Измерение тока ротора турбогенератора с бесщеточным возбуждением

Существует две системы:

• Ток ротора снимается со щеток и через шунт выводится на амперметр и цепи управления и защиты
• Либо же щеток нет и ток ротора никак не измерить напрямую

На заводе, где могут машину разобрать и собрать в два счета, производят снятие опытных характеристик, которые заносятся в паспорт на изделие и могут пригодиться в дальнейшем для определения тока ротора на бесщеточной системе возбуждения (БСВ).

Так как в мире инженерии нет ничего невозможного, то были придуманы различные способы для измерения тока ротора на турбогенераторах с бесщеточной системой возбуждения.

Каждый из этих методов живет в качестве запатентованного метода и просто так, в целях “измерений-испытаний”, быть использован не может без выполнения определенных условий-требований. Однако, рассказать о сути данных технологий - дело просветительское и для пытливых умов - полезное.

Рассмотрим два запатентованных метода измерения, один будет аналитически-теоретический, для реализации же второго варианта, необходимо будет залезть в сам ротор и немного “похимичить”. Каждый сам выберет, какой вариант ему по душе.

Косвенный способ определения тока ротора турбогенератора с БСВ

Данный способ представлен широкой публике в форме патента за номером 2011203, опубликованного 15.04.1994. В результате научной работы автора патента Полякова В.И. была представлена формула, позволяющая определять значение тока ротора:

В данной формуле присутствуют следующие составляющие:

Iр - определяемый ток ротора

Скз - коэффициент, равный отношению тока возбуждения возбудителя к току возбудителя. Определяется из заводской характеристики короткого замыкания.

Схх - коэффициент, равный отношению тока возбуждения возбудителя к напряжению возбудителя. Определяется из заводской характеристики холостого хода (отношение берется на прямолинейном участке кривой).

Характеристики холостого хода и короткого замыкания определяются заводом-изготовителем и могут находиться в паспорте на возбудитель вместе с другими результатами заводских испытаний.

iвв - ток возбуждения возбудителя, который можно определить амперметром, подключенным в цепь ВВ.

Uр - напряжение ротора, определяется вольтметром, подключенным к токосьемным щеткам, которые “снимают” напряжение с измерительных колец.

fн - номинальная частота вращения ротора возбудителя (это не 50Гц, а об/мин - то есть 1500, 3000 или другое значение).

f - частота вращения ротора возбудителя измеренная в ходе эксперимента с помощью тахометра или частотометра.

В интернетах и журналах пишут, что данным методом можно добиться точности измерения в 1%. Естественно с приборами класса точности 0,2 для ротора и возбудителя, и 0,5 - для статора. Также полезно упомянуть, что если знать мат модель и подключить приборы к ЭВМ, то значение тока ротора с требуемой погрешностью будет выводиться прямо на экран оператора, или же внедряться в систему АСУ для контроля.

Существует эксплуатационный способ определения тока ротора на БСВ с помощью индукционных датчиков. В данном случае датчик представляет собой разомкнутую катушку, которая расположена в нескольких милиметрах от вала ротора, на котором находятся токонесущие шпильки выпрямленного тока от возбудителя. При вращении ротора в датчике образуется синусоидальный сигнал.

Однако, данный метод не точный, так как на качество измерений оказывает влияние множество факторов: намагниченность вала, величина воздушного зазора, частота вращения ротора. Так как сама идея датчиков правильная, но расположение вблизи ротора не показывает нужных результатов, был изобретен следующий патент.

Метод измерения тока ротора с помощью датчика внутри ротора

Данный патент более современный, опубликован 20.06.2008 года за авторством Попова И.Н. Суть метода определения тока ротора описывается с помощью рисунка.

На рисунке показан вал ротора (1), токопроводящие медные полустержни (2) и (3), изоляционные элементы (5) и (4), и сам датчик (6).

В данном методе датчик, которым может быть настроенный датчик Холла, располагается внутри прокладки ротора (5). В этом случае на результат замера не влияют факторы, описанные выше (намагниченность, зазор, скорость вращения).

Способ хорош, однако, при его реализации на оборудовании, которое давно находится в работе, могут возникнуть определенные, возможно непреодолимые сложности. В данном случае аналитический способ выглядит более прогрессивным и доступным.

На стадии проектирования, например, при внедрении нового или замене старого ТГ, я бы отдал предпочтение именно способу с датчиком внутри ротора. Так как он более точный, в том плане, что определение постоянных с заводских характеристик КЗ и ХХ может вносить определенные неточности в косвенный метод.

Всё вышеописанное является ознакомительной информацией, при желании более глубоко изучить данную тему - по номерам патентов в гугле легко находится их подробное описание.