FI93998C

FI93998C - Menetelmä ja laite kiertosuunnan mittaamiseen

Info

Publication number: FI93998C
Application number: FI922892A
Authority: FI
Inventors: Jorma Alahuhtala
Original assignee: Sekko Ab Oy
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1995-06-26
Also published as: AU4329593A; WO1994000770A1; HUT69268A; FI93998B; US5714889A; EP0679260A1; HU9403716D0; FI922892A; JPH07508343A; FI922892A0; CA2138276A1

Description

93998

MENETELMÄ JA LAITE KIERTOSUUNNAN MITTAAMISEEN FÖRFARANDE OCH APPARAT FÖR ROTATIONSRIKTNINGSMÄTNING

Keksintö kohdistuu täten menetelmään kolmivaihejärjestelmän kiertosuunnan mittaamiseksi mittausantureilla tapahtuvassa mittauksessa, jossa mittausantureihin muodostunut vaihtojännite muutetaan elektronisella kytkinpiirillä tai 5 vastaavalla suorakaidepulsseiksi ja jossa kaikista mittausantureista saadut pulssijonot viedään logiikkapiirille, joka pulssien vaihe-eron perusteella määrittelee kiertosuunnan.

10 Keksintö kohdistuu myös mittauslaitteeseen kolmivaihejärjestelmän kiertosuunnan mittaamiseksi mittausantureilla tapahtuvassa mittauksessa, jossa laitteessa kunkin mittausanturin jälkeen on kytketty kytkinpiiri, joka muuttaa mittausanturiin muodostuneen jännitteen suorakaidepuls-15 seiksi, ja kytkinpiirien lähdöt on liitetty yhteiseen logiikkaan, joka pulssien vaihe-eron perusteella ilmaisee kiertosuunnan.

Vaihtojännitteeksi nimitetään sähköjännitettä, jonka 20 suunta vaihtelee. Jaksollinen vaihtojännite on jännite, jonka vaihtelu toistuu samanlaisena tietyin jaksoin.

Vakiokulmanopeudella homogeenisessä magneettikentässä pyöritettävään käämiin indusoituu sinimuotoinen lähdejän-25 nite. Kun käämi liitetään kuormituspiiriin saadaan yksi-vaihejärjestelmä. Jos roottorin pinnalle asetetaan mielivaltaisesti käämiä, joihin jokaiseen liitetään erillinen kuormituspiiri, saadaan monivaihejärjestelmä.

• « 30 Monivaihejärjestelmä on symmetrinen, jos kaikki sen lähdejännitteet ovat yhtäsuuret, ja jos toisiaan seuraavien lähdejännitteiden välillä on yhtä suuri vaihekulmaero, muussa tapauksessa se on epäsymmetrinen.

2 93998

Tavallisin symmetrinen monivaihejärjestelmä on kolmivaihejärjestelmä. Koska järjestelmän vaiheluku on kolme generaattorin vaihekäämien välinen kulmaero 120°. Vaihekää-mien indusoituvien lähdejännitteiden positiiviseksi suun-5 naksi voidaan valita suunta vaiheen loppupäästä sen alkupäähän. Vaihejärjestys on tällöin 1, 2, 3. Jos roottorin pyörimissuuntaa vaihdetaan, niin vaihejärjestys muuttuu negatiiviseksi: 1, 3, 2.

10 Kytkemällä kolme virtapiiriä yhteen saadaan johtimet o-sittain yhteisiksi eri virtapiireille. Vaihtosähkön säh-kölähde tai sähkököjeeseen liitettävä sähkölaite kytketään yhdistämällä vaihekäämien alkupäät tai loppupäät tähtipisteeksi, vastaavasti sarjaan kytkennässä sähkölai-15 te yhdistetään vaihekäämit suljetuksi renkaaksi kytkemällä vaihekäämin loppupää aina seuraavan vaihekäämin alkupäähän.

Suoritettaessa sähkölaitteiden kytkentöjä ja uusien lait-20 teiden asennuksia kenttäolosuhteissa tapahtuu tunnetun menetelmän mukaan jännitteen kiertosuunnan mittaus pelkästään kolmivaihejärjestelmän jännitteisistä osista gal-vaanisesti, jolloin mittaus suoritetaan paljaista johdin-pinnoista. Johdineristimen peitossa oleva johtimen pinta 25 joudutaan kuorimaan ja paljaalle johdinpinnalle kiinnitetään mittalaitteeseen johtimen välityksellä kytketty ns. hauenleuka tai vastaava.

Edellä esitetyn tunnetun menetelmän epäkohtana on se, .· 30 että mittaustapa ei ole työturvallinen ja mittauksen suo rittaminen yksin kenttäolosuhteissa on hankalaa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt ongelmat ja aikaansaada uusi menetelmä sekä mittauslaite, 35 jotka helpottavat mittauksien suorittamista kenttäolois- 3 93998 sa, ja jotka samalla ovat työturvallisia.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että kiertosuunnan mittaus suoritetaan sähköstaattisella 5 periaatteella toimivia mittausantureita käyttäen joh-dineristyksen päältä ilman galvaanista kosketusta siten, että mitattavan kolmivaihejärjestelmän kunkin johdon viereen viedään sähköstaattisella periaatteella toimiva mittausanturi, minkä jälkeen mittausantureihin indusoitunut 10 vaihtojännite mitataan.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa kunkin kolmivaihejärjestelmän johdon viereen viedään siis sähköstaattisella periaatteella toimiva mittausanturi. Mittausantureihin 15 muodostunut vaihtojännite muutetaan elektronisella kyt-kinpiirillä tai vastaavalla suorakaidepulsseiksi ja kaikista mittausantureista saadut pulssijonot viedään logiikkapiirille, joka pulssien vaihe-eron perusteella määrittelee kiertosuunnan.

20

Keksinnön mukaiselle mittauslaitteelle, kolmivaihejärjestelmän kiertosuunnan mittaamiseksi, on tunnusomaista se, että mittausanturit ovat sähköstaattisella periaatteella ;· toimivia mittausantureita, joilla kiertosuunnan mittaus 25 suoritetaan sähköstaattisella periaatteella johdineris-tysten päältä ilman galvaanista kosketusta johtimiin.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa on kunkin mittausanturin jälkeen kytketty kytkinpiiri, joka muuttaa mittausantu-30 riin muodostuneen jännitteen suorakaidepulsseiksi. Kyt-kinpiirien lähdöt on liitetty yhteiseen logiikkaan, joka pulssien vaihe-eron perusteella ilmaisee kiertosuunnan. Keksinnön avulla saadaan mittauslaite, jolla kiertosuunnan mittaus suoritetaan johdineristyksen päältä ilman 35 galvaanista kosketusta. Laitetta käytettäessä sähkölait- 4 93998 teeseen johtavien johtimien johdineristystä ei tarvitse poistaa, mikä samalla helpottaa ja nopeuttaa kiertosuunnan mittausta.

5 Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista mittauslaitetta aksonometrisesti kuvattuna.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen mittauslaitteen 10 toimintaperiaatetta kaaviokuvantona.

Kuviossa 1 on esitetty kolmivaihejärjestelmän jännitteen kiertosuunnan mittauslaite 10 aksonometrisesti kuvattuna. Mittauslaite 10 on tarkoitettu kolmivaihejärjestelmän kiertosuunnan mittaamiseen mittausantureilla li sähkö-15 staattisesti. Mittausanturilla 11 pystytään laitteen 10 herkkyyden takia mittaamaan johdossa kulkevan jännitteen kierto-suunta jopa 4 cm etäisyydeltä. Kunkin mittausanturin 11 jälkeen on kytketty kytkinpiiri 21 ja 22, joka muuttaa mittausanturiin 11 indusoituneen jännitteen 20 suorakaidepulsseiksi. Kytkinpiirien 21 ja 22 lähdöt on liitetty yhteiseen logiikkaan, joka pulssien vaihe-eron perusteella ilmaisee kiertosuunnan.

Mittauslaite 10 on sisäänrakennettu koteloon 16. Kotelon 25 16 etulevyn 19 läpi on mittauspiiriin liitetty mittausan- tureiden 11 eristiminä toimivat käsilaitteet 12 johdoilla 15. Mittausantureiden 11 päät on taivutettu, jotta ne paremmin sopivat asennettaviksi kolmivaihejärjestelmään kuuluvien johtimien tai johtojen ympärille. Mittausantu-. 30 reiden päihin on asennettu tulpat 18. Käsilaitteissa 12 on niiden keskikohtiin asennettu kiinteät estimet 17, joiden tarkoituksena on estää kiinnipitävän käden osumisen mitattavana olevaan jännitteiseen johtoon.

35 Käsilaitteiden 12 eristinkuoren sisään on asennettu osa

II

5 93998 mittauksissa tarvittavasta elektroniikasta, joka käsittää mm. mittausanturiin 11 liitetyn transistorin 21, vastuksen 31 ja transistorin 22.

5 Kotelo 16 sisältää varsinaisen mittauslaitteen 10 kuviossa 2 esitettävän mittauslogiikan. Kansilevyyn 20 on kiinnitetty eri vaiheiden tunnistuksen merkkivaloilla osoittavat ledit 68, 69 ja 70. Punaisella 65 ja vihreällä 66 merkkivalolla varustetut ledit osoittavat onko mitat-10 tavan kolmivaihejärjestelmän jännitteen kulkusuunta oikein vai väärinpäin. Merkkivalo 67 osoittaa toimintavalmiuden, joka palaessaan ilmoittaa, että mittauslogiik-ka ei ole toimintavalmiudessaan. Merkkivalon 67 avulla voidaan päätellä onko mittauslaitteen virtalähteenä 15 toimivan pariston jännite riittävä. Merkkivalo 67 sammuu, kun mittauslaite 10 indikoi kiertosuunnan. Kotelon 16 päätylevyyn 9 on kiinnitetty mittauslaitteen 10 virtakyt-kin K. Mittauslaite 10 toimii sekä 110 V että 220 V jännitteillä.

20

Kuviossa 2 on esitetty mittauslaitteen toimintaperiaate kaaviokuvantona. Kun staattisen kiertosuunnan mittauslaitteen 10 käsilaitteessa 12 oleva mittausanturi 11 .. viedään vaihtojännitteisen johtimen läheisyyteen, avautuu 25 käsilaitteessa 12 oleva transistori 21, jolloin vastuksen 31 ylitse muodostuu transistorille 22 kantajännite ja transistori 22 tulee johtavaksi. Tällöin virta pääsee kulkemaan transistorin 22 ja vastuksen 33 kautta negatiiviseen napaan 13. NPN-transistorin 21 kantajännitteen ··. 30 synnyttävä virtapiiri muodostuu vastuksesta 98 sekä vastuksen 98 rinnalla olevasta ns. maakapasitanssista 99, joka on kuviossa 2 esitetty katkoviivalla.

Kun käsilaitteen 12 anturi 11 on riittävän lähellä jän-35 nitteistä johdinta ts. kun anturi on riittävän suuressa 6 93998 vaihtojännitekentässä, vastuksen 98 ja maakapasitanssin 99 ylitse vaikuttava jännite nousee suuremmaksi kuin 0,6 V. Tämän seurauksena transistori 21 tulee johtavaksi eli avautuu. Transistori 21 avautuu vain verkkojännitteen 5 positiivisella jaksolla, jolloin vastuksen 33 ylitse on mitattavissa 50 Hz suorakaideaalto. Tällaiset suorakaide-aallot johdetaan mittausantureiden 11 jokaisesta vaiheesta vahvistimien 43, 44 ja 45 kautta R/S kiikulle 50.

10 Mitattavien kiertosuuntien ilmaisu tapahtuu siten, että kolmivaihejärjestelmän kunkin yhden vaiheen suorakaide-aalto johdetaan R/S kiikun 50 J-tuloon 52 ja K-tuloon 53 sekä kellotuloon 51, joka Hipaisee R/S kiikun 50 S-lähdön 55 tai R-lähdön 56 jännitteiseksi riippuen siitä 15 kumpi J-tulon 52 tai K-tulon 53 suorakaideaalloista on edellä toista eli kumpi vaihejännite on edellä toista liipaisuhetkellä, koska vaihe-ero on aina 120° kolmivaihejärjestelmän jännitteiden kesken. Liipaisu tapahtuu pulssin laskevalla reunalla. Liipaisun jälkeen R/S kiikun 20 50 säilyttää tilansa, kunnes J-tulon 52 tai K-tulon 53 tila muuttuu liipaisuhetkeen nähden.

Edellä kuvatun kytkentäjärjestelyn avulla R/S kiikun 50 muodostaman piirin R-lähtöön 56 tai S-lähtöön 55 muodos-25 tuu tasajännite. Tämä tasajännite johdetaan vastusten 36 tai 35 kautta kiertosuunnat osoittaville ledeille 65 tai 66 ja edelleen transistorin 23 kautta negatiiviseen napaan 14.

30 Transistorin 33 ja JA-portin 60 avulla estetään ledien 65 ja 66 syttyminen ennen kuin mittauslaitteen 10 kaikki kolme anturia 11 on kytketty mittaamaan. Esto tapahtuu siten, että JA-portin 60 tulonastoihin 61, 62 ja 63 tuodaan antureiden 11 pulssit suodatettuna vastusten 37, 35 38 ja 39 sekä kondensaattoreiden 71, 72 ja 73 muodostaman 7 93998 piirin avulla sekä diodien 95, 96 ja 97 kautta. Vastaavasti JA-porttiin 60 tuodaan positiivinen käyttöjännite 57. Suodatuksen jälkeen jännitteet JA-portin tulonastois-sa 61, 62 ja 63 näkyvät tasajännitteinä JA-portilla 60.

5 JA-portin 60 lähtö 64 tulee jännitteiseksi, kun kaikki tulopulssit on kytketty sekä positiivinen käyttöjännite on kytketty kytkimen K avulla, jolloin kahden invertoivan vahvistimen 47 ja 48 sekä vastuksen 34 kautta transistori 10 23 saa kantavirtaa ja tulee johtavaksi sallien ledien 65 ja 66 syttymisen. JA-portin 60 lähdössä 64 olevan invertoivan vahvistimen 49 ja vastuksen 32 kautta poltetaan toimintavalmiuden osoittavaa lediä 67, joka palaessaan ilmoittaa, että mittauslogiikka ei ole toimintavalmiudes-15 sa. Samalla merkkivaloledistä 67 voidaan päätellä pariston riittävä jännite. Merkkivaloledi 67 sammuu, kun mittauslaite 10 indikoi kiertosuunnan. Vahvistimet 89 -94 ohjaavat merkkivaloledejä 68, 69 ja 70, jotka syttyes-sään ilmaisevat anturin 11 saaman kentän riittävän voi-2 0 makkuuden.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutusmuodot voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.

Claims

93998

1. Menetelmä kolmivaihejärjestelmän kiertosuunnan mittaamiseksi mittausantureilla (11) tapahtuvassa mittauksessa, 5 jossa mittausantureihin muodostunut vaihtojännite muutetaan elektronisella kytkinpiirillä (21, 22) tai vastaavalla suorakaidepulsseiksi, ja jossa kaikista mittausantureista (11) saadut pulssijonot viedään logiikkapiirille (50, 60), joka pulssien vaihe-eron perusteella määritte-10 lee kiertosuunnan, tunnettu siitä, että kiertosuunnan mittaus suoritetaan sähköstaattisella periaatteella toimivia mittausantureita (11) käyttäen johdineristyksen päältä ilman galvaanista kosketusta siten, että mitattavan kolmivaihe-15 järjestelmän kunkin johdon viereen viedään sähköstaattisella periaatteella toimiva mittausanturi (11) minkä jälkeen mittausantureihin indusoitunut vaihtojännite mitataan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kunkin yhden vaiheen suora-kaideaalto johdetaan R/S kiikun (50) J-tuloon (52) ja K-tuloon (53) sekä kellotuloon (51), joka Hipaisee pulssin laskevalla reunalla R/S kiikun (50) S-lähdön (55) tai R-25 lähdön (56) jännitteiseksi riippuen siitä kumpi J-tulon (52) tai K-tulon (53) suorakaideaalloista on edellä toista liipaisuhetkellä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että liipaisun jälkeen R/S kiikku (50) säilyttää tilansa, kunnes J-tulon (52) tai K-tulon (53) tila muuttuu liipaisuhetkeen nähden.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että R/S kiikun (50) muodostaman li 93998 piirin R-lähtöön (56) tai S-lähtöön (55) muodostuu tasa-jännite, ja että tasajännite johdetaan vastuksen (36, 35) kautta kiertosuunnat osoittaville ledeille (65, 66) ja transistorin (23) kautta negatiiviseen napaan (14). 5

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että transistorin (33) ja JA-portin (60) avulla estetään ledien (65, 66) syttyminen ennen kuin mittauslaitteen (10) kaikki kolme anturia (11) 10 on kytketty mittaamaan, tuomalla JA-portin (60) tulonas-toihin (61, 62, 63) antureiden (11) pulssit suodatettuna vastusten (37, 38, 39) sekä kondensaattoreiden (71, 72, 73) muodostaman piirin sekä diodien (95, 96, 97) kautta.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että JA-portin (60) lähtö (64) tulee jännitteiseksi, kun kaikki tulopulssit on kytketty sekä positiivinen käyttöjännite on kytketty kytkimen (K) avulla, jolloin kahden invertoivan vahvistimen (47, 48) 20 sekä vastuksen (34) kautta transistori (23) saa kanta- virtaa ja tulee johtavaksi sallien ledien (65, 66) syttymisen, ja että JA-portin (60) lähdössä (64) olevan invertoivan vahvistimen (49) ja vastuksen (32) kautta polte-; taan toimintavalmiuden osoittavaa lediä (67), joka pala- 25 essaan ilmoittaa, että mittauslogiikka ei ole toimintavalmiudessa.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että merkkivaloledi (67) sammuu, 30 kun mittauslaite (10) indikoi kiertosuunnan, ja että vahvistimilla (89 - 94) ohjataan merkkivaloledejä (68, 69, 70), jotka syttyessään ilmaisevat anturin (11) saaman kentän riittävän voimakkuuden.

8. Mittauslaite (10) kolmivaihejärjestelmän kiertosuunnan 93998 mittaamiseksi mittausantureilla (11) tapahtuvassa mittauksessa, jossa kunkin mittausanturin (11) jälkeen on kytketty kytkinpiiri (21, 22), joka muuttaa mittausanturiin (11) muodostuneen jännitteen suorakaidepulsseiksi, 5 ja jossa kytkinpiirien (21, 22) lähdöt on liitetty yhteiseen logiikkaan (50, 60), joka pulssien vaihe-eron perusteella ilmaisee kiertosuunnan, tunnettu siitä, että mittausanturit ovat sähköstaattisella periaatteella toimivia mittausantureita, joilla kiertosuunnan mittaus 10 suoritetaan sähköstaattisella periaatteella johdineris-tysten päältä ilman galvaanista kosketusta johtimiin.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen mittauslaite (10), tunnettu siitä, että kytkinpiiri käsittää ainakin 15 yhden transistorin, joka tulee johtavaksi indusoituneen jännitteen positiivisella tai negatiivisella puolijaksol-la. 93998