Способ определения коэффициента пропитки отверждаемым полимерным составом обмоток электрических машин

Авторы патента:

Смирнов Геннадий Васильевич (RU)

Смирнов Дмитрий Геннадьевич (RU)

H02K15/12 - пропитка, нагрев или сушка обмоток, статоров, роторов или электрических машин в целом

Владельцы патента RU 2521439:

Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (RU)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к неразрушающим способам контроля качества технологических процессов производства электротехнических изделий, в частности пропитки обмоток электрических машин. Согласно предлагаемому способу определения коэффициента пропитки отверждаемым полимерным составом обмоток электрических машин у каждой обмотки из данной партии до пропитки и после пропитки полимерным составом и сушки измеряют емкости С_кдп и С_кпп относительно корпуса. Затем после пропитки и сушки обмоток измеряют температуру у каждой обмотки Т_1пп и через провод каждой контролируемой обмотки пропускают постоянный стабилизированный ток I₀, величину которого выбирают в зависимости от площади сечения S жилы провода обмотки в интервале предельно допустимых для материала провода обмотки плотностей тока от j_min до j_max в диапазоне значений j_minS ≤ I₀≤ j_maxS. При этом упомянутый выбранный ток I₀ пропускают через обмотку в течение определенного времени t₀ и измеряют падение напряжения на обмотке U_1п в момент подвода к ней стабилизированного тока и падение напряжения на обмотке U_2п в момент упомянутого времени t₀. После упомянутых выше операций у каждой контролируемой обмотки по результатам измерений определяют коэффициент пропитки прикорпусных полостей К_ки обмотки и коэффициент пропитки К_мв межвитковых полостей обмотки по формулам

$К_{к и} = \frac{1}{\ln ε_{п с}} \times \ln \frac{С_{к п п} (С_{э к в} - С_{к д п})}{С_{к д п} (С_{э к в} - С_{к п п})}, (4)$

$К_{м в} = \frac{1}{m_{0 м в} с_{с}} {I_{0} \times t_{о} [\frac{U_{1 п} (U_{1 п} + U_{2 п}) α}{2 (U_{2 п} - U_{1 п}) [1 + α (Т_{1} - 20]}] - [1 + α (Т_{1} - 20)] \frac{B_{2}}{U_{1 п}} + B_{1}}, (5)$

где $С_{э к в} = \frac{р S_{п} ε_{0} ε_{э} ε_{к}}{(d_{э} ε_{к} + d_{к} ε_{э})}$ - эквивалентная емкость последовательно соединенных емкостей эмали и корпусной изоляции обмотки; р - количество пазов в магнитном сердечнике, в которые всыпается контролируемая часть обмотки; S_п - площадь поверхности паза; ε₀=8,854187·10^-12 - электрическая постоянная; ε_э - диэлектрическая проницаемость эмалевой пленки провода обмотки; ε_к - диэлектрическая проницаемость корпусной изоляции; d_э - толщина эмалевой изоляции провода; d_к - толщина корпусной изоляции провода; c_с - удельная теплоемкость высохшего пропиточного состава;

$m_{0 м в} = d_{c} S_{c} l_{w} (1 - \frac{р}{4} К_{з}) \times \frac{р}{2} - р S_{п}^{2} ε_{0} (\frac{С_{э к в} - С_{д п}}{С_{д п} С_{э к в}})$ - предельная масса сухого пропиточного состава, которую можно разместить в межвитковых полостях обмотки при их 100% заполнении; d_c - плотность высохшего пропиточного состава; S_с - площадь сечения паза; l_w - длина витка обмотки; К_з - коэффициент заполнения паза; α - температурный коэффициент сопротивления провода обмотки; B₁= С_ээм+ С_эк - эквивалентная теплоемкость слоев теплоемкостей эмали $С_{э э м} = с_{э} \frac{π (D_{э}^{2} - D_{п р}^{2})}{4} 1_{п р} ρ_{э м}$ и корпусной изоляции С_эк= С_ки× П × d_ки× L × р × с_ки; с_э - удельная теплоемкость эмали; D_э - диаметр эмалированного провода обмотки; D_пр - диаметр жилы провода обмотки; l_пр - номинальная длина провода контролируемой части обмотки; ρ_эм - плотность эмали; с_ки - удельная теплоемкость корпусной изоляции; П - периметр паза; d_ки - толщина корпусной изоляции; L - длина паза; ρ_ки - плотность корпусной изоляции; $В_{2} = с_{п р} \times ρ_{20} \times I_{0}^{2} ρ_{п р} l_{п р}^{2}$ - постоянный коэффициент; с_пр - удельная теплоемкость материала жилы провода обмотки; ρ₂₀ - удельное сопротивление материала жилы провода обмотки при 20°С. Технический результат - упрощение способа за счет исключения необходимости у одной из произвольно выбранных обмоток измерять емкость относительно корпуса и собственную емкость до пропитки, затем погружать упомянутую обмотку в пропиточную жидкость с известной диэлектрической проницаемостью и вновь измерять емкость этой обмотки относительно корпуса и собственную емкость обмотки, не вынимая обмотку из пропиточной жидкости, а также исключения необходимости у каждой из контролируемых обмоток дважды измерять собственные емкости: до пропитки и после нее, повышение точности, так как значение коэффициента пропитки не зависит от взаимного расположения витков в пазу, а также повышение информативности контроля, так как данный способ позволяет определить, как пропиточный состав распределился внутри обмотки и каковы коэффициенты пропитки прикорпусных и межвитковых полостей обмоток. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к неразрушающим способам контроля качества технологических процессов производства электротехнических изделий, в частности пропитки обмоток электрических машин.

Известен способ контроля качества пропитки обмоток электрических машин, предложенный в работе [2], который заключается в измерении емкости обмотки относительно магнитного сердечника до пропитки С_дп и емкости относительно магнитного сердечника после пропитки и сушки обмотки С_пп, а о качестве пропитки предложено судить по коэффициенту пропитки К_пр, определяемому из выражения

$К_{к п р} = \frac{С_{п п}}{С_{д п}} . (1)$

Недостатком способа-аналога является низкая точность контроля, так как величины С_дп и С_пп зависят от расположения витков в обмотке, а также от того, как распределился состав по корпусным полостям обмотки. При попадании одинакового количества (массы) пропиточного состава в две разные однотипные обмотки одной партии К_пр, определяемый по формуле (1), может давать существенно отличающиеся друг от друга значения. Поэтому формула (1) не позволяет объективно судить о насыщенности полостей обмотки пропиточным составом.

Известен способ определения коэффициента пропитки обмоток, описанный в работе [2], частично устраняющий указанные выше недостатки аналога.

Способ-аналог, по которому у каждой обмотки из данной партии измеряют емкости относительно корпуса до пропитки и после пропитки и сушки, одну из обмоток, произвольно выбранную из данной партии, после измерения емкости относительно корпуса до пропитки погружают в пропиточную жидкость с известной диэлектрической проницаемостью обмотки и измеряют емкость относительно корпуса, не вынимая обмотку из пропиточной жидкости, а коэффициент пропитки для каждой из оставшихся обмоток данной партии определяют по формуле

$К_{к п р} = \frac{1}{\ln ε_{2}} \ln \frac{ε_{1} С_{п п} (\frac{С_{п п}^{*}}{С_{д п}^{*}} - 1)}{\frac{С_{п п}^{*}}{С_{д п}^{*}} С_{д п} (ε_{1} - 1) - С_{п п} (ε_{1} - \frac{С_{п п}^{*}}{С_{д п}^{*}})}, (2)$

где С_дп, С_пп - емкости обмотки относительно корпуса соответственно до пропитки и после пропитки и сушки; $С_{д п}^{*}$ - емкость произвольно выбранной обмотки относительно корпуса до пропитки; $С_{п п}^{*}$ - емкость произвольно выбранной обмотки относительно корпуса после выдержки в пропиточной жидкости с известной диэлектрической проницаемостью до полного заполнения ею полостей обмотки; ε₁ - диэлектрическая проницаемость пропиточной жидкости; ε₂ - диэлектрическая проницаемость отвержденного пропиточного состава.

Недостатком способа является необходимость у одной из произвольно выбранных обмоток измерять емкость относительно корпуса до пропитки, затем, после измерения емкости относительно корпуса до пропитки, погружать упомянутую обмотку в пропиточную жидкость с известной диэлектрической проницаемостью и измерять емкость обмотки относительно корпуса, не вынимая обмотку из пропиточной жидкости. Введение этой операции и необходимость двойного измерения емкости до пропитки и после нее усложняет способ.

Кроме того, по упомянутому способу определяют только усредненный коэффициент пропитки прикорпусных полостей обмоток К_кпр. Между тем, не меньшее влияние на качество обмоток оказывает и коэффициент пропитки межвитковых полостей обмоток К_мпр, который по указанному способу не определяют.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения коэффициента пропитки отверждаемым полимерным составом обмоток электрических машин, описанный в работе [3].

В способе-прототипе у каждой обмотки из данной партии измеряют емкости относительно корпуса до пропитки и после пропитки полимерным составом и сушки, а одну произвольно выбранную обмотку после измерения емкости относительно корпуса до пропитки погружают в пропиточную жидкость с известной диэлектрической проницаемостью, выдерживают до полного заполнения ею полостей обмотки и измеряют емкость относительно корпуса, не вынимая обмотку из пропиточной жидкости и по результатам измерений определяют коэффициент пропитки прикорпусных полостей обмоток К_кпр, затем у всех обмоток из данной партии и произвольно выбранной обмотки после каждого из всех упомянутых измерений изменяют их собственные емкости, а коэффициент пропитки определяют по выражению

$\begin{array}{l} К_{п р} = \frac{1}{\ln ε} \ln \frac{С_{к д п} С_{в д п} С_{в п п} С_{к п п} ε_{1} [1 - А_{в}) - С_{в д п} (А_{к} - А_{в})]}{С_{0 д п} С_{к д п} А_{к} {ε_{1} (1 - А_{в}) + (А_{в} - ε_{1})} \times \\ \times \frac{1}{[С_{к д п} С_{в д п} С_{к п п} - С_{к д п} С_{в п п} С_{к п п} - С_{в д п} С_{к д п} С_{в п п} + С_{в д п} С_{в п п} С_{к п п}] + [А_{к} (1 - А_{в}) С_{к д п} С_{в д п} С_{в п п} С_{к п п}]}} (3) \end{array}$

где ε - диэлектрическая проницаемость отвержденного (сухого) пропиточного состава;

С_кдп, С_кпп - емкости обмотки относительно корпуса соответственно до и после пропитки полимерным составом и сушки; С_вдп, С_впп - собственные емкости обмотки, соответственно до и после пропитки полимерным составом и сушки; ε₁ - диэлектрическая проницаемость пропиточной жидкости; $А_{к} = \frac{С_{к д п}^{1}}{С_{к п п}^{1}}$ - постоянный коэффициент; $С_{к д п}^{1}$ , $С_{к п п}^{1}$ - емкости произвольно выбранной обмотки относительно корпуса соответственно до пропитки и после выдержки в пропиточной жидкости; $А_{в} = \frac{С_{в д п}^{1}}{С_{в п п}^{1}}$ - постоянный коэффициент, $С_{в д п}^{1}$ , $С_{в п п}^{1}$ - собственные емкости произвольно выбранной обмотки соответственно до пропитки и после выдержки в пропиточной жидкости.

Недостатками способа-прототипа являются:

- необходимость у одной из произвольно выбранных обмоток измерять емкость относительно корпуса и собственную емкость до пропитки, затем погружать упомянутую обмотку в пропиточную жидкость с известной диэлектрической проницаемостью и вновь измерять емкость этой обмотки относительно корпуса и собственную емкость, не вынимая обмотку из пропиточной жидкости, что усложняет способ;

- необходимость у каждой из контролируемых обмоток дважды измерять собственные емкости: до пропитки и после нее, что приводит к дополнительному усложнению способа;

- низкая точность контроля, обусловленная большим разбросом собственных емкостей от одной обмотки к другой, что связано со случайным расположением витков в обмотке, и зависимостью значения собственной емкости обмоток от того, каким образом распределился пропиточный состав, между какими витками обмотки;

- низкая информативность контроля, обусловленная тем, что по формуле (3) определяют усредненный коэффициент пропитки только межвитковых полостей обмотки, а как он распределился внутри обмотки и каков коэффициент пропитки прикорпусных полостей, способом-прототипом не определяют.

Технической задачей, на которую направлено изобретение, является упрощение способа, повышение его информативности и точности.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе определения коэффициента пропитки отверждаемым полимерным составом обмоток электрических машин, при котором у каждой обмотки из данной партии до пропитки и после пропитки полимерным составом и сушки измеряют емкости С_кдп и С_кпп относительно корпуса дополнительно после измерения емкости относительно корпуса у каждой контролируемой обмотки С_кпп после пропитки и сушки, измеряют температуру обмотки T_1пп, затем через провод каждой контролируемой обмотки пропускают постоянный стабилизированный ток I₀, величину которого выбирают в зависимости от площади сечения S жилы провода обмотки в интервале предельно допустимых для материала провода обмотки плотностей тока от j_min до j_max, в диапазоне значений j_minS≤I₀≤j_maxS, причем упомянутый ток I₀ пропускают через обмотку в течение определенного времени t₀ и измеряют падение напряжения на обмотке U_1п в момент подвода к ней стабилизированного тока и падение напряжения на обмотке U_2п в момент упомянутого времени t₀, после чего у каждой контролируемой обмотки по результатам измерений определяют коэффициент пропитки прикорпусных полостей К_ки обмотки и коэффициент пропитки К_мв межвитковых полостей обмотки по формулам

$К_{к и} = \frac{1}{\ln ε_{пс}} \times \ln \frac{С_{к п п} (С_{э к в} - С_{к д п})}{С_{к д п} (С_{э к в} - С_{к п п})}, (4)$

$К_{м в} = \frac{1}{m_{0 м в} c_{с}} {I_{0} \times t_{о} [\frac{U_{1 п} (U_{1 п} + U_{2 п}) α}{2 (U_{2 п} - U_{1 п}) [1 + α (Т_{1} - 20)]} - [1 + α (Т_{1} - 20)] \frac{B_{2}}{U_{1 п}} + B_{1}}, (5)$

где $С_{э к в} = \frac{p S_{п} ε_{0} ε_{э} ε_{к}}{(d_{э} ε_{к} + d_{к} ε_{э})}$ - эквивалентная емкость последовательно соединенных емкостей эмали и корпусной изоляции обмотки; р - количество пазов в магнитном сердечнике, в которые всыпается контролируемая часть обмотки; S_п - площадь поверхности паза; ε₀=8,854187·10^-12 - электрическая постоянная; е_э - диэлектрическая проницаемость эмалевой пленки провода обмотки; е_к - диэлектрическая проницаемость корпусной изоляции, d_э - толщина эмалевой изоляции провода; d_к - толщина корпусной изоляции провода, c_с - удельная теплоемкость высохшего пропиточного состава,

$m_{0 м в} = d_{c} S_{c} l_{w} (1 - \frac{р}{4} К_{з}) \times \frac{р}{2} - p S_{п}^{2} e_{0} (\frac{С_{э к в} - С_{д п}}{С_{д п} С_{э к в}})$ - предельная масса сухого пропиточного состава, которую можно разместить в межвитковых полостях обмотки при их 100% заполнении; d_c - плотность высохшего пропиточного состава; S_с - площадь сечения паза; l_w - длина витка обмотки; К_з - коэффициент заполнения паза; α - температурный коэффициент сопротивления провода обмотки; В₁=С_ээм+С_эк - эквивалентная теплоемкость слоев теплоемкостей эмали $С_{э э м} = с_{э} \frac{р (D_{э}^{2} - D_{п р}^{2})}{4} l_{п р} с_{э м}$ и корпусной изоляции С_эк=С_ки×П×d_ки×L×р×с_ки; c_э - удельная теплоемкость эмали; D_э - диаметр эмалированного провода обмотки; D_пр - диаметр жилы провода обмотки; l_пр - номинальная длина провода контролируемой части обмотки; с_эм - плотность эмали; с_ки - удельная теплоемкость корпусной изоляции, П - периметр паза; d_ки - толщина корпусной изоляции; L - длина паза; с_ки - плотность корпусной изоляции,

$В_{2} = с_{п р} \times ρ_{20} \times I_{0}^{2} c_{п р} l_{п р}^{2}$ - постоянный коэффициент; с_пр - удельная теплоемкость материала жилы провода обмотки; ρ₂₀ - удельное сопротивление материала жилы провода обмотки при 20°С.

На фиг.1 представлено сечение обмотки в одном из пазов, представляющее слоистую систему.

Она состоит из проводов обмотки 1, покрытых слоем эмали 2, корпусной изоляции 3, поверхности паза 4, воздушных полостей между поверхностью обмотки и корпусной изоляцией 5 и воздушных полостей между корпусной изоляцией и поверхностью паза 6, магнитного сердечника (корпус) 7, межвитковых полостей 8.

На фиг.2 изображены емкости обмотки относительно корпуса, которым является магнитный сердечник статора электрической машины, представлены в виде слоистого плоского конденсатора до пропитки (фиг.2А) и после нее (фиг.2Б). На фиг.2А и фиг.2Б введены те же обозначения, только на фиг.2Б вместо позиций 5 и 6 введены позиции 9 и 10, так как воздушные полости обмотки 5 и 6 после пропитки и сушки частично заполняются пропиточным составом. В связи с этим позициями 9 и 10 обозначены те же слои 5 и 6, но заполненные статистически распределенными по этим слоям частицами пропиточного состава. Фиг.1, фиг.2 служат для пояснения сущности изобретения.

Сущность способа заключается в следующем.

Корпусная часть обмотки электрической машины, размещенной в пазы магнитного сердечника, представляет собой слоистую систему (см. фиг.1). Так как толщина d_э эмалевой изоляции 2 провода 1, толщина d_к корпусной изоляции 3 и суммарная толщина d_в воздушных полостей между поверхностью обмотки и корпусной изоляцией 5 и воздушных полостей между корпусной изоляцией и поверхностью паза 6 пренебрежительно малы и составляют несколько микрон, то емкость обмотки относительно корпуса можно с пренебрежительно малой погрешностью представить в виде слоистого плоского конденсатора (см. фиг.2). Емкость непропитанной обмотки относительно магнитного сердечника (корпуса) до пропитки С_дп в соответствии с фиг.2А можно представить в виде следующего соотношения:

$\frac{1}{С_{к д п}} = \frac{1}{С_{э}} + \frac{1}{С_{к}} + \frac{1}{С_{в}}, (6)$

где С_э, С_к, С_в - емкости слоя эмальизоляции, емкости слоя корпусной изоляции, суммарные емкости воздушных слоев 5 и 6 (фиг.2) соответственно.

Следует отметить, что разброс толщин эмалевой и корпусной изоляции однотипных обмоток пренебрежительно мал, поэтому эквивалентные емкости этих слоев в однотипных обмотках можно, с пренебрежительно малой погрешностью, считать одинаковыми и постоянными от одной обмотки к другой обмотке. Разброс емкостей непропитанных С_кдп обмоток в основном обусловлен разбросом эквивалентных емкостей С_в от одной обмотки к другой и связан с разбросом от обмотки к обмотке воздушных полостей 5 и 6 (фиг.1 и фиг.2А).

Эквивалентную емкость С_экв последовательно соединенных слоев эмали и корпусной изоляции можно записать в виде

$С_{э к в} = \frac{С_{э} С_{к}}{С_{э} + С_{к}} . (7)$

С учетом того, что емкости слоев эмали в соответствии с фиг.2А можно представить в виде соединенных последовательно плоских конденсаторов и с учетом толщины эмали d_э и корпусной изоляции d_к и их диэлектрических проницаемостей е_э и е_к, выражение 7 можно записать

$С_{э к в} = \frac{p S_{п} ε_{0} ε_{э} ε_{к}}{d_{э} ε_{к} + d_{к} ε_{э}}, (8)$

где e₀=8,854187817·10^-12 - электрическая постоянная.

Эквивалентную емкость воздушных слоев 5 и 6 (фиг.2А) можно записать

$С_{в} = р \times \frac{ε_{0} ε_{в} S_{п}}{d_{в}}, (9)$

где d_в - суммарная толщина воздушных слоев 5 и 6.

Учитывая выражения (6), (7) и (9), а также тот факт, что диэлектрическая проницаемость воздуха ε_в=1, можно записать формулу для определения суммарной толщины воздушного зазора d_в

$d_{в} = р S_{п} ε_{0} (\frac{1}{С_{д п}} - \frac{1}{С_{э к в}}) = р S_{п} ε_{0} (\frac{С_{э к в} - С_{д п}}{С_{д п} С_{э к в}}) . (10)$

После пропитки и сушки обмоток объемы полостей 5 и 6 частично заполняются пропиточным составом, имеющим диэлектрическую проницаемость ε_п (см. фиг.2А и фиг.2Б)). Так как пропиточный состав не полностью заполняет объемы полостей 9 и 10, а статистически распределен по этим полостям, то в упомянутых полостях образуется бинарная статистическая смесь, состоящая из частиц пропиточного состава и частиц воздуха, с диэлектрической проницаемостью ε*. Диэлектрическая проницаемость бинарной смеси е* подчиняется распределению Лихтенеккера-Ротера [4], в соответствии с которым можно записать

$\ln ε * = \frac{V_{п}}{V_{0 к и}} \ln ε_{п} + \frac{V_{0 к и} - V_{п 12}}{V_{0 к и}} \ln ε_{в}, (11)$

где V_п - объем, который занимают частицы пропиточного состава в слоях 9 и 10,

V_0ки-V_п - объем воздуха в слоях 9 и 10, ε* - диэлектрическая проницаемость статистической смеси в слоях 9 и 10.

Учитывая, что диэлектрическая проницаемость воздуха ε_в=1, a ln ε_в=0, выражение (11) можно записать в виде

$\ln е * = \frac{V_{п}}{V_{0 к и}} \ln ε_{п} = К_{к и} \ln ε_{п} . (12)$

В выражении (12) отношение $\frac{V_{п}}{V_{0 к и}}$ есть ничто иное, как коэффициент пропитки К_пр прикорпусных полостей 9 и 10, характеризующий степень заполнения объема полостей V_0ки пропиточным составом.

Если учесть, что после пропитки и сушки пропиточный состав, диэлектрическая проницаемость которого е_п статистически распределился по объемам слоев 9 и 10, то эквивалентная емкость этих слоев можно представить выражением

$С_{п} = р \times \frac{ε_{0} ε * S_{п}}{d_{в}} . (13)$

Подставив в уравнение (6) вместо С_в величины С_п из выражения (13), можно записать выражение для емкости С_кпп

$\frac{1}{С_{к п п}} = \frac{1}{С_{э к в}} + \frac{d_{в}}{р ε_{0} ε * S_{п}}, (14)$

Из соотношения (14) выразим суммарную толщину d_в слоев 9 и 10

$d_{в} = р ε_{0} ε *_{12} S_{п} (\frac{С_{э к в} - С_{к п п}}{С_{к п п} С_{э к в}}) . (15)$

Так как после пропитки и сушки толщина d_в слоев 9 и 10 в каждой контролируемой обмотке осталась равной суммарной толщине воздушного зазора d_в в непропитанной обмотке, то можно приравнять правые части выражения (10) к правой части выражения (15) и получить

$е * р ε_{0} S_{п} (\frac{С_{э к в} - С_{к п п}}{С_{к п п} С_{э к в}}) = р S_{п} ε_{0} (\frac{С_{э к в} - С_{к д п}}{С_{к д п} С_{э к в}}) . (16)$

Из соотношения (16) выразим е* и, преобразовав полученное выражение, запишем

$ε * = \frac{С_{к п п} (С_{э к в} - С_{к д п})}{С_{к д п} (С_{э к в} - С_{к п п})} . (17)$

Выразим из соотношения (12) коэффициент пропитки прикорпусных полостей обмотки К_ки, получим

$К_{к и} = \frac{\ln ε *}{\ln ε_{п}} . (18)$

Подставив в выражение (18) значение е* из соотношения (17), получим

$К_{к и} = \frac{1}{\ln ε_{п с}} \times \ln \frac{С_{к п п} (С_{э к в} - С_{к д п})}{С_{к д п} (С_{э к в} - С_{к п п})} . (19)$

Таким образом, для определения степени насыщенности прикорпусных полостей обмоток пропиточным составом достаточно у каждой из контролируемых обмоток до пропитки и после пропитки и сушки измерить емкости относительно корпуса С_кдп и С_кпп и определить коэффициенты пропитки прикорпусных полостей обмоток по вышеприведенной формуле (19).

Рассмотрим принцип измерения степени насыщенности пропиточным составом межвитковых 8 (фиг.1) полостей обмотки. Для этого сначала покажем, как, используя тепловой метод, определить общую суммарную массу пропиточного состава, находящегося в межвитковых и прикорпусных полостях обмотки.

До пропитки эквивалентная теплоемкость обмотки С_эдп равняется сумме теплоемкостей

$С_{э д п} = С_{э п р} + С_{э э м} + С_{э к и}, (20)$

где С_эпр=С_пр×m_пр - эквивалентная теплоемкость провода контролируемой обмотки; С_ээм=с_э×m_iэ - эквивалентная теплоемкость эмалевой изоляции провода; С_эки=с_ки×m_ки - эквивалентная теплоемкость провода эмали; с_пр, с_эм, с_ки - удельные теплоемкости материала провода, эмали, корпусной изоляции соответственно; m_прi, m_iэ, m_iки - массы жилы провода, эмали и корпусной и изоляции соответственно.

Так как m_пр>>m_э и m_пр>>m_ки, а эквивалентная теплоемкость непропитанной обмотки из выражения (20) определяется, в основном, величиной С_эпр, то именно эту величину необходимо определять (измерять) с минимальной погрешностью, а допущение о том, что величины С_ээм и С_эки постоянны для всех однотипных обмоток и равны номинальным значениям, не привносят заметных ошибок в контроль качества пропитки. Исходя из этого, можно положить, что

$С_{э э м} = с_{э} \frac{π (D_{э}^{2} - D_{п р}^{2})}{4} l_{п р} ρ_{э м} = c o n s t, (21)$

$С_{э к и} = с_{к и} \times П \times d_{к и} \times L \times р \times ρ_{к и} = c o n s t, (22)$

где D_э, D_пр - номинальные диаметры эмалированного и оголенного проводов; l_пр - номинальная длина провода контролируемой части обмотки; ρ_эм - плотность эмали; d_ки - номинальная толщина корпусной изоляции; П - периметр паза, L - длина паза; р - число пазов, в которые всыпана обмотка; ρ_ки - плотность корпусной изоляции.

Обозначим сумму С_ээм и С_эки буквой B₁=С_ээм+С_эки=const. С введенным обозначением B₁ выражение (22) можно переписать в виде

$С_{э д п} = С_{э п р} + В_{1} . (23)$

Наибольшую погрешность в величину С_эдп, как это отмечено выше, может внести нестабильность (разброс) от обмотки к обмотке величины m_прi за счет разбросов от обмотки к обмотке сечения провода, потому именно величину m_прi в каждой из контролируемых обмоток необходимо контролировать. Покажем, как это можно осуществить. Пусть контроль осуществляется при температуре Т=20°С. Тогда сопротивление обмотки в момент подвода к ней электрической энергии равно R₂₀. Обычно же, особенно после пропитки и сушки обмоток их температура (обозначим ее Т₁) отличается от 20°С. Если температура обмотки в момент подключения к ней греющего тока I₀, равна Т₁ и отличается от Т=20°С, то сопротивление R₂₀ можно определить по формуле

$R_{20} = \frac{R_{1}}{1 + α (Т_{1} - 20)}, (24)$

где α - температурный коэффициент сопротивления.

Разогревать пропитанную обмотку наиболее рационально постоянным стабилизированным током I₀. Величину постоянного стабилизированного тока I₀, выбирают, исходя из допустимых плотностей тока j. Которая, например, для медного провода лежит в диапазоне от j_min=6 А/мм² до j_max=10 А/мм² [5] и площади сечения провода S.

При этом нижняя граница плотность тока, равная, например, для медного провода, j_min=6 А/мм² считается нормальной плотностью, взятой с запасом, а плотность тока верхней границы, равная, например, для медного провода j_max=10 А/мм² - это максимально допустимая плотность, которая пригодна только для кратковременной эксплуатации. В нашем случае, при кратковременном воздействии постоянного стабилизированного тока I₀ на объект контроля (обмотку), целесообразно выбирать плотность тока, близкую к максимально допустимой плотности тока, равной j_max=10 А/мм². Это обусловлено тем, что, во-первых, воздействие тока на провод обмотки в процессе контроля пропитки кратковременно, и, во- вторых тем, что чем выше плотность тока, тем быстрее происходит изменение температуры провода, что сокращает время контроля. Поэтому для разрабатываемого способа контроля качества пропитки обмоток электротехнических изделий следует обузить интервал плотностей тока до значений от j_min=6 А/мм² до j_mах=10 А/мм². Указанный выбранный интервал тока для контроля пропитки обмоток электротехнических изделий, изготовленных из медного провода, обусловлен следующими причинами. Плотность тока для медных проводов более j_max=10 А/мм² не допустима. Значение плотностей тока меньше j_min=6 А/мм² приводит к увеличению времени контроля и точности измерений коэффициентов пропитки.

Для алюминиевого провода пределы допустимых плотностей тока лежат в диапазоне 4-6 ампер на квадратный миллиметр [5]. Поэтому если контролируются обмотки, провод которых выполнен из алюминиевого провода, то выбирать значение стабилизированного постоянного тока I₀ следует, исходя из упомянутых допустимых плотностей тока для алюминия.

Если энергия подается в обмотку в виде стабилизированного тока I₀, величина которого постоянна и известна, то величина R₂₀ может быть определена путем измерения на обмотке, в момент t=0 подвода к ней тока, величины напряжения U_1n из выражений

$R_{1} = \frac{U_{1 п}}{I_{0}} . (25)$

Подставив в выражение (24) формулу (25), получим

$R_{20} = \frac{U_{1 п}}{[1 + α (Т_{1} - 20)] I_{0}}, (26)$

с другой стороны

$R_{20} = ρ_{20} \frac{1_{п р}}{S}, (27)$

где ρ₂₀ - удельное сопротивление провода при 20°С; S - площадь сечения провода.

Умножив числитель и знаменатель выражения (27) на плотность материала провода ρ_пр и длину провода l_пр, получим

$R_{20} = ρ_{20} \frac{с_{п р} 1_{п р}^{2}}{m_{п р}} . (28)$

Из выражений (28) и (26) следует, что

$m_{п р} = ρ_{20} \frac{с_{п р} 1_{п р}^{2}}{R_{20}} = ρ_{20} \frac{I_{0} ρ_{п р} 1_{п р}^{2} [1 + α (Т_{1} - 20)]}{U_{1 п}} . (29)$

Исходя из выражения (29) эквивалентная теплоемкость провода обмотки равна

$С_{э п р} = с_{п р} \times m_{п р} = с_{п р} с_{20} \frac{I_{0} ρ_{п р} 1_{п р}^{2} [1 + α (Т_{1} - 20)]}{U_{1 п}} = [1 + α (Т_{1} - 20)] \frac{B_{2}}{U_{1 п}}, (30)$

где $B_{2} = с_{п р} \times с_{20} \times I_{0} с_{п р} 1_{п р}^{2}$ - постоянная величина, характерная для контролируемого типа обмоток, и используемая при контроле величины постоянного стабилизированного тока величины тока I₀. Подставим выражение (30) в (23), получим

$С_{э д п} = С_{э п р} + В_{1} = [1 + α (Т_{1} - 20)] \frac{B_{2}}{U_{1 п}} + B_{1} . (31)$

Таким образом, в соответствии с выражением (31) для определения эквивалентной теплоемкости любой контролируемой непропитанной обмотки нет необходимости производить какие-либо измерения у непропитанной обмотки, а достаточно измерить лишь температуры обмотки T₁ и напряжение U_1п в момент подачи в пропитанную обмотку (t=0) стабилизированного тока I₀.

Эквивалентная теплоемкость пропитанной обмотки С_эпп увеличивается по сравнению с С_эдп за счет прибавления к ней теплоемкости пропиточного состава и будет равна

$С_{э п п} = С_{э д п} + с_{с} \times m_{с}, (32)$

где с_с - удельная теплоемкость пропиточного состава; m_с - масса пропиточного состава в полостях обмотки после ее пропитки.

С другой стороны, С_эпп равна

$С_{э п п} = \frac{Q}{Δ T}, (33)$

где $Q = I_{0} \times t_{о} (\frac{U_{1 п} + U_{2 п}}{2}) (34)$ - энергия, пошедшая на разогрев пропитанной обмотки; U_2п - напряжение на обмотке по истечении времени t_o ее разогрева; ΔТ=Т₂-T₁ - приращение температуры обмотки при разогреве ее энергией Q; Т₂ - температура обмотки в момент времени t_o.

Величина ΔТ может быть определена по изменению напряжения на проводе обмотки в процессе ее разогрева выражений

$U_{1 n} = I_{0} R_{20} [1 + α (Т_{1} - 20)], (35)$

$U_{2 n} = I_{0} R_{20} [1 + α (Т_{2} - 20)] . (36)$

Вычтем U_1n из U_2n, используя выражения (36) и (35), получим

$U_{2 n} - U_{1 n} = I_{0} R_{20} [1 + α (Т_{2} - 20)] - I_{0} R_{20} [1 + α (Т_{1} - 20)] = I_{0} R_{20} α (Т_{2} - Т_{1}) . (37)$

Из выражения (37) следует

$Δ Т = Т_{2} - Т_{1} = \frac{U_{2 п} - U_{1 п}}{α I_{0} R_{20}} = \frac{(U_{2 п} - U_{1 п}) [1 + α (Т_{1} - 20)]}{α U_{1 п}} . (38)$

Подставив в выражение (33) выражения (34) и (38), получим

$С_{э п п} = \frac{Q}{Δ T} = I_{0} \times t_{о} [\frac{U_{1 п} (U_{1 п} + U_{2 п}) α}{2 (U_{2 п} - U_{1 п}) [1 + α (Т_{1} - 20)]}] . (39)$

Подставив в выражение (32) С_эдп и С_эпп из выражений (31) и (39) и преобразовав полученное выражение относительно m_с, получим

$m_{с} = \frac{1}{с_{с}} {I_{0} \times t_{о} [\frac{U_{1 п} (U_{1 п} + U_{2 п}) α}{2 (U_{2 п} - U_{1 п}) [1 + α (Т_{1} - 20)]}] - [1 + α (Т_{1} - 20)] \frac{B_{2}}{U_{1 п}} + B_{1}} . (40)$

Объем прикорпусных полостей обмотки V_0ки можно найти из выражения (10)

$V_{0 к и} = d_{в} \times S_{п} = р S_{п}^{2} ε_{0} (\frac{С_{э к в} - С_{д п}}{С_{д п} С_{э к в}}) . (41)$

Общий объем полостей в обмотке V₀ находится по формуле [4]

$V_{0} = S_{c} 1_{w} (1 - \frac{р}{4} К_{з}) \times \frac{р}{2}, (42)$

где S_с - площадь сечения паза.

Объем межвитковых полостей в обмотке V_0мв равен

$V_{0 м в} = V_{0} - V_{0 к и} = S_{c} 1_{w} (1 - \frac{р}{4} К_{з}) \times \frac{р}{2} - р S_{п}^{2} ε_{0} (\frac{С_{э к в} - С_{д п}}{С_{д п} С_{э к в}}) . (43)$

Масса пропиточного состава, проникшего в прикорпусные полости обмотки, равна

$m_{к} = К_{к и} V_{0 к и} . (44)$

Коэффициент пропитки межвитковых полостей в обмотке можно рассчитать по формуле

$К_{м в} = \frac{m_{с} - m_{к}}{m_{0} - m_{0 к}}, (45)$

где m₀ - предельная масса пропиточного состава, которую можно разместить в полостях обмотки при их 100% наполненности сухим пропиточным составом

$m_{0} = c_{c} V_{0} = d_{c} S_{c} 1_{w} (1 - \frac{р}{4} К_{з}) \times \frac{р}{2}, (46)$

где m_0к - предельная масса пропиточного состава, которую можно разместить в прикорпусных полостях обмотки, при их 100% наполненности сухим пропиточным составом

$m_{0 к} = d_{c} V_{0 к и} . (47)$

Выражение (33) справедливо для идеально теплоизолированной обмотки от магнитного сердечника и окружающей среды, когда вся подведенная энергия к проводу обмотки Q затрачивается только на разогрев обмотки, а потери тепла в магнитный сердечник и окружающую среду отсутствуют. Можно показать, что при времени разогрева обмотки t₀≤0,02 τ, где τ=С_рас(β×So)^-1 - постоянная времени разогрева обмотки; С_рас - суммарная расчетная теплоемкость пропитанной обмотки и магнитного сердечника; β - коэффициент теплоотдачи; S_o - поверхность охлаждения магнитного сердечника и обмотки; потерями тепла из обмотки можно пренебречь и считать ее, с пренебрежительно малой погрешностью, идеально теплоизолированной.

С другой стороны, приращение сопротивления обмотки за время ее разогрева должно быть достаточно большим для того, чтобы его можно было измерить с малой погрешностью, для этого время разогрева обмотки должно быть достаточно большим. Можно показать, что при t₀>0,01 τ, погрешность измерения приращения температуры методом сопротивления пренебрежительно мала.

В реальности же время t₀ выбирается для каждого типа контролируемых обмоток экспериментально, при этом критерием правильно выбранного времени контроля t₀ является минимальная ошибка определения коэффициента межвитковых полостей обмотки:

$\begin{array}{l} С_{п р} = 1_{п р} \times \frac{р \times D_{п р}^{2} \times с_{п р}}{4} \times с_{п р} = 160 \times 3,14 \times (^{1,32 \times 10^{- 3}) 2} \times 8,93 \times 10^{3} \times 0,38137 \times 10^{3} / 4 = \\ = 745,31 Дж/град, \end{array}$

ρ₂₀=0,0178 Ом×мм²/м,

$R_{20} = ρ_{20} \frac{1_{п р}}{S} = 4 \times 0,0178 \times 160 / {(1,32)}^{2} = 1,63 Ом$ ,

U_1n=20,268 В.

Пример. Производилось определение коэффициентов пропитки у пяти обмоток статоров асинхронного электрического двигателя типа 4А112М по способу-прототипу и по заявляемому способу.

У контролируемых обмоток определяли по выражению (6) величину С_экв, исходя из следующих обмоточных данных.

Общее количество пазов в магнитном сердечнике р_общ=36. Обмотка статора была соединена звездой с изолированной нейтралью. При контроле последовательно определялись коэффициенты пропитки каждых двух фаз обмотки. Поэтому количество пазов р, в которые всыпалась контролируемая часть обмотки, равнялась $р = \frac{2}{3} р_{о б щ} = 24$ .

S_п=5,375×10^-3 м²; d_э=0,04×10^-3 м; d_к=0,1×10^-3 м; ε_э=5,92; ε_к=3,85;

ε_э=2,5; ε_к=2,7; d_э=0,04×10^-3 м; d_к=0,49×10^-3 м.

Исходя из приведенных выше обмоточных данных рассчитывали С_экв в формуле (19)

$С_{э к в} = \frac{р S_{п} ε_{0} ε_{э} ε_{к}}{d_{э} ε_{к} + d_{к} ε_{э}} = \frac{24 \times 5,375 \times 10^{- 3} \times 8,854187817 \cdot 10^{- 12} \times 3,85 \times 5,92}{3,066 \times 10^{- 3}} = 8490,6 пФ$ .

Перед пропиткой измерялись емкости контролируемых обмоток С_эдп относительно магнитного сердечника статора на частоте электрического поля f=1000 Гц мостом Е2-12.

Результаты измерений емкостей С_эдп контролируемых обмоток до пропитки и после нее приведены в таблице 1.

После измерения емкостей обмоток относительно магнитного сердечника (корпуса) они пропитываются лаком КП-34 струйно-капельным методом. После сушки обмоток измерялись вновь емкости обмоток относительно магнитного сердечника статора С_эпп. Результаты измерений С_эпп приведены в таблице 1.

В процессе измерений С_эпп у каждой контролируемой обмотки, перед подачей в нее стабилизированного постоянного тока I₀, измерялась исходная температура Т₁, которая также заносилась в таблицу 1.

Как видно из таблицы 1, значения их температуры T₁ колебались от 25 до 35°С, что было связано с тем, что обмотки после пропитки и сушки не успели остыть до комнатной температуры.

Рассчитывали коэффициент B₁ в формуле (5), используя следующие обмоточные данные:

с_э=984 Дж/кг×град К; D_пр=1,32×10^-3 м; D_э=1,4×10^-3 м; ρ_эм=1230 кг/м³; ρ_ки=810 кг/м³

1_пр=160 м; с_ки=840 Дж/кг×град К; L=0,125 м; П=4,3×10^-2 м.

Эквивалентная теплоемкость эмали равна:

$\begin{array}{l} С_{э э м} = 1_{п р} \times \frac{π \times (D_{э м}^{2} - D_{п р}^{2}) \times ρ_{э м}}{4} \times с_{э м} = [160 \times 3,14 \times ({1,4}^{2} - {1,32}^{2}) \times 10^{- 6} \times 1,23 \times 10^{3} \times \\ \times 984] / 4 = 33,0787 Дж/град К ≅ 33,0 Дж/град К . \end{array}$

Эквивалентная теплоемкость корпусной изоляции равна:

С_эки=р×L_п×П×ρ_ки×d_ки×c_ки=24×0,125×4,3×10^-2×810×0,49×10^-3×840=430 Дж/град К;

B₁=С_ээм+С_эки=33+430=463 Дж/град К.

Затем обмотки подвергали электротепловому контролю.

В каждую контролируемую пропитанную обмотку упомянутого выбранного статора подавали постоянный стабилизированный ток I₀ величиной 12,4 А. Величину постоянного стабилизированного тока, выбирали исходя из допустимых плотностей тока j, для медного провода лежащих в диапазоне от j_min=6 А/мм² до i_max=10 А/мм² [5], и площади сечения провода.

При этом плотность тока j_min=6 А/мм² считается нормальной плотностью, взятой с запасом, а плотность тока 10 А/мм² - это максимально допустимая плотность, которая пригодна только для кратковременной эксплуатации. В нашем случае, при кратковременном воздействии постоянного стабилизированного тока I₀ на объект контроля (обмотку), целесообразно выбирать плотность тока, близкую к максимально допустимой плотности тока, равной i_max=10 А/мм². Это обусловлено тем, что, во-первых, воздействие тока на провод обмотки в процессе контроля пропитки кратковременно, и, во-вторых, тем, что чем выше плотность тока, тем быстрее происходит изменение температуры провода, что сокращает время контроля. Поэтому для разрабатываемого способа контроля качества пропитки обмоток электротехнических изделий следует обузить интервал плотностей тока до значений от j_min=6 А/мм² до i_max=10 А/мм². Указанный выбранный интервал тока для контроля пропитки обмоток электротехнических изделий, изготовленных из медного провода, обусловлен следующими причинами. Плотность тока для медных проводов более 10 А/мм² не допустима. Значение плотностей тока меньше j_min=6 А/мм² приводит к увеличению времени контроля и снижению точности измерений коэффициентов пропитки. В данном конкретном случае площадь сечения медного провода контролируемой обмотки была равной 1,7424 мм². Исходя из выбранного диапазона допустимых плотностей тока в диапазоне от j_min=6 А/мм² до i_max=10 А/мм², значение постоянного стабилизированного тока I₀ должно лежать в диапазоне от 10,45 А до 17,424 А. Нами был выбран ток, лежащий в указанном диапазоне, равный 12,4 А.

Рассчитывали коэффициент B₁ в формуле (5), используя следующие обмоточные данные

с_э=984 Дж/кг×град К; D_пp=1,32×10^-3 м; D_э=1,4×10^-3 м; ρ_эм=1230 кг/м³; ρ_ки=810 кг/м³;

1_пр=160 м; с_ки=840 Дж/кг×град К; L=0,125 м; П=4,3×10^-2 м.

Эквивалентная теплоемкость эмали равна:

Эквивалентная теплоемкость корпусной изоляции равна:

С_эки=р×L_п×П×ρ_ки×d_ки×c_ки=24×0,125×4,3×10^-2×810×0,49×10^-3×840=430 Дж/град К;

B₁=С_ээм+С_эки=33+430=463 Дж/град К.

Исходя из выбранной величины постоянного стабилизированного тока I₀=12,4 А, обмоточных данных с_пр=0,38309×10³ Дж/кг град К, ρ₂₀=0,0178 Ом×мм²/м=0,0178×10^-6 Ом×мм²/м, ρ_пр=8,89×10³ кг/м³, l_пр=160 м, определяли коэффициент В₂ $В_{2} = с_{п р} \times с_{20} \times I_{0} ρ_{п р} 1_{п р}^{2} = 0,38309 \times 10^{3} \times 0,0178 \times 10^{- 6} \times 8,89 \times 10^{3} \times 12,4 \times 25600 = 19243,51$

Через каждую контролируемую обмотку пропускали упомянутый постоянный стабилизированный ток I₀=12,4А в течение времени t₀=20 с. Время t₀=20 с определяли экспериментально, исходя из критерия минимальной погрешности определения эквивалентной теплоемкости пропитанных обмоток по формуле (33).

Измеряли напряжение U_1п на обмотке в момент подвода к ней тока I₀=12,4А и напряжение U_2п в момент времени t₀=20 с.

По формуле (40), учитывая, что удельная теплоемкость пропиточного состава с_с=1,652×10³ Дж/кг×°С, а плотность пропиточного состава с_с=1,23×10³ кг/м³, определяли m_с.

Общий объем полостей в обмотке V₀ находили по формуле (42) [4], он был равен

$V_{0} = S_{c} 1_{w} (1 - \frac{р}{4} К_{з}) \times \frac{р}{2} V_{0} = S_{c} 1_{w} (1 - \frac{р}{4} К_{з}) \times \frac{р}{2} = 8,8 \times 10^{- 5} \times 0,572 (1 - 0,53223) \times 12 = 0,000283 м^{3}$

где S_c=8,8×10^-5 м²; 1_w=0,572; К_з=0,678.

Оценки показывают, что объем прикорпусных полостей обмотки V_0ки согласно выражению (10) составляет порядка V_0ки=(3÷3,2)×10^-6 м³. Общий объем полостей в обмотке V₀ составляет 0,283×10^-3 м³.

Так как V₀>>V_0ки, то из выражений (44) и (45)следует, что масса пропиточного состава, попавшая в межвитковые полости m_с, много больше массы, проникшей в прикорпусные полости обмотки m_к, т.е. m_с>>m_к, и формула (45) для определения коэффициента пропитки межвитковых полостей обмотки К_мв может быть записана в виде

$К_{м в} = \frac{m_{c}}{m_{0}} . (48)$

По формулам (19) и (48) определяли коэффициенты пропитки прикорпусных К_ки и межвитковых К_мв полостей обмоток, которые также внесены в таблицу 1.

Для сравнения со способом-прототипом значения определенных по способу-прототипу коэффициентов пропитки К_пр также занесены в таблицу 1.

Экспериментальные значения, необходимые для определения коэффициентов пропитки, и результаты контроля по заявляемому способу и способу-прототипу внесены в таблицу 1.

Таблица 1
№ п/п	1	2	3	4	5
С_кдп, пФ	1600	1590	1670	1610	1650
С_кпп, пФ	2773	2173	2626	2649	2364
К_ки	0,51	0,28	0,42	0,46	0,33
Т₁, °С	25	35	25	30	28
U_1п	20,101	20,502	20,121	20,701	20,202
U_2п	20,321	20,722	20,341	20,931	20,432
К_мв	0,50	0,45	0,63	0,47	0,41
С_эдп	1420,34	1455,2	1432,0	1428	1394,
С_эпп	1707,8	1712,6	1796,3	1701	1632,1
К_мв	0,48	0,45	0,63	0,47	0,41
К_пр	0,39	0,36	0,55	0,39	0,76

Из таблицы 1 можно сделать следующие выводы.

Таким образом, заявляемый способ имеет следующие преимущества перед способом- прототипом:

- в заявляемом способе нет необходимости у одной из произвольно выбранных обмоток измерять емкость относительно корпуса и собственную емкость до пропитки, затем погружать упомянутую обмотку в пропиточную жидкость с известной диэлектрической проницаемостью и вновь измерять емкость этой обмотки относительно корпуса и собственную емкость обмотки, не вынимая обмотку из пропиточной жидкости, что упрощает заявляемый способ по сравнению со способом-прототипом;

- в заявляемом способе нет необходимости у каждой из контролируемых обмоток дважды измерять собственные емкости: до пропитки и после нее, что приводит к дополнительному упрощению заявляемого способа;

- способ-прототип имеет низкую точность контроля, обусловленную большим разбросом собственных емкостей от одной обмотки к другой, что связано со случайным расположением витков в обмотке, и зависимостью значения собственной емкости обмоток от того, каким образом распределился пропиточный состав, между какими витками обмотки, в заявляемом же способе значения коэффициента пропитки не зависят от взаимного расположения витков в пазу, что делает заявляемый способ более точным;

- заявляемый способ по сравнению со способом-прототипом имеет более высокую информативность контроля, обусловленную тем, что по формуле (3) в способе-прототипе определяют усредненный коэффициент пропитки только межвитковых полостей обмотки, а заявляемый способ позволяет определить, как пропиточный состав распределился внутри обмотки и каковы коэффициенты пропитки прикорпусных и межвитковых полостей обмоток.

Список использованной литературы

1. Кондратьева Н.Г. и др. Оценка, возможности использования электрической емкости обмотки статоров для контроля качества пропитки статоров электродвигателей низкого напряжения. - Электротехническая промышленность. Серия "Электрические машины", вып. 5/75, 1977.

2. А.с. №1241361. Способ определения коэффициента пропитки обмоток электрических машин / Г.В.Смирнов, Г.Г.Зиновьев. - Опубл. 30.06.86. Бюл. №24.

3. А.с. №1709470. Способ определения коэффициента пропитки отверждаемым полимерным составом обмоток электрических машин / Г.В.Смирнов. - Опубл. 30.06.86. Бюл. №24 - прототип.

4. Г.В.Смирнов. Надежность изоляции обмоток электротехнических изделий. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990, стр.96 формула 3.3

5. http://www.ura-remontu.ru/raschet-secheniya-provoda-po-toku.html

Способ определения коэффициента пропитки отверждаемым полимерным составом обмоток электрических машин, при котором у каждой обмотки из данной партии до пропитки и после пропитки полимерным составом и сушки измеряют емкости С_кдп и С_кпп относительно корпуса, отличающийся тем, что дополнительно после измерения емкости относительно корпуса у каждой контролируемой обмотки С_кпп после пропитки и сушки измеряют температуру обмотки Т_1пп, затем через провод каждой контролируемой обмотки пропускают постоянный стабилизированный ток I₀, величину которого выбирают в зависимости от площади сечения S жилы провода обмотки в интервале предельно допустимых для материала провода обмотки плотностей тока от j_min до j_max, в диапазоне значений j_minS≤I₀≤j_maxS, причем упомянутый ток I₀ пропускают через обмотку в течение определенного времени t₀ и измеряют падение напряжения на обмотке U_1п в момент подвода к ней стабилизированного тока и падение напряжения на обмотке U_2п в момент упомянутого времени t₀, после чего у каждой контролируемой обмотки по результатам измерений определяют коэффициент пропитки прикорпусных полостей К_ки обмотки и коэффициент пропитки К_мв межвитковых полостей обмотки по формулам
$К_{к и} = \frac{1}{\ln ε_{п с}} \times \ln \frac{С_{к п п} (С_{э к в} - С_{к д п})}{С_{к д п} (С_{э к в} - С_{к п п})}$ ,
$К_{м в} = \frac{1}{m_{0 м в} с_{с}} {I_{0} \times t_{о} [\frac{U_{1 п} (U_{1 п} + U_{2 п}) α}{2 (U_{2 п} - U_{1 п}) [1 + α (Т_{1} - 20)]}] - [1 + α (Т_{1} - 20)] \frac{B_{2}}{U_{1 п}} + B_{1}}$
где $С_{э к в} = \frac{р S_{п} ε_{0} ε_{э} ε_{к}}{(d_{э} ε_{к} + d_{к} ε_{э})}$ - эквивалентная емкость последовательно соединенных емкостей эмали и корпусной изоляции обмотки; р - количество пазов в магнитном сердечнике, в которые всыпается контролируемая часть обмотки; S_п - площадь паза; е₀=8,854187·10^-12 - электрическая постоянная; е_э - диэлектрическая проницаемость эмалевой пленки провода обмотки; е_к - диэлектрическая проницаемость корпусной изоляции; d_э - толщина эмалевой изоляции провода; d_к - толщина корпусной изоляции провода; c_с - удельная теплоемкость высохшего пропиточного состава; $m_{0 м в} = d_{с} S_{п} l_{w} (1 - \frac{р}{4} К_{з}) \times \frac{р}{2} - р S_{п} ε_{0} (\frac{С_{э к в} - С_{д п}}{С_{д п} С_{э к в}}) \times П$ - предельная масса сухого пропиточного состава, которую можно разместить в межвитковых полостях обмотки при их 100% заполнении; d_c - плотность высохшего пропиточного состава; l_w - длина витка обмотки; К_з - коэффициент заполнения паза; П - периметр паза; α - температурный коэффициент сопротивления провода обмотки; В₁=С_ээм+С_эк - эквивалентная теплоемкость слоев теплоемкостей эмали $С_{э э м} = с_{э} \frac{π (d_{э}^{2} - d_{п р}^{2})}{4} 1_{п р} ρ_{э м}$ и корпусной изоляции С_эк=С_ки×П×d_ки×L×р×ρ_ки; с_э - удельная теплоемкость эмали; d_э - диаметр эмалированного провода обмотки; d_пр - диаметр жилы провода обмотки; l_пр - номинальная длина провода контролируемой части обмотки; ρ_эм - плотность эмали; с_ки - удельная теплоемкость корпусной изоляции; d_ки - толщина корпусной изоляции; L - длина паза; ρ_ки - плотность корпусной изоляции; $В_{2} = с_{п р} \times ρ_{20} \times I_{0}^{2} ρ_{п р} l_{п р}^{2}$ - постоянный коэффициент; с_пр - удельная теплоемкость материала жилы провода обмотки; ρ₂₀ - удельное сопротивление материала жилы провода обмотки при 20°С.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к контролю качества пропитанной изоляции электротехнических изделий, и может быть использовано для контроля процесса отверждения пропитанной изоляции обмоток электротехнических изделий.

Способ струйной пропитки обмоток электрических машин // 2516243

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, например, в производстве статоров электрических машин. Согласно данному изобретению после разогрева обмотки перед пропиткой до заданной температуры подают в нее импульсы тока, амплитуда которых лежит в диапазоне (10-50)А, а длительность (0,5-10) с, при этом частота следования импульсов тока лежит в диапазоне (5-10) Гц.

Спектрально-осциллирующий способ пропитки изоляции лобовых частей обмоток вращающихся электрических машин и устройство для его реализации // 2515267

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности, к технологии электрических машин, например обмоток вращающихся электрических машин тягового подвижного состава.

Способ определения коэффициента пропитки обмоток электрических машин // 2510771

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу определения коэффициента пропитки обмоток электрических машин, соединенных в звезду с изолированной нейтралью.

Способ пропитки обмоток электрических машин // 2510564

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в производстве статоров электрических машин. Способ пропитки многовитковой обмотки электрической машины заключается в подаче на лобовые части обмотки тонкой струи пропиточного состава из сопла на нагретую лобовую часть обмотки и во вращении струи вдоль лобовой части обмотки.

Способ струйно-капельной пропитки обмоток электротехнических изделий // 2510563

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при изготовлении обмоток статоров электрических машин, трансформаторов, дросселей. Способ заключается в том, что пропиточный состав из емкости подают в виде вращающейся вдоль лобовых частей обмотки струи, при этом струю пропиточного состава заряжают электростатическим зарядом путем пропускания ее вдоль поверхности высоковольтного электрода, заземляют провод обмотки, а вращение струи осуществляют путем пропускания ее через индуктор, создающий вращающееся магнитное поле.

Способ изготовления обмоток электрических машин // 2510119

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления электрических машин, и касается к способа изготовления обмоток электрических машин постоянного тока тягового электродвигателя.

Способ изготовления изоляции обмоток электрических машин // 2504069

Изобретение относится к способу изготовления изоляции обмоток электрических машин. Способ изготовления заключается в том, что вначале осуществляют пропитку стеклослюдоленты первым компаундом.

Способ контроля качества пропитки обмоток электротехнических изделий // 2503116

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться, в частности, для контроля качества пропитки изоляционным составом обмоток электродвигателей, катушек трансформаторов и дросселей.

Трехцикловой амплитудно-широтно-прерывный способ сушки изоляции электрических машин // 2494517

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано преимущественно при техническом обслуживании и ремонте электрических машин и аппаратов.

Селективный способ сушки увлажненной или пропитанной изоляции обмоток якоря тяговых электрических машин инфракрасным излучением и устройство для его реализации // 2525296

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к производству и ремонту электрических машин, например обмоток тяговых электрических машин (ТЭМ) локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава. Согласно предлагаемому селективному способу сушки увлажненной и пропитанной изоляции сушка изоляции обмоток равномерно вращающегося якоря ТЭМ осуществляется длинноволновыми импульсными керамическими инфракрасными (ИК) излучателями, расположенными по длине активной части якоря, а также со стороны его лобовой части. Предлагаемое устройство для реализации данного способа состоит из станины (1) с пристроенным частотно-регулируемым асинхронным электроприводом (3) и стойки (2), на которой располагаются длинноволновые импульсные керамические ИК-излучатели. Якорь ТЭМ приводится во вращение , и одновременно увлажненная или пропитанная лаком (компаундом) изоляция лобовой и активной частей обмотки якоря вращающейся ТЭМ нагревается до температуры 100 … 120° С при помощи указанных ИК-излучателей, что обеспечивает сушку изоляции. Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, состоит в обеспечении равномерности нагрева изоляции обмоток по всей площади якоря, что повышает качество сушки изоляции обмоток якоря ТЭМ при одновременном сокращении энергозатрат и времени на технологический процесс сушки изоляции. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Технология изготовления изоляции обмоток тяговых электродвигателей // 2530757

Изобретение относится к области электротехники и касается технологии изготовления обмоток электрических машин, преимущественно якорей тяговых электродвигателей - машин постоянного тока. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в повышении электрофизических характеристик изоляции, водо- и влагостойкости обмоток. При пропитке компаундом, вязкость которого составляет 70-100 секунд по В3-4, на бандаже возникают вмятины и неровности. Это явление связано с тем, что при глубоком вакууме ≤1 мбар после вакуумирования, заполнения компаундом и создания избыточного давления, компаунд не успевает проникнуть в обмотку под бандаж, в результате чего создается перепад давления между внешней поверхностью бандажа и внутренней обмоткой, происходит доопрессовка вылетов катушек, что влечет возникновение вмятин и неровностей на поверхности бандажа. Неровности на бандаже недопустимы, так как они являются местом скопления пыли, грязи, влаги и т.п. Согласно предлагаемому способу разогретый до температуры пропитки якорь помещают в пропиточный котел, вакуумируют, затем под вакуумом подают пропиточный компаунд. При этом согласно данному изобретению для устранения перечисленных недостатков и достижения указанного технического результата подачу давления осуществляют постепенно до 6-8 бар в течение не менее 15 минут.1 з.п. ф-лы,1 табл.

Композиция для получения покрытия для снижения механических потерь высокоскоростного ротора электрической машины // 2537855

Композиция для получения покрытия для снижения механических потерь высокоскоростного ротора электрической машины относится к гибридным органо-неорганическим нанокомпозиционным покрытиям, способным снижать механические потери высокоскоростного ротора электрической машины в охлаждающей газообразной среде. Композиция включает золь с силикатной составляющей на основе водно-спиртового раствора тетраэтоксилана или метилтриэтоксилана и дополнительно содержит модифицирующую добавку в виде соединения, обладающего пиро- и/или пьезоэлектрическими свойствами с размером частиц и их агрегатов 50-100 нм, при следующем соотношении компонентов (вес.%): золь с силикатной составляющей - 96-99; модифицирующая добавка - 1-4. Использование в составе золя метилтриэтоксилана обеспечивает адгезию с нержавеющей сталью без высокотемпературной обработки и 11-12 класс шероховатости поверхности. Использование в качестве модифицирующей добавки кристаллов пьезоэлектрика турмалина в виде спиртовой суспензии или порошка кристалла обеспечивает антифрикционные свойства покрытия. 1 ил., 3 пр.

Способ сушки изоляции электрических машин // 2548030

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно при техническом обслуживании и ремонте электрических машин. Техническим результатом является создание наиболее оптимального режима сушки изоляции, обеспечивающего увеличение ресурса электрических машин. Способ сушки изоляции электрических машин включает пять ступеней. На первой ступени поверхностные слои изоляции сушат методом электроосмотической сушки изоляции. На второй ступени поверхностные слои изоляции сушат воздушным потоком. На третьей ступени сушку осуществляют воздушным потоком без подогрева. На четвертой ступени сушка осуществляется на открытом воздухе во время сборки электрической машины. На пятой ступени сушка осуществляется путем пропускании электрического тока через обмотку электрической машины.

Установка для сушки изоляции обмотки тяговых электрических машин // 2553978

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно при техническом обслуживании и ремонте тяговых электрических машин. Анализ статистических данных о надежности узлов и деталей оборудования электровозов в условиях эксплуатации показал, что большая доля отказов приходится на тяговые электрические машины из-за выхода из строя по пробою изоляции. Технический результат заключается в проведении технологического процесса сушки изоляции обмоток тяговых электрических машин ступенями и обеспечении своевременного отключения системы нагрева и подачи воздуха в корпус тяговой электрической машины. Установка для сушки изоляции обмотки тяговых электрических машин содержит узел для нагрева воздуха, узел контроля за состоянием изоляции по ее сопротивлению и узел для подачи нагретого воздуха. Узел для нагрева воздуха снабжен трубчатыми электронагревателями, управляемыми программируемым терморегулятором с контуром обратной связи по датчику температуры, подключенным к сети. Узел контроля за состоянием изоляции по ее сопротивлению содержит мегаомметр, подключенный измерительными проводами к обмотке тяговой электрической машины, с подачей сигнала на терморегулятор для переключения программы и ее шага. Узел подачи нагретого воздуха снабжен электродвигателем с вентилятором, который управляется программируемым преобразователем частоты с контуром обратной связи по датчику температуры, гибкой трубой, на конце которой устанавливается насадка с отражателем. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ сушки обмотки электрической машины // 2558377

Изобретение относится к области электротехники, а именно к сушке обмоток, например, электрических машин. Технический результат - упрощение сушильного устройства обмоток, снижение веса, возможность использования в малых ремонтных мастерских, снижение трудоемкости процесса усушки, экономия электроэнергии при сушке. В способе сушки обмотки электрической машины нагревают обмотки источником токов высокой частоты с подключенным к нему нагревателем, выполненным в виде индуктора, а питание и управление источника токов высокой частоты осуществляют силовым блоком с системой управления индуктором. Индуктор выполняют в виде спирали и в процессе сушки вводят внутрь электродвигателя соосно с отклонением ±1.5 мм, располагая спираль индуктора в осевом направлении равномерно относительно статора электродвигателя таким образом, чтобы магнитные силовые линии, создаваемые индуктором, были направлены перпендикулярно шихтовке магнитопровода; затем через силовой блок с системой управления включают источник токов высокой частоты, прогревают обмотку статора до требуемой температуры и удерживают до состояния усушки лака. После окончания прогрева источник токов отключают, индуктор извлекают из электродвигателя. 1 ил.

Способ определения коэффициента пропитки обмоток электрических машин // 2560714

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрической машине, обмотки которой соединены в звезду с изолированной нейтралью. Техническим результатом является повышение точности определения коэффициента пропитки обмоток. В способе определение коэффициента пропитки осуществляют так, как указано в материалах заявки. 4 ил., 2 табл., 1 пр.

Инфракрасно-конвективно-вакуумный способ сушки изоляции обмоток магнитной системы остова тяговой электрической машины и устройство для его реализации // 2569337

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к производству и ремонту электрических машин, например обмоток тяговых электрических машин (ТЭМ) локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава. Согласно инфракрасно-конвективно-вакуумному способу и устройству для его реализации, сушка изоляции обмоток магнитной системы равномерно вращающегося остова ТЭМ осуществляется комбинацией трех способов сушки: за счет инфракрасного (ИК) излучения, конвекции и вакуума. Установка состоит из основания (3), в которое монтируется стойка (2) с инфракрасными (ИК) излучателями. Остов (1) кран-балкой устанавливается на основание и через редуктор (5) и ведущий опорный ролик (4) приводится во вращение пристроенным частотно-регулируемым асинхронным электродвигателем (6). Техническим результатом является повышение качества сушки изоляции обмоток магнитной системы остова ТЭМ, сокращение энергозатрат и времени на технологический процесс сушки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ сушки твердой изоляции обмоток трансформатора в герметичной емкости с помощью охладительного устройства // 2569927

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при сушке твердой изоляции, в частности, обмоток трансформатора, которая увлажняется в процессе его эксплуатации. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в том, что предлагаемый способ сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, осуществляемый в герметичной емкости с помощью охладительного устройства, позволяет ускорить процесс сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, исключить использование затратных веществ при вымораживании влаги из паровоздушной смеси в процессе сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, повысить надежность сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, а также позволяет увеличить точность измерения объема влаги, которая выделилась и наморозилась из твердой изоляции обмоток трансформатора. Указанный технический результат достигается тем, что при вымораживании влаги из паровоздушной смеси с помощью охладительного устройства обеспечивают температуру не выше минус 70°С на поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью, при общей площади контактной поверхности охладительного устройства, что способна контактировать с паровоздушной смесью, не меньше 5 м2, при этом с помощью контактной поверхности охладительного устройства, и/или используя саму контактную поверхность охладительного устройства, устанавливают искусственные преграды на пути движения паровоздушной смеси, которые могут быть частями контактной поверхности охладительного устройства, и с помощью искусственных преград уменьшают скорость движения паровоздушной смеси, и, используя эффект Коанда, создают вихревые потоки паровоздушной смеси, стимулируя при этом конденсацию паров из паровоздушной смеси согласно эффекту Ранка-Хилша, а через установленный промежуток времени осуществляют размораживание охладительного устройства, нагревая поверхность, которая контактирует с пластом намерзших веществ из паровоздушной смеси, при атмосферном давлении, причем для вымораживания влаги из паровоздушной смеси используют двухконтурное охладительное устройство с общим теплообменником.1 н. и 4 з.п. ф-лы.

Способ сушки изоляции обмоток электродвигателя токами нулевой последовательности и устройство для его осуществления // 2581819

Изобретение относится к области электротехники и касается токовой сушки изоляции обмоток электрических машин. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности электродвигателей. Устройство для сушки изоляции обмоток электродвигателя токами нулевой последовательности содержит реостат, ползунок которого подключен к первому проводнику сети переменного тока, а второй проводник сети переменного тока соединен со входом амперметра, подключенного своим выходом ко входу открытого треугольника, выходом присоединенного к неподвижному контакту реостата. Дополнительно установлен двухполюсный коммутационный аппарат, выход которого подключен к вершинам открытого треугольника, а вход присоединен первым и вторым полюсами соответственно к первому и второму проводникам сети переменного тока. 1 ил.