устройство для диагностики работы щеточно-контактного аппарата электрической машины

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.

Описание изобретения к патенту

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.