Устройство для диагностирования обмоток электрических машин
СОЮЭ СОВЕТСНИХ
llWMCI
РЕСПУБЛИН
O9l П1), Зцр G 01 R 31/06
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (2 1) 34 2 11 96/1 8-21 (27) 08.04. 82 (46) 23.03.84; Бюл. 9 11 (72) Д.И.Шашков, И.A Краснав., П.П.Кузьмин и В.A.Øîøìèí (71} Ленинградский ордена Трудового
Красного Знамени институт водного транспорта (53) 621.316.925 (088.8) (56) 1.Патент США 9 3667034, кл. 324-55, опублик. 1971.
2 .Патент США Р 3514696, кл.324-54, опублик. 19 /О.
З.Макаров P.À. и др. Диагностирование технического состояния приводов и тормозов строительных машин. М., Стройиздат, 1971. с. 61 (прототип J. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИ", РОВАНИЯ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее генератор зондирующих импульсов, выход которого соединен с зажимом для подключения одного из выводов диагностируемой обмотки, блок индикации, формирователь, вход которого соединен с одним зажимом для подключения одного из выводов диагностируемой обмотки, а выход ,через последовательно соединенные усилитель, первый пиковый детектор с одним из входов блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения степени износа обмоток, в устройство введены второй и третий пиковые детекторы, интегратор, блок опорного напряжения, блок вычислений, а усилитель выполнен с регулируемым коэффициентом усиления, причем выход блока опорного напряжения соединен с одним из входов блока сравнения, первый выход которого соединен соответственно с соответствующими входами генератора зондирующих сигналов, усилителя, первого, второго и третьего пиковых детекторов и интегратора, выход которого через третий пиковый детектор соединен с первым входом блока вычислений, а вход — с выходом усилителя и с одним из входов второго пикового детектора, выход которого соединен с вторым входом блока вычислений, выход которого соединен с блоком индикации, а третий вход— с вторым выходом блока сравнения.
1081570
2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок вычислений содержит первый и второй .управляемые ключи, и блоков допускового контроля и логический блок, причем первые входы первого и второго управляемых ключей соединены с третьим входом блока вычислений, . вторые входы указанных ключей соединены соответственно с первым и
Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к неразрушающим методам контроля обмотки электрических машин в процессе их изготовления и эксплуатации.
Известно устройство для контроля обмоток электрических машин, содержащее конденсатор, образующий резонансный контур с диагностируемой обмоткой Г 1 3
Недостатком данного устройства является его малая чувствительность к степени износа изоляции обмоток, т.е. некотооого промежуточного состояния износа обмоток.
Известно также устройство для 15 проверки изоляции проводов с помощью импульсов высокого напряжения, содержащего конденсатор, повышающий транс-. форматор, дискриминирующую схему и электрод Г23 20
Недостатками данного устройства являются: невозможность проверки степени износа изоляции электрических машин, находящихся в эксплуатации; необходимость использования импуль- 25 сов испытательного напряжения повышенной амплитуды из-за малых участков контролируемого провода (кабеля).
Повышение амплитуды испытательного напряжения может при повреждении изоляции привести к коронным разрядам, что разрушает изоляцию; ограниченные функциональные возможности устройства из-эа невозможности диагнастирования дефектов обмотки, вызванных изменением индуктивности (например, при деформации витков ); низкая чувствительность к определению дефектов типа "старение изоляции" (изменение тангенса угла потерь изоляции и т.п. ) из-за того, что в ис- 40 кусственно созданном колебательном контуре доля емкостной составляющей участка "электрод-провод" по сравнению с емкостной и индуктивной составляющими эталонной вторичной об- 45 моткам трансформатора мала. вторым входами блока вычислений, выход первого управляемого ключа соединен с первыми входами и блоков допускового контроля, выход второго управляемого ключа соединен с вторыми входами блоков допускового конт роля, выходы которых соединены с соответствующими входами логического блока, выход которого соединен с выходом блока вычислений.
Ъ
Наиболее близким по технической сущности является устройство для диагностирования обмоток электрических машин, содержащее генератор зондирующих сигналов, подключенный к одной из обмоток электрической машины, которая индуктивно связана с диагностируемой обмоткой. Указанная обмотка через последовательно соединенные формирователь, усилитель и детектор подключена к первому входу блока сравнения, к второму входу
1которого подключен выход генератора зондирующих сигналов. К выходу блока сравнения подключен блок индикации (3).
Данное устройство позволяет определять обрыв и наличие короткозамкнутых витков в обмотке, пробой изоляции на корпусе электрической маши ны, соответствие выводов обмотки клеммным зажимам.
Недостатком устройства является то, что оно не позволяет определять степень износа обмоток.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения степени износа обмоток.
Эта цель достигается тем, что в устройство для диагностирова:-.ия обмоток электрических машин, содержащее генератор зондирующих сигналов, выход которого соединен с зажимом для подключения одного из выводов диагностируемой обмотки, блок индикации, формирователь, вход которого соединен с зажимом для подключения одного из выводов диагностируемой обмотки, а выход через последовательно соединенные усилитель, первый пиковый детектор — с одним из входов блока сравнения, введены второй и третий пиковые детекторы, интегратор, блок опорного напряжения, блок вычислений, а усилитель выполнен с регулируеьим коэффициентом усиления, причем выход блока опорного напря1081570 жения соединен с одним из входов блока сравнения, первый выход которого соединен соответственно с соответствующими входами генератора зондирующих сигналов, усилителя, первого, второго и третьего пиковых детекторов и интегратора, выход которого через третий пиковый детектор соединен с первым входом блока вычислений, а вход — с выходом усилителя и с одним из входов второго пикового детектора, выход которого соединен с вторым входом блока вычислений, выход которого соединен с блоком индикации, а третий вход— с вторым выходом блока сравнения.
Кроме того, блок вычислений содержит первый и второй управляемые ключи, п блоков допускового контроля и логический блок, причем первые входы первого и второго управляемых ключей соединены с третьим входом блока вычислений, вторые входы указанных ключей соединены соответственно с первым и вторым входами блока вычислений, входы первого управляемого ключа соединены с первыми входами и блоков допускового контроля, выход второго управляемого ключа соединен с вторыми входами и блоков допускового контроля, выходы которых соединены с соответствующими входами логического блока, выход которого соединен с выходом блока вычислений.
На фиг. 1 представлена структур- 35 ная схема устройства; на фиг. 2 структурная схема блока вычислений устройства; на фиг. 3 — структурная схема логического блока блока вычислений; на фиг. 4 — структурная схема 40 блока допускового контроля; на фиг.5 структурная схема блока сравнения; на фиг. 6 — тря области значений параметров Х и г, соответствующих определенным значениям пробивного напряжения и соответственно определенной степени износа; на фиг. 7 две Области значений параметров 7 и соответствующих определенным значениям пробивного напряжения; на фиг. 8 — две плоскости в координатах
7(, и у, причем одна из них аппроксимирована соответствующей системой неравенств.
Устройство содержит генератор зондирующих сигналов 1, формирователь 2, 55 усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления, первый 4, второй 5 и третий 6 пиковые детекторы, блок 7 сравнения, интегратор 8, блок 9 опорного напряжения, блок 10 вычислений, 60 блок 11 индикации, диагностируемую обмотку 12.
Выход генератора 1 зондирующих сигналов соединен с зажимом для подключения одного из выводов диагностируемой обмотки 12. Вход формирователя 2 соединен с зажимом для подключения другого вывода диагностируемой обмотки, а выход через последовательно соединенные усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления, первый пиковый детектор 4 — с одним из входов блока 7 сравнения. Выход блока 9 опорного напряжения соединен с одним из выходов блока 7 сравнения, первый выход которого соединен соответственно с соответствующими входами генератора 1 зондирующих сигналов, усилителя 3 пиковых детекторов 4-6 и интегратора 8. Выход интегратора 8 через пиковый детектор 6 соединен с первым входом блока 10 вычислений, а вход соединен с выходом усилителя 3 и с одним иэ входов второго пикового детектора 5, выход которого соединен с вторым входом блока 10 вычислений. Выход блока 10 соединен с блоком 11 индикации, а третий вход с вторым выходом блока 7 сравнЕния.
Пиковые детекторы 4-6 предназначены для выделения и запоминания экстремальных значений поступающих на их входы сигналов. Пиковые детекторы 4 и 5 содержат фазоразличители, например диоды, которые позволяют запоминать в пиковом детекторе 4 только экстремальные значения положительных сигналов,.подаваемых на его вход, а в пиковом детекторе 5 экстремальные значения отрицательных сигналов.
Генератор 1 зондирующих сигналов предназначен для подачи специальных тестовых сигналов на вход диагностируемой обмотки электрической машины.
В качестве тестовых сигналов могут быть использованы, например, прямоугольные импульсы напряжения между одним из выводов обмотки электричес кой машины и ее корпусом.
Формирователь 2 предназначен для выделения периодической составляющей затухающих колебаний разности потенциалов между одним иэ выводов диагностируемой обмотки и корпусом электрической машины.
Блок 10 вычислений (фиг. 2) содержит первый 13 и второй 14 управляющие ключи, и блоков 15 допускового контроля и логический блок 16.
При этом первые входы ключей 13 и 14 соединены с третьим входом блока 10 вычислений, а вторые входы укаэанных ключей соединены соответственно с первым и вторым входами блока 10 вычислений. Выход первого ключа 13 соединен с первыми входами и блоков
15 допускового контроля, выход второго ключа 14 соединен с вторыми входали и блоков 15 допускового контроля, выходы которых соединены с соответствующими входами логического блока 16.
1081570
Выход блока 16 соединен с выходом блока 10 вычислений.
При наличии в блоке 10 двух блоков 15 допускового контроля блок 10 (фиг. 3 ) содержит первый 17, второй
18, третий 19 элементы И, а также
5 первый 20 и второй 21 элементы HE.
При этом выход первого блока допускового контроля 15 подключен к первому входу перво о элемента 17 И и через первый элемент 20 НŠ— к первым входам элементов И 18 и 19.
Выход второго блока 15 допускового контроля подключен к вторым входам элементов И 17 и 18 и через второй элемент НЕ 21 — к второму входу 15 элемента И 19.
Блок 15 допускового контроля блока 10 вычислений содержит квадратор
22, элемент И 23 и четыре сумматора 24 на операционных усилителях (фиг. 41 °
Блок. 7 сравнения (фиг. 51 содержит операционный усилитель 25, работающий в режиме вычитания и нульорган 26. При этом к инверсному 25 входу усилителя 25 подключен выход блока 9 опорного напряжения, а к прямому - выход пикового детектора 4.
Выход усилителя 25 подключен к входу нуль-органа 26, выход которого совместно с выходом усилителя 25 является выходами блона 7 сравнения.
Устройство работает следующим образом.
На обмотку 12 генератора 1 подается зондирующий тест-сигнал. Если обмотка 12 оборвана, то на выходе формирбвателя 2 выходной сигнал будет отсутствовать. Так как на обоих, входах блока 7 сравнения сигналы не. будут равны, то на выходе блока 7 появится сигнал, который увеличит коэффициент усиления усилителя 3, смещая рабочую точку, например, транзистора. Одновременно сигнал с выхода блока 7 поступит на вход гене ратора 1, который вновь подает тестовый сигнал на обмотку 12 и т.д.
В результате чего процесс будет повторяться и блок 11 индикации зафиксирует обрыв в обмотке 12. 50
Для определения степени износа на обмотку 12 подают тестовый сигнал, например разность потенциалов между обмоткой 12 и корпусом машины. формирователь 2 выделяет нериодичес- 55 кую составляющую U(41возникающих при этом затухающих колебаний. Усилитель
3 умножает 0(С1 на величину Ф . При этом выходной сигнал усилителя 3 подается иа соответствующие входы 60 детекторов 4,5 и интеграторов 8.
При этом пиковый детектор 4 запоминает экстремальное значение А первой полуволны" затухающих колебаний ЪО(Ф1,пиковый детектор 5 запоминает экстремальные значения А 2 второй полуволны затухающих колебаний
fc U(t1, интегратор 8 производит интегрирование сигнала RU(tl в интервале времени 0- Т, равном длительности первого периода затухающих коТ лебаний сигнала ku(tj-g(+1= % 0(t1с31 ° о
Пиковый детектор 6 запоминает экстре мальное значение А; сигнала у (Ц .
Зная величины A „, А2, можно определить величину декремента относительного затухания Х = A /А„. Для оценки величины g по из вест нйм A и А требуется блок деления. Для исключения блока деления выходной сигнал пикового детектора A сравнивает. ся в блоке 7 сравнения:" величиной опорного напряжения Uon, подаваемого на второй вход блока 7 сравнения с выхода блока 9 опорного на. ряжения.
Напряжение0 п принято за единицу. При этом сигнал U подается на инверсный оп вход усилителя 25 блока 7 сравнения, а сигнал A „детектора 4 — на прямой вход усилителя 25. Выходной сигнал усилителя 25 К =(А — Ооп) подается на вход нуль-органа 26 и на входы пиковых детекторов 4-6, интегратора 8, усилителя 3 и на вход генератора 1 зондирующих сигналов. Если
fcL! > Е д, где E„— порог срабатывания нуль-органа 26, то сигнал с выхода усилителя 25 стирает ранее запомненные величины в пиковых детекторах 4-6 и в интеграторе 8. Сигнал с выхода операционного усилителя 25 подается в усилитель 3 и регулирует в нем положение рабочей точки на характеристике. По данному сигналу усилитель 3 изменяет величк ну . Затем генератор 1 зондирующих сигналов при поступлении íà его вход сигнала с первого выхода блока 7 сравнения вновь подает тестовый сигнал на вход контролируемой обмотки 12 электрической машины. Затем процесс диагности. -роваиия повторяется аналогично описанному. Процесс заканчивается, когда вели— чина,;(, станет не больше величины Дп.
При 1ф1< gä появится сигнал на выходе нуль-органа 26 блока 7 сравнения, который подается на третий вход блока 10 вычислений, на первый и второй входы которого поступают сигна лы с выходов пиковых детекторов 5,6,рав ные соответственно значениям х и 1(При подаче сигнала с нуль-органа
26 блока 7 сравнения в блоке 10 вычислений открываются ключи 13 и 14.
Тогда сигналы с выходов пиковых детекторов 5 и 6 через открытые ключи 13 и
14 подаются на входы соответствующих блоков 15 допускового контроля, которые работают следующим образом.
1081570
Предположим, что величина из носа контролируемых обмоток разбита на две степени, соответствующие двум значениям пробивного напряжения
Ипр Vnp 2 (Unp2(Un „) . Этим двУм з начениям пробивного напряжения U
ЛР 1 °
UÄp2 . на плоскости параметров у, г соответствуют две области значений
5 и 6 (5„< 6 ) (фиг. 7) . При этом под областью G понимается множество значений величин х,g, при которых величина пробивного напряжения не менее заданной Vnp . Эти области можно определять, например, методом статистических испытаний следующим образом. В камеру испытаний погружают N контролируемых обмоток и P скруток. Затем обмотки и скрутки подвергают определенным воздействиям температуре, влажности, вибрации и т.д.} . При определенном уров не воздействия у обмоток измеряют значения Х и, а для части скруток определяют V<, пробивая их. Пробитые скрутки исключают из дальнейшего исследования. На плоскости параметров у,т наносят точки, соответствующие измеренным значениям Х,.g Unp
Затем оставшиеся скрутки и обмоткй .подвергают новому воздействию, и цикл определения новых значенйй .
Z,т,0„ повторяют. После окончания процесса испытаний плоскость параметров у, у, которым соответствует определенное значение пробивного напряжения }7д и соответственно определенная степень износа обмоток.
Если имеется две области, то блок 10 вычислений содержит один блок 15 допускового контроля, контролирующего нахождение парамеъфов
Х, З в области С „или ц (фиг. 7), и не содержит логического блока 16.
5 . Так как область 5 может иметь слож1 ную геометрическую форму, то ее границу аппроксимируют. Предположим, что область 4„можно а проксгмировать следующей системой неравенств!
04 Х(М
0< у (2,5 . Х -Cga « 2 х g-з<о 1О З-О данное устройство позволяет наряду с такими дефектами, как обрыв и т.д., определять степень износа изоляции обмоток электрических мадин, что позволяет уменьшить время и затраты на ремЪнт, обосйбвать сроки проведения профилактических работ, повысить эксплуатационную надежность электрических машин. Для определения соответствия выводов обмоток клеммным зажимам сигналы с генератора 1 поочередно подают между каждой из фазных обмоток электрической машины, например трехфазного двигателя, и корпусом. Если выходные сигналы со всех обмоток примерно одинаковы, то это говорит о соответствии выводов обмоток клем25 мным зажимам. Если сигналы отличаются друг от друга, то в какой-лйбЬ обмотке имеет место дефект, в частности несоответствие подключения выводов обмотки клеммным зажимам 1081570 1081570 Рме. 8 Тираж 711 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР rfo делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5. Заказ 1544/41 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проентная,4 Составитель Е.Березов Редактор С.Патрушева Техред М.Кузьма Корректор С.Шекмар
