Спосіб контролю виткової ізоляції обмоток електричних машин та апаратів і пристрій для його здійснення

1. Спосіб контролю виткової ізоляції обмоток електричних машин і апаратів, при якому попередньо заряджений конденсатор періодично розряджають на випробовувану обмотку і по величині, що характеризує виникаючий при цьому загасаючий коливальний процес, роблять висновок про стан виткової ізоляції, що відрізняється тим, що в якості зазначеного величини вибирають гармонійні складові сигналу току або напруги у випробовуваній обмотці, попередньо задають спектр цих складових на рівні, безпечному для людини, потім протягом загасаючого коливального процесу фіксують значення обраних складових, порівнюють їх із значеннями складових заданого спектра, при цьому роблять висновок про придатність виткової ізоляції лише у випадку відповідності порівнюваних значень. 2. Пристрій для контролю виткової ізоляції обмоток електричних машин і апаратів, що містить ре A (54) СПОСІБ КОНТРОЛЮ ВИТКОВОЇ ІЗОЛЯЦІЇ ОБМОТОК ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН ТА АПАРАТІВ І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ 33736 ний процес, на 1/2 періоду коливань напруги відгуку (на час протікання по випробуваній котушці струму від накопичувального конденсатора). Попередньо заряджений напругою необхідної величини конденсатор розряджають на випробовувану обмотку або обмотку індуктивне пов'язаного з нею індуктора. Вимірювання величини середнього за період значення напруги, обраної для оцінки характеру загасаючого коливального процесу, що виникає при цьому, починають із затримкою на 1/2 періоду коливань цього процесу. Стан виткової ізоляції оцінюють по відхиленню величини цієї напруги при наявності дефекту від величини цієї напруги, вимірюваного на обмотці з нормальною ізоляцією. (А.с. к патенту Российской Федерации № 2035744, кл. G01R31/14. Способ контроля витковой изоляции обмоток электрических машин и аппаратов и устройство для его осуществления / Мединский Л.А. (РФ). - № 5003285; Заявл. 01.07.91; Опубл. 20.05.95; Бюл. № 14). Недоліком даного способу є складність у визначенні моменту необхідного початку вимірів, обговореного в способі як "момент досягнення струмом у випробуваній обмотці значення, близького до нуля" або 1/2 періоду загасаючих коливань. У зв'язку з чим навіть для обмотки або котушки з якісною ізоляцією можливі значні розходження при декількох вимірах середнього значення напруги, частина з яких можуть виходити за межі припустимого інтервалу для якісних обмоток даного типу. Крім того, оцінка характеру коливального перехідного процесу у випробовуваної імпульсною напругою конденсатора обмотці по середньому значенню за період напруги, як було сказано вище, не враховує форму перехідного процесу. Величини середнього за період значення напруги на випробовуваній обмотці у випадку якісної ізоляції і при наявності дефекту (фіг. 1 і 2) відрізняються менше ніж на 10%. Відомий пристрій для оцінки технічного стану обмоток електричних машин і індуктивних елементів, що містить трьохобмоточний трансформатор, перша обмотка якого з'єднана з мережею змінного струму, друга обмотка через розділювальний діод залучені до накопичувального конденсатора, а через тиристор - до випробовуваної обмотки. Третя обмотка трансформатора з'єднана з керуючим переходом тиристора через розділювальний діод і працює в протифазі з другою обмоткою. Тиристор шунтований оберненим діодом. До випробовуваної обмотки залучений вольтметр. (А.с. № 1628009, кл. G01R27/02. Устройство для оценки технического состояния обмоток электрических машин и индуктивных элементов / Галкин В.Г., Зинченко А.Н., Троянов А.А. (СССР). № 4641949/21; Заявл. 07.12.88; Опубл. 15.02.91; Бюл. № 6). Недоліком даного пристрою є постійна частота подачі імпульсів на випробовувану обмотку, причому частота ця є пов'язаною з частотою мережі, що живить. Це може негативно позначатися при іспитах потужних котушок із магнітним сердечником, що мають велику індуктивність і малий омічний опір обмотки, у яких коливальний перехідний процес не закінчується за один напівперіод напруги мережі, що живить. Крім того, у цьому пристрої напруга розряду, що досягає небезпечної для лю дини величини, виводиться безпосередньо на вимірювач. Вимірювач, що фіксує як характеристику загасаючого коливального перехідного процесу середнє значення напруги на обмотці, не дає достатньо достовірної інформації про стан її виткової ізоляції. Прототипом винаходу є відомий пристрій для контролю виткової ізоляції обмоток електричних машин та апаратів, що містить джерело напруги, накопичувальний конденсатор, силовий ключ, схему керування силовим ключем, подільник напруги, джерело імпульсної напруги, ключ, дві клеми для підключення об'єкта контролю, випрямлювач і вимірювач, у якому перший вивід джерела напруги з'єднаний з першим виводом накопичувального конденсатора, із першою клемою для підключення об'єкта контролю, із першим виводом дільника напруги, вихід схеми керування силовим ключем з'єднаний із керуючим входом силового ключа, перший вивід силового ключа з'єднаний із другою клемою для підключення об'єкта контролю, другим виводом дільника напруги, вхід і вихід джерела імпульсної напруги - відповідно з третім виводом дільника напруги і входом випрямлювача, що управляє входом ключа, перший і другий висновки якого з'єднані з виходом випрямлювача, із першим входом вимірювача і з першим виводом джерела напруги, із другим входом вимірювача, другий вивід силового ключа з'єднаний із другим виводом накопичувального конденсатора і другим виводом джерела напруги, а як джерело імпульсної напруги використаний формувач імпульсів тривалістю 1/2 періоду коливань напруги відгуку. (А.с. к патенту Российской Федерации № 2035744, кл. G01R31/14. Способ контроля витковой изоляции обмоток электрических машин и аппаратов и устройство для его осуществления / Мединский Л.А. (РФ). - № 5003285; Заявл. 01.07.91; Опубл. 20.05.95; Бюл. № 14). Недоліком пристрою є його недостатня чутливість до дефектів ізоляції, а також можливість перевірки якості виткової ізоляції тільки певного типу обмоток. У основу винаходу поставлена задача удосконалення засобу контролю виткової ізоляції обмоток електричних машин та апаратів, у якому вибір величини, що характеризує перехідний процес і попереднє особливе формування завдання дозволяють протягом загасаючого коливального процесу враховувати його форму, підвищувати точність контролю ізоляції й одночасно безпеку ведення робіт. Задача вирішується тим, що у відомому способі контролю виткової ізоляції обмоток електричних машин і апаратів, при якому попередньо заряджений конденсатор періодично розряджають на виробовувану обмотку і по величині, що характеризує виникаючий при цьому загасаючий коливальний процес, роблять висновок про стан виткової ізоляції, відповідно до винаходу, як зазначену величину вибирають гармонійні складової сигналу струму або напруги у виробовуваній обмотці, попередньо задають спектр цих складових на рівні, безпечному для людини, потім протягом загасаючого коливального процесу фіксують значення обраних складових, порівнюють їх із значеннями складових заданого спектра, при цьому роблять 2 33736 висновок про придатність виткової ізоляції лише у випадку відповідності порівнюваних значень. Крім того, в основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою для контролю виткової ізоляції, у якому введення нових елементів аналого-цифрового і цифро-аналогового перетворювачів, цифрової обчислювальної машини, блока пам'яті і монітора дозволяє враховувати форму загасаючого перехідного процесу у випробовуваній обмотці, підвищити чутливість приладу до дефектів виткової ізоляції обмотки незалежно від типу останньої. Задача вирішується тим, що у відомому пристрої для контролю виткової ізоляції обмоток електричних машин та апаратів, що містить регульоване джерело напруги, накопичувальний конденсатор, силовий ключ, першу клему для підключення об'єкта контролю, другу клему для підключення об'єкта контролю, подільник напруги, у якому перший вивід регульованого джерела напруги з'єднаний із першим виводом накопичувального конденсатора, першим виводом силового ключа, другий вивід якого з'єднаний із першою клемою для підключення об'єкта контролю і першого входу дільника напруги, другий вивід регульованого джерела напруги з'єднаний із другим виводом накопичувального конденсатора, другою клемою для підключення об'єкта контролю і другим входом дільника напруги, відповідно до винаходу, введені аналогоцифровий перетворювач, цифрова обчислювальна машина, блок пам'яті, монітор і цифроаналоговий перетворювач, причому вхід аналогоцифрового перетворювача з'єднаний із виходом дільника напруги, а його вихід з'єднаний із першим входом цифрової обчислювальної машини, другий вхід якої з'єднаний із блоком пам'яті, перший вихід цифрової обчислювальної машини з'єднаний з монітором, другий вихід - із входом цифроаналогового перетворювача, вихід якого з'єднаний із керуючим входом силового ключа. На фіг. 1 наведена осцилограма загасаючого перехідного процесу напруги відгуку в справній обмотці якорі машини постійного струму типу ДК661Б при подачі на її імпульсів напруги від накопичувального конденсатора. Віссю абсцис служить вісь часу у відносних одиницях. По осі ординат відкладена миттєва напруга відгуку У вольтах. На фіг. 2 подана осцилограма аналогічного перехідного процесу при іспиті якорі двигуна того ж типу, що має короткозамкнені витки. Позначення – подібно до фіг. 1. На фіг. 3 наведена функціональна схема пристрою для контролю виткової ізоляції обмоток електричних машин та апаратів, де 1 - регульоване джерело напруги, 2 - накопичувальний конденсатор, 3 - силовий ключ, 4 - перша клена для підключення об'єкта контролю, 5 - друга клема для підключення об'єкта контролю, 6 - подільник напруги, 7 - аналого-цифровий перетворювач, 8 цифрова обчислювальна машина, 9 - блок пам'яті, 10 - монітор, 11 - цифро-аналоговий перетворювач. У таблиці наведені значення амплітуд перших восьми гармонік напруги відгуку для сигналів, отриманих при іспиті двигунів постійного струму ДК661Б із якісною ізоляцією (верхній рядок) і ізоляцією, що має дефект (нижній рядок). Спосіб реалізовано таким чином. Накопичувальний конденсатор попередньо заряджають до необхідного для даного типу обмотки рівня від регульованого джерела напруги. У потрібний момент часу шляхом замикання силового ключа накопичувальний конденсатор розряджають на випробовувану обмотку або обмотку індуктивне пов'язаного з нею індуктора. Силовий ключ розмикають після подачі імпульсу, щоб забезпечити перехідний процес, обумовлений імпедансом об'єкту контролю, але не імпедансом накопичувального конденсатора. Поточний сигнал напруги відгуку безупинно і пропорційно знижують до рівня 5В (рівень входу аналого-цифрового перетворювача), безпечного для людини, за допомогою подільника напруги. У аналого-цифровому перетворювачі з частотою 25,6 кГц перетворюють миттєве значення напруги відгуку в цифровий код і передають його в цифрову обчислювальну машину. У ЦОМ перетворюють послідовності сигналів, одержуваних від аналого-цифрового перетворювача в набір гармонійних складових, і порівнюють отримані дані зі спектром цих складових, точніше, зі значеннями амплітуди і початкової фази кожної гармоніки, отриманими для еталонної обмотки даного типу. Еталонні спектри для обмоток кожного типу зберігають у блоці пам'яті і викликають по програмі в залежності від типу поточної обмотки, що проходить контроль. Гармонійні складові сигналу струму або напруги у випробовуваній обмотці одержують у ході Швидкого перетворення Фур'є з масиву, що складає з 2n миттєвих значень напруги, що вимірюється, де n- ціле число. Звичайно, як показує практика, немає необхідності в детальному аналізі по всіх гармонійних складових або навіть по великій їхній кількості. Так, у випадку з розглянутої вище секційної обмотки якоря машини постійного струму достатньо простежити 5-10 перших гармонік. Стан виткової ізоляції оцінюють по величині відхилення цих величин від заданого спектра. Висновок про придатність виткової ізоляції роблять лише у випадку відповідності порівнюваних значень. Висновок про придатність і якість виткової ізоляції виводять на монітор цифрової обчислювальної машини. У випадку, якщо випробують секційну обмотку, а також при іспиті котушкових обмоток різних типів, якщо перший імпульс і отримані по його результатах дані не дозволяють однозначно судити про придатність або непридатність ізоляції даної обмотки, через цифро-аналоговий перетворювач на керуючий вхід силового ключа видають завдання від ЦОМ на повторення дослідження. Силовий ключ замикають і знову розряджають конденсатор на випробовувану обмотку. Пристрій для контролю виткової ізоляції показано на фіг. 3. Пристрій містить регульоване джерело 1 напруги, накопичувальний конденсатор 2, силовий ключ 3, першу клему 4 для підключення об'єкта контролю, другу клему 5 для підключення об'єкта контролю, подільник 6 напруги, аналого-цифровий перетворювач 7, цифрову обчислювальну машину 8, блок пам'яті 9, монітор 10, цифро-аналоговий перетворювач 11, перший вивід регульованого джерела 1 напруги з'єднана з першим виводом 3 33736 накопичувального конденсатора 2, першим виводом силового ключа 3, другий вивід якого з'єднаний із першою клемою 4 для підключення об'єкта контролю і першого входу дільника напруги 6, другий вивід регульованого джерела 1 напруги з'єднаний з другим виводом накопичувального конденсатора 2, другий клемою 5 для підключення об'єкта контролю і другого входу дільника 6 напруги, вихід якого з'єднаний із входом аналогоцифрового перетворювача 7, вихід якого з'єднаний із першим входом цифрової обчислювальної машини 8, другий вхід якої з'єднаний із блоком пам'яті 9, перший вивід цифрової обчислювальної машини з'єднаний із монітором 10, другий вивід цифрової обчислювальної машини з'єднаний із цифроаналоговим перетворювачем 11, вихід якого з'єднаний із керуючим входом силового ключа 3, причому аналого-цифровий перетворювач 7, перетворить сигнал, пропорційний напрузі на об'єкті контролю Lx, що знімається з подільника 6 напруги, цифрова обчислювальна машина 8, виконує над отриманими з аналого-цифрового перетворювача 7 дискретними даними Швидке перетворення Фур'є і безупинно в процесі іспитів порівнює отримані значення гармонійних складових із спектром еталонної обмотки даного типу, що зберігається в блоці пам'яті 9. Додаткове підвищення чутливості до дефектів забезпечується тим, що як вимірювальний, аналізуючий й керуючий орган використана цифрова обчислювальна машина 8, а як характеристика загасаючого коливального перехідного процесу в об'єкті контролю - гармонійні складові напруги на ньому. Джерело напруги 1 виконане регульованим. Накопичувальний конденсатор 2 виконаний таким, що має можливість зміни ємності. Силовий ключ виконаний керованим по програмі. Працює пристрій у такий спосіб. Регульоване джерело 1 напруги заряджає накопичувальний конденсатор 2 до необхідного для котушки даного типу рівня. Силовий ключ 3, замикаючись, розряджає накопичувальний конденсатор на випробувану котушку, залучену до клем 4 і 5. Напруга відгуку ділиться в потрібне число разом подільником 6 напруги і подається на аналого-цифровий перетворювач 7, що перетворить безупинний сигнал у дискретний код, переданий на перший вхід цифрової обчислювальної машини 8. Цифрова обчислювальна машина 8 перетворить послідовність кодів у спектр гармонійних складової напруги відгуку і безупинно в процесі іспитів порівнює його зі спектром, отриманим для еталонної котушки даного типу, що зберігається в блоці пам'яті 9. Результати порівняння у виді висновків про придатність або непридатність даного об'єкта контролю виводяться на монітор 10 у вигляді, зручному для читання. Для підвищення гнучкості пристрою у відношенні типів і видів випробовуваних обмоток, силовий ключ 3 виконаний керованим по програмі від цифрової обчислювальної машини через цифро-аналоговий перетворювач 11. У макетному зразку описаного пристрою, що реалізує запропонований засіб, функції силового ключа виконувалися IGВТ-транзнстором. Імпульс відмикання і запирання цього транзистора формувався сигналом 10-вольтного 16-бітного цифроаналогового перетворювача з гальванічної розв'язкою каналів керування. При іспиті секційних обмоток якорів двигунів постійного струму ДК661Б (2,7 кВт, 600 В), що містить 5 рівнобіжних гілок, 27 витків, були отримані результати, показані в таблиці. Результати, наведені в таблиці, були отримані на обмотках одного типу, покладених на однакові якорі. У першому рядку - дані амплітуд гармонійних складових із першої по восьму для нової обмотки, прийнятої за еталонну (графік перехідного процесу - фіг. 1). В другому рядку - ті ж дані для обмотки, що має пробій виткової ізоляції. Останній рядок показує величину відносного відхилення амплітуди кожної гармонійної складової від еталона. Настільки істотні відхилення по окремих гармоніках, як 350%, 187% і навіть 104%, наочно свідчать про непридатність даної обмотки до подальшої експлуатації. Запропоновані засіб і пристрій для його здійснення мають істотно більш високу чутливість до дефектів ізоляції в порівнянні з прототипами. Це дозволяє надійно розрізняти дефекти ізоляції і зміни параметрів котушки, що не спричиняють втрати її працездатності (ступінь вологості ізоляції, варіації діелектричної проникності ізоляційного матеріалу, параметри магнітопроводу, на якому випробовується або експлуатується котушка), але впливають на відгук. Всі блоки пристрою легко реалізуються на широко поширених компонентах. Запропонований пристрій реалізований у виді дослідного зразка, орієнтованого на іспит виткової ізоляції котушкових обмоток електричних машин різноманітних типів і пройшов перевірку в науководослідницькій лабораторії Національної гірської академії України. Результати іспитів еталонної і дефектної обмоток одного типу Номер гармонійної складової напруги Амплітуда, В 1 2 3 4 5 6 7 8 Еталонна обмотка 91,15 100,3 120,1 164,9 293,2 395,9 166,0 91,5 Обмотка, що має дефект 195,1 204,5 222,1 251,6 300,1 378,7 478,0 473,7 Відхилення, % 114,1 104,0 84,91 52,59 2,38 4,35 187,9 349,5 4 33736 Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 3 5 33736 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6