устройство для диагностики состояния щеточно-контактного аппарата электрической машины

Формула изобретения

Устройство для диагностики состояния щеточно-контактного аппарата электрической машины по уровню радиоизлучения, состоящее из антенны, блока усиления и обработки сигнала и блока индикации и сигнализации, отличающееся тем, что его антенна состоит из одного элемента, представляющего собой отрезок провода, намотанного на один из кабелей токоподвода щеточно-контактного аппарата.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для диагностики состояния щеточно-контактного аппарата (ЩКА) электрических машин.

В настоящее время ЩКА, служащий для подключения вращающихся роторных обмоток к внешним электрическим цепям, является неотъемлемой частью конструкции многих электрических машин. Сюда прежде всего относятся коллекторы в цепях якоря машин постоянного и переменного тока и контактные кольца в цепях возбуждения синхронных машин. Поскольку состояние ЩКА во многом определяет состояние машины в целом, разработчиками ряда стран созданы устройства для диагностики ЩКА, основанные на различных физических принципах. Некоторые из них подключаются непосредственно к токоведущим элементам ЩКА [1, 2], что связано с рядом существенных недостатков (устройство находится под напряжением контролируемой машины, надежность машины снижается из-за необходимости вскрытия элементов ЩКА, гарантия поставщика электрической машины снимается). Однако известны и устройства без гальванической связи с элементами ЩКА, основанные на регистрации высокочастотного радиоизлучения [3-6], к которым относится и предлагаемое изобретение.

Все известные устройства, основанные на регистрации радиоизлучения ЩКА, включают в себя антенну, блок усиления и обработки сигнала, блок индикации и сигнализации. При этом большое внимание уделяется проблеме подавления помех, поскольку многие электрические машины, обладающие ЩКА, имеют в своем составе силовые электронные блоки, которые сами являются источниками мощного радиоизлучения в момент коммутации полупроводниковых вентилей. Указанные устройства различаются по методам решения этой проблемы.

У устройств [3-6] прием сигнала осуществляется на двухэлементную антенну, устанавливаемую под кожухом ЩКА. При этом элементы антенны настраиваются так, чтобы суммарный сигнал, подаваемый на вход блока усиления и обработки, не содержал помехи. Настройка ведется сугубо эмпирическим методом путем поиска оптимального расположения элементов и закрепления их в найденном положении. Такое решение обладает следующими недостатками:

- для установки антенн необходимо вскрывать кожух ЩКА, что связано с недостатками, отмеченными выше;

- настройка проводится с помощью сложных приборов высококвалифицированными специалистами фирмы-поставщика устройства;

- настройка занимает много времени (по данным [4] - 1 сутки);

- при ремонте машины настройка нарушается, элементы антенн зачастую повреждаются, и для повторной настройки прибора снова требуется вызов представителей поставщика устройства.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство [5], которое является типичным представителем этой группы. Оно содержит две антенны, сигналы от которых подаются через буферные каскады на входы дифференциального усилителя. Далее сигнал после дополнительного усиления и детектирования подается на вход блока индикации и сигнализации. Высокочастотное электромагнитное излучение от полупроводниковых блоков, входящих в состав контролируемой машины, наводит в антеннах, устанавливаемых под кожухом ЩКА, практически идентичные эдс, совпадающие по величине и форме. Вследствие этого при подаче их на вход дифференциального усилителя, эти эдс вычитаются, а полезные сигналы от излучения под одной или несколькими щетками, которые имеют несимметричный характер, складываются. Хотя этот принцип следует признать плодотворным, присущие ему недостатки, отмеченные выше, препятствуют или весьма затрудняют массовое практическое применение подобных устройств.

Предлагаемое изобретение также относится к ряду устройств диагностики ЩКА, которые контролируют его состояние по радиоизлучению от щеток. Сущность предложения заключается в том, что антенна выполнена в виде одного элемента, представляющего собой отрезок провода, намотанный поверх одного из кабелей, через которые осуществляется токоподвод к ЩКА (полярность кабеля роли не играет). Блок-схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1, где 1 - антенна, 2 - блок усиления и обработки сигнала, 3 - блок индикации и сигнализации, 4 - фильтр, 5 - усилитель, 6 - детектор, 7 - интегратор, 8 - буферный каскад, 9 - шкальный индикатор, 10 - компаратор, 11 - система задержки, 12 - реле, 13 - высокочастотный разъем.

Конструкция антенны представлена на фиг.2, где 14 - контролируемая электрическая машина, 15 - ЩКА электрической машины, 16 - кабели токоподвода к ЩКА, 17 - защитная изоляция.

Как показано на фиг.1, сигнал от антенны 1 через высокочастотный разъем 13 подается на вход блока усиления и обработки сигнала. В этом блоке сигнал через фильтр 4 поступает на вход усилителя 5. К выходу усилителя подключен детектор 6, который преобразует контролируемый сигнал в импульсы положительной полярности. Эти импульсы после интегрирования в интеграторе 7 подаются на буферный каскад 8, к которому подключен блок индикации и сигнализации 3. Буфер необходим, поскольку блок 3 в принципе может включать в себя самые разнообразные устройства контроля и регистрации, состав которых не может быть задан заранее, определяемый общей схемой электроустановки конкретного заказчика. Наличие буфера 8 позволяет подключать сюда устройства с самыми различными входными сопротивлениями. Для примера, блок индикации и сигнализации, представленный на фиг.1, включает в себя шкальный индикатор 9, отображающий наличие сигналов искрения, компаратор 10, позволяющий в случае превышения сигнала некоторого заданного уровня запускать устройство сигнализации, систему задержки 11, защищающую устройство от ложных срабатываний при кратковременных переходных процессах в машине, реле 12 для подключения через свои контакты внешних цепей сигнализации.

Конструктивное выполнение антенны, обеспечивающее получение сигнала, практически свободного от помех, представлено на фиг.2. Антенна, представляющая собой отрезок любого провода (достаточно 1-2 м монтажного провода марки МГШВ или МГТФ сечением 0,50-0,75 мм²), наматывается в виде плотной спирали поверх одного из кабелей токоподвода 16 (полярность не имеет значения) непосредственно около места его подключения к ЩКА 15 контролируемой электрической машины 14. Для защиты антенны от случайных повреждений служит изоляция 17, в простейшем случае представляющая собой несколько слоев изоляционной ленты. При такой конструкции антенны устройство надежно работает при любом типе ЩКА, будь то коллектор машин постоянного или переменного тока или контактные кольца систем возбуждения синхронных машин.

Авторы реализовали описанный принцип в приборе СИ-10-50, который к настоящему времени установлен более чем на 50 крупных машинах по всей России, в том числе на ряде ТЭЦ Ленэнерго, Яйвинской ГРЭС Пермэнерго, ТЭЦ Ваза Свердловскэнерго и др. Опыт применения этих устройств показал, что они свободны от недостатков, присущих устройствам [3-6]: для их установки не нужно вскрывать устройства машины, не требуется сложная и длительная настройка (установка антенны и настройка всего устройства требуют не более 1 часа), при ремонтах достаточно просто отсоединить разъем антенны от блока усиления и обработки сигнала. Даже если возникнет необходимость снять антенну, повторная ее установка не представляет никакой сложности. При этом необходимо отметить, что все работы могут производиться персоналом заказчика без вызова специалистов изготовителя устройства.

Источники информации

1. Брауде Л.И., Борозинец Б.В., Маслов В.В. Оперативный контроль исправности щеточно-контактных аппаратов турбогенераторов. - Электрические станции, 1998, № 1.

2. Savada F.H., Barton S.C., Gunnoe G.H. Early detection and warning of excessive carbon brush sparking. - IEEE Summer Meet, 1971, July 18-23.

3. Michiguchi Y., Tunisaka S., Miyashita I. Development of a collector ring motor for sparking detection on generators. - IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. Vol. PAS - 102, № 4, April 1983.

4. Хуторецкий Г.М., Шабаев Р.В., Плохов И.В. и др. Диагностический комплекс “Диакор” для контроля за работой щеточного аппарата турбогенератора. - Электрические станции, 1993, № 12.

5. Патент РФ № 2071076, кл. 6 G 01 R 31/34, Н 02 К 13/00, 1996 (прототип).

6. Плохов И.В., Савраев И.Е., Андрусич А.В. Динамика токораспределения в промышленных твердощеточных системах токосъема. Труды Псковского политехнического института. - СПб/Псков, Изд. СПбГТУ, 2000, № 4.