измерительный трансформатор тока для устройств индикации искрения машин постоянного тока

Формула изобретения

1. Измерительный трансформатор тока для устройств индикации искрения машин постоянного тока, в котором первичная обмотка образована проводником с измеряемым током, проходящим через кольцо тороидального сердечника, вторичная измерительная обмотка, намотанная вокруг сердечника, предназначена для соединения с устройством индикации измеряемого тока, при этом указанные первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга, и проводник первичной обмотки в области сердечника разветвлен на две параллельные ветви, отличающийся тем, что одна из параллельных ветвей первичной обмотки выполнена в виде проводящей шпильки, помещенной в гильзу из такого же материала, являющуюся второй ветвью первичной обмотки, указанные шпилька и гильза в области сердечника изолированы друг от друга изоляционной обоймой и соединены встречно посредством петли, охватывающей сердечник, таким образом, что по ним протекает ток в противоположных направлениях, указанные параллельные ветви первичной обмотки снабжены клеммами для подключения к двум разным частям разрезной щетки, а вторые концы этих ветвей соединены и снабжены клеммой для подключения к щеткодержателю данной щетки.

2. Измерительный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что он помещен в разъемный корпус и залит компаундом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании измерительных трансформаторов тока для устройств оценки искрения на коллекторе машин постоянного тока, измерения токов перегрузки и токов утечки в составе автоматизированных систем контроля состояния коммутационных и коллекторных устройств. Для оценки искрения регистрируют величину и форму тока, протекающего между отдельными частями разрезной щетки, установленной в обойму щеткодержателя. Сущность метода заключается в том, что по отдельным частям разрезной щетки протекают разные по величине токи, обусловленные дополнительным коммутационным током, названным поперечным. Если отдельные части щетки изолированы друг от друга, то при вращении якоря электрической машины по двум частям разрезной щетки будут протекать токи, отличающиеся на величину дополнительного т.н. поперечного тока щетки, возникающего при замыкании секцией коллекторного кольца обеих частей щетки.

Известны измерительные трансформаторы тока, содержащие первичную обмотку в виде проводника, охваченного тороидальным магнитопроводом, на котором расположена вторичная (измерительная) обмотка (см. SU 662983, SU 1330672).

Недостатком таких устройств является насыщение сердечника при больших токах, которое приводит к неработоспособности устройства.

Известен измерительный трансформатор тока, в котором эффекты насыщения полностью или частично компенсируются, например измерительный трансформатор тока по патенту ЕР 0294590, в котором магнитное поле, генерируемое в магнитном сердечнике первичной обмоткой за счет протекания измеряемого тока, компенсируется магнитным полем, генерируемым во вторичной обмотке за счет протекания компенсационного тока. Такой измерительный трансформатор представляет собой тороидальный сердечник, через который проходит проводник первичной обмотки, проводящий измеряемый ток. Указанный сердечник по всей окружности покрыт вторичной обмоткой. В этом случае достигается равномерное распределение магнитного потока по всей окружности сердечника, результатом которого является широкий диапазон измерения. Однако полная обмотка сердечника для многих применений слишком дорога и трудоемка по конструкции.

Известен измерительный трансформатор (US 7057485), имеющий широкий измерительный диапазон, который также выполнен на основе тороидального сердечника.

В указанном измерительном трансформаторе предусмотрен, по крайней мере, один дополнительный проводник, присоединенный параллельно проводнику первичной обмотки и расположенный в области сердечника, где происходит возникновение потока, таким образом, что поток компенсируется, по крайней мере, частично, током, протекающим по этому проводнику в противоположном направлении. В описании к указанному патенту представлено несколько вариантов расположения дополнительного проводника. Указанный измерительный трансформатор тока принят нами за прототип.

Недостатками указанного измерительного трансформатора тока для применения его в устройствах оценки искрения на коллекторе машин постоянного тока являются: все еще остающееся насыщение сердечника за счет неполной компенсации магнитного потока, влияющее на точность измерения, большие габариты трансформатора и неудобная конструкция, не позволяющие его установку на щеткодержателе одной из щеток коллектора.

Цель изобретения: создание надежного и компактного трансформатора тока, который можно присоединить в цепь токоподвода разрезной щетки коллектора без изменения конструкции щеточно-коллекторного узла и который обеспечивает широкий динамический диапазон измерения тока для регистрации искрообразования.

Техническая задача изобретения в этом случае избежать протекания больших токов по первичной обмотке измерительной цепи и исключить намагничивание ферромагнитного сердечника, обеспечить измерение высокочастотной составляющей дополнительного тока, протекающего между отдельными частями разрезной щетки, с устранением постоянной составляющей тока коммутируемой секции.

Кроме того, целью изобретения является создание трансформатора с размерами, позволяющими его установку на щеткодержателе, не создавая помех другому оборудованию.

Поставленные цели достигаются тем, что измерительный трансформатор тока для устройств индикации искрения машин постоянного тока, как и прототип, имеет первичную обмотку в виде проводника с измеряемым током, проходящего через кольцо тороидального сердечника, и вторичную измерительную обмотку, соединенную с устройством индикации. Первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга, при этом проводник первичной обмотки в области сердечника разветвлен на две параллельные ветви. В отличие от прототипа, одна из параллельных ветвей первичной обмотки выполнена в виде проводящей шпильки, помещенной в гильзу из такого же материала и изолированной от нее изоляционной обоймой. Указанная гильза является второй ветвью проводника. Две эти параллельные ветви проводника первичной обмотки соединены встречно посредством петли, охватывающей сердечник, таким образом, что по ним протекает ток в противоположных направлениях, при этом указанные параллельные ветви первичной обмотки снабжены клеммами для подключения к двум разным частям разрезной щетки. Вторые концы этих ветвей соединены и снабжены клеммой для подключения к щеткодержателю данной щетки.

Трансформатор помещен в разборный корпус и залит компаундом.

При этом постоянные составляющие токов параллельных ветвей первичной обмотки, которые направлены встречно друг другу, уничтожаются, не замагничивая сердечник, а переменные составляющие суммируются. За счет выполнения параллельных проводников первичной обмотки в виде шпильки и гильзы, изолированных друг от друга, конструкция измерительного трансформатора получается компактной и обеспечивает возможность его установки на щеткодержателе одной из щеток. Соединение параллельных проводников с различными частями разрезной щетки дает возможность измерять дополнительный ток, возникающий при замыкании секцией коллекторного кольца обеих частей щетки.

Далее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено: фиг.1 - схема трансформатора в разрезе, поясняющая его конструкцию, фиг.2 - фотография выполнения трансформатора, установленного на щеткодержателе.

Измерительный трансформатор тока для индикации искрения, показанный на фиг.1, состоит из тороидального сердечника 1, две встречно включенные первичные обмотки которого подсоединены соответственно к двум частям разрезной щетки. В качестве этих двух первичных обмоток служат шпилька 2 из материала с высокой проводимостью, проходящая через кольцо сердечника, и окружающая ее гильза 3 из такого же материала, между которыми расположен изолирующий слой 4. Проводник 2 снабжен клеммой 5 для его подключения к одной из частей разрезной щетки. Гильза 3 имеет отвод 6 с клеммой 7 для подключения к другой части разрезной щетки. Обмотки 2 и 3 соединены между собой встречно посредством петли 8, охватывающей сердечник 1. Соединение обмоток 2 и 3 снабжено клеммой 10 для подключения к щеткодержателю этой щетки. Вторичная обмотка 9 имеет множество витков, намотанных на сердечник 1, ее выводы соединены с нагрузочным сопротивлением (не показано), сигналы с которого, характеризующие интенсивность искрения, регистрируются измерительным прибором.

Для повышения надежности работы трансформатора в составе щеточно-коллекторного узла машин постоянного тока он помещен в разборный металлический корпус и залит компаундом, обладающим высокими изолирующими свойствами. Общий вид датчика на основе трансформатора, установленного на щеткодержателе, показан на фиг.2.

Устройство работает следующим образом. Датчик тока на основе измерительного трансформатора по данному изобретению устанавливают на щеткодержателе одной из щеток, без изменения конструкции щеточно-коллекторного узла, как это показано на фиг.2. Вторичную обмотку соединяют с нагрузочным сопротивлением, соединенным с регистрирующим прибором. При вращении якоря электрической машины по двум частям разрезной щетки протекают токи, отличающиеся на величину дополнительного т.н. поперечного тока щетки, возникающего при замыкании секцией коллекторного кольца обеих частей щетки. Ток I, поступающий с клеммы 10, делится на два тока I ₁ и I₂, проходящие по параллельным ветвям 2 и 3 первичной обмотки. На фиг.1 видно, что токи I ₁ и I₂ протекают в области отверстия сердечника 1 в разных направлениях. Токи каждой из частей щетки создают свои потоки в ферритовом сердечнике 1 трансформатора тока, определяемые токами, протекающими в ветвях 2 и 3. Постоянные составляющие токов параллельных ветвей 2 и 3 первичной обмотки, которые направлены встречно друг другу, уничтожаются, не замагничивая ферритовый сердечник 1, а переменные составляющие суммируются, удваивая регистрируемый ток, наводимый во вторичной обмотке 9. В итоге, с нагрузочного сопротивления вторичной обмотки снимается сигнал, пропорциональный удвоенному значению дополнительного тока. Таким образом, обеспечивается широкий динамический диапазон измерения тока для регистрации искрообразования. Трансформатор имеет размеры, позволяющие его установку на щеткодержателе одной из щеток без препарирования конструкции электрической машины.

Устройство индикации искрения, выполненное на основе заявляемого изобретения, может быть успешно применено для диагностики и мониторинга состояния искрения в процессе эксплуатации. Разработанный измерительный трансформатор тока успешно испытан в условиях испытательной станции локомотивного депо Тайга, а также в условиях реальной эксплуатации тяговых электродвигателей на электровозе.