SU1190213A1

SU1190213A1 - Temperature device for measuring direct current electric machine winding

Info

Publication number: SU1190213A1
Application number: SU843757151A
Authority: SU
Inventors: Vladimir M Mergold; Evgenij K Polibin; Iosif S Blank; Anatolij L Tsyrulnikov
Original assignee: Rostovskij Inzh Str Inst
Priority date: 1984-06-22
Filing date: 1984-06-22
Publication date: 1985-11-07

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры обмоток электрических машин в процессе эксплуатации. 5The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the temperature of the windings of electric machines during operation. five

Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений.The purpose of the invention is to improve the accuracy and reliability of measurements.

На чертежеприведена схемаустройства.The drawing is a schematic device.

Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины 10 постоянного тока содержит регулируемый резистор I с нагревателем 2 и медными изолированными тонким слоем теплопроводной электронзоляции, обмотками 3 и 4 и аналогичный ему 15 регулируемый резистор 5 с нагревателем 6 и обмотками 7 и 8. Контролируемая обмотка 9, шуит 10,включенный последовательно с контролируемой обмоткой 9 в цепь ее питания, и об- 20 мотки 3 и 7 образуют измерительный мост 11, к диагонали равновесия которого подключен дифференциальный вход сигнализатора 12 разбаланса, содержащего интегратор 13, управля— 25 емый генератором 14. К выходу интегратора 13 подключены входы пороговых элементов 15 и 16, с выходами которых соединены нагреватели 2 и 6, соответственно, регулируемых рези- 30 сторов 1 и 5. Пороговые элементы 15 и 16 таковы, что требуют для своего включения входных напряжений противоположной полярности. Соединенные последовательно обмотки 4 и 8 регулируемых резисторов 1 и 5, параллельно которым подключены соединенные последовательно постоянные резисторы 17 и 18, образуют индикаторный мост 19, питающая диагональ κοτορο— го подключена к источнику 20 стабильного напряжения, а диагональ равновесйя-к измерительномуприбору 21.A device for measuring the temperature of the winding of a DC electric machine 10 contains an adjustable resistor I with a heater 2 and a copper insulated thin layer of thermally conductive electron insulation, windings 3 and 4 and a similar 15 adjustable resistor 5 with a heater 6 and windings 7 and 8. Controlled winding 9, shuit 10, connected in series with a controlled winding 9 in its supply circuit, and around 20 coils 3 and 7 form a measuring bridge 11, to the equilibrium diagonal of which the differential input of the alarm 12 is unbalanced a, containing an integrator 13, controlled by a generator 14. The outputs of the integrator 13 are connected to the inputs of threshold elements 15 and 16, to the outputs of which are connected heaters 2 and 6, respectively, of adjustable resistors 30 and 1 and 5. Threshold elements 15 and 16 are such that they require for their inclusion input voltages of opposite polarity. Connected in series windings 4 and 8 of adjustable resistors 1 and 5, in parallel with which connected in series fixed resistors 17 and 18, form an indicator bridge 19, supplying the diagonal of the capacitor is connected to a stable voltage source 20, and the equilibrium diagonal of the measuring device 21.

II

Устройство работает следующим Образом. 45The device works as follows. 45

В процессе работы производится непрерывная автоматическая балансировка измерительного моста 11 путем управления сопротивлениями обмоток 3 и 7 регулируемых резисторов 50 1 и 5. Увеличение сопротивлений обмоток 3 и 7 производится включением нагревателей, соответственно 2 и 6, при этом повышается температура и, следовательно, сопротивление медных 55 обмоток 3, 4, 7 и 8. Поскольку при одинаковых температурах сопротивления обмоток 3 и 4, а также обмотокIn the process, continuous automatic balancing of the measuring bridge 11 is performed by controlling the resistances of the windings 3 and 7 of adjustable resistors 50 1 and 5. The resistances of the windings 3 and 7 are increased by turning on the heaters 2 and 6, respectively, while the temperature rises and, consequently, the copper resistance 55 windings 3, 4, 7 and 8. Because at the same temperature resistance windings 3 and 4, as well as windings

13 213 2

7 и 8 попарно равны, и, поскольку обмотки 3 и 4 имеют хороший тепловой контакт с нагревателем 2 и между собой, т.е. температуры обмоток 3 и 4 всегда одинаковы, а обмотки 7 и 8 хороший тепловой контакт с нагревателем 6 и между собой, то попарные равенства температур и сопротивлений обмоток 3 и 4, 7 и 8 обеспечиваются при всех режимах работы устройства в любой момент времени. Следовательно если измерительный мост сбалансирован, выполняютсясоотношения7 and 8 are pairwise equal, and since the windings 3 and 4 have good thermal contact with the heater 2 and between themselves, i.e. temperatures of windings 3 and 4 are always the same, and windings 7 and 8 have good thermal contact with heater 6 and between themselves, pairwise equalities of temperatures and resistance of windings 3 and 4, 7 and 8 are ensured in all device operation modes at any time. Therefore, if the measuring bridge is balanced, the relations

К₉ К₃ _ К4.K ₉ K ₃ _ K4.

Кю К 7 К 8 ¹)Kyu K 7 K 8 ¹ )

Κ_ί0 - сопротивление измерительного шунта 10;Κ _ί0 - resistance measuring shunt 10;

Κθ — сопротивление контролируемой обмотки 9;Κθ is the resistance of the controlled winding 9;

к_з,К₊ ,К₇,К_$-сопротивление обмоток,K _s , K ₊ , K ₇ , K _{$ is the} resistance of the windings,

соответственно^,4,7и8 регулируемых резисторов1и2,respectively ^, 4,7 and 8 adjustable resistors 1 and 2,

тогда при известном напряжении Ч_о на выходе источника 20 стабильного напряжения и заданных сопротивлениях К₁₇ и К_1г резисторов 17 и 18, напряжение и_ип, поступающее на измерительный прибор 21, при балансе моста 11 с учетом равенства (1 ) равноthen at a known voltage Ch _o at the output of the source 20 of a stable voltage and given resistances K ₁₇ and K _{1g of} resistors 17 and 18, voltage and _un , supplied to the measuring device 21, with the balance of the bridge 11 taking into account equality (1) is

т.е. зависит только от сопротивления Кд контролируемой обмотки 9.those. depends only on the resistance of the controlled winding CD 9.

Управление балансировкой моста осуществляют следующим образом.Control balancing of the bridge is as follows.

При прохождении через обмотку 9 и шунт 10 рабочего тока имеет место падение напряжения на них, питающее измерительный мост 11. Если последний не сбалансирован и для балансировки его требуется, например, увеличить сопротивление обмотки 3, входное напряжение интегратора 13 таково, что при переводе его генератором 14 из режима "Сброс" в режим "Интегрирование” на выходе интегратора 13 появляется напряжение полярности, требуемой для приведения порогового устройства 15 в состояние, при котором оно подает питание на нагреватель 2 регулируемого резистора 1. При'достаточном напряжении в диагонали измерительного моста ( для практических целей оно имеет порядок десятков микровольт) выходное напряжение интегратора 13 за ин3 1190:When passing through the winding 9 and shunt 10 of the operating current, a voltage drop occurs on them, feeding the measuring bridge 11. If the latter is not balanced and for balancing it is required, for example, to increase the resistance of the winding 3, the input voltage of the integrator 13 is such that when it is transferred by the generator 14 from the “Reset” mode to the “Integration” mode, at the output of the integrator 13, a polarity voltage appears, which is required to bring the threshold device 15 to a state in which it supplies power to the adjustable resistor heater 2 pa 1. At sufficient voltage in the diagonal of the measuring bridge (for practical purposes it has the order of tens of microvolts) the output voltage of the integrator is 13 for in3 1190:

тервал времени, отводимый на интегрирование генератором 14 ( в изготовленном устройстве оно составляет 5 с ), достигает уровня срабатывания порогового элемента 15, кото— $ рый начинает питать нагреватель 2, что приводит к повышению температуры, а следовательно, сопротивления обмоток 3 и 4. Подпитка нагревателя 2 производится в течение интервалов ю времени интегрирования (задаваемых генератором 14) до тех пор, пока выходное напряжение интегратора 13 к концу интервала интегрирования не оказывается недостаточным (вследствие малого напряжения в диагонали равновесия моста 11 ) для включения порогового элемента 15. При этом мост 11 пребывает в состоянии, мало отличающемся от состояния баланса. 20The time interval allocated for integration by the generator 14 (in the manufactured device it is 5 s) reaches the trigger level of the threshold element 15, which begins to power the heater 2, which leads to an increase in temperature, and consequently, the resistance of the windings 3 and 4. Recharge heater 2 is produced during the intervals of the integration time (specified by the generator 14) until the output voltage of the integrator 13 to the end of the integration interval is insufficient (due to the low voltage in the Bridge 11) to turn on the balance Gon threshold element 15. In this case, the bridge 11 is in a state little different from the balance of the state. 20

Ввиду того, что тепловыделяющий элемент нагревателя 2 неизбежно отделен от обмоток 3 и 4 конструктивными элементами, на которых эти обмотки размещены (корпус нагревателя, каркас и т.п.), температура обмоток 3 и 4 отстает от температуры тепловыделяющего элемента нагревателя 2. Поэтому даже после прекращения подпитки нагревателя 2 температура об— 30 моток 3 и 4 продолжает некоторое время расти за счет перераспределения тепла, идущего от более горячего тепловыделяющего элемента нагревателя 2 к менее горячим обмот— 35 кам 3 и 4. При работе в области высоких температур контролируемой обмотки 9, когда температура обмоток 3 и 4 мало отличается от температуры нагревателя 2 и остывание их в 40 отсутствие подпитки нагревателя 2 происходит интенсивно, влияние этого перераспределения невелико. Температура обмоток 3 и 4 снижается и вновь для балансировки моста 11 пот- 45 ребуется и обеспечена сигнапиза'.огром 12 разбаланса соответствующая подпитка нагревателя 2. Однако при работе в области низких температур контролируемой обмотки рост темпе- 50 ратуры обмоток 3 и 4 за счет перераспределения тепла внутри регулируемого резистора 1 после отключения нагревателя 2 может привести к заметному нарушению баланса моста 11 55 в противоположном направлении. В результате на выходе интегратора 13 в течение следующего интервала интег—Due to the fact that the fuel element of the heater 2 is inevitably separated from the windings 3 and 4 by the structural elements on which these windings are placed (heater body, frame, etc.), the temperature of the windings 3 and 4 lags behind the temperature of the fuel element of the heater 2. Therefore, even after the termination of feeding the heater 2, the temperature of about-30 coil 3 and 4 continues to grow for a while due to the redistribution of heat coming from the hotter fuel element of the heater 2 to less hot windings — 35 cams 3 and 4. When working in High temperatures of the controlled winding 9, when the temperature of the windings 3 and 4 differs little from the temperature of the heater 2 and their cooling in 40 and the feeding of the heater 2 does not take place intensively, the effect of this redistribution is small. The temperature of the windings 3 and 4 decreases and again for balancing the bridge 11, the flow is 45 and the signaling system is provided. The unbalance of the heater 2 is unbalanced. However, when working in the low temperature region of the controlled winding, the temperature of the windings 3 and 4 increases due to redistribution heat inside the adjustable resistor 1 after turning off the heater 2 can lead to a noticeable imbalance of the bridge 11 55 in the opposite direction. As a result, at the output of the integrator 13 during the next integration interval

!)3 4!) 3 4

рирования появляется напряжение, величина и полярность которого таковы, что пороговое устройство 16 срабатывает и подает напряжение на нагреватель 6 регулируемого резистора 5. При этом повышаются температура и сопротивление обмоток 7 и 8, что смещает состояние моста II в сторону баланса.The voltage appears, the magnitude and polarity of which are such that the threshold device 16 operates and supplies voltage to the heater 6 of the adjustable resistor 5. This increases the temperature and resistance of the windings 7 and 8, which shifts the state of bridge II towards the balance.

Аналогичным образом происходит балансировка моста 11,. когда температура контролируемой обмотки 9 снижается быстрее, чем остывает, имеющая большие, чем требуется для баланса, температуру и сопротивление обмотка 3 регулируемого резистора К сигнализатор 12 разбаланса включает нагреватель 6 регулируемого резистора 5, что ускоряет балансировку моста 11, а в случае перебалансировки сигнализатор 12 разбаланса сначала прекращает подпитку нагревателя 6, а в случае необходимости подстраивает мост 11, подав напряжение на нагреватель 2.Similarly, the balancing of the bridge 11 ,. when the temperature of the controlled winding 9 decreases faster than it cools down, having larger than required for balance, the temperature and resistance of winding 3 of the adjustable resistor K. The unbalance signaling device 12 turns on the heater 6 of the adjustable resistor 5, which accelerates the balancing of the bridge 11, and in the case of rebalancing, the signaling device 12 unbalance first stops feeding the heater 6, and if necessary adjusts the bridge 11, applying voltage to the heater 2.

При контроле температуры обмоток тяговых двигателей электровозов все элементы устройства, кроме обмотки 9, находятся в кузове или в кабине машиниста электровоза, где в зимнее время температура может быть значительно выше, чем внутри холодного тягового двигателя. В этом случае, когда температура и сопротивление обмоток 3 и 4 регулируемого резистора 1 выше, чем необходимо для баланса моста 11, при наличии питания последнего напряжения на выходе интегратора 13 имеет полярность, необходимую для включения пороговым элементом 16 нагревателя 6 регулируемого резистора 5 и, если степень разбаланса моста 11 превышает разт решающую способность сигнализатора 12 разбаланса, то в течение интервала интегрирования выходное напряжение интегратора 13 достигает уровня срабатывания порогового элемента 16 и происходит подпитка нагревателя 6, и температура и сопротивление обмоток 7 и 8 регулируемого резистора 5 начинают увеличиваться, смещая состояние моста 11 в сторону баланса до тех пор, пока последний не достигается. В случае заметной перебалансировки моста 11, полярность напряжения в его диагоналиWhen controlling the temperature of the windings of traction motors of electric locomotives, all elements of the device, except winding 9, are located in the body or in the cab of the locomotive driver, where in winter time the temperature can be much higher than inside a cold traction motor. In this case, when the temperature and resistance of the windings 3 and 4 of adjustable resistor 1 is higher than necessary for the balance of bridge 11, when the last voltage is supplied at the output of integrator 13, it has the polarity necessary for switching on by threshold element 16 of heater 6 of adjustable resistor 5 and, if the degree of unbalance of the bridge 11 exceeds the decisive ability of the signaling device 12 of the unbalance, then during the integration interval the output voltage of the integrator 13 reaches the trigger level of the threshold element 16 and occurs under Heater power supply 6, and the temperature and resistance of the windings 7 and 8 of the adjustable resistor 5 begin to increase, shifting the state of the bridge 11 in the direction of balance until the latter is reached. In the case of a noticeable rebalancing of the bridge 11, the voltage polarity in its diagonal

равновесия изменяется на противо$equilibrium changes to counter $

положную и сигнализатор 12 разбаланса, включением нагревателя 2 регулируемого резистора 1, "подталкивает" мост 1I к состоянию баланса.the positive and unbalance detector 12, by turning on the heater 2 of the adjustable resistor 1, "pushes" bridge 1I to a state of balance.

Если середина диапазона изменения температуры воздуха в месте установки регулируемых резисторов и середина диапазона изменения рабочих температур, контролируемой обмотки 9 совпадают, то сопротивления обмоток 3, 4, 7 и 8 регулируемых резисторов следует выбирать такими,.. что при температуре контролируемой обмотки 9, соответствующей середине диапазона изменения ее рабочих температур, баланс моста 11 осуществляется при такой же температуре обмоток 3, 4, 7 и 8. Тогда при наивысшей температуре воздуха в месте установки регулируемых резисторов Г и 5 (наиболее тяжелый для балансировки моста 11 случай ) требуемый нагрев обмоток 3 и 4 для балансировки моста 11 при'наивысшей температуре обмотки 9 или обмоток 7 и 8 при наивысшей температуре обмоток 9 оказывается одинаковыми и минимальным. Минимизация наибольших температур,до которых нагревается в процессе работы обмотки 3, 4, 7 и 8 способствует повышению,If the middle of the range of variation of air temperature at the installation site of adjustable resistors and the middle of the range of variation of operating temperatures controlled by winding 9 coincide, then the resistances of windings 3, 4, 7 and 8 of adjustable resistors should be chosen such that at a temperature of controlled winding 9 corresponding to middle the range of change of its operating temperature, the balance of the bridge 11 is carried out at the same temperature of the windings 3, 4, 7 and 8. Then, with the highest air temperature at the installation site of adjustable resistors G and 5 (the most difficult case for balancing bridge 11) the required heating of windings 3 and 4 for balancing bridge 11 at the highest temperature of winding 9 or windings 7 and 8 at the highest temperature of windings 9 turns out to be the same and minimum. Minimization of the highest temperatures to which the windings 3, 4, 7 and 8 are heated during operation increase,

надежности устройства в целом, ιdevice reliability in general, ι

11902131190213

В случае несовпадения середин диапазонов допустимого изменения температуры воздуха и температурыIn case of discrepancy between the middle ranges of permissible changes in air temperature and temperature

5 контролируемой обмотки 9 ( для электроподвижного< состава стандартом предусмотрен диапазон температуры воздуха от минус -60 С до 60°С и диапазон температуры обмотки 9 от5 controlled winding 9 (for electroloading <composition, the standard provides for the range of air temperature from minus -60 С to 60 ° С and the temperature range of winding 9 from

10 минус-60 до 180°С ) баланс моста 11 должен обеспечиваться при различных температурах обмотки 9 и обмоток 3, 4,7 и 8.10 minus-60 to 180 ° C) the balance of the bridge 11 should be ensured at different temperatures of the winding 9 and the windings 3, 4.7 and 8.

15 Легко показать, что при указанных диапазонах изменения температур воздуха и контролируемой обмотки 9, сопротивления обмоток 3, 4, 7 и 8 должны быть таковы, что при темпера20 туре этих обмоток 0°С баланс моста 11 имеет место при температуре контролируемой обмотки 9 равной примерной 35^РС. Тогда даже при температуре воздуха 60 °С для балансировки15 It is easy to show that with the specified ranges of temperature variation of the air and the controlled winding 9, the resistances of the windings 3, 4, 7 and 8 should be such that at the temperature of these windings 0 ° C, the balance of the bridge 11 takes place at a temperature of the controlled winding 9 equal to the approximate 35 ^Р С. Then even at the air temperature of 60 ° С for balancing

25 моста ГГ температура обмоток 3 и 4 (или 7 и 8 ) при температуре контролируемой обмотки 9 равной 180°С (или минус -60^еС ) составляет примерно 215° С, что .значительно меньше,25 GG bridge windings 3 and 4 (or 7 and 8) at a temperature controlled winding 9 equal to 180 ° C (or minus -60 ^e C) is approximately 215 ° C, which is much less

30 чем требовалось бы для балансировки измерительного моста в данных температурных диапазонах при использовании одного регулируемого резистора.30 than would be required for balancing the measuring bridge in these temperature ranges using a single adjustable resistor.

11902131190213

Claims

THE DEVICE FOR MEASURING THE TEMPERATURE OF Winding A DC ELECTRIC MACHINE containing a winding-thermal sensor, a shunt, a first adjustable resistor with a heater and two windings, a generator — a torus, an integrator, a first threshold element, two constant resistors, and a measuring voltage and a source of a healthy voltage. , the shunt and the first winding of the first adjustable resistor form three series-connected arms of the measuring bridge, the diagonal of which is with the top at the connection point of the winding-thermode The integrator is connected to the heater and the shunt, the output of which is connected to the heater of the first adjustable resistor through the first threshold element, and the “Reset” input to the generator output, fixed resistors and the second winding of the first adjustable resistor form three series-connected arms of the indicator bridge with a stable voltage source and measuring the device in the corresponding diagonals, characterized in that, in order to improve the accuracy and reliability of measurements, a second adjustable resistor with a heater and vumya windings and a second threshold element having an input coupled with the swing vg integrator output - with the heater of the second adjustable resistor, the first winding is included in the fourth shoulder measuring bridge, and the second - in the indicator.

>

1 11902