СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ИНДУКТИВНЫХ ОБМОТОК
INDUCTIVE WINDING DIAGNOSTIC PROCEDURE

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для определения неисправного состояния (диагностики) индуктивных обмоток электрических машин, работающих в закрытых корпусах и открытого типа, а также трансформаторов, пускозащитной аппаратуры, обмоток устройств автоматики и электроники.
Диагностика электротехнических устройств, содержащих индуктивные обмотки, осуществляется в основном путем измерения и расчета электрических параметров - полного, активного и реактивного сопротивлений, индуктивности и добротности. Эти параметры можно рассчитать на основе измерений с помощью измерительного комплекта К-505 и его модификаций напряжения U, тока I и активной мощности тока Р и далее по формулам определяют
2
Z=U/I, Ом - полное сопротивление, R=Р/1=Z Cosφ, Ом - активное сопротивление, Х=Z sinφ, Ом - реактивное сопротивление,
Cos φ=Р/S - коэффициент мощности тока,
φ=arcosφ - угол сдвига фаз между током и напряжением.
Диагностика индуктивных обмоток электротехнических устройств различного назначения с помощью измерительного комплекта типа К-505 в натурных условиях не является оперативной с достаточной разрешающей способностью. Измерительный комплект не является прибором сравнительной оценки непосредственно электрических параметров заведомо исправной индуктивной обмотки и аналогичной испытуемой. Этот метод позволяет оценить состояние, например, обмоток электродвигателя при их значительных (ощутимых) нарушениях не на начальных стадиях.
Необходимость раннего выявления неисправного состояния индуктивных обмоток электродвигателей, используемых в приводах компрессоров, размещенных в неразборных корпусах бытовых и торговых холодильных агрегатов, связана, прежде всего, с их длительной безаварийной эксплуатацией. Поэтому в условиях цеха перед установкой ремонтного или нового электродвигателя в корпус герметичного холодильного компрессора проводится их диагностика. Натурная (внецеховая) диагностика обмоток электропривода бытовых и торговых холодильных агрегатов и кондиционеров выполняется малыми предприятиями сервиса по заявкам заказчиков. Разнообразие электроприводов холодильной техники достаточно велико. Их основные электрические параметры значительно отличаются: по напряжению от 127 до 380 В, по мощности тока от 0,18 кВт до 5,5 кВт, по номинальной силе тока от 1,3 А до 7 А, по коэффициенту мощности тока от 0,65 до 0,86, что соответствует углу сдвига фаз между током и напряжением, не превышающим 60°. (Холодильные компрессоры, справочник, М.: Легкая промышленность, 1981, 280 с.)
При таком разнообразии электроприводов холодильных агрегатов оперативная их диагностика в натурных условиях (у заказчика) может быть выполнена прибором (устройством) сравнения, в котором используется легкоперестраиваемая по сопротивлению электрическая цепь сравнения, или другая вспомогательная электрическая цель.
Наиболее распространенными приборами сравнения, предназначенными для измерения параметров элементов электрических цепей, являются электрические мосты постоянного и переменного тока (С.М. Нижний, Мосты переменного тока. - М. - Л.: Энергия, 1966, - 128 с.). Мосты имеют диагональ питания и диагональ нагрузки, в которую включают сравнивающее устройство (СУ) или показывающий прибор. В зависимости от режима работы диагонали нагрузки различают электрические мосты уравновешенные, неуравновешенные и квазиуравновешенные. В последних уравновешивание моста осуществляется по одной из составляющих комплексного полного сопротивления - модулю, фазе, активной или реактивной. Достигается это путем применения специальных сравнивающих устройств - детекторов частотных фазовых, амплитудных (Электротехнический справочник, в 3-х Т, Y1, под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова и др. - М.: Энергия, 1980, - 520 с, стр.183-186).
Большая часть мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров индуктивных обмоток, работают при малых величинах токов (мосты Р50-1, УМ-3, Р556, ИИН-4). Мост ИИН-ЗМ предназначен для лабораторных и цеховых измерений параметров индуктивных обмоток с магнитопроводом и без него. Токи небольшой величины в измерительных схемах мостов делают их малоприемлемыми для раннего выявления неисправного состояния обмоток в электроприводах компрессоров. Кроме этого, мосты имеют большой вес (от 20 до 60 кг) и высокую цену.
Наиболее близким по своей сути является способ диагностики индуктивных обмоток, принятый за прототип, путем сравнения их полных сопротивлений, измеренных с помощью трехфазной электрической цепи, показан на фиг.1, патент на изобретение: RU 2336535 С1, МПК G01 31/06, 20.10.2008, бюл. №9.
Электрическая схема (фиг.1) прототипа содержит: амперметр 1 и испытуемую индуктивную обмотку 2, соединенные последовательно с электрической цепью сравнения 3, содержащей активное 4 и реактивное емкостное 5 с переменными величинами сопротивления, трехфазный трансформатор 6 с регулируемым напряжением вторичных обмоток, соединенных по схеме звезда с нулевым проводником; линейный проводник 7 (фаза В) вторичной обмотки трансформатора 6 подключен к свободному концу испытуемой индуктивной обмотки 2 с амперметром 1, линейный проводник 8 (фаза С) вторичной обмотки трансформатора 6 подключен к свободному концу электрической цепи сравнения 3; вывод нейтрального (нулевого) проводника 9 вторичной обмотки трансформатора 6 подключен через сравнивающее устройство - амперметр 10 к узлу соединения электрических цепей 2 и 3. Линейный проводник 11 (фаза А) вторичной обмотки трансформатора 6 не используется.
Измерения по способу-прототипу осуществляют следующим образом. В обесточенной измерительной схеме устройства отключают электрическую цепь сравнения 3 от линейного проводника 8 вторичной обмотки трехфазного трансформатора 6, устанавливают регулятор напряжения вторичных обмоток в нулевое положение. Подключают к линейному проводнику 7 вторичной обмотки трансформатора 6 измерительной схемы одну из заведомо исправных обмоток одно- или трехфазного электродвигателя компрессора холодильника или кондиционера. Подключают схему устройства к трехфазной сети, регулятором устанавливают такую величину вторичного напряжения, при которой возникает номинальная величина тока в заведомо исправной обмотке 2 электродвигателя, отсчитываемая по амперметру 1. Далее обесточивают измерительную схему, подключают электрическую цепь сравнения 3 к линейному проводнику 8 вторичной обмотки трансформатора 6, вновь подключают сеть, изменяют величины сопротивления резистора 4 и емкости конденсатора 5 до тех величин, при которых ток в нулевом проводнике 9, равный геометрической сумме векторов токов в линейных проводниках 7 и 8, измеряемый амперметром 10, не станет равным нулю. Полученные величины сопротивления резистора 4 и емкости конденсатора 5 цепи сравнения 3 записывают в базу данных. База данных и элементы цепи сравнения 3 используются при диагностических работах в условиях заказчика.
При диагностике способом-прототипом электрических обмоток с относительно большим полным сопротивлением, например, электрических машин малой мощности тока, неизбежно возникают значительные тепловые потери мощности тока, как в испытуемых индуктивных обмотках, так и во вторичных обмотках измерительного трансформатора, соединенных по схеме звезда с нулевым проводником. Это является недостатком способа-прототипа.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение возможности при диагностике индуктивных обмоток с относительно большим полным сопротивлением, например электродвигателей малой мощности тока и работающих электродвигателей, размещенных в неразборных корпусах и открытого типа с достаточным количеством доступных для подключения к сети проводников.
Поставленная цель достигается тем, что электрическая схема (фиг.2), с помощью которой реализуется способ, содержит испытуемую индуктивную обмотку трехфазного электродвигателя 1, к первому из ее выводов подключают конденсатор с переменной емкостью 2, ко второму ее выводу подключают резистор 3 с переменной величиной сопротивления, а свободные выводы конденсатора 2 и резистора 3 соединяют в один узел и подключают к выводу 5 вторичной обмотки трансформатора, соединенной по схеме треугольник. Узел соединения резистора 3 со вторым выводом испытуемой обмотки 1 соединяют с выводом 6 вторичной обмотки трансформатора 8. Узел соединения первого вывода испытуемой индуктивной обмотки 1 с конденсатором 2 соединяют с входом амперметра 4, а его вывод подключают к выводу 7 вторичной обмотки трехфазного трансформатора 8 с регулируемым напряжением.
В схеме устройства в режиме холостого хода устанавливают регулятор напряжения вторичных обмоток, выводы 5, 6, 7, в положение, при котором на их выводах возникает такой величины напряжение, при котором далее в подключенной одной из обмоток заведомо исправной индуктивной обмотке трехфазного к фазе ВС вторичной обмотки трансформатора, выводы 6, 7, при отключенных от нее вспомогательных элементах - конденсатора с переменной емкостью 2 и резистора 3, возникает номинальной величины сила электрического тока, отсчитываемая по амперметру 4. Отключают трехфазный трансформатор от сети, подключают вспомогательные элементы - конденсатор с переменной емкостью 2 и резистор с переменной величиной сопротивления 3. Подключают схему устройства к трехфазной сети, изменяют емкость конденсатора 2 и сопротивление резистора 3 до таких величин, при которых показание амперметра 4 будет минимальным.
Минимальное показание амперметра 4 является признаком исправного состояния для всех подключаемых однотипных индуктивных обмоток. Величины тока амперметра 4, емкости конденсатора 2 и сопротивления резистора 3 записывают в базу данных.
AB
BC
CA
A
B
C
A
AB
CA
B
BC
AB
C
CA
BC
CA
BC
A
B
CA
BC
C
A
B
C
Сущность предлагаемого способа диагностики индуктивных обмоток можно пояснить векторной диаграммой (фиг.3) электрической цепи, содержащей индуктивную обмотку 1 с вспомогательными элементами - конденсатором с переменной емкостью 2 и резистором 3 с переменной величиной сопротивления, которые соединены между собой в трехфазную цепь по схеме треугольник. Соединение вторичных обмоток трехфазного трансформатора по схеме треугольника, независимо от характера нагрузки, имеет симметричную систему векторов трехфазных напряжений (фиг.3). Относительно векторов фазных, они же линейные напряжения, отломлены векторы фазных токов: вектор фазного тока I совпадающий, т.к. в эту фазу включен активный элемент - резистор; вектор фазного тока I - отстающий на некоторый угол, т.к.в эту фазу включен реактивный элемент - индуктивная обмотка; вектор фазного тока I - опережающий на 90°, т.к. в эту фазу включен идеальный реактивный элемент - конденсатор. Согласно первому закону Кирхгофа векторы линейных токов I, I, I в линейных проводниках А, В, С определяются геометрической разностью двух соответствующих векторов фазных токов I=I-I, I=I-I, I=I-I, геометрическая сумма векторов линейных токов равна нулю. Изменение тока в одной фазе приводит к изменению тока в двух линейных проводниках, подключенных к этой фазе. При равенстве фазных токов I=I окажется, что линейные токи I=I, треугольник векторов токов I, I, I и треугольник векторов линейных токов I, I, I - равнобедренные. Показание амперметра 4 (фиг.2) и величины емкости конденсатора 2 и сопротивления резистора 3 для конкретного электродвигателя заносится в базу данных. Предлагаемое изобретение расширяет возможности диагностики индуктивных обмоток электродвигателей электроприводов на ранних стадиях, при номинальных токах.