Способ измерения аксиальной координаты датчика при контроле изоляции листов шихтованных сердечников электрических машин и устройство для его реализации

Способ предназначен для диагностики состояния изоляции между листами электротехнической стали шихтованных сердечников электрических машин электромагнитным методом. Датчик, контролирующий состояние изоляции листов сердечника, снабжают скользящим электрическим контактом, прижимаемым к рабочей поверхности контролируемого сердечника. Аксиальную координату датчика определяют по величине напряжения между скользящим контактом и торцом сердечника, выбранным за точку отсчета. Изобретение направлено на упрощение системы измерения координаты и повышение точности измерения. 2 н. п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для диагностики и контроля состояния изоляции между листами электротехнической стали шихтованных сердечников электрических машин электромагнитным методом.

Наиболее надежным и удобным способом контроля сердечников является испытание электромагнитным методом при низких (до 0,1 Тл) значениях индукции переменного кольцевого магнитного потока. Известно устройство для контроля сердечников по этому методу [1]. В этом случае местные дефекты выявляются по величине и сдвигу фазы электромагнитного сигнала, порожденного токами, которые, в свою очередь, возникают в местах нарушения изоляции листов стали. Эти сигналы улавливаются чувствительным элементом датчика-сканера, представляющим собой катушку с ферромагнитным или немагнитным сердечником. Этим датчиком проводится сканирование всей рабочей поверхности испытуемого сердечника. Однако кроме величины сигнала при сканировании необходимо записывать аксиальную и тангенциальную координаты датчика, чтобы привязать обнаруженные дефекты к конкретному месту рабочей поверхности сердечника. Дискретная тангенциальная координата в виде номера сканируемого паза или зубца определяется вручную, а непрерывная аксиальная координата (текущее расстояние датчика от одного из торцов сердечника) записывается автоматически тем или другим техническим устройством.

Наиболее близким к предлагаемому способу измерения аксиальной координаты является способ, реализованный в устройстве, описанном в [2] (прототип). Здесь датчик снабжен системой определения аксиальной координаты, состоящей из зубчатого колеса и соосных свето- и фотодиода. В процессе перемещения датчика зубчатое колесо, связанное с ходовыми колесами датчика, вращается, его зубцы пересекают оптическую ось оптоэлектронной пары, вследствие чего по числу световых импульсов, преобразованных в электрические, специальное электронное устройство вычисляет координату - расстояние от датчика до одного из торцов сердечника, принятого за точку отсчета. Данное устройство достаточно сложно, содержит ряд электронных компонентов и в то же время не свободно от погрешностей, связанных с проскальзыванием ходовых колес при движении датчика по рабочей поверхности сердечника.

Для упрощения системы определения аксиальной координаты и повышения ее точности предлагается новый способ. Принцип, на котором он основан, поясняется на фиг.1. На этой фигуре цифрами обозначены:

1 - испытуемый сердечник;

2 - корпус сердечника;

3 - обмотка намагничивания;

4 - вольтметр.

Испытуемый сердечник 1 длиной L, помещенный в металлический корпус 2, охвачен обмоткой намагничивания 3. При подаче переменного напряжения на обмотку намагничивания по ней идет ток, порождающий в сердечнике кольцевой переменный магнитный поток. Если с помощью щупов подсоединить вольтметр 4 к противоположным торцам сердечника (точки «b» и «f» на фиг.1), то провода,крайние листы шихтованного сердечника и корпус образуют замкнутый контур V-a-b-c-d-e-f-g-V, в котором вышеуказанный переменный магнитный поток индуктирует некоторое калибровочное напряжение Е₀ (разность потенциалов точек «b» и «f»), величина которого будет измерена вольтметром V. При этом обязательно провод, которым вольтметр соединяется с дальним от себя торцом, должен проходить внутри отверстия сердечника. Величина калибровочного напряжения определяется общеизвестной формулой

где f-частота переменного тока;

Q_a - площадь поперечного сечения спинки сердечника;

В_а - амплитуда магнитной индукции в спинке сердечника. В свою очередь площадь поперечного сечения равна

Здесь h_a - высота спинки сердечника;

L - длина сердечника;

k_st - коэффициент заполнения шихтованного сердечника сталью. Подстановка (2) в (1) дает результат

Если перенести один из проводов из точки «b» в точку «А_х», находящуюся на некотором расстоянии «X» от одного из торцов, принятого за точку отсчета координат, то образуется новый замкнутый контур V-a-Ax-d-e-f-g-V. При этом вольтметр покажет новое значение напряжения Е_х (разность потенциалов точек «А_х» и «f»), которое по аналогии с (3) может быть вычислено по формуле

Это выражение получено из (3) заменой величины L на X, что является справедливым, поскольку площадь поперечного сечения, охваченного данным контуром, линейно зависит от координаты «X». Сопоставляя (3) и (4), получаем окончательное выражение для определения координаты произвольной точки «А_х»:

Из этой формулы видно, почему напряжение Е₀ названо калибровочным: его величина задает масштаб пересчета величины напряжения в величину координаты. Принцип пропорциональности аксиальной координаты некоторой точки на рабочей поверхности сердечника и напряжением между этой точкой и торцом сердечника удобно использовать при контроле сердечников электромагнитным методом для определения координаты датчика-сканера, поскольку сам этот метод предполагает создание в сердечнике переменного магнитного потока. В этом случае искомую координату определяют следующим образом: определяют калибровочное напряжение между торцами сердечника, определяют величину напряжения между местом расположения датчика и тем торцом, который принят за начало координат, а затем определяют координату датчика с помощью выражения (5).

Пример устройства, практически реализующего предложенный способ, представлен на фиг.2. Здесь:

5 - датчик-сканер;

6 - ходовые колеса датчика;

7 - разъем;

8 - кабель, связывающий датчик с пультом управления (для упрощения не показан);

9 - скользящий электрический контакт;

10 - провод, по которому потенциал датчика передается в пульт управления.

Датчик-сканер 5 снабжен чувствительным элементом для улавливания сигналов в местах нарушения изоляции листов, органами управления и Контроля и ходовыми колесами 6 для перемещения по поверхности сердечника. Сигналы, принимаемые датчиком, передаются через разъем 7 по кабелю 8 в пульт управления. Кроме того, датчик снабжен электрическим контактом 9, прижимаемым в данном случае плоской пружиной к рабочей поверхности сердечника. Специальный провод 10 через разъем 7 и кабель 8 связывает этот контакт с пультом управления.

При перемещении датчика 5 по рабочей поверхности исследуемого сердечника вместе с сигналами с его чувствительного элемента в пульт управления все время передается значение потенциала на контакте 9, по которому с помощью специального блока измерения определяется координата датчика по формуле (5).

Электрический контакт может иметь различные конструктивные модификации. Так, на фиг.2 он выполнен в виде плоской изогнутой пружины 9, на фиг.3 показано выполнение контакта в виде металлического колеса 11, прижимаемого к рабочей поверхности испытуемого сердечника плоской пружиной, а на фиг.4 показан электрический контакт в виде шара 12, прижимаемого цилиндрической пружиной 13.

При любом способе выполнения контакта определение аксиальной координаты датчика весьма просто и не зависит от проскальзывания ходовых колес.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение №2082274, 09-08-1994.

2. Патент РФ на полезную модель №39717,14-04-2004 (прототип).

1. Способ измерения аксиальной координаты датчика при контроле изоляции листов шихтованных сердечников электрических машин электромагнитным методом, при котором в испытуемом сердечнике создают переменный кольцевой магнитный поток, отличающийся тем, что предварительно определяют напряжение Е₀ между торцами сердечника длиной L, а затем при сканировании датчиком рабочей поверхности контролируемого сердечника измеряют напряжение Е_х между местом сердечника, в котором в данный момент находится датчик, и торцом сердечника, выбранным за точку отсчета, по которому (напряжению) рассчитывают расстояние Х от этого торца до датчика по формуле

2. Устройство для измерения аксиальной координаты датчика при контроле изоляции листов шихтованных сердечников электрических машин электромагнитным методом, содержащее обмотку намагничивания, датчик, блок питания намагничивающей обмотки и пульт управления, отличающееся тем, что датчик снабжен электрическим контактом, прижимаемым к рабочей поверхности контролируемого сердечника, а пульт управления снабжен блоком измерения, определяющим координату по величине напряжения между этим контактом и торцом сердечника, выбранным за точку отсчета.