Способ контроля трехфазной обмотки электрической машины
Владельцы патента RU 2339962:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при контроле межвитковой изоляции и обнаружении замыканий в обмотке статора асинхронных электрических машин малой мощности. Технический результат: повышение достоверности контроля за счет повышения чувствительности. Сущность: на обмотки электрической машины от генератора с регулируемыми длительностью τ импульса и временем задержки t3 подают суперпозицию двух импульсных последовательностей с одинаковыми периодами Т и противоположными полярностями импульсов. Устанавливают время задержки между импульсными последовательностями t3=τ. Изменяют длительность импульсов τ и время задержки t3 между импульсными последовательностями, добиваясь размещения k-й гармоники, имеющей максимальную амплитуду, на частоте ω0=2kπ/Т. Формируют две последовательности импульсов прямоугольной формы с периодами повторения Т0=2π/ω0 по точкам перехода k-x гармоник через ноль. Фиксируют значение напряжения на выходе фазового детектора, пропорциональное разности фаз гармоник с номером n, где n=2р+1, р=0, 1, 2, ..., выделенных из спектров полученных последовательностей импульсов. Последовательно меняют местами фазные обмотки. По изменению значения напряжения на выходе фазового детектора судят о наличии дефекта в соответствующей фазной обмотке. 3 ил.
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при контроле межвитковой изоляции и обнаружении замыканий в обмотке статора асинхронных электрических машин малой мощности.
Известен способ контроля трехфазной обмотки электрической машины [Патент на изобретение №2289143, МПК G01R 31/06. - Опубл. в Бюл. №34, 10.12.2006], основанный на подаче испытательного напряжения между соответствующим выводом первой фазной обмотки и одноименными или разноименными с ним выводами второй и третьей фазных обмоток, где в качестве испытательного напряжения используют суперпозицию двух последовательностей импульсов длительностью τ с одинаковыми периодами повторения T и регулируемым временем задержки t3 между ними, последовательном изменении мест двух фазных обмоток, установлении полярности импульсов второй последовательности, противоположной по отношению к первой, изменении длительности импульсов τ и времени задержки t3 при соблюдении условия t3=τ, добиваясь размещения k-й гармоники с максимальной амплитудой, выполнением условия τ=t3=π/ω0, выделенной из напряжений, полученных на двух резисторах, включенных между свободными выводами соответственно второй и третьей фазных обмоток и указанным выводом первой фазной обмотки, на середине частотного диапазона, соответствующего линейной части амплитудно-частотной характеристики фазных обмоток, на частоте ω0=2kπ/T, регистрации разности фаз выделенных гармоник до и после смены местами двух фазных обмоток и суждении о наличии замыкания в фазной обмотке по различию зарегистрированных значений разностей фаз.
Недостатком данного способа является относительно низкая чувствительность, не позволяющая обнаруживать один короткозамкнутый виток при соотношении количества замкнутых витков к количеству витков в фазной обмотке менее 0,001. Это связано с тем, что в реальных статорах асинхронных электрических машин малой мощности количество витков в фазной обмотке может превышать 2000-3000 витков. При этом значение напряжения на выходе фазового детектора при коротком замыкании одного витка может не превысить значения напряжения собственных шумов фазового детектора и, следовательно, не может быть измерено стандартными средствами.
Технический результат изобретения - повышение достоверности контроля за счет повышения чувствительности.
Задача решается тем, что в способе контроля трехфазной обмотки электрической машины, основанном на подаче испытательного напряжения между соответствующим выводом первой фазной обмотки и одноименными или разноименными с ним выводами второй и третьей фазных обмоток, где в качестве испытательного напряжения используют суперпозицию двух последовательностей импульсов длительностью τ с одинаковыми периодами повторения T и регулируемым временем задержки t3 между ними, последовательном изменении мест двух фазных обмоток, установлении полярности импульсов второй последовательности, противоположной по отношению к первой, изменении длительности импульсов τ и времени задержки t3 при соблюдении условия t3=τ, добиваясь размещения k-й гармоники с максимальной амплитудой, выполнением условия τ=t3=π/ω0, выделенной из напряжений, полученных на двух резисторах, включенных между свободными выводами соответственно второй и третьей фазных обмоток и указанным выводом первой фазной обмотки, на середине частотного диапазона, соответствующего линейной части амплитудно-частотной характеристики фазных обмоток, на частоте ω0=2kπ/T, регистрации разности фаз выделенных гармоник до и после смены местами двух фазных обмоток и по различию зарегистрированных значений разностей фаз суждении о наличии замыкания в фазной обмотке, формируют две последовательности импульсов прямоугольной формы с периодами повторения T0=2π/ω0 по точкам перехода k-х гармоник через ноль, выделяют одноименные n-е гармоники, где n=2р+1, p=0, 1, 2, ..., из спектров полученных последовательностей импульсов прямоугольной формы, которые принимают в качестве выделенных гармоник для регистрации разности фаз.
На фиг.1 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг.3 - амплитудный спектр и частотные характеристики, поясняющие работу устройства.
Устройство, реализующее способ, содержит генератор 1 импульсов с регулируемой длительностью τ и временем задержки t3, два резистора R1 и R2, два избирательных блока 2 и 3, два формирователя 4 и 5 последовательностей импульсов по точкам перехода гармонического колебания через ноль, два избирательных блока 6 и 7, фазовый детектор 8 и вольтметр 9. Первый вывод генератора 1 соединен с первым выводом первой фазной обмотки 10.1 объекта 10 контроля и первыми выводами резисторов R1 и R2, второй вывод соединен с первыми выводами второй 10.2 и третьей 10.3 фазных обмоток объекта 10 контроля. Кроме того, первый вывод первой обмотки 10.1 объекта 10 контроля соединен с первыми выводами избирательных блоков 2 и 3, вторые выводы второй 10.2 фазной обмотки объекта 10 контроля и резистора R1 соединены со вторым выводом избирательного блока 2, вторые выводы третьей 10.3 фазной обмотки объекта 10 контроля и резистора R2 соединены со вторым выводом избирательного блока 3, выход избирательного блока 2 соединен со входом формирователя 4 последовательности импульсов, выход избирательного блока 3 соединен со входом формирователя 5 последовательности импульсов, выход формирователя 4 последовательности импульсов соединен со входом избирательного блока 6, выход формирователя 5 последовательности импульсов соединен со входом избирательного блока 7, выходы избирательных блоков 6 и 7 соединены соответственно с первым и вторым входами фазового детектора 8, выход которого соединен со входом вольтметра 9.
Предложенный способ основан на особенностях фазовых спектров последовательностей импульсов прямоугольной формы, полученных по точкам перехода напряжений k-х гармоник, выделенных на частоте ω0=2kπ/Т, через ноль.
Как показано в [Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие для вузов / И.С.Гоноровский. - 5-е изд., испр. и доп. - М.: Дрофа, 2006. - 719, [1] с.: ил. - (Классики отечественной науки). - ISBN 5-7107-7985-7], амплитудный спектр прямоугольного колебания вида (фиг.2)
где E, Т0 - соответственно амплитуда и период прямоугольного колебания, может быть представлен выражением
где n=1, 3, 5, ... - номер гармоники, не содержащим фазового множителя.
Амплитудный спектр прямоугольного колебания e2(t) (фиг.2) с периодом Т0, задержанного на время tзад, может быть представлен выражением
Как видно из выражения (3), амплитудный спектр прямоугольного колебания e2(t) содержит фазовый множитель, величина которого пропорциональна как времени задержки колебания tзад, так и номеру гармоники n.
В [Патент на изобретение №2289143, МПК G01R 31/06. - Опубл. в Бюл. №34, 10.12.2006] показано, что при коротком замыкании малой части витков в одной из фазных обмоток разность фаз выделенных гармоник на частоте ω0=k Ω=2kπ/T=2π/Т0 составляет
|Δϕ|=2πtзад/T0≈ΔXL/2XL.
Следовательно, на частоте n-х гармоник, выделенных из спектров прямоугольных колебаний e1(t) и e2(t) (на фиг.2 соответственно гармоники un1(t) и un2(t)), разность фаз выделенных гармоник составит
Таким образом, выделение гармоник с номером n из спектров прямоугольных колебаний e1(t) и e2(t), полученных по точкам перехода k-х гармоник, выделенных на частоте ω0=2kπ/T=2π/T0, через ноль, позволяет увеличить разность фаз выделенных одноименных гармоник в n раз, что обеспечивает повышение чувствительности способа комплексного контроля трехфазной обмотки.
Способ контроля трехфазной обмотки осуществляется следующим образом.
Избирательные блоки 2 и 3 (фиг.1) настраивают на частоту ω0=k Ω=2kπ/T, расположенную на середине участка II, соответствующего линейной части АЧХ фазных обмоток (фиг.3, б). На обмотки электрической машины от генератора 1 с регулируемыми длительностью τ импульса и временем задержки t3 подают суперпозицию двух импульсных последовательностей с одинаковыми периодами повторения T и противоположными полярностями, устанавливают время задержки между указанными импульсными последовательностями t3=τ [Патент на изобретение №2289143, МПК G01R 31/06. - Опубл. в Бюл. №34, 10.12.2006]. Изменяют длительность импульсов τ и время задержки t3 между импульсными последовательностями генератора 1 при соблюдении условия t3=τ, добиваясь размещения гармоники с номером k, имеющей максимальную амплитуду напряжения при выполнении условия τ=t3=T/2k=π/ω0, на частоте ω0=k Ω=2kπ/T (фиг.3). Избирательные блоки 6 и 7 (фиг.1) настраивают на частоту n-х гармоник, где n=2p+1, p=0, 1, 2, ..., в спектрах последовательностей импульсов прямоугольной формы, полученных с помощью формирователей 4 и 5 последовательностей импульсов по точкам перехода k-х гармоник через ноль. С помощью вольтметра 9 фиксируют значение напряжения на выходе фазового детектора 8, пропорциональное разности фаз гармоник с номером n. Последовательно меняют местами фазные обмотки и по изменению значения напряжения, измеряемого вольтметром 9 на выходе фазового детектора 8, судят о наличии дефекта в соответствующей фазной обмотке.
Например, при выделении из спектров прямоугольных колебаний е1(t) и e2(t) гармоник с номером n=3 с периодом T3=T0/3 (фиг.2), фаза колебания u32(t) гармоники, сдвинутой на время tзад, а следовательно, и сдвиг фаз между колебаниями u32(t) и u31(t), составит
|ϕ32|=|Δϕ3|=2πtзад/T3=3·2πtзад/T0,
что в три раза превысит разность фаз колебаний, выделенных на частоте ω0=2kπ/T=2π/T0, составляющую |Δϕ|=2πtзад/Т0≈ΔXL/2XL. При соотношении ΔXL/XL≈0,0003, что соответствует замыканию одного витка в фазной обмотке с количеством витков около 3000, и коэффициенте передачи фазового детектора 0,4 В/град, значение |Δϕ3|=3·0,00015 рад≈0,026 град, а значение напряжения на выходе фазового детектора uвых=0,4·0,026=10,4 мВ и, следовательно, может быть измерено стандартными средствами.
Таким образом, предлагаемый способ контроля трехфазной обмотки электрической машины малой мощности позволяет повысить достоверность контроля и обеспечивает обнаружение одного короткозамкнутого витка.
Способ контроля трехфазной обмотки электрической машины, основанный на подаче испытательного напряжения между соответствующим выводом первой фазной обмотки и одноименными или разноименными с ним выводами второй и третьей фазных обмоток, где в качестве испытательного напряжения используют суперпозицию двух последовательностей импульсов длительностью τ с одинаковыми периодами повторения Т и регулируемым временем задержки t3 между ними, последовательном изменении мест двух фазных обмоток, установлении полярности импульсов второй последовательности, противоположной по отношению к первой, изменении длительности импульсов τ и времени задержки t3 при соблюдении условия t3=τ, добиваясь размещения k-й гармоники с максимальной амплитудой, выполнением условия τ=t3=π/ω0, выделенной из напряжений, полученных на двух резисторах, включенных между свободными выводами соответственно второй и третьей фазных обмоток и указанным выводом первой фазной обмотки, на середине частотного диапазона, соответствующего линейной части амплитудно-частотной характеристики фазных обмоток, на частоте ω0=2kπ/Т, регистрации разности фаз выделенных гармоник до и после смены местами двух фазных обмоток и по различию зарегистрированных значений разностей фаз суждении о наличии замыкания в фазной обмотке, отличающийся тем, что по точкам перехода k-x гармоник через ноль формируют две последовательности импульсов прямоугольной формы с периодами повторения Т0=2π/ω0, выделяют одноименные n-е гармоники, где n=2р+1, р=0, 1, 2, ..., из спектров полученных последовательностей импульсов прямоугольной формы, которые принимают в качестве выделенных гармоник для регистрации разности фаз.
