СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ОБМОТОК НА КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ
CONTROL METHOD OF ELECTRIC WINDINGS FOR SHORT CIRCUIT

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при контроле электрических обмоток на наличие короткозамкнутых витков, например при диагностике обмоточных изделий любых электрических машин: электродвигателей, генераторов, трансформаторов.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является способ контроля электрических обмоток на короткое замыкание, при котором судят о наличии короткого замыкания в контролируемой обмотке по разности измеренных электрических параметров контролируемой обмотки и тест-образца, представляющего собой обмотку, на которой расположен внешний виток с выводами, выполненными с возможностью их замыкания-размыкания (SU 1691789 А1, 15.11.1991 г.).
В известном способе контролируют электрические обмотки тороидальных трансформаторов и дросселей, при этом в качестве обмотки тест-образца используют контролируемую обмотку, на внешнем диаметре которой устанавливают виток с выводами, выполненный в виде разъема (гнездо-штырь). Виток плотно охватывает внешние витки контролируемой обмотки, при этом его выводы пропускают через отверстие тороидального сердечника и соединяют с ключом, который по полупериодам управляющего напряжения замыкает или размыкает виток. При замыкании витка тест-образец представляет собой заведомо неисправную обмотку с дефектом в виде короткозамкнутого витка, а при размыкании витка тест-образец становится контролируемой обмоткой, поэтому напряжение контролируемой обмотки измеряют при разомкнутом витке, а напряжение тест-образца - при замкнутом витке. Измерение проводят на одной частоте. Измеренные электрические параметры контролируемой обмотки и тест-образца сравнивают между собой и делают вывод о наличии коротких замыканий в контролируемой обмотке по разности измеренных напряжений, при этом разность напряжений при исправной контролируемой обмотке больше, чем при неисправной.
Недостатком известного способа контроля электрических обмоток на короткое замыкание являются ограниченные возможности его использования, поскольку способ может быть применен для проверки только тороидальных обмоток, так как в других случаях между витком и обмоткой может образоваться зазор, который при измерениях воспринимается как незамкнутый или имеющий значительное сопротивление, что приведет к ошибкам при контроле обмоток. Кроме этого недостатком известного способа является невозможность выявления короткозамкнутых витков, расположенных во внутренних слоях проверяемой обмотки, имеющей сплошной металлический сердечник, который проявляет себя как объемный короткозамкнутый виток, что приводит к недостоверным результатам.
Задачей настоящего изобретения является создание способа контроля электрических обмоток на короткое замыкание, позволяющего расширить область его применения за счет увеличения номенклатуры проверяемых обмоток и повышения достоверности полученных результатов.
Техническим результатом настоящего изобретения является выявление оптимального частотного диапазона измерений электрических параметров контролируемых обмоток, что в дальнейшем позволяет осуществить достоверную отбраковку обмоток с трудно выявляемыми дефектами. К указанным обмоткам относятся, например, обмотки, имеющие короткозамкнутые витки, расположенные во внутренних или средних слоях обмоток или обмотки, выполненные со сплошными металлическими сердечниками.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе контроля электрических обмоток на короткое замыкание, при котором судят о наличии короткого замыкания в контролируемой обмотке по разности измеренных электрических параметров контролируемой обмотки и тест-образца, представляющего собой обмотку с расположенным на ней внешним витком с выводами, выполненными с возможностью их замыкания-размыкания,
в качестве обмотки тест-образца используют исправную обмотку, идентичную контролируемой, при этом в обмотке тест-образца выполняют внутренние витки с выводами, которые выводят за пределы обмотки с возможностью их замыкания-размыкания, а измерение электрических параметров тест-образца производят на разных частотах, при этом при разомкнутых витках измеряют электрические параметры заведомо исправной обмотки, а при замыкании каждого из витков измеряют электрические параметры обмотки тест-образца с коротким замыканием в месте расположения каждого из упомянутых витков, затем по полученным данным определяют частотный диапазон наиболее трудно выявляемого дефекта и используют упомянутый диапазон при измерении электрических параметров контролируемой обмотки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена электрическая схема устройства, реализующего заявленный способ контроля, на фиг.2 показаны кривые годографов импеданса.
Устройство содержит генератор 1, измеритель 2 напряжения, измеритель 3 тока, вычислитель 4, дисплей 5, контролируемую обмотку 6 и тест-образец в виде исправной обмотки 7, снабженной внутренними витками 8, 9 и внешним витком 10, которые имеют выводы, выполненные с возможностью замыкания и размыкания, например, путем установки перемычек (на чертеже не показано). Виток 8 расположен внутри обмотки 7, виток 9 - в средней части намотки, а виток 10 размещен на наружной поверхности обмотки 7. Заведомо исправная обмотка 7 идентична контролируемой обмотке 6 по геометрическим параметрам, количеству витков, а в случае наличия сердечника - и по материалу. Выход генератора 1 соединен с первым входом измерителя 2 напряжения. Второй вход измерителя 2 напряжения соединен с входом измерителя 3 тока. Выходы измерителя 2 напряжения и измерителя 3 тока подключены к вычислителю 4. Дисплей 5 подключен к вычислителю 4. Генератор 1, измеритель 2 напряжения, измеритель 3 тока, вычислитель 4 и дисплей 5 могут быть объединены в единый прибор 11, например измеритель иммитанса Е7-20.
Способ осуществляют следующим образом.
1
2
2
1
2
1
При контроле электрических обмоток на короткое замыкание используют тест-образец, который имеет заведомо исправную обмотку 7, идентичную контролируемой обмотке 7 по геометрическим параметрам, количеству витков, а в случае наличия сердечника - и по материалу. На обмотке 7 выполняют несколько внутренних витков 8, 9 с выводами, по меньшей мере, двумя, и один внешний виток 10 с выводами. Внутренний виток 8 располагают на внутреннем диаметре обмотки 7, а внутренний виток 9 - на среднем диаметре обмотки 7. Внешний виток 10 располагают на наружном диаметре обмотки 7. Выводы витков 8, 9, 10 выполнены с возможностью замыкания-размыкания. В разомкнутом состоянии витков 8, 9, 10 тест-образец представляет собой идеальную, т.е. не имеющую дефектов обмотку, которую можно признать эталоном для контролируемой обмотки. При замыкании выводов витков 8, 9, 10 в обмотке 7 моделируют появление заданных дефектов в виде короткого замыкания в месте нахождения соответствующего замкнутого витка. Для получения зависимости исследуемого параметра от места нахождения короткозамкнутых витков заданные дефекты образуют на внутреннем, среднем и внешнем диаметрах обмотки. При замыкании витка происходит изменение электрических характеристик обмотки 7, а именно возникают потери мощности и фазовые искажения. Наиболее полно электрические параметры обмотки 7 характеризует величина импеданса (модуль комплексного сопротивления Z и угол фазового сдвига комплексного сопротивления φ, которые могут быть измерены при различных частотах f в виде зависимостей Z(f) и φ(f)). Рассчитывая проекции R(f), где R - активное сопротивление, и X(f), где Х - реактивное сопротивление, можно построить годограф импеданса Z (кривая, соединяющая концы векторов Z при изменении частоты) в координатах R - jX. При этом на данной частоте f реактивное сопротивление jX будет пропорционально «обратимым потерям» электрической мощности, т.е. энергия в определенную часть периода будет отбираться от источника питания, запасаться в индуктивности обмотки в виде энергии магнитного поля, а в другую часть периода будет возвращаться обратно в источник питания. Таким образом, суммарное потребление энергии сопротивлением Х за период Т частоты f будет равно нулю. Активное сопротивление R пропорционально «необратимым потерям», т.е. выделению в обмотке тепловой мощности, а также механическим потерям. Сначала измеряют импеданс обмотки 7 тест-образца с разомкнутыми витками 8, 9, 10, т.е. без имитации короткого замыкания в обмотке 7 тест-образца. Для этого начало и конец обмотки 7 тест-образца подключают к точке соединения выхода генератора 1 с первым входом измерителя 2 напряжения и к точке соединения измерителя 2 напряжения и измерителя 3 тока. Проводят измерения импеданса на разных частотах. По полученным значениям строят график годографа импеданса фиг.2 (кривая А). Затем производят измерение импеданса обмотки 7 тест-образца с замкнутым витком 8, т.е. с имитацией короткозамкнутого витка в месте нахождения витка 8 в обмотке 7. Замыкание витка осуществляют с помощью перемычки (на чертеже не показана) или путем скручивания выводов витка 8. Начало и конец обмотки 7 подключают к точке соединения выхода генератора 1 с первым входом измерителя 2 напряжения и к точке соединения измерителя 2 напряжения и измерителя 3 тока и измеряют импеданс на разных частотах. По полученным значениям строят график годографа импеданса (кривая Б). Затем производят измерение импеданса обмотки 7 тест-образца с замкнутым витком 9, т.е. с имитацией короткозамкнутого витка в месте нахождения витка 9 в обмотке 7. Замыкание витка осуществляют с помощью перемычки (на чертеже не показана) или путем скручивания выводов витка 9. Начало и конец обмотки 7 подключают к точке соединения выхода генератора 1 с первым входом измерителя 2 напряжения и к точке соединения измерителя 2 напряжения и измерителя 3 тока и измеряют импеданс на разных частотах. По полученным значениям строят график годографа импеданса (кривая В). Потом производят измерение импеданса обмотки 7 тест-образца с замкнутым витком 10, т.е. с имитацией короткозамкнутого витка в месте нахождения витка 10 в обмотке 7. Замыкание витка 10 осуществляют с помощью перемычки (на чертеже не показана) или путем скручивания выводов витка 10. Начало и конец обмотки 7 подключают к точке соединения выхода генератора 1 с первым входом измерителя 2 напряжения и к точке соединения измерителя 2 напряжения и измерителя 3 тока и измеряют импеданс на разных частотах. По полученным значениям строят график годографа импеданса (кривая Г). Далее выявляют наиболее трудно обнаруживаемый дефект в обмотке 7. Для этого из кривых Б, В, Г выбирают кривую, наиболее близко расположенную к кривой А. В данном случае выбирают кривую Б как имеющую минимальную разницу с кривой А, что свидетельствует о минимальной чувствительности измерения импеданса обмотки 7 с короткозамкнутым витком 8. Затем определяют зону максимальной чувствительности упомянутого выше дефекта. Сравнивая кривые А и Б, находят максимальную разницу импедансов эталонной обмотки и обмотки с короткозамкнутым витком 8, определяют частоту или диапазон частот, соответствующих этой разнице, а по кривой Б находят значение Z импеданса. С использованием выбранных из кривых А и Б частоты или диапазона частот производят измерение импеданса Z контролируемой обмотки 6, для этого начало и конец обмотки 6 подключают к точке соединения выхода генератора 1 с первым входом измерителя 2 напряжения и к точке соединения измерителя 2 напряжения и измерителя 3 тока. Измеренные значения Z импеданса контролируемой обмотки 6 сравнивают с выбранным из кривой Б значением Z импеданса. Обмотка считается годной при значении Z больше Z. В качестве измеряемого электрического параметра можно использовать также активное сопротивление R, но при этом его непосредственное измерение на высоких частотах не дает необходимой точности из-за индуктивности измерительной цепи прибора.