Способ контроля изоляции обмоток статоров трехфазных электрических двигателей и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области испытания и контроля изоляции обмоток статоров электрических машин с глухим соединением концов фаз. Устройство для реализации способа контроля изоляции обмоток содержит 2 генератора (1, 4), 4 фильтра (5, 6. 7, 8), 2 сопротивления (9, 10). 2 измерительных блока (11, 12), 2 самопишущих милливольтметра (13, 14), 2 компаратора с памятью (15, 16), 1 коммутатор (17), 3 трехполюсных выключателя. 1-5-9-11-13- 15-17. 1-6-10-12-14-10, 4-7-9-17, 4-8- 10-17. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 31/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4833070/21 (22) 07.03.90 (46) 23.02,93, Бюл. N- 7 (71) Азербайджанский научно-исследовательский электротехнический институт Производственного обьединения "Азерэлектромаш" (72) О,А.М.Алекперов, Д,О.Оруджев и

Н.Х.Худиев (56) Р.Г.Гемке Неисправности электрических машин, Л.: Энергоиздат, Лен. отделение, 1989, Авторское свидетельство СССР

N. 458782, кл. G 01 R 31/06, 1972. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК CTATOPOB ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТ„„Я „„1797082 А1

РИЧЕСКИХДВИГАТЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области испытания и контроля изоляции обмоток стато. ров электрических машин с глухим соединением концов фаз. Устройство для реализации способа контроля изоляции обмоток содержит 2 генератора (1, 4), 4 фильтра (5, 6, 7, 8), 2 сопротивления (9, 10), 2 измерительных блока (11, 12), 2 самопишущих милливольтметра (13, 14), 2 компаратора с памятью (15, 16), 1 коммутатор (») 3 трехполюсных выключателя. 1 — 5-9 — 11 — 1315-17, 1 — 6 — 10 — 12-14 — 10, 4 — 7 — 9 — 17, 4 — 8—

10 — 17, 8 ил.

1797082

Изобретение относится к области испытания и контроля изоляции обмоток статоров электрических машин с глухим соединением концов фаз.

Известен способ контроля изоляции обмоток, включающий измерение тока, протекающего в обмотках статора и определение наличия короткозамкнутых витков по несимметрии потребляемого из сети тока.

Этот способ не позволяет обнаружить межфазные замыкания при испытаниях обмоток высоким импульсным напряжением.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ контроля изоляции обмоток, заключающийся в том, что на объект контроля подают одновременно два напряжения, первое из которых имеет повышенную по сравнению с рабочей частоту и пониженную по сравнению с рабочей амплитуду, причем первое из напряжений подают непрерывно, а вторОе кратковременно, осуществляют контроль тока в цепи второго напряжения.

Известное устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит два источника питания, подсоединенные каждый через заградительный фильтр напряжения частоты другого источника к клеммам для подключения объекта контроля, измерители тока.

Недостатком известного способа и устройства является невысокая достоверность контроля, так как они не позволяют определить межфаэные замыкания при испытаниях обмоток статора высоким импульсным напряжением.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля.

Для достижения поставленной цели в способе контроля изоляции обмоток, заключающемся в том, что на объект контроля подают одновременно два напряжения, первое из которых имеет повышенную по сравнению с рабочей частоту и пониженную по сравнению с рабочей амплитуду, причем первое из напряжений подают непрерывно, а второе кратковременно, осуществляют контроль тока в цепи второго напряжения, контроль изоляции осуществляют в три этапа с испытанием комбинаций пар обмоток с фиксированным временем испытаний, на каждом из этапов подают повышенной частоты и пониженных уровней синусоидальные напряжения, противоположные по фазе и равные по амплитуде, на выводы двух обмоток статора при заземленном выводе третьей обмотки, измеряют напряжения, пропорциональные токам через испытуемые обмотки, затем подают испытательные импульсы высокого напряжения в противоположных фазах от второго источника напряжений на выводы тех же двух испытуемых обмоток до пробоя, измеряют напряжения, пропорциональные токам через эти обмотки, определяют реакции испытуемых обмоток, сравнивая для первой и второй . испытуемых обмоток зти напряжения до и после подачи испытательных импульсов, причем пробой межфазовой изоляции определяют в соответствии с дизъюнкцией пер10 вого, второго и третьего событий, а пробой межвитковой изоляции определяют в соответствии с дизъюнкцией четвертого и пятого событий, где первое событие — на двух этапах испы15 таний из трех отсутствуют реакции испытуемых обмоток; второе событие — на одном из трех этапов испытаний нет реакций испытуемых обмоток, а на двух других этапах реакции

20 испытуемых обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов не равны, как и реакции обмоток второй и первой, третье событие — на трех этапах испытаний имеются реакции испытуемых обмоток, а на двух этапах из них реакции испытуемых обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции обмоток второй и первой;

З0 четвертое событие — на одном из трех этапов испытаний отсутствуют реакции первой и второй испытуемых обмоток, а на двух других этапах реакции обмоток первой и второй соответственно на первом и втором

З5 из этих этапов равны, как и реакции обмоток второй и первой; пятое событие — на всех этапах испытаний реакции первой и второй испытуемых обмоток соответственно на одном и другом

40 из этих этапов неравны, как и реакции обмоток второй и первой.

Указанная цель достигается также тем, что в устройство для контроля изоляции обмоток, содержащее два источника питания, 45 подсоединенные каждый через заградительный фильтр напряжения частоты другоto ècTo÷íèêà к клеммам для подключения объекта контроля, измерители тока, дополнительно введены два заградительных

50 фильтра, два самопишущих милливольтметра. два компаратора с памятью, коммутатор, имеющий три входа, второй из которых заземлен, и три выхода, первый источник питания — генератор двух синусоидальных

55 напряжений противоположных по фазе и равных амплитуд с заземленной средней точкой, а второй источник — генератор двух высоких импульсных напряжений противоположных по фазе и равных амплитуд с за.земленной средней точкой, каждый

1797082

45

55 измеритель тока содержит. измерительный блок, шунтированный на входе сопротивлением, причем первый выход первого источника соединен со входом первого заградительного фильтра-напряжения частоты второго источника, первый выход второго источника соединен со входом второго заградительного фильтра-напряжения частоты первого источника, выходы первого и второго фильтров через сопротивление первого измерителя тока связаны с первым входом коммутатора, второй выход первого источника соединен со входом третьего заградительного фильтра-напряжения частоты второго источника, второй выход второго источника соединен со входом четвертого заградительного фильтра-напряжения частоты первого источника, выходы третьего и четвертого фильтров через сопротивление второго измерителя тока связаны с третьим входом коммутатора, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первой, второй и третьей клеммами для подключения объекта контроля, выходы измерительных блоков первого и второго измерителей тока соответственно соединены с первым и вторым самопишущим миллиBoëüòметрами и первым и вторым компараторами, выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго источника питания.

На фиг, 1 изображено предлагаемое устройство, на фиг. 2-8 представлены наиболее характерные случаи пробоя изоляции обмоток; на фиг. 9 показано конструктивное выполнение блока 17.

Устройство содержит генератор 1 с заземленной средней точкой, который вырабатывает две серии противоположных по фазе относительно средней точки высоковольтных импульсов с одинаковыми параметрами. Генератор 1 имеет входы 2 и 3 его автоматического отключения, Генератор 4 с заземленной средней точкой вырабатывает два синусоидальных напряжения повышенной частоты и пониженной амплитуды, противоположные по фазе относительно средней точки. Фильтры 5 и 6 предназначены для заграждения напряжений повышенной частоты, поступающих от генератора 4, которые проходят через фильтры 7 и 8 и не проходят к генератору 1, причем фильтры 7 и 8 предназначены для заграждения напряжений, поступающих от генератора 1, которые проходят через фильтры 5 и 6 и не проходят к генератору 4.

Равновеликие сопротивления 9 и 10 малой величины служат для выделения пропорциональных протекаемым через них токам напряжений, причем напряжение с сопротивления 9 подается на первый измерительный преобразователь напряжения— измерительный блок 11 первого измерителя тока, а напряжение с сопротивления 10 подается на второй измерительный преобразователь напряжения — измерительный блок 12 второго измерителя тока. Блоки 11 и 12 подключены соответственно к первому и второму самопишущим милливольтмет-. рам 13 и 14 и первому и второму компараторам 15 и 16 с памятью, Аналоговые выходы компараторов 15 и 16 соответственно подключены к входам 2 и 3 генератора 1 для его автоматического отключения при пробое изоляции обмотки (обмоток), Блоки 11 и 12 настроены на повышенную частоту сигналов, генерируемых генератором 4. Самопишущие милливольтметры 13 и 14 записывают изменения величин напряжений, снимаемых с выходов блоков 11 и 12, пропорциональных изменениям токов повышенной частоты, проходящих через коммутатор 17 в обмотках статора в процессе испытаний.

Компараторы 15 и 16 с памятью сравнивают значения напряжений, пропорциональных токам в соответственно контролируемых обмотках до пробоя изоляции и после пробоя и вырабатывают сигналы на отключение генератора 1, соответственно поступающие на его входы

2 и 3. При отсутствии пробоя изоляции сигналы на выходах блоков 15 и 16 имеют нулевой уровень. Через резисторы 9 и 10 напряжения от генераторов 1 и 4 подают на первый и третий входы коммутатора 17, второй вход которого заэемлен. Выходы первый, второй и третий коммутатора 17 соответственно соединены с обмотками 18, 19 и 20 статора 21.

Первый измеритель тока 22 содержит измерительный блок 11, шунтированный на входе сопротивлением 9, а второй измеритель тока 23 содержит измерительный блок t2, шунтированный на входе сопротивлением 10.

Генератор 1 содержит реле времени (на чертеже не показано), задающее время испытания обмоток, одинаковое на каждом этапе испытаний. Он подает на испытуемые обмотки статора высоковольтные импульсы с длительностью фронта несколько микросекунд, Генератор 4 подает на те же обмотки пониженные синусоидальные напряжения повышенной частоты, Коммутатор 17 содержит три трехпокюсных выключателя 24, 25, 26. Контроль изоляЦии обмоток производят в три этапа следующим образом.

1797082

На первом этапе испытаний начала об. моток 18 и 20 статора 21 подключают соответственно к резисторам 9 и 10, а начало обмотки 19 заземляют посредством включения трехполюсного выключателя 24 коммутатора 17, На втором этапе испытаний к резисторам 9 и 10 посредством включения трехполюсного выключателя 25 коммутатора 17 . подключают соответственно начала обмоток 20 и 19, а начало обмотки 18 заземляют.

На третьем этапе испытаний к резисторам 9 и 10 посредством включения трехполюсного выключателя 26 коммутатора 17 подключают с. йетственно начала обмоток 19 и 18, а на о обмотки 20 заземляют.

Рассмотрим подробно процесс контроля изоляции обмоток на первом этапе испытаний, Включают генератор 4, Напряжения повышенной частоты от генератора 4 соответственно через фильтры 7, 8 и резисторы 9., 10 начинают поступать в обмотки 18 и 20 статора 21 через коммутатор 17.

Самописцы 13 и 14 ведут запись величин напряжений, снимаемых соответственно с выходов блоков 11 и 12.

В компараторах 15 и 16 происходит запоминание этих величин напряжений.

Включают генератор 1 испытательных импульсов высокого напряжения. При этом через фильтры 5 и 6 и соответственно резисторы 9 и 10, через коммутатор 17 на начала обмоток 18 и 20 подаются волны напряжений разной полярности.

Время испытания ь л. обмоток испытательными волнами напряжений задается реле времени генератора 1.

При пробое изоляции, прежде чем произойдет отсчет времени teen изменятся. Токи через испытуемые обмотки 18 и 20, что будет зарегистрировано соответственно самописцами 13 и 14. Новые значения величин, снимаемых с блоков 11 и 12, будут сравнены со значениями, содержащимися в ячейках памяти соответственно компараторов 15 и 16, на выходе которых появятся сигналы, отключающие генератор 1..

Для обмоток статоров асинхронных электродвигателей с глухим соединением концов испытание обмоток волнами импульсных высоких HBllpsi>KBHMA противоположных фаз, выдаваемых генератором 1, является наиболее приемлемым при отсутствии стандартизованных методов и средств испытания межфазовой изоляции обмоток с тремя выводными концами. Методология испытаний изложена в книге "Испытания витковой изоляции электрических машин", Госэнергоиздат, 1959 г„с. 65.

5

Повышенная частота напряжения генератора 4 позволяет увеличить реакцию измерительной схемы на изменение индуктивного сопротивления обмотки (обмоток) с поврежденной изоляцией (неметаллическое короткое замыкание в обмотке или между обмотками).

Аналогично проводят испытания на втором и третьем этапах.

Испытание межфазовой изоляции обмоток сопровождается одновременно испытанием межвитковой изоляции. Поэтому необходимо различать, какая изоляция оказалась пробитой вследствие испытания— межфазовая или межвитковая, Рассмотрим наиболее характерные случаи пробоев и реакции измерительных блоков 11 и 12 на них, Случай 1, Межвитковое замыкание в одной из обмоток (фиг. 2).

На этапе 1 испытаний пусть в процессе испытаний обмоток 18 и 20 произошел пробой в обмотке 18. Появились реакции первой и второй испытуемых обмоток и, следовательно, блоков 11 и 12, причем в большей степени — блока 11. На этапе 2 испытаний отсутствуют реакции блоков 11 и

12, т.к. обмотка 18 на этом этапе не испытывается. На этапе 3 испытаний вновь произошел пробой в обмотке 18. Появились реакции блоков 11 и 12, причем большая— блока 12, Межвитковое замыкание в одной из обмоток определяют по: на одном из этапов испытаний отсутствуют реакции блоков 11 и 12; на двух других этапах реакции блоков 11 и 12 имеются, причем большая на выходе блока, контролирующего ток пробитой обмотки, Случай 2. Межвитковые замыкания в двух обмотках (фиг. 3).

На этапе 1 испытаний пусть пробила обмотка 18, а на этапе 2 испытаний пробила обмотка 19, Тогда на этапе 3 испытаний будет повторный пробой обмоток 18 и 19. На всех трех этапах имеются реакции блоков 11 и 12.

Случай 3. Межвитковые замыкания в трех обмотках (фиг. 4).

На всех трех этапах имеются реакции . блоков 11 и 12, как и в случае 2 межвитковых замыканий в двух обмотках.

Случай 4. Межфазное замыкание двух обмоток (фиг. 5).

Пусть пробита межфазная изоляция обмоток 18 и 20. На этапе 1 испытаний имеются реакции блоков 11 и 12. На этапах 2 и 3 испытаний реакции блоков 11 и 12 отсутствуют, 10

1797082

40

50 сным напряжением.

Случай 5. Межфазные замыкания пары обмоток на одном этапе испытаний и другой пары обмоток на другом этапе испытаний (фиг. 6).

На этапе 3 испытаний отсутствуют реакции блоков 11 и 12. В отличие от случая 1 (фиг, 2, этапы 1 и 3 испытаний) в этом случае реакции блоков 11 и 12 соответственно на этапах 1 и 2 испытаний неравны. Кроме того имеются неравные реакции блоков 12 и 11 соответственно на этапах 1 и 2 испытаний.

Случай 6. Межфазное замыкание двух обмоток и межвитковое замыкание в одной из этих обмоток (фиг, 7).

В этом случае на этапе 2 испытаний отсутствуют реакции блоков 11 и 12, также как и в случае 1 (фиг. 2), но реакции блоков

11 и 12 соответственно на этапах 1 и 3 испытаний не равны, как и реакции блоков 12 и 11 соответственно на этапах 1 и 3 испытаний.

Так как обмотки 20 и 19 ввиду отсутствия реакций блоков 11 и 12 на этапе 2 испытаний остаются нетронутыми, делают вывод о межфазном замыкании обмоток 18 и 20 (этап 1 испытаний) и межвитковом замыкании в обмотке 18 (этап 3 испытаний) либо вероятном межфазном замыкании обмоток

18 и 20 (этап 1 испытаний) и обмоток 19 и 18 (этап 3 испытаний) с межвитковым замыканием в обмотке 18. Но при всех вариантах имеется пробой межфазной изоляции обмоток. . Случай 7, Межфазное замыкание двух обмоток и межвитковое замыкание в третьей обмотке (фиг, 8).

В этом случае реакции блоков 11 и 12 соответственно на этапах 2 и 3 испытаний равны, как и блоков 12 и 11 соответственно на этапах 2 и 3 испытаний, что отличает этот рассматриваемый случай от случая 2 и от случая 3.

Пробой межфазовай изоляции определяют в соответствии с дизьюнкцией первого, второго и третьего событий, а пробой межвитковой изоляции определяют в соответствии с дизъюнкцией четвертого и пятого событий, где первое событие — на двух этапах испытаний из трех отсутствуют реакции измерительных блоков 11 и 12;

Формула изобретения

1. Способ контроля изоляции обмоток статоров трехфазных электрических двигателей, заключающийся в там, что на обьект контроля подают одновременно два напрявторое событие — на одном из трех этапов испытаний нет реакций измерительных блоков 11 и 12, а на двух других этапах реакции измерительных блоков 11 и 12 соответственно на первом и втором из этих этапов не равны, как и реакции измерительных блоков

12 и 11; третье событие — на всех трех этапах испытаний имеются реакции измерительных блоков 11 и 12, а на двух этапах из них реакции измерительных блоков 1 1 и 12 соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции измерительных блоков 12 и 11; четвертое событие — на одном из трех этапов испытаний отсутствуют реакции измерительных блоков 11 и 12, а на двух других этапах реакции измерительных блоков

11 и 12 соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции измерительных блоков 12 и 11; пятое событие — на всех этапах испытаний реакции измерительных блоков 11 и 12 соответственно на одном и другом из этих этапов неравны, как и реакции измерительных блоков 12 и 11.

Сравнения реакций блоков 11 и 12 при испытаниях обмоток и идентификацию испытуемых и пробитых обмоток осуществляет оператор по записям самописцев 13 и 14.

Оператор сравнивает и анализирует реакции измерительных блоков 11 и 12 по записям на лентах самописцев за адин полный цикл (состоящий из трех этапов) испытания двигателя. В результате анализа реакций делается вывод а конкретном событии, которое имеет место, и осуществляется отбраковка двигателя по признаку пробоя межфазной или межвитковой изоляции.

Предложенный способ контроля изоляции обмоток чувствителен к межвитковому замыканию двух соседних витков обмотки статора и межфазному замыканию двух витков обмоток статора вблизи точки глухого соединения концов этих обмоток.

Техническим преимуществом предложенных способа и устройства является определение межфазных замыканий при испытаниях обмоток статора с глухим соединением концов обмоток высоким импульжения, первое из которых имеет повышенную по сравнению с рабочей частоту и пониженную по сравнению с рабочей амплитуду, причем первое из напряжений подают непрерывно, а второе кратковременно, осуще1797082

12 ствляют контроль тока в цепи второго напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности, контроль изоляции осуществляют в три этапа с испытанием комбинаций пар обмоток с фиксированным временем испытаний, на каждом из этапов подают повышенной частоты и пониженных уровней синусоидальные напряжения, противоположные по фазе и равные по амплитуде, на выводы двух обмоток статора при заземленном выводе третьей обмотки, измеряют напряжения, пропорциональные токам через испытуемые обмотки, затем подают испытательные импульсы высокого напряжения в противоположных фазах от второго источника напряжений на выводы тех же двух испытуемых обмоток до пробоя, измеряют напряжения, пропорциональные токам через эти обмотки, определяют реакции испытуемых обмоток, сравнивая для первой и второй испытуемых обмоток эти напряжения до и после подачи испытатель.ных импульсов, причем пробой межфазовой изоляции определяют в соответствии с дизьюнкцией первого, второго и третьего событий, а пробой межвитковой изоляции. определяют в соответствии с дизъюнкцией четвертого и пятого событий, где первое событие — на двух этапах испытаний из трех отсутствуют реакции испытуемых обмоток; второе событие — на одном из трех этапов испытаний нет реакций испытуемых обмоток, и на двух других этапах реакции испытуемых обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов не равны, как и реакции обмоток второй и первой; третье событие — на трех этапах испытаний имеются реакции испытуемых обмоток, а на двух этапах из них реакции испытуемых обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции обмоток второй и первой; четвертое событие — на одном из трех этапов испытаний отсутствуют реакции первой и второй испытуемых обмоток, а на двух других этапах реакции обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции обмоток второй и первой; пятое событие — на всех этапах испытаний реакции первой и второй испытуемых обмоток соответственно на одном и другом из этих этапов не равны, как и реакции обмоток второй и первой, 2. Устройство для контроля изоляции обмоток статоров трехфазных электрических двигателей, содержащее два источника питания, подсоединенные каждый через за5 градительный фильтр напряжения частоты другого источника к клеммам для подключения объекта контроля, измерители тока, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, в него допол10 нительно введены два заградительных фильтра, два самопишущих милливольтметра, два компаратора с памятью, коммутатор, имеющий три входа, второй из которых заземлен, и три выхода, первый источник питания — генератор двух синусоидальлых напряжений противоположных по фазе и равных амплитуд с заземленной средней точкой, а второй источник — генератор двух высоких импульсных напряжений противо20 положнь х по фазе и равных амплитуд с заземленной средней точкой, каждый измеритель тока содержит измерительный блок, шунтированный на входе сопротивлением, причем первый выход первого источ25 ника соединен с входом первого заградительного фильтра — напряжения частоты второго источника, первый выход второго источника соединен с входом второго заградительного фильтра — напряжения частоты первого источника, выходы первого и второго фильтров через сопротивление первого измерителя тока связаны с первым входом коммутатора, второй выход первого источника соединен с входом третьего заградительного фильтра-напряжения частоты второго источника, второй выход второго источника соединен с входом четвертого заградительного фильтра-напряжения частоты первого источника, выходы третьего и четвертого фильтров через сопротивление второго измерителя тока связаны с третьим входом коммутатора, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первой, второй и третьей клеммами для подключения объекта контроля, выходы измерительных блоков первого и второго измерителей тока соответственно соединены с первым и вторым самопишущими милливольтметрами и первым и BTopbiM компараторами, выходы первого и второго . компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго источника питания, 55

4797082

Bman 4

ЭФСИ 8 Оцу Ч

1797082

Составитель О.Алекперов

Редактор Т.Полионова Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 652 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101