RU2340905C1 - Measuring current transformer for dc machine sparking indication devices - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is related to electrical engineering and may be used in design of measuring current transformers for devices of sparking rating in collector of DC machines, measurement of overload currents and leakage currents in composition of automated systems for monitoring of switching and collector devices condition. Measuring current transformer has primary winding in the form of conductor with measured current, which passes through the ring of toroidal core, and secondary winding intended for connection to indication device. Primary and secondary windings are isolated from each other, at that primary winding conductor in the field of core is branched into two parallel branches. One of parallel branches of the primary winding is arranged in the form of conducting pin installed in cartridge from the same material, and insulation holder isolated from it. Specified cartridge is the second branch of conductor. These two parallel branches of conductor of the primary winding are connected back-to-back by means of loop that embraces the core, so that current flows in them in opposite directions, at that specified parallel branches of the primary winding are equipped with terminals for connection to two different parts of split brush. The second ends of these branches are connected with terminal for connection to brush holder of this brush. Transformer is installed into take-down vessel and is filled with compound.

EFFECT: creation of reliable and compact device, provision of wide dynamic range of current measurement.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании измерительных трансформаторов тока для устройств оценки искрения на коллекторе машин постоянного тока, измерения токов перегрузки и токов утечки в составе автоматизированных систем контроля состояния коммутационных и коллекторных устройств. Для оценки искрения регистрируют величину и форму тока, протекающего между отдельными частями разрезной щетки, установленной в обойму щеткодержателя. Сущность метода заключается в том, что по отдельным частям разрезной щетки протекают разные по величине токи, обусловленные дополнительным коммутационным током, названным поперечным. Если отдельные части щетки изолированы друг от друга, то при вращении якоря электрической машины по двум частям разрезной щетки будут протекать токи, отличающиеся на величину дополнительного т.н. поперечного тока щетки, возникающего при замыкании секцией коллекторного кольца обеих частей щетки.The invention relates to electrical engineering and can be used in the design of measuring current transformers for devices for evaluating sparking on a collector of DC machines, measuring overload currents and leakage currents as part of automated systems for monitoring the status of switching and collector devices. To evaluate the sparking, the magnitude and shape of the current flowing between the individual parts of the cutting brush installed in the holder of the brush holder are recorded. The essence of the method is that different parts of the split brush flow currents of different magnitude, due to the additional switching current, called transverse. If the individual parts of the brush are isolated from each other, then when the armature of the electric machine rotates, two parts of the split brush will flow currents that differ by the amount of additional so-called. lateral current of the brush that occurs when the section of the collector ring closes both parts of the brush.

Известны измерительные трансформаторы тока, содержащие первичную обмотку в виде проводника, охваченного тороидальным магнитопроводом, на котором расположена вторичная (измерительная) обмотка (см. SU 662983, SU 1330672).Known measuring current transformers containing the primary winding in the form of a conductor covered by a toroidal magnetic circuit on which the secondary (measuring) winding is located (see SU 662983, SU 1330672).

Недостатком таких устройств является насыщение сердечника при больших токах, которое приводит к неработоспособности устройства.The disadvantage of such devices is the saturation of the core at high currents, which leads to inoperability of the device.

Известен измерительный трансформатор тока, в котором эффекты насыщения полностью или частично компенсируются, например измерительный трансформатор тока по патенту ЕР 0294590, в котором магнитное поле, генерируемое в магнитном сердечнике первичной обмоткой за счет протекания измеряемого тока, компенсируется магнитным полем, генерируемым во вторичной обмотке за счет протекания компенсационного тока. Такой измерительный трансформатор представляет собой тороидальный сердечник, через который проходит проводник первичной обмотки, проводящий измеряемый ток. Указанный сердечник по всей окружности покрыт вторичной обмоткой. В этом случае достигается равномерное распределение магнитного потока по всей окружности сердечника, результатом которого является широкий диапазон измерения. Однако полная обмотка сердечника для многих применений слишком дорога и трудоемка по конструкции.A measuring current transformer is known in which the effects of saturation are fully or partially compensated, for example, a measuring current transformer according to patent EP 0294590, in which the magnetic field generated in the magnetic core by the primary winding due to the flow of the measured current is compensated by the magnetic field generated in the secondary winding due to flow compensation current. Such a measuring transformer is a toroidal core through which the primary conductor passes, conducting the measured current. The specified core is circumferentially coated with a secondary winding. In this case, a uniform distribution of magnetic flux over the entire circumference of the core is achieved, the result of which is a wide measurement range. However, the full core winding for many applications is too expensive and time-consuming in design.

Известен измерительный трансформатор (US 7057485), имеющий широкий измерительный диапазон, который также выполнен на основе тороидального сердечника.Known measuring transformer (US 7057485) having a wide measuring range, which is also made on the basis of a toroidal core.

В указанном измерительном трансформаторе предусмотрен, по крайней мере, один дополнительный проводник, присоединенный параллельно проводнику первичной обмотки и расположенный в области сердечника, где происходит возникновение потока, таким образом, что поток компенсируется, по крайней мере, частично, током, протекающим по этому проводнику в противоположном направлении. В описании к указанному патенту представлено несколько вариантов расположения дополнительного проводника. Указанный измерительный трансформатор тока принят нами за прототип.At least one additional conductor is provided in said measuring transformer, connected parallel to the primary conductor and located in the core region where the flow occurs, so that the flow is compensated, at least in part, by the current flowing through this conductor in the opposite direction. In the description of the said patent several options for the location of the additional conductor are presented. The specified measuring current transformer is accepted by us as a prototype.

Недостатками указанного измерительного трансформатора тока для применения его в устройствах оценки искрения на коллекторе машин постоянного тока являются: все еще остающееся насыщение сердечника за счет неполной компенсации магнитного потока, влияющее на точность измерения, большие габариты трансформатора и неудобная конструкция, не позволяющие его установку на щеткодержателе одной из щеток коллектора.The disadvantages of the specified measuring current transformer for use in devices for evaluating sparking on the collector of direct current machines are: the remaining saturation of the core due to incomplete compensation of the magnetic flux, affecting the measurement accuracy, the large dimensions of the transformer and the inconvenient design that does not allow its installation on the brush holder of one from collector brushes.

Цель изобретения: создание надежного и компактного трансформатора тока, который можно присоединить в цепь токоподвода разрезной щетки коллектора без изменения конструкции щеточно-коллекторного узла и который обеспечивает широкий динамический диапазон измерения тока для регистрации искрообразования.The purpose of the invention: the creation of a reliable and compact current transformer, which can be connected to the current path of the split collector brush without changing the design of the brush-collector assembly and which provides a wide dynamic range of current measurement for detecting spark formation.

Техническая задача изобретения в этом случае избежать протекания больших токов по первичной обмотке измерительной цепи и исключить намагничивание ферромагнитного сердечника, обеспечить измерение высокочастотной составляющей дополнительного тока, протекающего между отдельными частями разрезной щетки, с устранением постоянной составляющей тока коммутируемой секции.The technical task of the invention in this case is to avoid the flow of large currents along the primary winding of the measuring circuit and to exclude magnetization of the ferromagnetic core, to ensure the measurement of the high-frequency component of the additional current flowing between the individual parts of the cutting brush, with the elimination of the DC component of the current of the switched section.

Кроме того, целью изобретения является создание трансформатора с размерами, позволяющими его установку на щеткодержателе, не создавая помех другому оборудованию.In addition, the aim of the invention is to provide a transformer with dimensions that allow its installation on the brush holder without interfering with other equipment.

Поставленные цели достигаются тем, что измерительный трансформатор тока для устройств индикации искрения машин постоянного тока, как и прототип, имеет первичную обмотку в виде проводника с измеряемым током, проходящего через кольцо тороидального сердечника, и вторичную измерительную обмотку, соединенную с устройством индикации. Первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга, при этом проводник первичной обмотки в области сердечника разветвлен на две параллельные ветви. В отличие от прототипа, одна из параллельных ветвей первичной обмотки выполнена в виде проводящей шпильки, помещенной в гильзу из такого же материала и изолированной от нее изоляционной обоймой. Указанная гильза является второй ветвью проводника. Две эти параллельные ветви проводника первичной обмотки соединены встречно посредством петли, охватывающей сердечник, таким образом, что по ним протекает ток в противоположных направлениях, при этом указанные параллельные ветви первичной обмотки снабжены клеммами для подключения к двум разным частям разрезной щетки. Вторые концы этих ветвей соединены и снабжены клеммой для подключения к щеткодержателю данной щетки.The goals are achieved in that the current measuring transformer for indicating devices for sparking DC machines, like the prototype, has a primary winding in the form of a conductor with a measured current passing through the ring of the toroidal core, and a secondary measuring winding connected to the indicating device. The primary and secondary windings are isolated from each other, while the conductor of the primary winding in the core region is branched into two parallel branches. Unlike the prototype, one of the parallel branches of the primary winding is made in the form of a conductive stud placed in a sleeve of the same material and isolated from it by an insulating clip. The specified sleeve is the second branch of the conductor. These two parallel branches of the primary conductor conductor are connected counter-by means of a loop covering the core, so that current flows in opposite directions along them, while these parallel branches of the primary winding are provided with terminals for connecting to two different parts of the split brush. The second ends of these branches are connected and provided with a terminal for connecting this brush to the brush holder.

Трансформатор помещен в разборный корпус и залит компаундом.The transformer is placed in a collapsible housing and filled with a compound.

При этом постоянные составляющие токов параллельных ветвей первичной обмотки, которые направлены встречно друг другу, уничтожаются, не замагничивая сердечник, а переменные составляющие суммируются. За счет выполнения параллельных проводников первичной обмотки в виде шпильки и гильзы, изолированных друг от друга, конструкция измерительного трансформатора получается компактной и обеспечивает возможность его установки на щеткодержателе одной из щеток. Соединение параллельных проводников с различными частями разрезной щетки дает возможность измерять дополнительный ток, возникающий при замыкании секцией коллекторного кольца обеих частей щетки.In this case, the constant components of the currents of the parallel branches of the primary winding, which are directed counter-to each other, are destroyed without magnetizing the core, and the variable components are added up. Due to the parallel conductors of the primary winding in the form of studs and sleeves, isolated from each other, the design of the measuring transformer is compact and makes it possible to install it on the brush holder of one of the brushes. The connection of parallel conductors with different parts of the split brush makes it possible to measure the additional current that occurs when the collector ring closes both parts of the brush.

Далее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено: фиг.1 - схема трансформатора в разрезе, поясняющая его конструкцию, фиг.2 - фотография выполнения трансформатора, установленного на щеткодержателе.The invention is further illustrated by the drawings, in which: FIG. 1 is a sectional diagram of a transformer explaining its structure, and FIG. 2 is a photograph of a transformer installed on a brush holder.

Измерительный трансформатор тока для индикации искрения, показанный на фиг.1, состоит из тороидального сердечника 1, две встречно включенные первичные обмотки которого подсоединены соответственно к двум частям разрезной щетки. В качестве этих двух первичных обмоток служат шпилька 2 из материала с высокой проводимостью, проходящая через кольцо сердечника, и окружающая ее гильза 3 из такого же материала, между которыми расположен изолирующий слой 4. Проводник 2 снабжен клеммой 5 для его подключения к одной из частей разрезной щетки. Гильза 3 имеет отвод 6 с клеммой 7 для подключения к другой части разрезной щетки. Обмотки 2 и 3 соединены между собой встречно посредством петли 8, охватывающей сердечник 1. Соединение обмоток 2 и 3 снабжено клеммой 10 для подключения к щеткодержателю этой щетки. Вторичная обмотка 9 имеет множество витков, намотанных на сердечник 1, ее выводы соединены с нагрузочным сопротивлением (не показано), сигналы с которого, характеризующие интенсивность искрения, регистрируются измерительным прибором.Measuring current transformer for indicating sparking, shown in figure 1, consists of a toroidal core 1, two counterclockwise primary windings of which are connected respectively to two parts of the split brush. As these two primary windings, a stud 2 of a highly conductive material passing through the core ring and a sleeve 3 surrounding it of the same material, between which an insulating layer 4 is located, is used. The conductor 2 is equipped with a terminal 5 for connecting it to one of the split parts brushes. The sleeve 3 has a tap 6 with terminal 7 for connecting to another part of the split brush. The windings 2 and 3 are interconnected in the opposite way through a loop 8, covering the core 1. The connection of the windings 2 and 3 is provided with a terminal 10 for connecting this brush to the brush holder. The secondary winding 9 has many turns wound around the core 1, its leads are connected to a load resistance (not shown), the signals from which, characterizing the intensity of sparking, are recorded by a measuring device.

Для повышения надежности работы трансформатора в составе щеточно-коллекторного узла машин постоянного тока он помещен в разборный металлический корпус и залит компаундом, обладающим высокими изолирующими свойствами. Общий вид датчика на основе трансформатора, установленного на щеткодержателе, показан на фиг.2.To increase the reliability of the transformer as part of the brush-collector assembly of DC machines, it is placed in a collapsible metal housing and filled with a compound having high insulating properties. A general view of a sensor based on a transformer mounted on a brush holder is shown in FIG.

Устройство работает следующим образом. Датчик тока на основе измерительного трансформатора по данному изобретению устанавливают на щеткодержателе одной из щеток, без изменения конструкции щеточно-коллекторного узла, как это показано на фиг.2. Вторичную обмотку соединяют с нагрузочным сопротивлением, соединенным с регистрирующим прибором. При вращении якоря электрической машины по двум частям разрезной щетки протекают токи, отличающиеся на величину дополнительного т.н. поперечного тока щетки, возникающего при замыкании секцией коллекторного кольца обеих частей щетки. Ток I, поступающий с клеммы 10, делится на два тока I₁ и I₂, проходящие по параллельным ветвям 2 и 3 первичной обмотки. На фиг.1 видно, что токи I₁ и I₂ протекают в области отверстия сердечника 1 в разных направлениях. Токи каждой из частей щетки создают свои потоки в ферритовом сердечнике 1 трансформатора тока, определяемые токами, протекающими в ветвях 2 и 3. Постоянные составляющие токов параллельных ветвей 2 и 3 первичной обмотки, которые направлены встречно друг другу, уничтожаются, не замагничивая ферритовый сердечник 1, а переменные составляющие суммируются, удваивая регистрируемый ток, наводимый во вторичной обмотке 9. В итоге, с нагрузочного сопротивления вторичной обмотки снимается сигнал, пропорциональный удвоенному значению дополнительного тока. Таким образом, обеспечивается широкий динамический диапазон измерения тока для регистрации искрообразования. Трансформатор имеет размеры, позволяющие его установку на щеткодержателе одной из щеток без препарирования конструкции электрической машины.The device operates as follows. A current sensor based on the measuring transformer of the present invention is mounted on the brush holder of one of the brushes, without changing the design of the brush-collector assembly, as shown in FIG. The secondary winding is connected to a load resistance connected to a recording device. When the armature of the electric machine rotates in two parts of the split brush, currents flow that differ by the amount of the additional so-called. lateral current of the brush that occurs when the section of the collector ring closes both parts of the brush. The current I coming from terminal 10 is divided into two currents I ₁ and I ₂ passing through the parallel branches 2 and 3 of the primary winding. Figure 1 shows that the currents I ₁ and I ₂ flow in the region of the hole of the core 1 in different directions. The currents of each part of the brush create their own flows in the ferrite core 1 of the current transformer, determined by the currents flowing in branches 2 and 3. The constant components of the currents of the parallel branches 2 and 3 of the primary winding, which are directed opposite each other, are destroyed without magnetizing the ferrite core 1, and the variable components are added together, doubling the detected current induced in the secondary winding 9. As a result, a signal proportional to the doubled value of the additional value is removed from the load resistance of the secondary winding time. Thus, a wide dynamic range of current measurement is provided for detecting spark formation. The transformer has dimensions that allow its installation on the brush holder of one of the brushes without dissecting the design of the electric machine.

Устройство индикации искрения, выполненное на основе заявляемого изобретения, может быть успешно применено для диагностики и мониторинга состояния искрения в процессе эксплуатации. Разработанный измерительный трансформатор тока успешно испытан в условиях испытательной станции локомотивного депо Тайга, а также в условиях реальной эксплуатации тяговых электродвигателей на электровозе.A spark indication device based on the claimed invention can be successfully used for diagnosing and monitoring the state of sparking during operation. The developed measuring current transformer was successfully tested in the conditions of the testing station of the Taiga locomotive depot, as well as in the conditions of the actual operation of traction electric motors on an electric locomotive.

Claims (2)

1. Измерительный трансформатор тока для устройств индикации искрения машин постоянного тока, в котором первичная обмотка образована проводником с измеряемым током, проходящим через кольцо тороидального сердечника, вторичная измерительная обмотка, намотанная вокруг сердечника, предназначена для соединения с устройством индикации измеряемого тока, при этом указанные первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга, и проводник первичной обмотки в области сердечника разветвлен на две параллельные ветви, отличающийся тем, что одна из параллельных ветвей первичной обмотки выполнена в виде проводящей шпильки, помещенной в гильзу из такого же материала, являющуюся второй ветвью первичной обмотки, указанные шпилька и гильза в области сердечника изолированы друг от друга изоляционной обоймой и соединены встречно посредством петли, охватывающей сердечник, таким образом, что по ним протекает ток в противоположных направлениях, указанные параллельные ветви первичной обмотки снабжены клеммами для подключения к двум разным частям разрезной щетки, а вторые концы этих ветвей соединены и снабжены клеммой для подключения к щеткодержателю данной щетки.1. Measuring current transformer for the indication of sparking of DC machines, in which the primary winding is formed by a conductor with a measured current passing through the ring of the toroidal core, a secondary measuring winding wound around the core is designed to connect to the measuring current indication device, while the primary and the secondary windings are isolated from each other, and the conductor of the primary winding in the core region is branched into two parallel branches, characterized in that one and from parallel branches of the primary winding is made in the form of a conductive stud placed in a sleeve of the same material, which is the second branch of the primary winding, these studs and sleeves in the core region are isolated from each other by an insulating cage and are connected counter-by means of a loop covering the core, thus that current flows in opposite directions, the parallel branches of the primary winding are provided with terminals for connecting to two different parts of the split brush, and the second ends of these Yours are connected and equipped with a terminal for connecting this brush to the brush holder. 2. Измерительный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что он помещен в разъемный корпус и залит компаундом.2. The measuring transformer according to claim 1, characterized in that it is placed in a detachable housing and filled with a compound.

Images