СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК СТАТОРА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
DIAGNOSTIC METHOD OF INSULATION STATOR WINDINGS OF ASYNCHRONOUS ELECTROMOTORS

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам повышения надежности электрооборудования промышленных предприятий и диагностики состояния изоляции обмоток статоров асинхронных электродвигателей.
Известен способ функциональной диагностики, заключающийся в том, что производят измерение полных сопротивлений обмоток статора электродвигателя, а также измерение сопротивления изоляции относительно корпуса асинхронного электродвигателя. Значения сопротивлений обмоток электродвигателя определяют косвенно по действующим значениям фазных токов и напряжений. Величину сопротивления изоляции относительно корпуса электродвигателя оценивают по действующему значению тока утечки на корпус (см. патент РФ №2351048, МПК Н02Н 7/08, G01R 31/34, опубл. 27.03.2009).
Недостатком данного способа является необходимость включения датчика тока утечки в цепь РЕ(РЕN)-проводника и погрешность оценки состояния изоляции обмоток относительно корпуса электродвигателя в случае нарушения соединений проводника, заземляющего корпус, что также ведет к ухудшению электробезопасности для обслуживающего персонала из-за возможности появления опасного потенциала на корпусе электродвигателя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ диагностирования изоляции обмоток статора асинхронного электродвигателя, заключающийся в том, что определяют полные сопротивления обмоток статора электродвигателя и сопротивление изоляции относительно корпуса асинхронного электродвигателя совместно с измерением напряжения на корпусе электродвигателя относительно искусственной нулевой точки. Значения сопротивлений обмоток электродвигателя определяют косвенно по действующим значениям измеренных фазных токов и напряжений. Величину сопротивления изоляции относительно корпуса электродвигателя оценивают по действующему значению тока утечки на корпус (см. патент РФ №2537744, МПК G01R 31/34, опубл. 10.01.2015).
Недостатком данного способа является погрешность оценки состояния изоляции обмотки статора относительно корпуса электродвигателя в случае соединения корпуса электродвигателя с заземленными металлоконструкциями основания, на которых установлен электродвигатель.
Технический результат - повышение эффективности и надежности диагностирования технического состояния асинхронных электродвигателей и повышение безопасности их эксплуатации.
Результат достигается тем, что в способе диагностики изоляции обмоток статора асинхронного электродвигателя, заключающемся в измерении мгновенных значений токов в обмотках и напряжений на зажимах электродвигателя, преобразовании их в напряжения, пропорциональные току и напряжению, определении по измеренным значениям токов и напряжений полных сопротивлений обмоток статора, регистрации полученных сигналов, а также в измерении тока утечки на корпус электродвигателя, дополнительно определяют соотношения полных сопротивлений обмоток статора и максимальную разницу этих соотношений, а ток утечки измеряют путем подачи напряжения на обмотку статора после отключения электродвигателя и последующего выбега, окончание которого определяют по затуханию генерируемой ЭДС выбега, и, если максимальная разница соотношений полных сопротивлений обмоток статора асинхронного электродвигателя или величина тока утечки превысили предельно-допустимые величины или отклонились от значений, полученных при предыдущих измерениях, формируют информационное сообщение.
Сущность способа в том, что производят измерение действующих значений токов и напряжений статора асинхронного электродвигателя в рабочем режиме и тока утечки на корпус путем подачи напряжения на обмотку статора после отключения электродвигателя и последующего выбега, окончание которого определяют по затуханию генерируемой ЭДС выбега. Значения токов и напряжений статора электродвигателя позволяют рассчитать полные сопротивления обмоток статора и их соотношения и определить максимальную разницу соотношений, сравнить ее с предельно-допустимой разницей и максимальной разницей, определенной при предыдущем измерении. Превышение предельно-допустимого значения свидетельствует о наличии одного или нескольких межвитковых замыканий. Чрезмерное отклонение значения максимальной разницы соотношений от значения, определенного при предыдущем измерении, свидетельствует об ускоренной деградации межвитковой изоляции:
ст1
ст2
ст3
где Z, Z, Z - полные сопротивления обмоток статора электродвигателя;
ст1
ст2
ст3
U, U, U - напряжения на обмотках электродвигателя;
ст1
ст2
ст3
I, I, I - токи в обмотках статора электродвигателя;
Максимальная разница соотношений:
ст1
Фаза A (Z) обмотки статора имеет межвитковое повреждение при:
ст2
Фаза В (Z) обмотки статора имеет межвитковое повреждение при:
ст3
Фаза С (Z) обмотки статора имеет межвитковое повреждение при:
доп
где С - предельно-допустимая разница соотношений.
Значение тока утечки позволяет определить величину сопротивления изоляции относительно корпуса. Увеличение тока утечки вплоть до предельно-допустимого значения может быть вызвано износом изоляции, увлажнением, развивающимся локальным повреждением. Чрезмерное отклонение величины тока утечки в сторону увеличения по сравнению с предыдущим измерением свидетельствует об ускоренной деградации изоляции. Отклонение в меньшую сторону свидетельствует об улучшении состояния изоляции вследствие ее сушки, перемотки электродвигателя или нарушения контактных соединений РЕ (PEN)-проводника. Сушку и перемотку осуществляют редко, а записи об их проведении заносят в специальные журналы, следовательно, персонал, обслуживающий электрические машины, информирован о проведении таких процедур. Это позволяет сделать вывод о том, что сигнал устройства о снижении тока утечки, по причине нарушения контактных соединений РЕ (PEN)-проводника будет правильно интерпретирован обслуживающим персоналом. Отслеживание состояния контактных соединений РЕ (PEN)-проводника позволяет повысить уровень электробезопасности персонала.
На фигуре 1 представлена блочная схема устройства.
Устройство содержит электромагнитный контактор 1, микроконтроллер 2, аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера 3, трехфазный преобразователь тока в напряжение 4, трехфазный делитель напряжения 5, источник напряжения в виде трансформатора напряжения, либо выпрямителя по схеме звезда-Ларионов, либо только управляемый ключ 6, жидкокристаллический дисплей 7, кнопочную клавиатуру 8, асинхронный электродвигатель 9, трансформаторы тока 10, 11, 12, датчик тока 13.
К фазам трехфазного асинхронного электродвигателя подключают трехфазный делитель напряжения 5, трехфазный преобразователь тока в напряжение 4, получающий токи от трех трансформаторов тока 13, 14, 15. Преобразователь 4 и делитель 5 подают преобразованный сигнал аналого-цифровому преобразователю 3, имеющему с преобразователем 4 и делителем 5 общую нулевую точку, аналого-цифровой преобразователь 3 связан с микроконтроллером 2, который имеет возможность отключить контактор, разомкнув цепь питания катушки контактора. Датчик тока 13 подключен к питающей асинхронный электродвигатель 9 линии после электромагнитного контактора 1 и обеспечивает измерение тока утечки при функционировании источника напряжения 6, связанного с микроконтроллером 2. Микроконтроллер 2 соединен с кнопочной клавиатурой 8 и жидкокристаллическим дисплеем 7.
Работает устройство следующим образом.
После запуска асинхронного электродвигателя 12 электромагнитным контактором 1 аналого-цифровой преобразователь 3 получает измеренные и преобразованные сигналы от преобразователя 4 (получающего сигналы от трансформаторов тока 10, 11, 12) и делителя 5; полученные аналоговые данные аналого-цифровой преобразователь 3 преобразует в цифровой вид и передает микроконтроллеру 2, который осуществляет вычисление согласно формулам 1, 2, 3 и сравнения по формулам 4, 5, 6 с целью выявления межвиткового замыкания, после чего микроконтроллер 2 формирует информационное сообщение о наличии межвиткового замыкания. Полученная по формуле 3 максимальная разница соотношений также сравнивается со значением максимальной разницы соотношений, полученной при предыдущем измерении, и в случае чрезмерного увеличения текущего значения по сравнению с предыдущим делается вывод об ускоренном развитии межвиткового повреждения изоляции с последующим формированием микроконтроллером 2 информационного сообщения.
При плановой остановке электродвигателя микроконтроллер 2 выдерживает паузу, в течение которой отслеживает величину затухающих фазных ЭДС выбега по данным аналого-цифрового преобразователя 3, получающего данные от делителя 5. Пауза заканчивается, когда фазные ЭДС выбега близки к нулю, после чего микроконтроллер 2 подает сигнал на включение источнику напряжения 6, подающему напряжение на обмотку статора отключенного от сети асинхронного электродвигателя 9, при этом осуществляется измерение величины тока утечки датчиком тока 13. Величина тока утечки сравнивается с предельно-допустимой величиной и со значением тока утечки, измеренным при предыдущей остановке. В случае превышения предельно-допустимого значения микроконтроллером 2 формируется информационное сообщение о снижении сопротивления изоляции относительно корпуса, а в случае чрезмерного отклонения в сторону увеличения от предыдущего измерения микроконтроллером 2 формируется информационное сообщение об ускоренной деградации изоляции. При чрезмерном отклонении величины тока утечки в меньшую сторону от предыдущего значения, микроконтроллером 2 формируется сообщение об ухудшении контактных соединений РЕ (PEN) -проводника.
Контроль межвитковой изоляции осуществляется с определенной периодичностью, а контроль изоляции относительно корпуса осуществляется при плановых остановках электродвигателя. Микроконтроллер 2 выдает сигналы о состоянии изоляции в виде сообщений на дисплей либо передает эти данные по промышленным сетям связи.
Предложенный способ позволяет диагностировать состояние межвитковой изоляции и изоляции относительно корпуса с высокой точностью и достоверностью, а также осуществлять контроль целостности контактных соединений РЕ (PEN)-проводника, что повышает уровень безопасности обслуживающего персонала.