Устройство для контроля качества паяного соединения обмоток электрических машин
DEVICE FOR QUALITY MONITORING OF SOLDERED CONNECTION OF WINDINGS OF ELECTRICAL MACHINES

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества пайки токоведущих соединений и может быть использовано для контроля качества паяных соединений статорных обмоток электрических машин.
Целью изобретения является повышение чувствительности и упрощение методики контроля паяного соединения.
Известен прибор «КОНСТАНТА ВД1» [Сясько В.А., Ройтгарц М.Б., Коротеев М.Ю., Соломенчук П.В. Контроль качества паяных соединений стержней статорных обмоток турбогенераторов на заводе «Электросила».
- «В мире неразрушающего контроля.» №2 (48) - июнь 2010 г., с 1-9]. Он содержит преобразователь экранного типа (обмотка возбуждения и измерительная обмотка расположены с разных сторон объекта контроля). На обмотку возбуждения подается синусоидальный сигнал, а с измерительной обмотки снимается амплитуда сигнала, которая пропорциональна качеству паяного соединения. Достоверность такого контроля низкая.
Способ с преобразователем трансформаторного типа и П-образным сердечником [Коган Л.X., Ничипурук А.П., Розенфельд Е.В., Худяков Б.А. Вихретоковый контроль качества пайки токоведущих соединений электрических машин. Дефектоскопия. 2010, №4, с 72-82] также для оценки качества пайки использует амплитудный метод с низкой достоверностью контроля качества пайки.
Наиболее близким к предлагаемому методу является прибор с преобразователем экранного типа и амплитудно-фазовым методом для проверки паяных соединений стержней статорных обмоток турбогенераторов на заводе «Электросила», описан в работе [Коротеев М.Ю. Вихретоковый контроль качества паянных соединений стержней статорных обмоток турбогенераторов. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Санкт-Петербург, 2014 г.] и в изобретении [Коротеев М.Ю. и др. Способ оценки качества паяного соединения обмоток электрических машин. RU 2572791].
Этот прибор устраняет отклонения паяного соединения относительно обмоток преобразователя экранного типа при хорошей достоверности контроля.
Недостатком являются сложные математические расчеты для оценки степени пропаяности соединения обмоток и, как следствие, для реализации метода требуется использование микроконтроллера и сложная процедура калибровки.
В основу изобретения поставлена задача упрощения методики контроля паяного соединения при повышении чувствительности.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для контроля качества паяного соединения обмоток электрических машин, содержащем генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен на вход обмотки возбуждения вихретокового трансформаторного преобразователя, измерительная обмотка которого подключена на вход усилителя, в соответствии с изобретением, устройство дополнено эталонным вихретоковым трансформаторным преобразователем, обмотка возбуждения которого соединена последовательно с обмоткой возбуждения вихретокового трансформаторного преобразователя, и они обе подключены к генератору синусоидального напряжения, а измерительная обмотка эталонного вихретокового трансформаторного преобразователя соединена со входом второго усилителя, выходы обоих усилителей поступают на вход фазового детектора, а его выход через фильтр нижних частот подключен к измерительному устройству.
Структурная схема предлагаемого устройства показана на фиг. 1, где:
1 - генератор синусоидального напряжения
2, 3 - обмотки возбуждения экранных датчиков
4, 5 - образцовое и проверяемое паяные соединения
6, 7 - измерительные обмотки экранных датчиков
8, 9 - усилители напряжений
10 - фазовый детектор
11 - фильтр нижних частот
12 - измерительное устройство
Синусоидальное напряжение с генератора 1 подается на последовательно включенные обмотки возбуждения экранных датчиков 2 и 3 с идентичными параметрами, которые расположены с одной стороны паяного соединения (обмотка 2 - со стороны образцового полностью пропаяного соединения 4, обмотка 3 - со стороны проверяемого паяного соединения 5). С другой стороны паяного соединения расположена измерительная обмотка экранного датчика (обмотка 6 - со стороны образцового полностью пропаяного соединения, обмотка 7 - со стороны проверяемого паяного соединения).
Напряжения с измерительных обмоток через усилители 8 и 9 подаются на входы фазового детектора 10, а с выхода последнего сигнал пропорциональный фазовому сдвигу между напряжениями с измерительных обмоток через фильтр нижних частот 11 подается на измерительное устройство 12, которое индицирует степень пропая.
В качестве примера рассмотрим узел прямой гильзы с концами статорной обмотки машин типа ГС501, А721, А723, содержащий медную гильзу в два канала, которой пропаиваются по 9 медных проводников припоем ПОССУ 40-0,5. Паяное соединение, подлежащее контролю, будет иметь размеры 22×30×13,5 мм. Зазор между обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой экранного датчика установлен 15 мм.
Обмотка возбуждения экранного датчика создает магнитное поле, которое принимается измерительной обмоткой. Медные проводники и припой оказывают размагничивающее действие, что уменьшает результирующее магнитное поле. Чем больше пространство непропая паяного узла, тем слабее размагничивающее действие.
На фиг. 2 представлен экспериментальный график зависимости фазового сдвига ϕ в градусах (сигнал на выходе фазового детектора 10) от степени пропая паяного узла гильзы машин типа ГС501. В качестве образцового пропаяного соединения используется сплошная медная вставка с наружными размерами, соответствующими размеру гильзы.
В качестве проверяемого паяного соединения использованы:
А - отсутствует соединение (воздух)
В - пустая гильза
С - гильза залитая припоем
D - гильза с пролаем 60%
Е - гильза с пропаем 80%
F - гильза с пропаем 100%
G - сплошная медная вставка
В предлагаемом методе измеряется фазовый сдвиг между проверяемой и образцовой измерительными обмотками экранных датчиков, а не между измерительной обмоткой и обмоткой возбуждения экранного датчика как это предлагается в прототипе.
Такой метод позволяет отказаться от измерения амплитуды на выходе измерительной обмотки и от математических расчетов для оценки степени пропая соединения.
Экспериментальный график показывает, что в рабочем диапазоне контроля паяного соединения (60-100% пропая) фазовый сдвиг между измерительными обмотками экранных датчиков линейно зависит от степени пропая, что упрощает индикацию качества паяного соединения.
Устройство для реализации метода, показанное на фиг. 1 легко реализовать без применения микроконтроллера, так как степень пропая обратно пропорциональна среднему значению напряжения на выходе фазового детектора (это напряжение формируется на выходе фильтра нижних частот).
Кроме того, предлагаемый метод при оптимальной частоте генератора синусоидального напряжения обеспечивает слабую зависимость от главного мешающего фактора - изменения зазора между обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой экранного датчика из-за разброса толщины гильзы, что повышает чувствительность к основному фактору - изменению процента пропая.
Для снижения полей рассеяния возбуждающие и измерительные обмотки имеют внешние экраны и расположены напротив друг друга путем соединения немагнитными скобами.
Эксперименты также показали, что при использовании накладного датчика с общим магнитопроводом для возбуждающей и измерительной обмоток (типа П-образный преобразователь) отсутствует зависимость изменения фазового сдвига от степени пропая паяного узла, что подтверждает правильность выбора концепции экранных датчиков взамен накладных и использование фазового метода взамен амплитудного. Кроме того, дополнительный эталонный экранный датчик позволяет упростить методику контроля паяного соединения, увеличить чувствительность и повысить линейность фазового сдвига от процента пропая.