СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ИНДУКТИВНЫХ ОБМОТОК
METHOD FOR DIAGNOSTICS OF INDUCTIVE WINDINGS

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для определения неисправного состояния (диагностики) индуктивных обмоток электрических машин, работающих в закрытых корпусах с минимальным количеством выводов, а также трансформаторов, пускозащитной аппаратуры, обмоток устройств автоматики и электроники.
Диагностика электротехнических устройств, содержащих индуктивные обмотки, заключается 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 P и далее по формулам определяют
2
Z=U/I, Ом - полное сопротивление, R=P/l=Z cos φ, Ом - активное сопротивление, X=Z sin φ, Ом - реактивное сопротивление,
Cos φ=P/S - коэффициент мощности тока,
φ=arcos φ - 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 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 B, по мощности тока от 0,18 кВт до 5,5 кВт, по номинальной силе тока от 1,3 A до 7 A, 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 легко перестраиваемая 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 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, показанная на фиг.1, с помощью которой реализуется способ 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 B) вторичной обмотки трансформатора 6 подключен к свободному концу испытуемой индуктивной обмотки 2 с амперметром 1, линейный проводник 8 (фаза C) 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 A) вторичной обмотки трансформатора 6 не используется.
Измерения по способу прототипа 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 прототипа 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. Кроме этого затруднена диагностика трехфазных электродвигателей, размещенных в неразборных корпусах компрессоров холодильных агрегатов и имеющих ограниченное число выводов обмоток. Это является недостатком способа прототипа.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение возможности при диагностике индуктивных обмоток с относительно большим полным сопротивлением, например электродвигателей малой мощности тока и работающих электродвигателей, размещенных в неразборных корпусах с ограниченным 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, 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 цель содержит последовательное соединение амперметра 2 и конденсатора 5, амперметра 3 и конденсатора 6, амперметра 4 и конденсатора 7. Каждый из конденсаторов 5, 6, 7 вместе или по отдельности могут шунтироваться с помощью ключей S.
Измерения по предлагаемому способу осуществляют следующим образом. В схеме устройства в режиме холостого хода устанавливают регулятор напряжения вторичных обмоток в положение, при котором на их выводах возникают напряжение, 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 S, обмотки трехфазного электродвигателя, например, компрессора холодильника или кондиционера. Подключают схему устройства к трехфазной сети, регулятором вторичного напряжения трехфазного трансформатора устанавливают номинальную силу тока в заведомо исправных обмотках электродвигателя 1, отсчитываемую по амперметрам 2, 3, 4. Далее ключи S переводят в разомкнутое состояние, подбирают емкости конденсаторов 5, 6, 7 такой величины, при которой при замкнутых и разомкнутых положениях ключей S показания амперметров не изменяются.
Неизменность показаний амперметров от положения ключей является признаком исправного состояния всех индуктивных обмоток. Полученные величины емкости конденсаторов 5, 6, 7 записывают в базу данных. База данных величин емкостей конденсаторов для конкретных электродвигателей, размещенных в неразборных корпусах, используются при диагностических работах в условиях заказчика. Вспомогательные электрические цепи позволяют проводить диагностику обмоток работающих электроприводов компрессоров холодильных агрегатов в условиях заказчика при номинальном напряжении и номинальном магнитном потоке в магнитопроводе электродвигателя.
L
Сущность предлагаемого способа диагностики индуктивных обмоток основана на использовании состояния электрической цепи, содержащей последовательно соединенные реальную индуктивную катушку и конденсатор с такой величиной емкости, при котором выполняется равенство его реактивного сопротивления удвоенной величине реактивного сопротивления индуктивной катушки, т.е. Хс=2X. При этом условии отключение конденсатора от индуктивной катушки или подключение не изменяет величину тока в такой электрической цепи.
Соединение вторичных обмоток трехфазного трансформатора по схеме треугольника, независимо от характера нагрузки, имеет симметричную систему трехфазных напряжений и, в отличие от соединения звездой, при равных линейных токах, позволяет изготовить вторичную обмотку из проводников с меньшей площадью сечения.
Таким образом, предлагаемое техническое решение способа расширяет возможности диагностики индуктивных обмоток работающих электродвигателей электроприводов на ранних стадиях, когда такие нарушения чаще всего проявляются при деформациях обмоток от нагрева их токами, равных или более номинальных, при меньших энергетических затратах.