2.9. Устройства измерения тока ротора (УИТ)
В БСМ ток возбуждения СМ измеряют обычно косвенным
методом с помощью различных датчиков или измерительных катушек, расположенных в магнитной системе Вб. Сигнал с данных датчиков используется для измерения тока, заведения обратных связей
в АРВ и выявления повреждений в БСМ.
Одним из способов измерения является способ, основанный на использовании передатчика тока, представляющего собой упрощенный СГ с равномерным воздушным зазором. Обмоткой возбуждения этого генератора является токовод, соединяющий ОВ и ПбВ и уложенный в расточке вала БСМ [119]. Статор такого передатчика представляет собой кольцо с пазами, в которые измерительные обмотки уложены с шагом, близким или равным диаметральному.
Рис. 63. Схема БСМ с УИТ в виде измерительной катушки по оси возбудителя
Сигнал на зажимах обмотки передатчика пропорционален току и частоте вращения БСМ. При недостаточности н.с., создаваемой одним витком токовода, на индукторе передатчика может быть уложена соответствующая обмотка, включенная в цепь токовода. Для устранения зависимости выходного сигнала от частоты вращения СМ (что важно при использовании передатчика в АРВ и в БСГ с переменной частотой вращения) последовательно со статорной обмоткой передатчика включается дроссель с большим индуктивным сопротивлением.
Недостатком измерения тока с помощью передатчика является усложнение БСМ за счет появления в конструкции дополнительного элемента. Косвенная оценка величины тока по величине тока возбуждения возбудителя с диодным ПбВ не нашла широкого применения. При отсутствии повреждений и сквозных токов в ПбВ измерение тока может производиться с помощью измерительных катушек,
уложенных на индукторе возбудителя, в том числе по оси q ВбС (рис. 63) [122-125]. На зажимах измерительных катушек, находящихся в магнитном поле высших пространственных гармоник н.с. Вб, индуктируется ЭДС, пропорциональная величине тока фазы якоря ВбА [125, 126]. Следует отметить, что такое УИТ позволяет измерять сигнал, пропорциональный, только в режимах, не сопровождающихся изменением гармонического состава тока фазы возбудителя, что ограничивает область его применения.
В связи с этим целесообразно оснащать БСМ бесконтактными устройствами УЗВЧА, которые строятся на основе:
использования спектра и (или) амплитуды пульсаций тока возбуждения возбудителя;
определения соответствия режима работы БСМ току возбуждения возбудителя;
определения соответствия тока возбуждения СМ току возбуждения возбудителя.
Сущность первого принципа состоит в том, что при повреждении вентиля ПбВ изменяется гармонический состав реакции якоря Вб, и в токе ОВВ появляется составляющая основной гармонической, причем отношение пульсаций тока при аварии к пульсациям в номинальном режиме достигает 5-8. В случае пробоя двух диодов ПбВ ток содержит пульсации удвоенной частоты, а при к.з.
Используя измерение величины пульсаций тока с помощью интеграторов или (и) частоту пульсаций с помощью фильтров ряду фирм за рубежом и в СССР удалось построить УЗВЧА, обеспечивающие отключение БСМ при авариях с выдержкой времени (до 5 с).
Фирмами AEG и Westinghouse применены УЗВЧА, которые выявляют соответствие режима работы БСД и величины тока. Регулятор двигателя нормально настраивается на определенный cos φ . При пробое диода и других авариях ток возбуждения уменьшается, что и служит сигналом на отключение БСД. Недостатком таких УЗВЧА является сложность измерения параметров, которые неоднозначно связаны с током.
Устройство УЗВЧА, в котором сопоставляются сигналы, пропорциональные токам, причем ток, измеряется с помощью катушки, расположенной на оси Вб, предложено в [131]. В случае значительного расхождения упомянутых сигналов фиксируется внутреннее повреждение. Для выдачи сигнала в УУС используется дифференциальное реле РП, одна обмотка которого подключена к измерительной катушке, а вторая - к датчику тока (напряжения) ОВВ [132]. Полярности подключенных к РП сигналов датчиков выбираются такими, чтобы н.с. обмоток реле имели противоположное направление. В нормальном режиме БСМ данные н.с. уравновешиваются, а при авариях уменьшается н.с., создаваемая датчиком тока, что и приводит к срабатыванию реле [133].
При эксплуатации БСМ в разнообразных условиях изменение сопротивления обмоток может достигать 30-40%, причем перегревы ОВ и ОВВ могут быть не пропорциональны, зависимость существенно нелинейна. При пробое вентиля в БСМ с трехфазным нулевым ПбВ ток уменьшается лишь на 15%, а в БСМ с трехфазным мостовым ПбВ - на 30%. Поэтому УЗВЧА с дифференциальным репе может вызывать ложные отключения БСМ. Повышение надежности УЗВЧА достигается при введении в его структуру блока коррекции, учитывающего возможные отклонения параметров БСМ, возникающие в процессе эксплуатации.
К основным функциям УЗВЧА при асинхронном режиме относится выявление асинхронного режима (а.р.) двигателя и возможности осуществления ресинхронизации, а также подача сигнала на ресинхронизацию при выполнении соответствующих условий. Специфической особенностью БСМ является невозможность проведения непосредственных измерений в цепи ОБ. Однако появляются другие пути использования не только поведения СМ, но и возбудителя и преобразователя ПбВ для выявления а.р.
Рис. 64. Схема элементов БСД для выявления асинхронного режима работы а - схема с датчиком пространственного положения ЭДС двигателя; б - схема с измерительными катушками на индукторе возбудителя
Устройство выявления а.р. БСД с датчиком пространственного положения вектора ЭДС двигателя представлено на рис. 64, а. Оно состоит из трансформатора напряжения 1, разделительного трансформатора 2, датчика пространственного положения вектора ЭДС двигателя 3, индукторной 4 и якорной 5 обмоток датчика, преобразователя ЭДС 6, преобразователя напряжения 7, блока сравнения 8, блока логики 9. Датчик 5 представляет собой бесконтактное электромагнитное устройство, индуктор которого включен последовательно с ОВ СД. При изменении угла нагрузки Θ в блоке сравнения появляется разностный сигнал, характеризующий режим работы БСД.
В БСД с ПбВ по трехфазной нулевой схеме и ПЗУ на тиристоре, включенном встречно-параллельно одному из диодов ПбВ, выявление а.р. и измерение скольжения тока ротора в а.р. может быть осуществлено с помощью измерительных обмоток, уложенных на индукторе возбудителя, что по сравнению с рассмотренным выше устройством не требует дополнительных элементов на ВЧ.
При а.р. положительная полуволна индуктированного в ОВ тока протекает через диоды 4, 5, 6 и в н.с. якоря ВбС проявляется 3-я гармоническая (64, б). В период отрицательной полуволны обтекается током только одна фаза 3 ВбС, которая играет роль индуктора и наводит в измерительных обмотках и ОВВ ЭДС основной частоты. Измерительные катушки 9 и (или) 10 размещаются на общих с ОВВ 11 полюсах индуктора возбудителя. Катушка 9 имеет полюсное деление, равное 2/3 γ (τ - полюсное деление возбудителя), а катушка 10 — т/З. Поэтому в катушке 9 в отрицательный полупериод тока индуктируется напряжение, величина которого модулирована током и частотой скольжения. Окончание этого сигнала указывает на начало положительного полупериода тока. Во время положительной полуволны тока сигнал в катушке 10 имеет тройную частоту, а его продолжительность определяет длительность положительного полупериода тока. Разность напряжений катушек 10 и 9 обеспечивает сигнал, возникающий только во время положительной полуволны тока, начало которого непосредственно показывает начало положительной полуволны тока. Данный сигнал позволяет осуществить подачу возбуждения БСМ в наиболее благоприятный момент при переходе тока от отрицательных значений к положительным.
Для определения скольжения и тока в течение всего периода пуска на индукторе ВбС предусмотрена катушка 11, ось которой смещена относительно оси катушки 9 на 90 эл. Сигналы данных катушек суммируются.
Таким образом, система катушек на индукторе ВбС позволяет выявить а.р., определить скольжение и ток и осуществить синхронизацию и ресинхронизацию БСМ в наиболее благоприятный момент. Однако данная схема работоспособна только при применении трехфазного нулевого ПбВ . Для других схем ПбВ простые схемы выявления а.р. без применения дополнительных устройств на ВЧ не разработаны.
