СПОСОБ ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОБМОТОК ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ УСТРОЙСТВ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF PROXIMATE ANALYSIS OF ELECTROMAGNETIC DEVICE WINDING QUALITY (VERSIONS)

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам контроля работоспособности электромагнитных устройств (ЭУ), и может быть использовано при проведении экспресс-контроля качества обмоток ЭУ, предпочтительно электрических машин (электрических генераторов и двигателей), а также трансформаторов, реле, дросселей и т.п., для определения работоспособности всех обмоток ЭУ и в целом их технической надежности при выпуске продукции и непосредственно на рабочем месте в отключенном от электрической сети состоянии.
Известны методы испытания электрических машин в соответствии с ГОСТами: ГОСТ 11828-86 (2003) «Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний», ГОСТ 25941-83 (2003) «Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия (МЭК 34-2-72, МЭК 34-2А-74)», ГОСТ 11929-87 «Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний. Определение уровня шума», ГОСТ 20815-93 (2003) «Машины электрические вращающиеся. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотой оси вращения 56 мм и более. Измерение, оценка и допустимые значения (МЭК 34-14-82)», ГОСТ 27222-91 (СТ МЭК 279-69, СТ СЭВ 1107-78) «Машины электрические вращающиеся. Измерение сопротивления обмоток машин переменного тока без отключения от сети», по которым на стендовом оборудовании выполняются следующие электротехнические испытания машин: измерение изоляции обмоток относительно корпуса машины, измерение активного и реактивного сопротивления обмоток, проверка электрической прочности межвитковой изоляции обмоток.
К недостаткам стендовых испытаний и поверок электрических машин по аналогам относятся: необходимость съема и установки электрических машин на оборудование, простой оборудования во время длительной поверки на стенде при низкой производительности испытаний, необходимость изготовления и использования специальных стендов. Это приводит к снижению качества оперативного контроля электротехнического состояния электрических машин.
Известен способ контроля коммутации машин постоянного тока, выполненных с обмоткой последовательного возбуждения, состоящий в подключении индикатора искрения и последовательно включенного конденсатора в цепь машины, при этом индикатор искрения с конденсатором подключают в цепь обмотки независимого возбуждения (см. патент РФ на изобретение №1035742, МПК Н02К 23/12, опубл. 15.08.1983 г.). Реализация данного способа осуществляется с помощью устройства, состоящего из конденсатора и индикатора, включаемого в дополнительную обмотку возбуждения электродвигателя. Известный способ позволяет определять качество коммутации якоря по изменению магнитного потока в зазоре главных полюсов электрических машин.
Несмотря на простоту этот способ контроля имеет недостаток, заключающийся в контроле только одного параметра машины - нарушения коммутации. Это также приводит к снижению качества оперативного контроля электротехнического состояния электрических машин.
Наиболее близким по своей технической сущности к предложенному изобретению является способ контроля электротехнического состояния электрических машин, использующий подключение к обмоткам машины конденсатора, индикатора и источника постоянного напряжения, а также наблюдение по индикатору технического состояния машины, при этом к обмоткам отключенной от питающей сети машины периодически через коммутирующее устройство подается напряжение с обкладок заряженного от источника постоянного напряжения конденсатора и по индикатору определяется характер переходного процесса, причем в случае исправного состояния машины характер переходного процесса колебательный, в противном случае характер переходного процесса апериодический (см. патент РФ на изобретение №2274869, МПК G01R 31/34, опубл. 20.04.2006 г.). Способ позволяет проводить контроль параметров состояния электрических машин путем подключения к обмоткам диагностического устройства и снятия характеристик переходного процесса, по которым судят о качестве технического состояния электрических машин.
Известный способ контроля состоит в том, что к обмоткам электрической машины периодически через коммутирующее устройство подается напряжение с обкладок заряженного конденсатора от источника постоянного тока. По индикатору, в который входит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и персональная электронная вычислительная машина (ПЭВМ), определяется характер переходного процесса. При этом в случае исправного состояния машины характер процесса - колебательный, в противном случае (обрыв, межвитковое замыкание обмоток, нарушение коммутации якоря и прочие дефекты) - характер переходного процесса апериодический.
Однако несмотря на оперативность контроля известный способ анализа состояния электрических машин имеет недостаток, заключающийся в том, что по качественному характеру временной развертки напряжения индикатора трудно отличить степень перехода от периодического сигнала к апериодическому при изменении величины периода сигнала. Плавное увеличение периода сигнала говорит о частичном нарушении эксплуатационных свойств испытуемого изделия. Это снижает достоверность оперативного контроля параметров состояния электрических машин. Кроме того, установка для контроля электротехнического состояния электрических машин и поверка качества работы по известному способу относительно сложны.
Задачей настоящего изобретения является создание простого способа экспресс-контроля качества обмоток ЭУ для определения их работоспособности путем проверки электрической и механической прочности изоляции обмоток ЭУ.
Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является уменьшение времени контроля и повышение технологичности диагностирования электротехнического состояния обмоток ЭУ за счет отсутствия монтажных и демонтажных работ.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе экспресс-контроля качества обмоток электромагнитных устройств (ЭУ), использующем подключение к обмоткам ЭУ конденсатора, подачу напряжения, согласно изобретению подают напряжение от электрической сети переменного тока стандартной частоты на электрическую цепь, содержащую последовательно соединенные испытуемую обмотку ЭУ и конденсатор, рассчитанный на резонансное состояние с испытуемой обмоткой при резонансе напряжений, измеряют угол сдвига фаз между приложенным напряжением и протекающим через обмотку ЭУ током, по величине которого судят о состоянии обмотки ЭУ.
Для измерения разности фаз используют цифровой измеритель разности фаз.
При исправных обмотках ЭУ угол сдвига фаз между приложенным напряжением и протекающим через обмотку ЭУ током лежит в диапазоне 1-20°.
Указанный технический результат достигается также тем, что в способе экспресс-контроля качества обмоток электромагнитных устройств (ЭУ), использующем подключение к обмоткам ЭУ конденсатора, подачу напряжения, согласно изобретению подают напряжение от электрической сети переменного тока стандартной частоты на электрическую цепь, содержащую параллельно соединенные испытуемую обмотку ЭУ и конденсатор, рассчитанный на резонансное состояние с испытуемой обмоткой при резонансе токов, измеряют угол сдвига фаз между приложенным напряжением и общим током, по величине которого судят о состоянии обмотки ЭУ.
Для измерения разности фаз используют цифровой измеритель разности фаз.
При исправных обмотках ЭУ угол сдвига фаз между приложенным напряжением и протекающим через обмотку ЭУ током лежит в диапазоне 1-20°.
Предлагаемые варианты способа отличаются от известных способов контроля качества обмоток ЭУ тем, что создается электрический резонанс в электрической цепи индуктивности испытуемой обмотки ЭУ и подключенного параллельно или последовательно ей конденсатора, измеряется угол сдвига фаз между током и напряжением электрической цепи, в которую включена испытуемая обмотка ЭУ. По уровню сдвига фаз однозначно поочередно определяют работоспособность всех обмоток ЭУ и в целом их техническую надежность.
В результате отпадает необходимость в съеме и последующем монтаже на оборудование ЭУ при периодической поверке их качества на стенде в цеховых условиях, сокращаются эксплуатационные расходы, повышается надежность оборудования, практически исключаются аварийные ситуации при данном виде контроля.
Последовательное включение конденсатора с испытуемой обмоткой ЭУ позволяет проверять электрическую прочность на пробой при воздействии повышенным напряжением (резонанс напряжений). Параллельное включение конденсатора и испытуемой обмотки ЭУ позволяет проверять механическую прочность изоляции каждой обмотки за счет пондеромоторных сил воздействия (резонанс токов).
Измерение угла сдвига фаз между приложенным напряжением и протекающим через обмотку ЭУ током позволяет оперативно оценить электротехническое состояние ЭУ, например отсутствие межвиткового замыкания в обмотках ЭУ, их обрыв, межвитковую изоляцию обмоток ЭУ, а также замыкание на корпус ЭУ.
Все варианты выполнения предложенного способа экспресс-контроля качества обмоток электромагнитных устройств направлены на решение одной и той же технической задачи при достижении общего технического результата.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг.1 показана блок-схема контроля рабочего состояния обмотки ЭУ в режиме резонанса напряжений (при последовательном включении конденсатора относительно испытуемой обмотки ЭУ); на фиг.2 - блок-схема контроля рабочего состояния обмотки ЭУ в режиме резонанса токов (при параллельном включении конденсатора относительно испытуемой обмотки ЭУ).
Позиции на чертежах обозначают следующее:
1 - сетевой источник электрического тока с частотой 50 Гц;
2 - активное сопротивление, с которого снимается напряжение, пропорциональное общему току в неразветвленной части электрической цепи;
3 - конденсатор, рассчитанный на резонансное состояние с обмоткой испытуемых ЭУ;
4 - активное сопротивление обмотки испытуемых ЭУ;
5 - индуктивное сопротивление обмотки испытуемых ЭУ;
6 - токовый вход фазометра 7;
7 - фазометр;
8 - вход фазометра 7 по напряжению.
Способ экспресс-контроля качества обмоток ЭУ заключается в следующем.
В электрической цепи индуктивности обмотки испытуемого ЭУ, например электрического генератора, двигателя, а также трансформатора, реле, дросселя и т.п., создают резонансное состояние синусоидального напряжения или тока.
По первому варианту осуществления способа экспресс-контроля качества обмоток ЭУ при подаче переменного синусоидального напряжения от сетевого источника 1 электрического тока с частотой 50 Гц на последовательно соединенные активное сопротивление 2, конденсатор 3 и испытуемая обмотка ЭУ (с активным 4 сопротивлением и индуктивным 5 сопротивлением) возникает резонанс напряжений (фиг.1).
По второму варианту осуществления способа экспресс-контроля качества обмоток ЭУ при подаче переменного синусоидального напряжения от сетевого источника 1 электрического тока с частотой 50 Гц на электрическую цепь, содержащую последовательно включенное активное сопротивление 2, параллельно соединенные конденсатор 3 и испытуемая обмотка ЭУ (с активным 4 сопротивлением и индуктивным 5 сопротивлением) возникает резонанс токов (фиг.2).
На токовый вход 6 измерителя разности фаз (фазометра 7) подается напряжение с сопротивления 2, пропорциональное току, а на другой вход 8 фазометра 7 подается напряжение с конденсатора 3 и испытуемой обмотки ЭУ (с активным 4 сопротивлением и индуктивным 5 сопротивлением). Измеряют угол сдвига фаз между приложенным напряжением и общим током, по величине угла сдвига фаз судят об электротехническом состоянии ЭУ. При этом при исправной обмотке ЭУ цифровой фазометр 7 показывает угол сдвига фаз, лежащий в диапазоне 1-20°. При неисправной обмотке ЭУ показания цифрового фазометра 7 смещаются к углу сдвига фаз в 90°.
6
В качестве цифрового фазометра 7 может быть использован, например, известный измеритель типа Ф2-34, который предназначен для прецизионных измерений фазовых сдвигов и их приращений между двумя синхронными гармоническими сигналами в широком диапазоне частот (диапазон частот: 0,5-5·10 Гц, пределы измерения фазовых сдвигов: 0-360°). Прибор имеет режимы ручного и дистанционного кодового управления и вывод результатов измерений в двоично-десятичном коде на цифропечатающее устройство.
Проведенные эксперименты на серии электродвигателей типа МСП - 0,15, МСП - 0,25 показали следующее: продолжительность операции проверки электродвигателей сократилась с 50 минут до 20 минут; выходной контроль других электромагнитных аппаратов сократился в 3 раза; увеличился гарантийный срок службы стрелочных электродвигателей переменного тока с 3 до 7 лет, а стрелочных электродвигателей постоянного тока до 5 лет (вместо 2 лет при известных способах контроля); срок службы стрелочных электродвигателей как переменного, так и постоянного тока увеличился с 15 до 20 лет.
Использование изобретения позволит оперативно контролировать работоспособность и надежность дальнейшей эксплуатации ЭУ без их съема с оборудования, укомплектованного данным ЭУ. В результате отпадает необходимость в съеме и последующем монтаже на оборудование ЭУ при периодической поверке их качества на стенде в цеховых условиях, сокращаются эксплуатационные расходы, повышается надежность оборудования. При испытании ЭУ рассматриваемым способом в режиме резонанса напряжения при напряжении, превышающем рабочее напряжение, проверяется электрическая прочность изделия на период дальнейшей эксплуатации.
Механическая прочность ЭУ проверяется при испытаниях ЭУ в режиме резонанса токов, когда микровибрации обмоток ЭУ превышают пусковые и рабочие условия эксплуатации изделий.
Таким образом, предложенный способ оперативного контроля качества обмоток ЭУ позволяет отбраковывать ненадежные изделия при заключительных заводских испытаниях, а также при периодической поверке ЭУ, эксплуатируемых на оборудовании, что практически исключает аварийные ситуации.