммутацию вентилей и тиристоров.

Отмеченные недостатки частично устранены в [3, 4] где устройства диагностики не имеют непосредственной электрической связи с цепями возбуждения. Однако устройство [4] основано на том, что датчики искрения, выполнение в виде индуктивных датчиков, должны быть установлены на щеткодержателях каждой щетки, что, учитывая большое количество щеток в щеточно-контактном аппарате крупных машин, затрудняет и установку и эксплуатацию устройства.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство [3] где электромагнитные высокочастотные сигналы принимаются антенной, расположенной в зоне щеточно-контактного аппарата. Существенным недостатком устройства [3] является то, что выходной сигнал устройства определяется не только высокочастотным излучением, возникающим при искрении, но и сигналом помех, высокой частоты.

Изобретение позволяет существенно снизить влияние помех высокочастотных излучений, обусловленных коммутационными процессами в тиристорах системы возбуждения, на величину выходного сигнала, что позволяет значительно повысить чувствительность устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что антенное устройство выполнено в виде сдвоенной антенны, состоящей из двух антенн, размещенных, как правило, вблизи или непосредственно под кожухом щеточно-контактного аппарата. Эти антенны подключаются через буферные каскады с высоким выходным сопротивлением к дифференциальному усилителю переменного тока, обеспечивающему подавление синфазного сигнала.

Высокочастотное излучение, обусловленное коммутационными процессами в выпрямителях системы возбуждения, создает синфазные сигналы в обеих антеннах сдвоенной антенны. В то же время излучение при искрении, возникшем на одной или нескольких щетках, создает несинфазные сигналы в антеннах, разностные сигналы которых усиливаются дифференциальным усилителем. В результате, за счет подбора параметров антенн можно добиться того, что сигнал помехи существенно подавляется на выходе дифференциального усилителя и сигнал на выходе устройства определяется практически только электромагнитным излучением от искрения щеток.

Блок-схема устройства приведена на фиг.1, где: 1 антенное устройство, содержащее антенны 1а и 1б; 2, 3 стабильные буферные каскады с высоким входным сопротивлением; 4 дифференциальный усилитель с переменным коэффициентом усиления; 5 двухкаскадный усилитель переменного тока; 6 мостовой детектор; 7 преобразователь сигнала, 8 реле с регулируемым порогом срабатывания; 9 сигнальный блок.

Устройство имеет следующие связи: каждая из антенн 1а и 1б антенного устройства 1 через буферные каскады 2 и 3 соединена со входом дифференциального усилителя 4, выход которого подключен ко входу усилителя переменного тока 5, выход усилителя 5 подключается ко входу мостового детектора 6, который, в свою очередь, через преобразователь сигнала 7 подключен к реле с регулируемым порогом срабатывания 8, контакты которого находятся в цепи сигнального устройства 9.

Принципиальная электрическая схема устройства приведена на фиг.2.

Устройство работает следующим образом.

При нормальной работе щеточно-контактного аппарата, когда искрение полностью отсутствует (не фиксируется при визуальном осмотре, степень искрения 1 по ГОСТ 183-74), на антенны 1а и 1б антенного устройства 1 действует обычно синфазный сигнал помехи, напряжение на выходе дифференциального усилителя не превышает 5-10 мВ, а сигнал на выходе преобразователя меньше порога срабатывания реле. Если при нормальной работе щеточно-контактного аппарата сигнал на выходе дифференциального усилителя 4 превышает 10 мВ, должна быть проведена подстройка антенного устройства 1, с тем, чтобы это условие выполнялось. Подстройка заключается в изменении взаимного расположения и характеристик антенн.

При появлении искрения на одной или нескольких щетках сигналы в антеннах 1а и 1б обусловленные искрением, различны и на выходе дифференциального усилителя 4 сигнал превышает 10 мВ, причем величина этого сигнала тем больше, чем выше интенсивность искрения щетки и количество щеток, на которых наблюдается искрение.

С выхода дифференциального усилителя 4 сигнал поступает на вход усилителя переменного тока 5, где он усиливается. Усиленный сигнал поступает в мостовой детектор, и затем в преобразователь сигнала 7. Далее сигнал поступает на вход реле с регулируемым порогом срабатывания 8. Если сигнал превышает порог срабатывания и замыкания контакты сигнального устройства 9, которое подает сигнал (звуковой, световой или иной) персоналу, что в щеточно-контактном аппарате возникло искрение, превышающее допустимый уровень.

Допустимый уровень выбирается по согласованию с эксплуатационным персоналом в зависимости от типа контролируемой машины и условий ее эксплуатации, и может быть выбран таким образом, чтобы сигнал о появлении искрения соответствовал степени искрения 2 или 3 (ГОСТ 183-74). Возможна двухуровневая система сигнализации, когда при степени искрения подается предупредительный сигнал, а при степени 2 или 3 аварийный. Для этого сигнал с выхода преобразователя 7 подается на два реле 8 у которых установлены различные пороги срабатывания, причем каждое из реле 8 снабжено отдельным сигнальным устройством 9.

Предлагаемое устройство испытано в эксплуатационных условиях на генераторах ТВФ-120 и ТВВ-320.

Технико-экономический эффект от использования устройства определяется тем, что при возникновении искрения в скользящем контакте щеточно-контактного аппарата процесс искрения может быть очень быстро развиваться и принять необратимый характер. Это приводит к повреждению щеточно-контактного аппарата, аварийному отключению машины.

Сигнал о появлении недопустимого искрения дает возможность оперативному персоналу быстро принять необходимые меры по устранению искрения.

Это особенно важно для турбогенераторов электростанций, так как ущерб от аварийного простоя генераторов очень велик.

Формула изобретения

Устройство для диагностики работы щеточно-контактного аппарата электрической машины, содержащее антенну, последовательно соединенные усилитель переменного тока, детектор, преобразователь сигнала и реле включения индикаторного элемента, отличающееся тем, что в него введены два буферных каскада с высоким входным сопротивлением и дифференциальный усилитель, выходом соединенный с входом усилителя переменного тока, а антенна выполнена сдвоенной в виде двух антенн, размещенных вблизи щеточно-контактного аппарата и подключенных через первый и второй буферные каскады с высоким входным сопротивлением к соответствующим входам дифференциального усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2