Устройство для автоматической диагностики изоляции обмоток электродвигателя

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам для диагностики изоляции обмоток электродвигателей. Технический результат изобретения, заключающийся в обеспечении объективности, автоматизации диагностики изоляции обмоток электродвигателя и наглядности результатов диагностики, достигается путем того, что в устройство для автоматической диагностики изоляции обмоток электродвигателя, содержащее генератор прямоугольных импульсов, введены пиковый детектор, блок хранения аналогового сигнала, блок сравнения, реле блокирования пуска электродвигателя, блок выбора режима работы, блок калибровки, блок индикации. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для диагностики изоляции обмоток электродвигателей.

Известно устройство для контроля витковой изоляции обмотки электродвигателя, содержащее источник напряжения, накопительный конденсатор, силовой ключ, схему управления силовым ключом, делитель напряжения, выпрямитель, источник импульсного напряжения, в качестве которого использован формирователь импульсов, ключ, измеритель, две клеммы для подключения объекта контроля. Первый вывод источника напряжения соединен с первым выводом накопительного конденсатора, с первой клеммой для подключения объекта контроля, с первым выводом делителя напряжения. Выход схемы управления силовым ключом соединен с управляющим входом силового ключа, первый вывод силового ключа - со второй клеммой для подключения объекта контроля, со вторым выводом делителя напряжения. Вход и выход источника импульсного напряжения соединены соответственно с третьим выводом делителя напряжения, с входом выпрямителя, с первым входом измерителя, с первым выводом источника напряжения и со вторым входом измерителя. Второй вывод силового ключа соединен со вторыми выводами накопительного конденсатора и источника напряжения (см. патент РФ 2035744, МПК⁶ G 01 R 31/14).

Одними из наиболее существенных недостатков известного устройства является невысокая достоверность измерения, вызванная шунтированием накопительным конденсатором достаточно большой емкости емкостных параметров обмотки электродвигателя, значения емкости которых в несколько раз меньше емкости накопительного конденсатора, а также отсутствие автоматизации процесса измерения вследствие необходимости непосредственного участия в нем человека.

Устройство для диагностирования обмоток электрических машин, используемое в качестве прототипа, содержащее генератор прямоугольных импульсов, формирующий и подающий импульсы прямоугольной формы с заданными параметрами на обмотку исследуемой электрической машины, три дифференциатора, обрабатывающих полученный сигнал, ключ, выходной блок и вольтметр, отображающий результат измерения. Выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входом обмотки электрической машины. Выход обмотки электрической машины подключен к входу первого дифференциатора. Выход первого дифференциатора соединен с входом второго дифференциатора и первой входной клеммой ключа. Выход второго дифференциатора связан с входом третьего дифференциатора и второй входной клеммой ключа. Выход третьего дифференциатора подсоединен к третьей входной клемме ключа. Выходная клемма ключа соединена с входом выходного блока. С выходного блока измерительная информация подается на вольтметр (см. Белоусова Н.В., Калявин В.П., Мозгалевский А.В. Опыт тестового диагностирования обмоток электрических машин. - Л.: ЛДНТП, 1989. - С. 19-21, рис. 6).

Это устройство позволяет получить диагностический параметр, с помощью которого после математической обработки определяются такие характеристики, как сопротивление и емкость обмотки электрической машины относительно корпуса. В то же время, состояние изоляции, в основном, контролируют параметры межвитковой изоляции, такие как межвитковое сопротивление и межвитковая емкость. В связи с этим диагностика с использованием рассматриваемого устройства не отражает объективного состояния изоляции. Другим недостатком этого устройства является отсутствие полной автоматизации процесса измерения, вследствие чего необходимо непосредственно участие человека в процессе измерения. Третьим недостатком является то обстоятельство, что результаты измерения устройством не являются наглядными, то есть для оценки состояния изоляции обмоток необходимо произвести сравнение значений измеренных величин с их известными эталонными значениями.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для автоматической диагностики изоляции обмоток электродвигателя, содержащее генератор прямоугольных импульсов, введены пиковый детектор, блок хранения аналогового сигнала, блок сравнения, реле блокирования пуска электродвигателя, блок выбора режима работы, блок калибровки, блок индикации. При этом первый и второй входы реле блокирования пуска электродвигателя предназначены для соответствующего соединения с питающими вторичными шинами первой и второй фаз пускозащитного аппарата электродвигателя, третий вход реле блокирования пуска электродвигателя связан с выходом блока выбора режима работы. Выход реле блокирования пуска электродвигателя соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого подключен к блоку сравнения, с входом генератора прямоугольных импульсов, выход которого предназначен для подключения к питающей вторичной шине первой фазы пускозащитного аппарата электродвигателя, с первым входом пикового детектора, второй вход которого предназначен для подключения к питающей вторичной шине второй фазы пускозащитного аппарата электродвигателя, с первым входом блока хранения аналогового сигнала, второй вход которого соединен с выходом пикового детектора, с первым входом блока сравнения, второй и третий входы которого связаны с соответствующими выходами блока хранения аналогового сигнала и блока калибровки. Первый вход блока индикации и выход реле блокирования пуска электродвигателя имеют возможность соединения с ключом пускозащитного аппарата электродвигателя.

Кроме того, для защиты от воздействия электрических и магнитных полей, возникающих при работе пускозащитного аппарата, и температуры на результат измерения генератор прямоугольных импульсов, пиковый детектор, блок хранения аналогового сигнала, блок сравнения и реле блокирования пуска электродвигателя помещены в герметичный корпус и связаны с блоком выбора режима работы, блоком калибровки, блоком индикации через герметичный разъем, а также предназначены для соединения с питающими шинами первой и второй фаз пускозащитного аппарата электродвигателя через этот разъем.

Техническим результатом является обеспечение объективности, автоматизации диагностики изоляции обмоток электродвигателя и наглядности результатов диагностики.

Объективность диагностики достигается за счет определения величин параметров межвитковой изоляции путем измерения характеристик переходного процесса в обмотке электродвигателя, имеющего вид волновых затухающих колебаний. Автоматизация диагностики обеспечивается автоматическим измерением заданных параметров при выключении электродвигателя без непосредственного участия человека путем использования реле блокирования пуска двигателя, световой индикации результата. Наглядность результатов измерения достигается за счет использования в предлагаемом устройстве блока индикации с десятью светодиодами. Каждый светодиод соответствует определенному диапазону изменения измеряемого сигнала. Основанием для этого служит тот факт, что результаты измерения соответствуют данным, полученным при математическом моделировании изменения сигнала в процессе старения изоляции электродвигателя, что подтверждено многочисленными экспериментальными исследованиями.

На чертеже показана структурная схема устройства для диагностики изоляции обмоток электродвигателя.

Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов 1, пиковый детектор 2, блок хранения аналогового сигнала 3, блок сравнения 4, реле блокирования пуска 5 электродвигателя, блок выбора режима работы 6, блок калибровки 7, блок индикации 8, содержащий десять светодиодов. Кроме того, на чертеже показаны: испытуемый электродвигатель 9, ключ 10 в цепи пускозащитного аппарата электродвигателя, катушка 11 пускозащитного аппарата, питающая вторичная шина первой фазы 12 пускозащитного аппарата, питающая вторичная шина второй фазы 13 пускозащитного аппарата, главные контакты 14 пускозащитного аппарата, блок-контакт 15 катушки 11 пускозащитного аппарата, кнопка "Пуск" 16 пускозащитного аппарата и кнопка "Стоп" 17 пускозащитного аппарата. Выход генератора прямоугольных импульсов 1 соединен с питающей вторичной шиной первой фазы пускозащитного аппарата 12. Генератор прямоугольных импульсов 1, пиковый детектор 2, блок хранения аналогового сигнала 3, блок сравнения 4, реле блокирования пуска 5 электродвигателя помещены в герметичный корпус, позволяющий защитить их от внешних магнитных воздействий и температуры. Пунктирной линией показаны блоки, помещенные в герметичный корпус. Первый, второй и третий входы реле блокирования пуска 5 электродвигателя соединены соответственно с питающими вторичными шинами первой 12 и второй 13 фаз пускозащитного аппарата, выходом блока выбора режима работы 6. Выход реле блокирования пуска 5 электродвигателя соединен с первым входом блока индикации 8, ключом 10 в цепи пускозащитного аппарата, входом генератора прямоугольных импульсов 1, первым входом пикового детектора 2, первым входом блока хранения аналогового сигнала 3 и первым входом блока сравнения 4. Второй вход пикового детектора 2 соединен с питающей вторичной шиной второй фазы 13 пускозащитного аппарата, а его выход - со вторым входом блока хранения аналогового сигнала 3. Второй и третий входы блока сравнения 4 соединены с выходами блока хранения аналогового сигнала 3 и блока калибровки 7, а его выход - со вторым входом блока индикации 8. Вход катушки 11 пускозащитного аппарата параллельно связан с блок-контактом 15 и кнопкой "Пуск" 16, а выход катушки 11 - последовательно с ключом 10 и кнопкой "Стоп" 17 пускозащитного аппарата. Кроме того, существует механическая связь катушки пускозащитного аппарата 11 с блок-контактом 15 и главными контактами 14 пускозащитного аппарата. Генератор прямоугольных импульсов 1, пиковый детектор 2, блок хранения аналогового сигнала 3, блок сравнения 4 и реле блокирования пуска 5 электродвигателя связаны с блоком выбора режима работы 6, блоком калибровки 7, блоком индикации 8, а также с питающими шинами первой 12 и второй 13 фаз пускозащитного аппарата электродвигателя через герметичный разъем (на чертеже не показано). Заявляемое устройство имеет габаритные размеры 120 х 60 х 30 мм или 70 х 60 х 60 мм и при наличии свободного места внутри пускозащитного аппарата встраивается в него, а если свободное место отсутствует, то устройство монтируется в отдельном подходящем по объему корпусе.

Конструкция пикового детектора 2 рассмотрена в книге Горошкова Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1988. - С. 98, рис. 6.19. Конструкция блока хранения аналогового сигнала 3 приведена в книге Горошкова Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. - М. : Радио и связь, 1988. - С. 174, рис. 13.56. Сравнивающее устройство 4 рассмотрено в книге Гутникова В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - 2-е изд. , перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. - С. 221-223. Реле блокирования пуска 5 электродвигателя реализовано на основе реле напряжения. Блок выбора режима работы 6 представляет собой кнопочный переключатель типа П2К. Блок калибровки 7 состоит из простейших делителей напряжения, коммутируемых перемычками (см. Горошков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1988. - с. 53, рис. 2.1 а). Блок индикации 8 состоит из четырехразрядного двоичного счетчика К155ИЕ4 (см. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - 2-е изд., исправленное. - М.: Радио и связь, 1989, - С. 89), дешифратора К155ИД3 (см. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - 2-е изд., исправленное. - М.: Радио и связь, 1989. - С. 134) и светоизлучающих диодов.

Работа устройства осуществляется в автоматическом и ручном режимах.

В автоматическом режиме устройство для автоматической диагностики изоляции обмоток электродвигателя работает следующим образом.

При выключении электродвигателя 9 реле блокирования 5 пуска электродвигателя констатирует отсутствие напряжения на питающих вторичных шинах первой 12 и второй 13 пускозащитного аппарата и замыкает замыкающие контакты. Сигнал поступает на генератор прямоугольных импульсов 1, пиковый детектор 2, блок хранения аналогового сигнала 3, блок сравнения 4 и запускает предлагаемое устройство в работу. Этот же сигнал размыкает ключ 10 в цепи пускозащитного аппарата и блокирует включение пускозащитного аппарата. При этом подается сигнал на блок индикации 8, на котором загорается светодиод, свидетельствующий о работе заявляемого устройства диагностики. Генератор прямоугольных импульсов 1 подает на питающую вторичную шину первой фазы 12 пускозащитного аппарата прямоугольный импульс. С питающей вторичной шины второй фазы 13 пускозащитного аппарата выходной сигнал подается на пиковый детектор 2. В пиковом детекторе 2 сигнал преобразуется и подается на блок хранения аналогового сигнала 3. С выхода блока хранения аналогового сигнала 3 измерительная информация подается на блок сравнения 4. Сигнал, полученный с блока хранения аналогового сигнала 3, сравнивается с эталонным сигналом, поступающим с блока калибровки 7. Эталонный сигнал выставляется в блоке калибровки 7 вручную при вводе электродвигателя в эксплуатацию. В результате сравнения сигналов генерируется управляющий импульс, параметры которого зависят от степени различия сигналов, и передается на блок индикации 8. В зависимости от параметров управляющего импульса в блоке индикации 8 загорается один из десяти светодиодов, обозначающих степень износа изоляции электродвигателя. При этом, чем ближе загоревшийся светодиод к левому краю пускозащитного аппарата, тем состояние изоляции обмоток электродвигателя лучше. При загорании самого правого светодиода рекомендуется произвести замену электродвигателя на новый или произвести капитальный ремонт установленного. После этого работа устройства заканчивается. Реле блокирования пуска 5 электродвигателя замыкает ключ 10 пускозащитного аппарата и направляет управляющий сигнал на блок индикации 8, в результате чего светодиод, извещающий о работе устройства, гаснет.

В ручном режиме заявляемое устройство работает следующим образом.

Устройство для диагностики изоляции обмоток электродвигателя работает только при выключенном электродвигателе. Работа устройства начинается после перевода блока выбора режима работы 6 в ручной режим. Блок выбора режима работы 6 подает управляющий сигнал на реле блокирования пуска 5 электродвигателя. Дальнейшая работа проходит так же, как и в автоматическом режиме.

Достоинствами устройства для диагностики изоляции электродвигателя являются объективность диагностики, наглядность технического состояния изоляции электродвигателя и автоматизация процесса измерения. С помощью предлагаемого устройства можно своевременно установить критическое состояние изоляции и предотвратить внезапный выход электродвигателя из строя.

Формула изобретения

1. Устройство для автоматической диагностики изоляции обмоток электродвигателя, содержащее генератор прямоугольных импульсов, отличающееся тем, что в него введены пиковый детектор, блок хранения аналогового сигнала, блок сравнения, реле блокирования пуска электродвигателя, блок выбора режима работы, блок калибровки, блок индикации, при этом первый и второй входы реле блокирования пуска электродвигателя предназначены для соответствующего соединения с питающими вторичными шинами первой и второй фаз пускозащитного аппарата электродвигателя, третий вход реле блокирования пуска электродвигателя связан с выходом блока выбора режима работы, выход реле блокирования пуска электродвигателя соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого подключен к выходу блока сравнения, с входом генератора прямоугольных импульсов, выход которого предназначен для подключения к питающей вторичной шине первой фазы пускозащитного аппарата электродвигателя, с первым входом пикового детектора, второй вход которого предназначен для подключения к питающей вторичной шине второй фазы пускозащитного аппарата электродвигателя, с первым входом блока хранения аналогового сигнала, второй вход которого соединен с выходом пикового детектора, с первым входом блока сравнения, второй и третий входы которого связаны с соответствующими выходами блока хранения аналогового сигнала и блока калибровки, а первый вход блока индикации и выход реле блокирования пуска электродвигателя имеют возможность соединения с ключом пускозащитного аппарата электродвигателя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что генератор прямоугольных импульсов, пиковый детектор, блок хранения аналогового сигнала, блок сравнения и блок блокирования пуска электродвигателя помещены в герметичный корпус и связаны через герметичный разъем с блоком выбора режима работы, блоком калибровки, блоком индикации, а также предназначены для соединения с питающими шинами первой и второй фаз пускозащитного аппарата электродвигателя через этот разъем.

РИСУНКИ

Рисунок 1