УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ИНДУКТИВНЫХ ОБМОТОК
DEVICE FOR INDUCTIVE WINDING DIAGNOSTICS

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для определения неисправного состояния (диагностики) индуктивных обмоток электрических машин, а также трансформаторов, пускозащитной аппаратуры, обмоток устройств автоматики и электроники.
Диагностика электротехнических устройств, содержащих индуктивные обмотки, заключается в измерении и расчете электрических параметров - полного, активного и реактивного сопротивлений, индуктивности и добротности.
Эти параметры можно рассчитать на основе измерений напряжения U, тока I и активной мощности тока Р с помощью широко известного в практике устройства для электрических измерений, измерительного комплекта К-505 и его модификаций по формулам:
Z=U/I, Ом - полное сопротивление;
2
R=Р/l=Z cos φ, Ом - активное сопротивление;
Х=Z sin φ, Ом - реактивное сопротивление;
Cos φ=P/S - коэффициент мощности тока;
φ=arcos φ - угол сдвига фаз между током и напряжением.
Определение неисправного состояния 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. Этим устройством возможна оценка состояния, 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 агрегатах, 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 превышающему 60°.
При таком разнообразии электроприводов холодильных агрегатов оперативная их диагностика в натурных условиях (у заказчика) может быть выполнена прибором (устройством) сравнения, в котором используется легко перестраиваемая по сопротивлению электрическая цепь сравнения.
Наиболее распространенными приборами сравнения, предназначенными для измерения параметров элементов электрических цепей, являются электрические мосты постоянного и переменного тока. 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., Т1, 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, работает 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 устройством для определения неисправного состояния индуктивных обмоток, принятым за прототип, и с помощью которого выполняется сравнение полных сопротивлений индуктивных обмоток, является схема трехфазной электрической цепи, показанная на фиг.1 (Патент на изобретение RU 2388004 C1, МПК G01 31/06, 27.04.2010, бюл. №12).
Электрическая схема устройства прототипа, фиг.1 содержит индуктивную обмотку трехфазного электродвигателя 1, которую подключают с помощью трех вспомогательных электрических цепей и линейных проводников 8, 9, 10 к вторичной обмотке трехфазного трансформатора 11. Эта обмотка с регулируемым напряжением соединена по схеме треугольник. Каждая вспомогательная электрическая цепь содержит последовательное соединение вывода 2 с амперметром 13 и конденсатора 5, вывода 3 с амперметром 14 и конденсатора 6, вывода 4 с амперметром 15 и конденсатора 7. Каждый из конденсаторов 5, 6, 7 вместе или по отдельности могут шунтироваться с помощью ключей 12.
C
L
Измерение устройством прототипа выполняется следующим образом. В схеме устройства в режиме холостого хода устанавливают регулятор напряжения вторичных обмоток трехфазного трансформатора в положение, при котором далее подключают обмотки заведомо исправного трехфазного электродвигателя, например, компрессора холодильного агрегата. Отключают трехфазный трансформатор от сети. Подключают к его вторичным обмоткам с помощью вспомогательных электрических цепей, в которых конденсаторы 5, 6, 7 зашунтированы ключами 12, обмотки трехфазного электродвигателя. Подключают схему устройства к трехфазной сети, регулятором напряжения на вторичных обмотках трехфазного трансформатора устанавливают номинальную силу тока в заведомо исправных обмотках электродвигателя 1, отсчитываемую по амперметрам 13, 14, 15. Далее ключи 12 переводят в разомкнутое положение, подбирают емкости конденсаторов 5, 6, 7 такой величины, при которой при замкнутых и разомкнутых положениях ключей 12 показания амперметров 14, 14, 15 не изменяются. Это явление основано на использовании состояния электрической цепи, содержащей последовательно соединенные реальную индуктивную катушку и конденсатор с таким значением емкости, при которой выполняется равенство его реактивного сопротивления удвоенному значению реактивного сопротивления индуктивной катушки, т.е. Х=2Х,
Неизменность показаний амперметров от положения ключей является признаком исправного состояния всех индуктивных обмоток. Полученные значения емкости конденсаторов 5, 6, 7 записывают в базу данных конкретных электродвигателей.
База данных используется в условиях заказчика при диагностике электродвигателей, работающих при номинальном напряжении и номинальной силе тока.
К недостаткам устройства прототипа следует отнести обязательное наличие в трех экземплярах конденсаторов переменной емкости с возможностью шунтироваться ключом и трех амперметров.
Задачей предлагаемого технического решения является упрощение электрической схемы путем уменьшения количества необходимых при измерениях конденсаторов переменной емкости, ключей и амперметров, с сохранением и расширением функциональных возможностей использования его для оценки исправного состояния различных индуктивных обмоток.
Поставленная задача решается тем, что электрическая схема предлагаемого устройства, показанная на фиг.2, содержит: испытуемую индуктивную обмотку трехфазного электродвигателя 1, выводы обмотки 2, 3, 4.
Вывод 2 с амперметром 13 с помощью вспомогательной электрической цепи, содержащей конденсатор 5, подключен к выводу 8 вторичной обмотки трехфазного трансформатора 11. Вывод 3 индуктивной обмотки непосредственно подключен к выводу 9 вторичной обмотки трехфазного трансформатора. Вывод 4 индуктивной обмотки и вывод 10 вторичной обмотки трехфазного трансформатора свободны. Вторичная обмотка с регулируемым напряжением трехфазного трансформатора соединена по схеме треугольник. Вспомогательная цепь содержит вывод 2 с амперметром 13, конденсатор с переменной емкостью 5, коммутированный параллельно подключенным конденсатору кличем 12.
C
L
Измерение предлагаемым устройством осуществляется следующим образом. В схеме устройства в режиме холостого хода устанавливают регулятор напряжения вторичных обмоток в положение, при котором на их выводах возникает напряжение, при котором далее подключают обмотки заведомо исправного одно- или трехфазного электродвигателя, например, компрессора холодильного агрегата. Отключают трехфазный трансформатор от сети. Подключают к его выводу 8 вторичной обмотки с помощью вспомогательной электрической цепи, содержащей конденсатор 5 вывода 2 с амперметром 13 и электродвигателя 1, а вывод 9 вторичной обмотки трехфазного трансформатора с помощью проводника соединяют с выводом 3 электродвигателя. Емкость конденсатора 5 вспомогательной электрической цепи выбирается из базы данных, при которой выполняется условие - равенство реактивного сопротивления конденсатора удвоенному значению реактивного сопротивления индуктивной обмотки, т.е. Х=2X, для диагностики состояния индуктивных обмоток конкретного электродвигателя. Подключают схему устройства к трехфазной сети, регулятором вторичного напряжения трехфазного трансформатора устанавливают номинальную силу тока, отсчитываемую по амперметру 13, в заведомо исправной индуктивной обмотке, подключенной к выводам 2 и 3 электродвигателя 1. Ключ 12 в исходном положении из замкнутого состояния переводят в разомкнутое состояние. Показание амперметра 13 при исправной индуктивной обмотке не должно изменится. Далее отключают трехфазный трансформатор от сети, вывод его 10 проводником соединяют к выводу 4 электродвигателя и повторяют такие операции, которые описаны выше.
Таким образом, в новой совокупности признаков предлагаемого технического решения возникает новый технический результат: сохранение функциональных возможностей использования его для оценки исправного состояния различных индуктивных обмоток за счет упрощения электрической схемы путем уменьшения количества конденсаторов с переменной емкостью, ключей и амперметров.