Способ контроля монолитности токопроводящей части стержня обмотки электрической машины и устройство для его осуществления

 

(12) Авторы изобретении

Б. Д. Ваксер, В. О. Коган, Н. П. Алишева, В.

А. Г. Румянпева, И. Т. Сушкова, К). Г. Тюрин

Л енинградское электромашиностроительное об

"электросила им. С. М. Кирова (11) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ МОНОЛИТНОСТИ ТОКОПРОВОДЯЩЕЙ

ЧАСТИ СТЕРЖНЯ ОБМОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к контролю качества композиционных структур методом оценки теплопроводности и может быть использовано для проверки качества пропитки и прессования соотношений из элементарных проводников токопроводящей части стержня обмотки электрической мн шины, особенно в случае якорной обмотки беспазовой электрической машины.

В электрических машинах с мощным

10 э тектромагнитным полем- индуктора (беспазовые генераторы, криотурбогенераторы) требуется подразделение токопроводящей части секций, обмотки на большое число многократно транспортированных малых

15 элементарных проводников.

Отвод потерь в таких обмотках производится, например, с помощью хладагенга, протекающего по встроенным между группами элементарных проводников кана- zo лам.

Большое влияние на надежность и долго вечность такой обмотки, а также на харак теристики машин, в частности ее КПД, оказывает монолитность токоведущей части, определяемая степенью заполнения пропиточным и склеивающим составом.

Известны способы и устройства испы-. таний конструкции транспортированного стержня обмотки, состоящей из относительно небольшого числа чередующихся полых и сплошных проводников одинаковой ширины, где монолитность определяется прочностью цементации проводников к усилию отрыва группы проводников от центрального стержня (Ц.

Однако известные способы и устройства позволяют оценить цементирующую способность применяемого лака или компаунда, но не дают ответа на вопрос, какова степень заполнения лаком или компаундом всего сечения испытуемого образца.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ контроля качества клеевых соединений, согласно которому берут образеп и нагреватель образца токопроводящей части стержня обмотки электрической машины, 987488 — сила тока, пропускаемого

20 через нагреватель; с1 р — температурный коэффи циент сопротивления материала нагревателя.

Указанный способ реализуется с по25 мощью устройства, содержащего нагреватель и теплоприемник с каналами для пропусквния хладагентв, причем нагреватель имеет U-образную форму и выполнен из проводящей ленты, сечение которой имеет соотношение сторон, не более 0,2, внешняя поверхность ленты находится в тепловом контакте с теплоприемником, а ее внутренние поверхности разделены между собой электроизолируюЗ5 щей полосой толщиной не более 0,1 толщины ленты.

Ц предлагаемом способе вместо измерения температуры во многих точках можно ограничиться измерением двух параметров — падения напряжения на нагревателе и тока в нем. ля пояснения физической основы предлагаемого способа рассмотрим уравнение нагрева проводника нагревателя

V„(t)=P(R„+R„) 1-ехр сн IRH ях) где

55 содержащего нагреватель и теплоприемник с каналами для пропускания xnagaгента, создают тепловой поток, перпен-. дикулярный поверхности образца, определяют параметры теплового потока и вычисляют тепловую проводимость образца, по величине которой судят о качестве клеевого соединения (2 ), Однако данный способ неприменим для оценки монолитности токопроводящей части стержня из-за необходимости установки большого числа термодатчиков и связанной с этим сложностью многоточечной измерительной аппаратуры; боль,шой погрешности, связанной с локальным измерением температуры; возможного нарушения с труктуры токопроводящей части при установке большого числа г термодатчиков.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст геройство для определения теплофизических свойств, в частности теплопроводности твердых тел, включающее образец, термочувствительные элементы, нагреватель образца и хладагент. Тепловой поток от нагревателя стационарно направлен вдоль образца. Концентрично с образцом расположен радиационный экран, окруженный термостатирующим экраном, находящимся в тепловом контакте с теплоприемни- ком, соединенным с фланцем вакуумной камеры теплопроводом, при этом радиационный экран имеет свой нагреватель и выполнен с возможностыэ размещения в нем теплообменного газа 38 ).

Однако известное устройство конструктивно сложно, предназначено в основном для исследования образцов материалов и непригодно для оценки теплопроводимости значительных по размерам образцов, в частности макетов стержней обмотки ствтора крупных электрических машин.

Бель изобретения — упрощение измерений и повышение их точности при контроле "монолитности токопроводящей части стержня обмотки электрической машиньь

Бель достигается тем, что согласно способу создают тепловой поток„перпендикулярный поверхности образца токопроводящей части стержня обмотки электрической машины, содержащего нагреватель,и теплоприемник с каналами для пропускания хлвдагента, определяют параметры теплового потока, контролируют монолитность по тепловой проводимости образца, тепловой поток создают, пропуская неизменной величины ток через нагреватель, через каналы теплоприемниõà пропускают хладагент, расход которого не менее 50 Л /Ск, где Д вЂ” теплсвая проводимость образца, Cy, — теплоемкость хладвгента, измеряют падение напряжения на нагревателе в момент его включения и в установившемся режиме, а тепловую проводимость образца вычисля10 ют по соотношению

Ы2voз

" = 3=0. )0Н„ где Uo и 0 - падение напряжения на

35 нагревателе в момент его включения и в установившемся режиме соответственно;

Ч. () — прирост;: температуры проводника нагревателя, имеющего электрическое сопротивление г и нагреваемого потерями Р Э (3 - сила тока, пропускае- . мого через нагреватель); ф — время;

Я, „- соответственно тепловое ° сопротивление и эквивалент", Таким образом, для osesss монолитности используемого образца методом определения его теплоцроводности по предлагаемому способу достаточно измерить начальное и установившееся значения падения напряжения на нагревателе, поддерживая неизменной силу тока в нем, а расход хладагента в каналах геплоприемника таким, чтобы нагрев хладагента был незначитепен.

Наиболее просто и точно ивсврвния относительно малых напряжений могут быть выполнены при промышленной частоте,тока нагрева.

Конструкция нагревателя в ус гройс гвв для осуществления указанного способа измерений должна yrroaneraopsrr, условию

Ф где Ч,» и СХ вЂ” соответственно скорости и теплоемкость хладагенга.

Выбирая тип хладагента, например воду, и скорость его протекания Чх, можно добиться такого режима охлаждения, лри котором й„((Р > При наличии экрана тепловой поток от нагревателя через теплопривмник к хладагенту задает нагревы того и другого, зависящие

or тепловых сопротивлений Rн и R,» . 20

По определению тепловое сопротивление Й х можно выразить как

Ы/Х х — р— где Ь|4 — нагрев хладагенга, Q — тепловой поток. 2$

Если расход хладагвнта g, a его теплоемкость С g го уносимый тепловой поток 8, выражается как 8, = Ч» Сх х . Из этих соотношений

1 30 . следует, что Rg = q . B практиА ческих случаях можно допустить погрешность от неучега Рх, не более, т. е. — )Ъ 50 Кх, откуда и получаем

1 услови» выбора величины расхода хладагента q Х 5О A /СХ ° При такой где ) = величине расхода формула (1) будет иметь вид

1 г,, пх., где r„,к — активное и реактивное1 1 сопротивления нагрева геля соответственно.

При протекании по проводникам наг ревателя пере»энного тока падение напряжения на нем определяется как и=S, (а) - моауль комплексноно сопротивления нагревателя; — активное со „(ф)3 г.Р 1-ехр

5 987488 С ная тепловмкость нагревав-, тивлении нагревателя. Тогда связь межмой части теплопроводника (1)» ду тепловой проводимостью и падением

R - тепловое сопротивление хла- напряжения на нагревателе выразится дагента, которое при охлаж- формулой денни. йутем пропускания его с(03 через каналы теплопривмни(5)

2 о ка определяется по формуле =» 0()

Р = — »2)

Ч C откуда следует, что в установившемся режиме (t ), а практически при

0 3CHR тепловая проводимость испытуемого образца связана с приростом температуры нагревателя следующим соотношением

В эо (+» ч„»1) (4)

1 где 0. 0 — напряжение на нагревателе в начальный момент.

Величина прироста температуры

М, (ca) легко определяется путем измерейия падения напряжения О. на нагре- ватвле при условии поддержания 3 соль+ и отсутствии реактивной составляющей в полном электрическом сопроЗависимость соотношением рогивлэнне, зависящее от температуры;

- - индуктивное сопротивление нагревателя.

t- (y) обычно задается

1" Ч =г + 1 (l,(i,v), < i где . о - активное )сопротивление нагревателя при некоторой температуре

Из формулы (6) слвдует, что погрешность оценки по результатам измерений

I 3 J и 0! гвм меньше, чем больше от-! ношение . Наиболее технически

»м1. просто .увеЛичвние этого отношения дости987488 имеем гается путем снижения индуктивности нагревателя L .

Индуктивность двух расположенных рядом тонких шин определяется по формуле %

+ п И+ )+ — п.сну, 0 d х2-4 2 2

Л Ъ+с 2

16 где в, с — соответственно размеры меньшей и большой сторон шин; межосевое расстояние параллельных шин; со- магнитная проницаемость в 15 вакууме.

Подбирая соотношение размеров о, с и d, можно осуществлять предложенный способ так, что при протекании переменного тока погрешность измерения or неу- щ чета индуктивности составит менее 1%.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое сечение параллельно расположенных ветвей проводящей ленты, образующих нагреватеж». 25

Образец 1 с нагревателем 2 включает большое число скруток 3, состоящих из большого числа элементарных проводников 4, снабженных, например, эмалевой изоляцией. Проводники 4 и скрутки 3 многократно транспортированы по длине образца. Теплоприемник снабжен каналом

6 прямоугольного сечения для цропускания хладагента, например воды. Воздушное пространство между проводниками, зю скрутками, каналом теплоприемника и нагрева телем заполнено склеивающим остатком 7.

Нагреватель выполнен в виде 0 -образного проводника 8, например медного, 4© имеющего прямоугольное сечение, соотношение сторон которого Ь: с (фиг. 2) не более 0,2, Проводники нагревателя разделены элек троизоляционной прокладкой 9, толщина которой не превышает 0,1 от меньшего размера сечения Ь.

Наилучшим примером выполнении устройства является симметричное размещение теплоприемников по обе сторойы от параллельно расположенных ветвей нагревателя.

Нагреватель снабжен зажимами 10, к которым подсоединен высокоточный вольтметр 11 переменного тока.

Устройство снабжено емкостью 12 с хладагентом, регулирующим расход

5$ агента вентилем 13 емкостью 14 для слива хладагента, снабженной термодатчиком, 8

Теплоприемник и нагреватель, 2 помещены в теплоизолирующий экран 15.

На фиг. 2 обозначены размеры сечения и взаимное расположение проводников нагревателя, где принято Ь =

lмм;С=7,мм; 9=01 ìì; а = Ь + В = 1,1 . Проводник взят медным и имеет длину около 800 мм, Размеры сечения трубки теплоприемника

5 7 мм, сечения канала для хладагента

3 ° 5 мм. Элемент 3 выполнен из четырех скруток, содержащих по 20 эмалированных проволочек.

Погрешность измерений можно оценить, подставив значения выбранных параметров проводника 4 в формулу (8). Тогда получим L = 1,15 10 Гн и для медного проводника (p = 1,72х

" 10 Ом ° см) длиной E = 0 8 м при частоте f = 50 Гц.

20 -Ь 2.-90

4,72-<0 .ИО.

2 3,14.50 ° 1,

Таким образом, погрешность в измерении напряжения от неучета индуктивности составляет менее 1%, благодаря чему погрешность в определении Л по формуле (5) в наиболее неблагоприятных случаях, когда U = (1,10 + 1,15) 0, не превысит 10%.

Если отступить or выбраных соотношений и принять, например в/с " 0,3 или d /в = 0,2, .то погрешность измерения напряжения or неучета L превысит Я%, а погрешность определения достигнет 20%., что неприемлемо.

По проводникам 8 нагревателя 2 пропускают переменный ток 3 = 120 А час— тотой 50 Гц. Тепловой поток двумя равными частями распространяется через элементы, составляющие образец 1 к теплоприемнику 5, по каналам которого пропускают хладагент 6 воду) с расходом 2 л/мин так, чтобы нагрев воды не превышал 1 С, Средняя темпео ратура сливающей в емкость L4 воды замеряется термодатчиком. Установившийся режим наступает не более, чем через 5 мин после включения тока.

Расчетное значение тепловой проводимости составляет Л p = 1,9 Br/ С.

Склейка и опрессовка всех элементов устройства осуществляется по технологии, принятой для реальной конструкции стержня, что также приводит к снижению погрешности измерений, так как

9 9 87488 10 тепловые nobis в рассматрываемом уст- . вившемся режыме, а тепловую проводиройстве ы в натурной токоцроводщпей - мость образна вычисляют по соотношечасты стержня оказываются практически нию

ыдентычнымы.

Многочысленные - экспериментальные 5 - Я Uð данные покаэалы,,что применяя предло1 з-и ц

o! m женные способы ы устройство, можно дифференцировать используемые пропыточные составы, изоляционные материалы

ы,технологыческые процессы по важному выходному параметру - степени монолытности токопроводящей части обмоткы, что позволяет оптымызнровать конструктыи но-технологическое выполнение последней.

Таким, образом, предлагаемый способ М

ы устройство сокращают трудозатраты на изготовленые, обеспечивают повышеные качества электрической машины, открывают путь улучшения ее технических параметров. 20

Формула ыэобретеныя

Источники ынформацыы, принятые во внимание пры экспертизе

1. Лаки ы эмали электроизоляцыонные.

Методы испытаний. ГОСТ 13526-79.

2. Авторское свыдетельство СССР

М 361434, кл. Q Îl N 25 ОО, 197l (прототып) .

3. Авторское свидетельство СССР

14 290211, кл. Q 01 N 25/18, 1.961 (прото тын) .

1. Способ контроля монолитности токопроводящей часты стержня обмотки элек35 трыческой машины, состоящий в том,-что создают тепловой поток,, перпендикулярный поверхности образца токопроводящей части стержня обмотки электрической машыны, содержащего нагреватель ы

30 теплопрыемнык с каналами для пропусканыя хладагента, определяют параметры теплового потока ы контролируют монолытность по тепловой проводимосты образца, о r л ы ч а ю щ ы и с я тем, И что, с целью упрощения измерений ы повьп еныя ых точности, тепловой поток создают пропусканыем тока неизменной величины через нагреватель, а через каналы теплопрыемныка пропускают хлад- 40 агент, расход которого не менее 50 Л /С„, где Л - тепловая проводимость образца;

С - теплоемкость хладагента, измеряют паденые напряженыя на нагревателе в момент его включения ы в устано-. где Ор н U - падение напряжения

° на нагревателе s мо- мент его включения н в установывшемся режыме соответственно;

3 - сыла тока, пропускаемого через нагреватель; . аЬ2 — температурный коэффыпыейт сопротывлення материала нагревателя»

2. Ь срйство для w ca соба по п. 1, содержащее образец, нагреватель образца, термочувствытельные элементы н хладагеит, о т а ы ч а юm е е с я тем, что нагреватель ымеет

U -образную форму ы выполнен ыз проводящей ленты, сечение которой имеет соотношение сторон не более 0,2. прячем внешняя поверхность ленты находятся в тепловом контакте с теплоцрыемником, а ее внутренние поверхносты разделены между собой электроызолырующей полосой толщиной не более 0,1 толщины ленты.

987488

Составитель Г. Кулаков

Редактор С. Патрушева Техред Ж.Кастелевич Корре р О .

Заказ 671 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4