SU1485339A1

SU1485339A1 - Device for contactless measurement of synchronous electric machine rotor current

Info

Publication number: SU1485339A1
Application number: SU874253476A
Authority: SU
Inventors: Mikhail I Ardonskij; Yurij A Biryukov; Vladimir A Ponomarev; Valerij A Ziskel
Original assignee: Vnii Elmash
Priority date: 1987-06-01
Filing date: 1987-06-01
Publication date: 1989-06-07

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в синхронных электрических машинах с бесщеточной системой возбуждения. Целью изобретения является упрощение конструкции, уменьшение габаритов, массы и повышение надежности устройства. Сердечник статора выпол· нен из отдельных сегментных пакетов 17 из листов электротехнической ста ли, в пазах 18 которых размещены не зависимые обмотки, состоящие из многовитковых катушек 19 сосредоточенного типа. Число таких катушек в каждой обмотке равно числу фаз этой обмотки. Ротор 12 устройства содержит установленный на валу 14 возбудителя в зоне вращающегося выпрямителя стальной кольцевой держатель с двумя группами диаметрально расположенных пазов. В пазах расположены токоведущие шины 1 и 2, образующие двухполюсную обмотку возбуждения. Каждая группа пазов и шин распределена в пределах дуг окружности, равных угловому смещению катушек статорной обмотки. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.The invention relates to electrical engineering and can be used in synchronous electric machines with a brushless excitation system. The aim of the invention is to simplify the design, reducing the size, weight and reliability of the device. The stator core is made of individual segment packages 17 of electrical steel sheets, in slots 18 of which independent windings are placed, consisting of multi-turn coils 19 of a concentrated type. The number of such coils in each winding is equal to the number of phases of this winding. The rotor 12 of the device contains mounted on the shaft 14 of the pathogen in the area of the rotating rectifier steel ring holder with two groups of diametrically spaced grooves. In the grooves are current-carrying tires 1 and 2, forming a bipolar excitation winding. Each group of grooves and tires is distributed within arcs of a circle equal to the angular displacement of the stator coils. 2 hp f-ly, 6 ill.

аbut

14853391485339

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам бесконтактного съема информации с вращающихся объектов, и может быть исполь- $ зовано в синхронных электрических машинах, например в синхронных генераторах, двигателях или компенсаторах с бесщеточной системой возбуждения. 10The invention relates to electrical engineering, in particular, to means of contactless information retrieval from rotating objects, and can be used in synchronous electrical machines, for example, in synchronous generators, motors or compensators with a brushless excitation system. ten

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства, уменьшение габаритов и массы, а также повышение надежности работы.The aim of the invention is to simplify the design of the device, reducing the size and weight, as well as improving reliability.

На фиг.1 представлена схема соеди-15 нения ротора устройства с ротором синхронной электрической машины и ее возбудителем^ на фиг.2 - конструкция статора и ротора устройства при числе фаз статора ш = 1 и т = 2,' на 20Figure 1 presents the scheme of connecting the rotor of the device with the rotor of a synchronous electric machine and its pathogen ^ in Figure 2 - the stator and rotor design of the device with the number of stator phases w = 1 and m = 2, '20

фиг.З - конструкция статора и ротора устройства при числе фаз статора ш = 1 и т = 3,* на фиг.4 - осциллограмма напряжения на зажимах катушки однофазного и двухфазного статора⁴, 25 на фиг.5 - осциллограмма линейного напряжения на зажимах трехфазного статора^ на фиг.6 - схема конструктивного. исполнения устройства и сопряжения его с возбудителем и синхрон- 30 ной машиной.FIG. 3 shows the design of the stator and the rotor of the device when the number of stator phases is w = 1 and m = 3, * in FIG. 4 — oscillogram of the voltage at the terminals of the coil of the single-phase and two-phase stator ⁴ , 25 in FIG. 5 - oscillogram of the linear voltage at the terminals of the three-phase stator ^ figure 6 - constructive scheme. execution of the device and its interfacing with the exciter and synchronous machine.

Устройство для бесконтактного измерения тока ротора синхронной электрической машины содержит две группы изолированных токовых шин положитель- 35 ной 1 и отрицательной 2 полярностей, с контактными элементами 3 (например, токособирательными сегментами) для соединения через токоподводы 4 с обмоткой ротора 5 синхронной элект- 40 рической машины 6 (фиг.1). С противоположной стороны указанные группы Шин 1 и 2 имеют контактные элементы 7 для соединения с токособирающими элементами - вентильными колесами от- 45 рицательной 8 и положительной 9 полярностей вращающегося выпрямителя 10 синхронного возбудителя 11. Ротор 12 устройства (фиг.2 и 3) представляет собой кольцевой магнитопровод ^д 13, установленный на валу 14 возбудителя 11. На наружной стороне магнитопровода 13 выполнены две группы диаметрально расположенных пазов 15, в которых размещены изолированные то- 55 ковые шины 1 и 2, образующие два полюса соответственно положительной и отрицательной полярностей. На статора 16 устройства по окружности вокруг ротора 12 размещены магниторазобщенные отдельные сегментные пакеты 17, выбранные из листов электротехнической стали с пазами 18, в которых уложены многовитковые катушки 19 одной или нескольких фаз статора 16. Число пакетов 17 может быть равно, числу катушек 19. На фиг.2 показаны две фазы, размещенные в пазах 18 пакетов 17. Каждая фаза состоит из двух катушек 19, соединенных последовательно. Пакеты 17 (и катушки 19) каждой фазы смещены до дуге окружности друг относительно друга на 90°. Здесь же показан сегментный пакет 17 и катушка 19 одной отдельной фазы.A device for contactless measurement of the rotor current of a synchronous electric machine contains two groups of insulated current busbars with positive 1 and negative 2 polarities, with contact elements 3 (for example, current collecting segments) for connection through the current leads 4 with the rotor winding 5 of a synchronous electric machine 6 (figure 1). On the opposite side, the specified groups Tires 1 and 2 have contact elements 7 for connection with current collecting elements - valve wheels of negative 8 and positive 9 polarities of the rotating rectifier 10 of the synchronous exciter 11. The rotor 12 of the device (FIGS. 2 and 3) is an annular The magnetic core 13, mounted on the shaft 14 of the exciter 11. On the outer side of the magnetic core 13 there are two groups of diametrically located grooves 15, in which insulated current busbars 1 and 2 are placed, forming two poles according to positive and negative polarities. On the stator 16 of the device around the circumference around the rotor 12 are placed magnetically divided individual segment packages 17 selected from electrical steel sheets with grooves 18 in which multi-turn coils 19 of one or more stator phases 16 are laid. The number of packages 17 can be equal to the number of coils 19. On FIG. 2 shows two phases arranged in the grooves 18 of the packets 17. Each phase consists of two coils 19 connected in series. Packages 17 (and coils 19) of each phase are shifted to the arc of a circle relative to each other by 90 °. Segment packet 17 and coil 19 of one separate phase are also shown here.

На фиг.З представлено трехфазное исполнение статора 16. Пакеты 17 и катушки 19 расположены по дуге окружности с угловым смещением друг относительно друга на 120 и соединены 'в трехфазную схему. Здесь же изображен пакет 17 и катушка 19 одной отдельной фазы статора 16, На фиг.2 и 3 катушки 19 статора 16 подсоединены к отдельным нагрузкам 20-22.FIG. 3 shows a three-phase execution of the stator 16. The packages 17 and the coils 19 are arranged along a circular arc with an angular displacement relative to each other by 120 and connected in a three-phase scheme. The package 17 and the coil 19 of one separate phase of the stator 16 are also shown here. In FIGS. 2 and 3, the coils 19 of the stator 16 are connected to separate loads 20-22.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Ток, протекающий от вращающегося выпрямителя 10 возбудителя 11 (фиг.1) к обмотке ротора 5 синхронной электрической машины 6, проходит и через шины 1 и 2 ротора 12 устройства, разделяясь на ряд элементарных токов .по числу параллельно включенных шин 1 и 2 в' группе. При этом каждая группа шин 1 и 2 образует полюс соответствующей протекающему "По ней току полярности (фиг.2 и 3).The current flowing from the rotating rectifier 10 of the exciter 11 (figure 1) to the winding of the rotor 5 of the synchronous electric machine 6 passes through the busbars 1 and 2 of the rotor 12 of the device, being divided into a number of elementary currents. group. In addition, each group of tires 1 and 2 forms a pole corresponding to the current flowing through it polarity (figure 2 and 3).

В момент прохождения каждой из шин 1 , и 2 мимо какой-либо катушки 19 стато-,· ра 16 в последней наводится ЭДС, пропорциональная элементарному току шины 1 и 2, а следовательно, и току ротора 5. За один оборот ротора 2 устройства в катушках 19 формируются две последовательности импульсов ЭДС разноименной полярности с внекоммутационной зоной между ними, равной в угловых единицах части ротора 12, где отсутствуют токоведущие шины 1 и 2.At the time each tire 1 and 2 passes through any coil 19 of the stato-er, an emf is induced in the latter 16 proportional to the elementary current of bus 1 and 2, and hence to the rotor current 5. During one revolution of the rotor 2 devices the coils 19 are formed two sequences of pulses of the emf of opposite polarity with the out-switching zone between them, equal in angular units of the part of the rotor 12, where there are no current-carrying tires 1 and 2.

На фиг.4 показана форма ЭДС катушки 19 однофазного или двухфазного статора 16 при расположении на роторе 12 групп шин 1 и 2 в пределах дуг окружностей в 90°. При последовательном соединении двухFigure 4 shows the form of the EMF of the coil 19 single-phase or two-phase stator 16 when located on the rotor 12 groups of tires 1 and 2 within arcs of circles of 90 °. With a serial connection of two

5 148535 14853

таких катушек 19, т.е. в двухфазном статоре 16, в выходной ЭДС отсутствуют внекоммутационные зоны.such coils 19, i.e. in the two-phase stator 16, there are no non-switching zones in the output EMF.

Это улучшает форму фазного тока, снижает уровень пульсаций выпрямленного напряжения и тока при подключении нагрузки через преобразователь, увеличивает выходную мощность. В трехфазном статоре 16 катушки 19 отстоят друг от друга на 120°. Последовательности импульсов фазных ЭДС также сдвинуты относительно друг друга на 120°, а линейное напряжение имеет ступенчатую форму, огибающая которого близка к синусоиде в режиме, близком к короткому замыканию. На фиг.5 показано линейное напряжение такого статора 16.This improves the shape of the phase current, reduces the level of ripple of the rectified voltage and current when the load is connected through the converter, increases the output power. In the three-phase stator 16 coil 19 are separated from each other by 120 °. Phase emf pulse sequences are also shifted relative to each other by 120 °, and the line voltage has a stepped shape, the envelope of which is close to a sinusoid in the mode close to a short circuit. Figure 5 shows the linear voltage of the stator 16.

Выполнение пазов 15 в магнитепроводе 13 ротора 12 в пределах дуги, равной 120°, позволяет получить наиболее благоприятное с точки зрения формы и энергетических соображений суммирование последовательностей импульсов ЭДС отдельных катушек 19.The implementation of the grooves 15 in the magnetics 13 of the rotor 12 within an arc of 120 °, allows you to get the most favorable from the point of view of form and energy considerations, the summation of sequences of pulses of EMF of individual coils 19.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обладает более простой конструкцией, меньшими габаритами и массой, за счет упрощения и уменьшения массы статора 16 устройства. Размещение магнитопровода 13 ротора 12 в зоне вращающегося выпрямителя позволяет сократить длину вала 14 возбудителя 11, что уменьшает расход стали на изготовление вала и меди на выполнение токопроводов, прокладываемых в центральном отверстии возбудителя от ротора 5 синхронной машины 6. Повышается также надежность за счет применения нескольких независимых катушек 19 статора 12, каждая из которых может быть использована для подключения самостоятельной нагрузки, а также для резервирования. Упрощает9 ⁶ The proposed device in comparison with the known has a simpler design, smaller dimensions and weight, due to the simplification and reduction of the mass of the stator 16 of the device. Placing the magnetic circuit 13 of the rotor 12 in the area of the rotating rectifier reduces the length of the shaft 14 of the pathogen 11, which reduces the consumption of steel for the manufacture of the shaft and copper for the execution of conductors laid in the central hole of the pathogen from the rotor 5 of the synchronous machine 6. The reliability also increases due to the use of several independent the coils 19 of the stator 12, each of which can be used to connect a self-load, as well as for redundancy. Simplifies9 ⁶

ся также монтаж и обслуживание предлагаемого устройства,.The installation and maintenance of the proposed device also.

Claims

Claim

1. A device for contactless measurement of the rotor current of a synchronous electric machine, containing

10 stator nitrous conduit with grooves in which a multi-phase AC winding is placed and a rotor in the form of a magnetic circuit with grooves in which insulated current busbars are placed,

15 made in the form of two groups with contact elements at the ends for connecting respectively one terminal to the opposite contacts of a rotating rectifier of the causative agent of the synchronic machine, and the other to the winding of its rotor, characterized in that, in order to simplify the design, reduce the size, weight and increase the reliability, the magnetic stator of the stator is made of separate magnetic éhackets in the form of segments with grooves, the winding is made of separate concentrated independent coils, the number of which is equal to

30 but the number of phases, the slots of the rotor magnetic circuit are made in the form of two diametrically located groups, in each of which current busbars of the same polarity are placed, both groups

35 grooves evenly distributed in

the limits of arcs of a circle are equal to the distance between the stator coils.

2. The device according to claim 1, about tl and 40 due to the fact that the number

individual stator packages are equal to <3 the number of stator winding coils.

3. The device pop. 1, characterized in that the distance

45 between the stator coils along the arc of a circle with the number of phases ta = 2 is equal to 90 °, and when the number of phases ta = 3 equals 120 °,

1485339

Fig.z

1485339

Fig.N

* “1 a II a 1 1 a a and a 111II · 11111 a 1 to ιΊ * "" G 1 a 1 ka111 aa aa 1 a a 1 1 a a * ί 1 and 1 1! a 1 a 1 | And "| + Ы4 · ττΗτΗττ 0 NN [PC | AgnutN " 911I | 119V * 11111II .! Η 1111N Я111 11 1 1 1 1 1 I D 1 11 1 ζ □ ΙΙΐρΐΙΓ * 1 1 1 | | I am 1 0 VI11 ί 1111 " ·. »1 1 1 I A ιιιΐιιΐι 1 a 1 a I 1 1 1 ιΐ 1 a 1 a 1 a 1 a 1 а 11 1 1 а а а 1 to 1 a a 1 a a a · ’ "| 14 g) n4 & by them UI | Ng »s TtItg + tg III111I · 7111111 ¹ hour 19 111 111 1 1H "| H1" 1 H 1 1 1 · I »ί ί ί ϊ * to

FIG. five

1485339

FIG. B