УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗАМЫКАНИЯ ЛИСТОВ АКТИВНОЙ СТАЛИ СЕРДЕЧНИКОВ СТАТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для диагностики и контроля состояния изоляции между листами электротехнической стали сердечников статоров электрических машин переменного тока.
Известно устройство для контроля сердечников статоров электрических машин переменного тока при низких (до 0,1 Тл) значениях индукции кольцевого потока [1]. В этом случае местные дефекты выявляются по величине и сдвигу фазы разности магнитных потенциалов между двумя соседними зубцами, определяемой с помощью чувствительного элемента - магнитного потенциометра Четтока (по существу - катушка без сердечника) при сканировании им рабочей поверхности сердечника. Дополнительные потери, вызванные замыканиями, рассчитываются по величинам разности магнитных потенциалов, намагничивающего тока, эдс контрольного витка, а также по сдвигам фаз между ними. Большое число измеряемых величин, низкая точность их определения и влияние на них многих случайных неконтролируемых факторов обуславливают низкую точность метода в целом.
Для повышения точности было разработано устройство, описанное в [2]. Здесь в сердечнике магнитопровода также создается переменный кольцевой магнитный поток с низким значением индукции (до 0,1 Тл). Сканирование рабочей поверхности производится датчиком, в котором в качестве чувствительного элемента (далее - ЧЭ) использована катушка с ферромагнитным сердечником. Наличие дефекта в данном месте определяется по разности фаз между эдс сканирующего и опорного неподвижного датчиков. Опорный датчик имеет совершенно ту же конструкцию, что и сканирующий. Во время сканирования опорный датчик неподвижно располагается на каком-либо бездефектном участке рабочей поверхности
сердечника. В этом случае устраняются недостатки устройства [1], но появляется неопределенность, связанная с местом установки опорного датчика. Заранее определить такое место невозможно, и необходимо предварительно произвести ряд пробных замеров, что увеличивает время проведения испытаний. Кроме того, в случае, когда сердечник разделен на пакеты, необходимо, чтобы дефектов не было не только непосредственно под опорным датчиком, но и во всем пакете, на котором он расположен.
Известны аналогичные устройства для контроля сердечников, в которых в качестве ЧЭ использованы элементы Холла, магниторезисторы [3].
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, описанное в [4] (прототип). Здесь наличие дефекта в данном месте определяется по разности фаз между эдс сканирующего ЧЭ, находящегося на этом месте, и отдельного контрольного витка, охватывающего, как и намагничивающая обмотка, исследуемый сердечник. Данное устройство уже лишено недостатков [1, 2], но, тем не менее, неудобно в работе, в особенности для того оператора, который непосредственно проводит сканирование в расточке сердечника. Этот оператор сам не видит, каково состояние изоляции листов непосредственно в том месте, где находится ЧЭ, затруднена связь его с оператором, который контролирует систему, находясь вне машины, весьма приближенно определяются текущую аксиальную координату расположения ЧЭ. Кроме того, ввиду низкого уровня измеряемого сигнала, снимаемого с ЧЭ, и наличия сильных помех, которые практически всегда имеют место в тех производственных помещениях, в которых проводятся испытания, очень часто результаты испытаний искажаются: прибор может не почувствовать повреждение там, где оно есть, и подать ложный сигнал о наличии дефекта там, где его нет. В обоих случаях это приводит к существенным потерям ввиду высокой стоимости каждого лишнего часа простоя мощного энергооборудования.
Предлагаемая полезная модель, как и вышеописанные устройства, работает при низких значениях индукции кольцевого магнитного потока (до 0,1 Тл), т.е., сохраняя достоинства устройств [1-4], позволяет устранить их недостатки путем усовершенствования конструкции сканирующего датчика и совершенствования
системы обработки сигналов. Полная принципиальная схема испытательного устройства представлена на фиг.1.
Здесь: 1 - сканирующий ЧЭ;
2 - намагничивающая обмотка;
3 - контрольный виток;
4 - исследуемый сердечник;
5 - блок питания намагничивающей обмотки;
6 - блок измерения;
7 - амперметр;
8 - корпус сердечника.
В предлагаемой полезной модели сканирующий ЧЭ помещен в корпус, в котором также находятся усилитель сигнала, кнопка для подачи сигналов оператору, находящемуся вне испытуемой машины, и дисплей для индикации величины сигнала в том месте, где в данный момент находится ЧЭ. Конструкция одной из возможных практических реализации вышеописанного датчика представлена на фиг.2 (для наглядности на виде сверху снята крышка).
Здесь: 9 - корпус;
10 - крышка корпуса;
11 - плата с усилителем;
12 - кнопка начала и конца измерений;
13 - дисплей-индикатор;
14 - разъем для кабеля связи с блоком измерения 6.
Выходные концы ЧЭ 1 присоединены к входу усилителя 11, выход которого через разъем 14 и соединительный кабель (на фиг.2 не показан) подключен к блоку измерения 6. Прочие позиции фиг.2 не требуют пояснений.
При перемещении датчика внутри испытуемой машины сигнал ЧЭ 1 усиливается усилителем 11 и передается в блок измерений, где по его величине и фазе судят о состоянии испытуемого сердечника в данном месте. Дисплей-индикатор 14, дублируя дисплей блока измерения, для удобства оператора индицирует величину сигнала, соответствующую состоянию изоляции листов активной стали в месте
нахождения датчика. В случае каких-либо сомнений оператор может более тщательно просканировать подозрительное место, не дожидаясь окончания обследования, когда будет распечатан полный протокол испытаний. При этом с помощью кнопки 13 оператор может подавать сигналы о начале и конце очередного прохода для согласования своих действий с действиями второго оператора, контролирующего работу всей испытательной установки и находящегося снаружи машины.
По второму пункту формулы предложение касается системы транспортирования датчика, представленного на фиг.2. По этому предложению корпус датчика снабжается осями с ходовыми колесами, а внутри корпуса располагается система автоматического определения аксиальной координаты расположения датчика (далее - СОК). Пример конструкции одного из возможных вариантов такого датчика представлен на фиг.3 (здесь также на виде сверху снята крышка).
Здесь: 15 - ходовые колеса;
16 - передняя ось с ходовыми колесами и зубчатым колесом;
17 - задняя ось с ходовыми колесами;
18 - зубчатое колесо СОК;
19 - светодиод;
20 - фотодиод.
В данном случае СОК представляет собой зубчатое колесо 18, насаженное на одну из осей 16 корпуса 9. По обе стороны этого колеса на одной оптической оси установлены светодиод 19 и фотодиод 20 так, что их общая оптическая ось проходит через зубцовую зону колеса 18.
При прокатывании датчика внутри испытуемой машины его ходовые колеса вращаются, вместе с ними вращается зубчатое колесо, и в тот момент, когда на общей оптической оси оказывается прорезь зубчатого колеса, на фотодиод 20 падают импульсы света, излучаемого светодиодом 19. Эти импульсы подсчитываются блоком измерения, в результате чего определяется координата нахождения датчика.
По третьему пункту формулы предлагается система транспортирования датчика, представленного на фиг.2, путем скольжения вдоль направляющих, выполненных из немагнитного изоляционного материала. Для обеспечения возможности настройки на испытуемые сердечники разной длины, а также для удобства, транспортировки прибора, направляющие выполнены составными из отдельных звеньев длиной 1-2 м. Перемещение датчика внутри направляющих осуществляется вручную. При ручном способе перемещения система определения координаты может быть как контактной, так и бесконтактной. При использовании контактной системы внутри корпуса установлен ролик, прижимающийся к внутренней поверхности направляющих, с которой связана СОК, состоящая, как и в предыдущем случае, из зубчатого колеса и оптоэлектронной пары: светодиода и фотодиода. Принципиальная схема этой системы представлена на фиг.4. Здесь:
21 - составные направляющие;
22 - ролик СОК;
23 - паз испытуемого сердечника.
При проведении сканирования рабочей поверхности испытуемого сердечника 4 направляющие 21 укладываются вдоль оси паза 23, после чего по ним протягивают датчик. При этом ЧЭ улавливает флуктуации магнитного поля, вызванные повреждениями изоляции листов стали. Усиленный сигнал передается в блок измерений. Одновременно идет подсчет импульсов света, порожденных вращением ролика 22 и сидящего на одной оси с ним зубчатого колеса. Таким образом, определяется координата датчика. После прохода всей длины сердечника направляющие переставляются на ось соседнего паза, и процесс повторяется.
Датчик, выполненный по данному предложению, может быть снабжен и бесконтактной СОК. Она строится на оптическом принципе: на одной из внутренних поверхностей направляющих на равном расстоянии друг от друга (для практических целей достаточно через 10 мм) наносятся светопоглощающие или светоотражающие риски (например, соответствующей краской), а в стенке корпуса датчика, обращенной к этой поверхности, устанавливаются рядом светодиод и фотодиод.
Принципиальная схема варианта этой системы представлена на фиг.5 (вид сверху), где 24 - светопоглощающие риски.
В этом случае также при проведении сканирования поочередно устанавливают направляющие вдоль осей пазов и протягивают по ним датчик. При этом светодиод 19 освещает ту внутреннюю поверхность направляющих, на которой нанесены риски 24. Когда при движении датчика фотодиод находится между рисками, на него подает излучение светодиода, отраженное расположенной напротив поверхностью направляющих. В результате возникает фототек, регистрируемый в блоке измерений. В случае, если фотодиод оказывается напротив риски, отражения нет, следовательно, нет и фототока. В случае использования рисок, хорошо (по сравнению с внутренней поверхностью направляющих) отражающих свет имеет место обратная картина: при прохождении фотодиода между рисками ток мал, а при прохождении мимо риски он резко взрастает. Так в обоих вариантах по числу импульсов фототока определяется координата.
По четвертому пункту формулы предлагается датчик, сканирование которого осуществляется протяжкой датчика по направляющим с помощью шнура или троса. Принципиальная схема этой системы представлена на фиг.6. На фигуре представлен только сам датчик и фрагменты направляющих (вид сверху):
25 - шнур (трос);
26 - шкивы;
27 - натяжное устройство;
28 - маховичок.
Датчик, размещенный в корпусе 9, установлен в направляющих 21, на концах которых установлены шкивы 26. Через эти шкивы перекинут шнур (трос) 25, концы которого прикреплены к корпусу датчика. Одна из осей шкивов выполнена подвижной и присоединена к натяжному устройству 27. Другая ось снабжена маховичком 28. В корпусе датчика может быть установлена контактная или бесконтактная СОК, как это показано на фиг.4 (контактная) и 5 (бесконтактная).
По пятому пункту формулы предлагается устройство с датчиком и направляющими снабжать СОК, вынесенной из корпуса датчика и помещенной на одной
из осей шкивов, как это показано на фиг.6. На оси помещается уже описанное ранее зубчатое колесо, по обе стороны которого друг против друга помещены светодиод и фотодиод.
При проведении испытаний оператор вращает маховичок 28, вследствие чего шнур (трос) 25 протягивает датчик вдоль направляющих 21. При этом по углу поворота оси СОК определяет аксиальную координату датчика.
По шестому пункту формулы предлагается усовершенствовать систему обработки сигналов датчика при любом из способов его выполнения по фиг.2-6. В прототипе [4] сигналы с датчика вводятся на обработку в персональную вычислительную машину (ПВМ) в аналоговом виде. Необходимое для работы ПВМ преобразование сигнала в цифровую форму производится с помощью встроенного в ПВМ аналого-цифрового преобразователя в виде звуковой карты Sound-blaster ([3], фиг.4, поз.18).
Использование звуковой карты ПВМ позволяет отказаться от внешнего аналого-цифрового преобразователя, однако, в этом случае для испытательного комплекса обязательно нужна ПВМ со звуковой картой, что может оказаться неудобным при испытаниях в отдаленных районах страны. Для исключения этого недостатка, а также повышения быстродействия системы и ее помехозащищенности, выход усилителя 11 сигнала ЧЭ подключен к входу контроллера, выход которого подключен к одному из портов ПВМ, которыми оборудована любая ПВМ.
При сканировании аналоговые сигналы, характеризующие состояние изоляции и координаты места, после усиления поступают на вход контроллера, размещенного в блоке измерений 6. В результате соответствующей обработки на выходе контроллера аналоговые сигналы преобразуются в цифровые коды, которые через один из портов поступают в ПВМ для формирования протокола испытаний.
Источники информации
1. Бутов А.В., Пикульский В.А., Поляков Ф.А., Шандыбин М.И. Электромагнитный метод выявления замыканий листов активной стали статора турбогенератора. - Электрические станции, 1998, №11.
2. Патент РФ №2082274, кл. Н 02 К 15/00, 15/02, G 01 R 31/34, 09.08.1994.
3. Патент РФ №2206951, кл. G 01 R 31/34, 06.12.2001.
4. Патент РФ №2195681, кл. G 01 R 31/34, 04.06.2001, (прототип).