Устройство для контроля фазных обмоток электрических машин

 

Использование: относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при производстве, эксплуатации и ремонте элетрических машин с фазными обмотками. Сущность изобретения: устройство для контроля фазных обмоток электрических машин содержит источник питания, коммутатор, измерительный узел, фазные обмотки контролируемой электрической машины, частотно-задающую цепь, включающую в себя генератор переменного напряжения, разделительный конденсатор, задатчик тока, источник тока, а также дифференциальный трансформатор с вторичной обмоткой, резистор и конденсатор. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при производстве, эксплуатации и ремонте электрических машин с фазными обмотками.

Известно устройство, реализующее способ контроля качества фазных обмоток, содержащее генератор напряжения переменной частоты, высокочастотный трансформатор, дифференциальный усилитель и два электростатических вольтметра.

Недостатком данного устройства является недостаточная точность обнаружения виткового замыкания в обмотке из-за влияния технологического разброса параметров обмотки.

Известно устройство для контроля фазных обмоток асинхронного двигателя по амплитудно-частотной характеристике обмотки, содержащее генератор переменной частоты, связанный с началом контролируемых фазных обмоток асинхронного двигателя, концы которых соединены между собой, и измерительный блок.

Недостатком известного устройства является низкая достоверность контроля наличия короткозамкнутых витков, что обусловлено влиянием на результаты измерения технологического разброса параметров обмоток и сложностью точной фиксации и съема различия амплитудно-частотных характеристик каждой из фазных обмоток друг от друга.

Наиболее близким по решаемой задаче к заявленному можно считать устройство для контроля фазных обмоток электрических машин, содержащее источник питания, коммутатор, измерительный узел, частотно-задающую цепь и фазные обмотки электрической машины, при этом первые выводы источника питания и частотно-задающей цепи соединены с общей шиной устройства, второй вывод источника питания соединен с первым выводом измерительного узла, первые выводы фазных обмоток электрической машины соединены между собой, а вторые с соответствующими первыми выводами коммутатора, второй вывод которого соединен с выходом частотно-задающей цепи.

Недостатком известного устройства можно считать недостаточные надежность и точность. Низкая надежность обусловлена тем, что в известном устройстве отсутствует гальваническая развязка между измерительным узлом и частотно-задающей цепью устройства. Кроме того, в многовитковых электрических машинах обмотки имеют высокое активное сопротивление, которое снижает добротность контура частотно-задающей цепи, что может привести в известном устройстве к срыву генерации и, следовательно, невозможности осуществления контроля. Точность контроля известного устройства недостаточна, так как на результаты измерения оказывает влияние технологический разброс параметров обмотки. Известное устройство также требует настройки под каждый тип машины, что создает неудобства при эксплуатации. Кроме того, оно имеет ограниченную область применения, например, не может быть использовано для электрических машин с невыведенной средней точкой.

Цель изобретения создание такого устройства для контроля фазных обмоток электрических машин, в котором новое выполнение частотно-задающей цепи, где отсутствуют контролируемые фазные обмотки, их включение не в частотно-задающую цепь устройства, а в цепь обратной связи по отношению к ней, и наличие гальванической развязки от частотно-задающей цепи и измерительного узла позволило производить контроль индуктивного сопротивления фазных обмоток по току, протекающему в них при воздействии переменного напряжения заданной амплитуды и частоты, и выделении, например, первой гармоники этого напряжения, и за счет этого повысить надежность и точность устройства без ограничения области применения.

Цель достигается тем, что в устройство для контроля фазных обмоток электрических машин, содержащее источник питания, коммутатор, измерительный узел, частотно-задающую цепь и фазные обмотки электрической машины, при этом первые выводы источника питания и частотно-задающей цепи соединены с общей шиной устройства, второй вывод источника питания соединен с первым выводом измерительного узла, первые выводы фазных обмоток электрической машины соединены между собой, а вторые с соответствующими выводами коммутатора, второй вывод которого соединен с выходом частотно-задающей цепи, введены дифференциальный трансформатор и резистор, частотно-задающая цепь выполнена в виде генератора переменного напряжения, разделительного конденсатора, задатчика тока и источника тока, при этом второй вывод источника питания соединен дополнительно с вторым и третьим выводами частотно-задающей цепи, четвертый вывод которой соединен через резистор с общей шиной устройства и с первым выводом первичной обмотки дифференциального трансформатора, второй и третий выводы которой соединены соответственно с третьим и четвертым выводами коммутатора, первый и второй выводы вторичной обмотки дифференциального трансформатора соединены соответственно с вторым и третьим выводами измерительного узла, четвертый вывод которого соединен с общей шиной устройства, первые выводы генератора переменного напряжения и задатчика тока являются первым выводом частотно-задающей цепи, вторые выводы генератора переменного напряжения и источника тока являются соответственно вторым и третьим выводами частотно-задающей цепи, третий вывод генератора переменного напряжения через разделительный конденсатор соединен с вторым выводом задатчика тока, третий вывод которого соединен с четвертым выводом источника тока, первый и третий выводы которого являются соответственно выходом и четвертым выводом частотно-задающей цепи.

В цепь вторичной обмотки дифференциального трансформатора устройства включен конденсатор относительно общей шины устройства. Задатчик тока устройства выполнен в виде регулируемого делителя напряжения.

Отсутствие в частотно-задающей цепи устройства контролируемых фазных обмоток электрической машины обеспечивает повышение точности, так как разброс их параметров не оказывает влияния на результаты контроля. Наличие цепи обратной связи устройства по отношению к частотно-задающей цепи, куда установлены все контролируемые фазные обмотки и дифференциальный трансформатор, исключает необходимость выведения точки соединения концов фаз обмотки, что снимает ограничения на область применения устройства.

Наличие в устройстве дифференциального трансформатора обеспечивает гальваническую развязку фазных обмоток электрической машины от частотно-задающей цепи и измерительного узла, для которого с помощью вторичной обмотки трансформатора формируется входной сигнал. При возможности задания частотно-задающей цепи определенного значения тока и частоты измерительный сигнал будет определяться, в основном, дефектами в фазных обмотках и не зависеть от технологического разброса их параметров.

Включение конденсатора в цепь вторичной обмотки дифференциального трансформатора позволяет выделить сигнал, соответствующий первой гармонике переменного напряжения, и дополнительно исключить влияние емкостных параметров обмоток на результаты контроля.

Выполнение задатчика тока в виде регулируемого делителя напряжения обеспечивает простоту реализации частотно-задающей цепи.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 принципиальная электрическая схема с раскрытием частотно-задающей цепи и цепи подключения фазных обмоток, коммутатора и дифференциального трансформатора.

Устройство содержит источник 1 питания, коммутатор 2, измерительный узел 3, фазные обмотки (А, В, С) контролируемой электрической машины 4, первые выводы которых (концы) соединены между собой.

Частотно-задающая цепь 5 устройства включает генератор 6 переменного напряжения, разделительный конденсатор 7, задатчик 8 тока и источник 9 тока.

В состав устройства входят также дифференциальный трансформатор 10 с вторичной обмоткой 11, резистор 12 и конденсатор 13.

Первые выводы источника 1 питания и частотно-задающей цепи 5 соединены с общей шиной устройства, второй вывод источника 1 питания соединен с первым выводом измерительного узла 3, вторые выводы (начала) фазных обмоток электрической машины 4 соединены с соответствующими первыми выводами коммутатора 2, второй вывод которого соединен с выходом частотно-задающей цепи 5. Второй вывод источника 1 питания дополнительно соединен с вторым и третьим выводами частотно-задающей цепи 5, четвертый вывод которой соединен через резистор R12 с общей шиной устройства и с первым выводом первичной обмотки дифференциального трансформатора 10, второй и третий выводы которого соединены соответственно с третьим и четвертым выводами коммутатора 2, первый и второй выводы вторичной обмотки 11 дифференциального трансформатора соединены соответственно с вторым и третьим выводами измерительного узла 3, четвертый вывод которого соединен с общей шиной устройства.

Первые выводы генератора 6 переменного напряжения и задатчика 8 тока являются первым выводом частотно-задающей цепи, вторые выводы генератора 6 переменного напряжения и источника 9 тока являются соответственно вторым и третьим выводами частотно-задающей цепи 5, третий вывод генератора 6 переменного напряжения через разделительный конденсатор С7 соединен с вторым выводом задатчика 8 тока, третий вывод которого соединен с четвертым выводом источника 9 тока, первый и третий выводы которого являются соответственно выходом и четвертым выводом частотно-задающей цепи 5.

Конденсатор С13 включен в цепь вторичной обмотки 11 дифференциального трансформатора относительно общей шины устройства. Коммутатор 2 может быть выполнен двухпозиционным с тремя зависимыми переключателями и обеспечивает поочередное подключение второго вывода (начала) одной из фазных обмоток электрической машины 4 к выходу источника 9 тока и вторых выводов (начал) двух других обмоток к второму и третьему выводам первичной обмотки дифференциального трансформатора 10. На фиг.2 коммутатор 2 находится в первом положении, когда начало фазной обмотки С подключено к источнику 9 тока, а начала фазных обмоток А и В подключены к второму и третьему выводам первичной обмотки дифференциального трансформатора 10. В двух других положениях коммутатора 2 к выходу источника 9 тока подключается второй вывод обмотки А (второе положение) или В (третье положение), а к второму и третьему выводам трансформатора 10 вторые выводы обмоток В, С или С, А соответственно. Генератор 6 переменного напряжения может быть собран на операционном усилителе А14 с резисторами обратной связи R15, R16 и частотно-задающей цепочкой на конденсаторах С17, С18 и резисторах R19, R20.

Задатчик 8 тока может быть выполнен наиболее простым способом в виде регулируемого делителя напряжения на резисторах R21, R22. С его помощью устанавливается заданная величина тока через испытываемую фазную обмотку, которая подбирается в зависимости от типа электрической машины.

На вторичной обмотке 11 дифференциального трансформатора образуется напряжение пропорциональное разности токов в сравниваемых фазных обмотках (А и В на фиг.2). Источник 9 тока может быть выполнен на операционном усилителе А23. Ток через испытываемую фазную обмотку определяется из выражения U_вх/R12, где U_вх входное напряжение усилителя А23. Измерительный узел 3 выполняется по известной схеме и, например, включает предварительный 24 и оконечный 25 усилители, соединенные через разделительный конденсатор С26. На выход усилителя 25 через выпрямительный мост 27 включается микроамперметр 28. Вторичная обмотка 11 дифференциального трансформатора совместно с конденсатором С13 образует фильтр 29 для выделения сигнала, соответствующего первой гармонике генератора 6 переменного напряжения.

С помощью резистора R21 задатчика 8 тока последний выбирается таким образом, чтобы при имитации полного дефекта (одна из фаз оборвана или замкнута накоротко) выходной сигнал измерительного узла 3 соответствовал полному (100% ) дефекту, что отражается на шкале микроамперметра 28. Все остальные дефекты обмоток определяются как процент от полного дефекта обмотки, и их значения были установлены заранее экспериментальным путем (например, замыкание одного витка соответствует 7-8%). Величина сигнала, соответствующего разным видам дефектов, определялась на экспериментальной электрической машине, имеющей отпайки от витков фазных обмоток. Экспериментально установлено, что в бездефектной машине сигнал на выходе измерительного узла не превышает значения 5% от величины сигнала, соответствующего полному дефекту, и определяется разбросом технологических, конструктивных параметров и характеристиками материалов.

Устройство работает следующим образом. При переключении коммутатора 2 в каждое из трех его положений производится сравнение полных сопротивлений фазных обмоток (например, А и В на фиг.2), подключенных к первичным обмоткам дифференциального трансформатора 10. Дефект в обмотке уменьшает ее общую индуктивность. При этом больше всего изменяются параметры той обмотки, в которой находится дефект. Таким образом, если обмотка с дефектом окажется подключенной совместно с качественной обмоткой к первичным обмоткам дифференциального трансформатора 10, то в результате вычитания токов в них на вторичной обмотке 11 дифференциального трансформатора полученное напряжение будет пропорционально этой разности. С помощью фильтра 29 из него выделяется сигнал, соответствующий основной гармонике генератора 6 переменного напряжения, и подается для определения его величины на измерительный узел 3, где визуально отражается на шкале микроамперметра 28. Если показания микроамперметра 28 превышают сигнал, соответствующий бездефектной машине (5%) в двух из трех положений коммутатора 2, участвующая дважды в подключении фазная обмотка будет дефектной.

Например, превышение показаний наблюдается в первом положении коммутатора 2, когда к трансформатору 8 подключены обмотки А и В, и во втором положении, когда подключены обмотки В и С. Дефектной будет обмотка В.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФАЗНЫХ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее источник питания, коммутатор, измерительный узел, частотно-задающую цепь и фазные обмотки электрической машины, при этом первые выводы источника питания и частотно-задающей цепи соединены с общей шиной устройства, второй вывод источника питания соединен с первым выводом измерительного узла, первые выводы фазных обмоток электрической машины соединены между собой, а вторые - с соответствующими первыми выводами коммутатора, второй вывод которого соединен с выходом частотно-задающей цепи, отличающееся тем, что в устройство введены дифференциальный трансформатор и резистор, частотно-задающая цепь выполнена в виде генератора переменного напряжения, разделительного конденсатора, задатчика тока и источника тока, при этом второй вывод источника питания соединен дополнительно с вторым и третьим выводами частотно-задающей цепи, четвертый вывод которой соединен через резистор с общей шиной устройства и первым выводом первичной обмотки дифференциального трансформатора, второй и третий выводы которой соединены соответственно с третьим и четвертым выводами коммутатора, первый и второй выводы вторичной обмотки дифференциального трансформатора соединены соответственно с вторым и третьим выводами измерительного узла, четвертый вывод которого соединен с общей шиной устройства, первые выводы генератора переменного напряжения и задатчика тока являются первым выводом частотно-задающей цепи, вторые выводы генератора переменного напряжения и источника тока являются соответственно вторым и третьим выводами частотно-задающей цепи, третий вывод генератора переменного напряжения через разделительный конденсатор соединен с вторым выводом задатчика тока, третий вывод которого соединен с четвертым выводом источника тока, первый и третий выводы которого являются соответственно выходом и четвертым выводом частотно-задающей цепи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в цепи вторичной обмотки дифференциального трансформатора включен конденсатор относительно общей шины устройства.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задатчик тока выполнен в виде регулируемого делителя напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2