УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
DEVICE FOR DRYING WINDING INSULATION OF ELECTRICAL MACHINE

Область техники
Изобретение относится к области эксплуатации электрических машин переменного тока и предназначено для восстановления проектных характеристик изоляции их обмоток.
Предпосылки к созданию изобретения
Под электрической машиной переменного тока (далее - электрическая машина) в контексте данной заявки понимается устройство, которое посредством электромагнитной индукции способно осуществлять электромеханическое преобразование электрической энергии либо изменять ее параметры. К таким устройствам относятся, в частности, электродвигатели, генераторы, трансформаторы, электромагниты. Все они характеризуются наличием, по меньшей мере, одного навитого на сердечник изолированного проводника, подключаемого к сети переменного тока (далее - обмотка).
Работа электрической машины сопровождается разогревом обмотки электрическим током, протекающим по проводникам. При отключении электрической машины вместе с ее охлаждением происходит осаждение влаги из окружающего воздуха на поверхности обмотки с последующим впитыванием влаги материалом изоляции. Данный процесс существенно интенсифицируется при эксплуатации электрической машины в условиях повышенной влажности либо прямого попадания воды на обмотку. В результате сопротивление изоляции снижается, риск пробоя изоляции резко возрастает, а значит запуск и дальнейшая эксплуатация электрической машины с увлажненной обмоткой становятся недопустимыми.
В патентной публикации WO 2017018909, Н02K 15/12, 02.02.2017 раскрыто устройство для сушки обмотки электрической машины, которое, будучи подключенным к обмотке электрической машины, подает на нее постоянное напряжение, в результате чего по проводнику обмотки протекает постоянный ток, вызывающий разогрев проводника. Тепло передается от проводника в изоляцию обмотки, что и обеспечивает ее сушку. Данное устройство, выпускаемое промышленным образом финской компанией ТАЛАС ЭЛЕКТРИК ОЙ (TALAS ELECTRIC OY) и представленное на фиг. 5, выбрано в качестве прототипа изобретения.
Следует отметить, что необходимость сушки изоляции обмотки электрической машины может возникать в удаленных местах, зачастую характеризующихся экстремальными условиями для эксплуатации электрических машин, например, на буровых установках или в подземных сооружениях. В то же время прототип изобретения снабжен металлическим корпусом, имеющим множество вентиляционных отверстий и технологических зазоров. Транспортировка такого устройства к электрической машине, являющейся объектом применения, а также сам процесс его эксплуатации в экстремальных условиях могут сопровождаться воздействиями, способствующими выходу устройства из строя вследствие проникновения в его корпус воды, пыли, насекомых и т.п. Кроме того, установка устройства, например, на временном настиле или влажном грунте может привести к внешнему короткому замыканию через металлические корпус и опоры. Далее, погрузо-разгрузочные работы привносят риск повреждения устройства, например, вследствие его падения или размещения на нем груза значительного веса. Кроме того, прототип предназначен для стационарного монтажа, что делает его кратковременную эксплуатацию трудоемким и неудобным. Все это существенно ограничивает возможности мобильного использования устройства.
Целью изобретения является создание устройства для сушки изоляции обмотки электрической машины, способного противостоять экстремальным внешним условиям при транспортировке и эксплуатации и обеспечивающего работоспособность в условиях повышенной влажности, запыленности, внешнего приложения электрического потенциала, механических нагрузок и т.п.
Сущность изобретения
Для достижения поставленной цели предложено устройство для сушки изоляции обмотки электрической машины, содержащее блок нагрева, причем при подключении устройства с одной стороны к сети переменного тока, а с другой стороны к обмотке электрической машины блок нагрева способен обеспечить протекание постоянного тока в обмотке электрической машины. Устройство снабжено контейнером, имеющим основную емкость и крышку, которая, находясь в закрытом состоянии, вместе с основной емкостью обеспечивает изолирование внутреннего объема контейнера от внешней среды. Основная емкость имеет технологический отсек, вмещающий в себя блок нагрева, при этом лицевая панель ограничивает технологический отсек со стороны крышки.
В частном случае изобретения устройство содержит сектор управления, выведенный на лицевую панель. Сектор управления может включать в себя регулятор силы постоянного тока и выключатель электропитания.
В частном случае изобретения устройство содержит сектор индикации, выведенный на лицевую панель. Сектор индикации может включать в себя индикатор силы постоянного тока и индикатор сопротивления изоляции обмотки электрической машины.
В частном случае изобретения устройство содержит сектор коммуникации, выведенный на лицевую панель. Сектор коммуникации может включать в себя разъем для подключения кабеля, соединяющего устройство с обмоткой электрической машины и разъем для подключения кабеля, соединяющего устройство с электрической сетью питания.
В предпочтительном случае изобретения лицевая панель расположена по всей площади основной емкости вровень с ее кромкой так, что технологический отсек занимает весь внутренний объем основной емкости.
В частном случае изобретения на лицевой панели выполнено первое вентиляционное отверстия, вблизи которого в технологическом отсеке установлен вентилятор.
В частном случае изобретения на лицевой панели выполнено второе вентиляционное отверстие, удаленное от места установки вентилятора.
В частном случае изобретения контейнер снабжен пазом, выполненным на кромке крышки, и соответствующим ему выступом на кромке основной емкости, а также фиксаторами, прижимающими крышку к кромке основной емкости.
В частном случае изобретения контейнер выполнен из полимерного материала. Контейнер может быть снабжен ребрами жесткости, выполненными на внешних или внутренних поверхностях его стенок.
Краткое описание чертежей
Осуществление изобретения будет пояснено ссылками на фигуры:
Фиг. 1 - общий вид устройства для сушки изоляции обмотки электрической машины;
Фиг. 2 - принципиальная схема электрического модуля устройства для сушки изоляции обмотки электрической машины;
Фиг. 3 - вид сверху устройства для сушки изоляции обмотки электрической машины;
Фиг. 4 - вид устройства для сушки изоляции обмотки электрической машины с условно снятой боковой стенкой основной емкости;
Фиг. 5 - общий вид устройства, выбранного в качестве прототипа изобретения.
Осуществление изобретения
Осуществление изобретения будет показано на наилучшем известном авторам изобретения примере реализации изобретения, который не является ограничением в отношении объема охраняемых прав.
Устройство для сушки изоляции обмотки электрической машины (далее также именуемое как Устройство), общий вид которого изображен на фиг. 1, включает в себя электрический модуль 1 и контейнер 21, в котором размещен электрический модуль 1.
Далее будет описана принципиальная схема электрического модуля Устройства (Фиг. 2) в состоянии его подключения к электродвигателю, изоляция обмоток которого подлежит сушке.
Электрический модуль 1 Устройства подключен к концам двух фаз обмотки 3 электродвигателя 2. Электродвигатель 2 получает питание от трехфазной сети 4 переменного тока и подключается к ней через контактор 5 запуска. Следует отметить, что для осуществления сушки изоляции обмотки электродвигатель 2 должен быть остановлен, поэтому контактор 5 запуска в данный момент находится в разомкнутом состоянии.
Электрический модуль 1 снабжен понижающим трансформатором 10, который подключен к двум фазам той же трехфазной сети 4 через выключатель 6. Электрический модуль также включает в себя блок 8 нагрева и управляющий блок 9.
Блок 8 нагрева выполнен по известной схеме тиристорного выпрямления напряжения и получает питание от понижающего трансформатора 10. К блоку 8 нагрева подключены концы обмотки электродвигателя, образуя контур нагрева, при этом блок 8 нагрева способен подавать постоянное напряжение на обмотку электродвигателя (далее также - напряжение нагрева) через вспомогательный переключатель 11 и соединительные провода 12. Следует отметить, что блок 8 нагрева способен подавать на обмотку такое постоянное напряжение, которое обеспечивает заданную блоком управления силу тока, при этом постоянное напряжение может подаваться импульсами с заданной частотой и скважностью. Кроме того, под постоянным напряжением в контексте данной заявки понимается, главным образом, выпрямленное напряжение.
Управляющий блок 9 содержит блок 17 управления, блок 18 измерения и блок 19 сравнения. Следует, однако, отметить, что блок 18 измерения и блок 19 сравнения не обязательно должны быть конструктивно объединены с блоком 17 управления и могут быть выполнены в виде отдельных блоков.
Блок 18 измерения способен измерять сопротивление изоляции обмотки электродвигателя. Блок 18 измерения получает питание от трансформатора 10, при этом одним своим выходом он соединен с любым из концов обмотки, а другим через заземляющий проводник 13 - с корпусом электродвигателя 2, образуя контур измерения. Блок 18 измерения подает измерительное напряжение на обмотку и корпус электродвигателя, измеряет ток утечки и рассчитывает текущее сопротивления изоляции обмотки.
Блок 19 сравнения способен сравнивать измеренное сопротивление изоляции обмотки с пороговым значением и передавать результат сравнения в блок 17 управления.
Блок 17 управления обеспечивает подключение обмотки электродвигателя либо к блоку 8 нагрева, подающему постоянное напряжение на обмотку для ее нагрева, либо к блоку 18 измерения, подающему измерительное напряжение на обмотку и корпус электродвигателя и определяющему текущее сопротивления изоляции обмотки. Другими словами, блок 17 управления обеспечивает переключение между контуром нагрева и контуром измерения, которое осуществляется посредством переключения взаимосвязанных реле 15 и 16. Блок 17 управления управляет блоком 8 нагрева через линию связи 14.
Кроме того, блок 17 управления обеспечивает ввод порогового значения сопротивления изоляции обмотки, а также ввод и индикацию силы тока, протекающего в обмотке электродвигателя. Пороговое значение сопротивления изоляции является целевым, т.е. электрический модуль будет подавать напряжение нагрева на обмотку тогда, когда сопротивление изоляции обмотки будет меньше порогового значения, и прекращать подачу напряжение нагрева, когда сопротивление изоляции обмотки станет равным или больше порогового значения.
В отдельной модификации Устройства блок 17 управления обеспечивает ввод второго порогового значения сопротивления изоляции обмотки, при этом, если сопротивление изоляции обмотки оказывается ниже второго порогового значения, то запуск электродвигателя недопустим. В этом случае блок 17 управления способен через управляющую шину 20 управлять промежуточным контактором 7, который в разомкнутом состоянии не допускает запуск электродвигателя 2.
Электрический модуль 1, выполненный согласно описанной выше принципиальной схеме, размещен в металлическом корпусе 22 и, по существу, представляет собой прототип изобретения (фиг. 4, фиг. 5). Использование прототипа изобретения в качестве электрического модуля позволяет обеспечить унификацию некоторых технологических процессов при производстве как Устройства, так и прототипа изобретения.
Следует, однако, отметить, что электрический модуль может иметь и иную сборочную конфигурацию, например, не содержать корпуса. Кроме того, в частных случаях изобретения электрический модуль может не содержать, например, блока сравнения, блока управления и т.п., однако, он должен содержать блок нагрева, обеспечивающий подачу постоянного напряжения на обмотку электрической машины.
Контейнер 21 содержит основную емкость 23 и крышку 24, при этом электрический модуль 1 установлен в технологическом отсеке 25 основной емкости 23 с опорой на лицевую панель 26 (фиг. 1, фиг. 4). В конкретном случае корпус 22 электрического модуля 1 прикреплен непосредственно к лицевой панели 26 так, что передняя панель 27 корпуса 22 выведена на лицевую панель 26 через проем соответствующего размера. Лицевая панель 26 расположена по всей площади основной емкости 23, по существу, вровень с ее кромкой 28 и ограничивает сверху технологический отсек 25, который занимает весь внутренний объем основной емкости 23.
Однако лицевая панель 26 может быть расположена лишь на части площади основной емкости, и тогда технологический отсек 25 будет занимать только часть внутреннего объема основной емкости 23. При этом другая часть внутреннего объема основной емкости 23 может быть отделена от технологического отсека вертикальной стенкой и представлять собой, например, вспомогательный отсек для хранения электрических кабелей. В то же время, во всех случаях изобретения лицевая панель 26 ограничивает технологический отсек 25 со стороны крышки 24.
Кроме того, на лицевую панель 26 выведены секторы управления, индикации и коммуникации (фиг. 3). Следует отметить, что понятие «сектор» в данном контексте означает совокупность органов определенного назначения, а не место их расположения на лицевой панели 26. Размещение секторов управления, индикации и коммуникации на лицевой панели 26 позволяет оперативно осуществлять необходимые операции, а также обеспечить защиту соответствующих органов от внешних воздействий.
Сектор управления, например, включает в себя выключатель 29 электропитания, выключатель 30 электрического модуля (соответствует выключателю 6 на фиг. 2), органы 31 ввода пороговых значений сопротивления изоляции регулятор 32 силы постоянного тока и другие органы ввода управляющих команд.
Сектор индикации включает в себя индикатор 33 силы постоянного тока, индикатор 34 сопротивления изоляции, а также иные индикаторы состояния Устройства, выполненные как в виде информационных табло, так и в виде контрольных ламп, подсвечивающихся кнопок и т.п.
Сектор коммуникации включает в себя разъем 35 для подключения кабеля, соединяющего Устройство с электрической сетью питания, и группу разъемов 36 для подключения кабелей, соединяющих Устройство с концами обмотки электрической машины и корпусом электрической машины.
Контейнер 21 характеризуется тем, что когда крышка 24 находится в закрытом состоянии, она вместе с основной емкостью 23 обеспечивает изолирование внутреннего объема контейнера от внешней среды. В этих целях на кромке 38 крышки выполнен паз 39, в то время как на кромке 28 основной емкости выполнен соответствующий пазу 39 выступ 40. Кроме того, контейнер 21 снабжен фиксаторами (не показаны), установленными в местах 37 и прижимающими крышку 24 к кромке 28 основной емкости так, что в закрытом состоянии обеспечивается герметизация внутреннего объема контейнера.
Далее, в целях обеспечения герметизации и снижения веса Устройства контейнер 21 выполнен из полимерного материала, а для увеличения его прочности - снабжен ребрами жесткости 42, выполненными на внешних или на внутренних поверхностях его стенок. Кроме того, для удобства транспортировки Устройства контейнер снабжен колесами 43 и, по меньшей мере, одной ручкой 41.
Следует отметить, что основная емкость 23 имеет сплошные стенки, в то время как электрический модуль 1 в процессе функционирования выделяет значительное количество тепла, что может привести к перегреву Устройства. Для решения этой проблемы путем обеспечения циркуляции воздуха в технологическом отсеке 25, на лицевой панели 26 выполнены первые вентиляционные отверстия 45, вблизи которых в технологическом отсеке установлены вентиляторы 46. Кроме того, для повышения объема циркуляции воздуха на лицевой панели 26 могут быть выполнены вторые вентиляционные отверстия 44, удаленные от первых вентиляционных отверстий 45.
Устройство работает следующим образом.
При возникновении необходимости произвести сушку изоляции обмотки электрической машины, установленной в удаленном или труднодоступном месте, Устройство приводится в транспортное состояние путем закрывания крышки и закрепления ее на основной емкости при помощи фиксаторов, и в таком виде доставляется к объекту применения. Контейнер характеризуется полной герметичностью и механической прочностью, таким образом, в ходе транспортировки Устройство защищено от попадания влаги, пыли, насекомых, а также от механических воздействий в результате его падения или расположения на нем груза с большим весом.
Когда Устройство доставлено к объекту применения, крышку открывают и соединяют Устройство с обмоткой электрической машины и электрической сетью питания посредством подключения кабелей к сектору коммуникации. Далее выполняют сушку изоляции обмотки известным способом, вводя управляющие команды через сектор управления и контролируя процесс сушки через сектор индикации.
Следует отметить, что в процессе эксплуатации Устройство также защищено как от внешних воздействий, так и от электрического пробоя, что обеспечивается бесшовным выполнением и диэлектрическими свойствами основной емкости, изготовленной из полимерного материала. Кроме того, Устройство способно работать длительное время, так как посредством циркуляции воздуха, которая обеспечивается вентиляционными отверстиями и вентиляторами, производится эффективное отведение тепла, выделяемого блоком нагрева.
По окончании сушки Устройство переводится в транспортное состояние для транспортировки на другой объект или хранения.