УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ В КАТУШКАХ ИНДУКТИВНОСТЕЙ
DEVICE FOR DETECTING INTER-WINDING FAULTS IN INDUCTION COILS

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для контроля витковых замыканий в обмотках электрических машин и аппаратов.
Многие устройства (например, А.С. СССР №99410, заявка №6844/448769 от 20.02.1954 г., опубл. в «Бюллетене изобретений» №12 за 1954 г.) используют накопительный конденсатор, который заряжается в первый полупериод, а во второй полупериод конденсатор разряжается на проверяемую обмотку.
Такие устройства имеют сильную зависимость напряжения или тока в испытуемой обмотке от разброса индуктивностей обмоток.
Способ обнаружения витковых замыканий в электрических обмотках (А.С. СССР №434339, заявка №1810620/24-7 от 11.07.1972 г., опубл. 30.06.74 г., бюл. №24, дата публ. 31.10.74 г.) заключается в подаче импульсного тока на проверяемую обмотку, и в момент прохождения тока через нулевое значение обмотку отключают от источника и наблюдают за напряжением на обмотке. Если есть витковое замыкание, то напряжение спадает по экспоненте, а если нет виткового замыкания, то напряжение равно нулю. Способ не отличается высокой чувствительностью к витковым замыканиям.
Наиболее близким к заявленному устройству является устройство (Теоретические и практические принципы испытания электродвигателей. Risati instruments, 28.01.2004, ООО Элтехникс, www.eltekhnics.ru). Устройство содержит регулируемый автотрансформатор, напряжение с которого подается на повышающий трансформатор, а с выхода трансформатора в первый полупериод сетевого напряжения через диод заряжается накопительный конденсатор. Во время второго полупериода сети замыкается ключ и накопительный конденсатор разряжается на проверяемую обмотку. По форме затухающих колебаний напряжения на проверяемой обмотке судят о наличии или отсутствии витковых замыканий в обмотке.
Недостатком устройства является необходимость следить за фазой сетевого напряжения с целью выбора момента открывания электронного ключа, необходимость использования двунаправленного электронного ключа для обеспечения двунаправленного протекания тока через проверяемую обмотку, необходимость визуального наблюдения за формой затухающих колебаний, для регулировки амплитуды требуется регулируемый автотрансформатор.
В основу изобретения поставлена задача устранения указанных недостатков.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для обнаружения витковых замыканий в катушках индуктивностей, содержащем формирователь импульсов, электронный ключ, который управляется с выхода формирователя импульсов, в соответствии с изобретением, с целью повышения достоверности обнаружения витковых замыканий и упрощения устройства, двунаправленный ключ заменен однонаправленным с последовательно включенными диодом и контуром из параллельно соединенных проверяемой катушки и конденсатора с накоплением энергии в проверяемой катушке, выводы которой через диодный мост, фильтр нижних частот и компаратор подключены к индикатору.
Заявляемая конструкция поясняется следующими чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства, на фиг. 2 - эпюры электрических процессов в устройстве.
Устройство содержит:
Источник постоянного напряжения - 1
Формирователь импульсов - 2
Конденсатор контура - 3
Проверяемая катушка - 4
Диод - 5
Электронный ключ - 6
Мост диодный - 7
Фильтр нижних частот - 8
Компаратор - 9
Индикатор - 10
Источник постоянного напряжения одним полюсом запитывает формирователь импульсов 2, выход которого подключен к управляющему входу однонаправленного электронного ключа 6, например, к затвору полевого транзистора и к контуру из параллельного соединения конденсатора 3 и катушки 4, который через диод 5 соединен с верхним выводом ключа, а его нижний вывод подключен ко второму полюсу источника. Напряжение с катушки 4 через диодный мост 7, фильтр нижних частот 8 и компаратор 9 подключено к индикатору 10, например светодиоду.
Устройство работает следующим образом.
Формирователь импульсов 2 подает на управляющий вход ключа 6 импульсы 11, которые открывают его на время длительности импульса Ти. За время действия этого импульса в проверяемой катушке с индуктивностью L накапливается энергия:
где Im - амплитуда тока в проверяемой катушке, которая достигает за время Ти величины:
где U - напряжение источника питания 1.
Количество накапливаемой энергии регулируется длительностью импульса Ти.
По окончании импульса Ти ключ закрывается и напряжение на контуре будет иметь вид затухающих колебаний 12. При этом энергия из индуктивности L переходит в энергию на конденсаторе C, затем из конденсатора опять в индуктивность и так далее до полного затухания колебаний.
Потери энергии через однонаправленный ключ не происходит, так как диод 5 не пропускает полуволну одной полярности, а ключ - полуволну другой полярности.
Амплитуду первого импульса Um определим из равенства энергий на индуктивности и емкости:
Время затухания тем больше, чем меньше активное сопротивление проверяемой обмотки.
При наличии виткового замыкания в проверяемой обмотке, что эквивалентно увеличению активного сопротивления обмотки, затухание будет за меньшее время 15.
Частота собственных колебаний Fo:
После двухполупериодного выпрямления напряжение будет иметь вид 13 (без виткового замыкания) или 16 (при наличии виткового замыкания). Соответственно, среднее значение после фильтра нижних частот без виткового замыкания 14 будет больше среднего значения 17 при наличии виткового замыкания. Компаратор настраивается на среднее значение между уровнями 17 и 14 и тогда индикатор фиксирует наличие виткового замыкания.