СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ИНДУКТИВНЫХ ОБМОТОК
INDUCTIVE WINDING DIAGNOSTIC PROCEDURE

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для определения неисправного состояния (диагностики) индуктивных обмоток электрических машин, работающих в закрытых корпусах и открытого типа, а также трансформаторов, пускозащитной аппаратуры, обмоток устройств автоматики и электроники.
Диагностика электротехнических устройств, содержащих индуктивные обмотки, заключается в основном путем измерения и расчета электрических параметров - полного, активного и реактивного сопротивлений, индуктивности и добротности. Эти параметры можно рассчитать на основе измерений с помощью измерительного комплекта К-505 и его модификаций напряжения U, тока I и активной мощности тока Р и далее по формулам определяют
2
Z=U/I, Ом - полное сопротивление, R=Р/1=ZCosφ, Ом - активное сопротивление, Х=Zsinφ, Ом - реактивное сопротивление,
Cosφ=Р/S - коэффициент мощности тока,
φ=arcosφ - угол сдвига фаз между током и напряжением. Диагностика индуктивных обмоток электротехнических устройств различного назначения с помощью измерительного комплекта типа К-505 в натурных условиях не является оперативной с достаточной разрешающей способностью. Измерительный комплект не является прибором сравнительной оценки непосредственно электрических параметров заведомо исправной индуктивной обмотки и аналогичной испытуемой. Этот метод позволяет оценить состояние, например, обмоток электродвигателя при их значительных (ощутимых) нарушениях не на начальных стадиях.
Необходимость раннего выявления неисправного состояния индуктивных обмоток электродвигателей, используемых в приводах компрессоров, размещенных в неразборных корпусах бытовых и торговых холодильных агрегатах, связана, прежде всего, с их длительной безаварийной эксплуатацией. Поэтому в условиях цеха перед установкой ремонтного или нового электродвигателя в корпус герметичного холодильного компрессора проводится их диагностика. Натурная (внецеховая) диагностика обмоток электропривода бытовых и торговых холодильных агрегатов и кондиционеров выполняется малыми предприятиями сервиса по заявкам заказчиков. Разнообразие электроприводов холодильной техники достаточно велико. Их основные электрические параметры значительно отличаются: по напряжению от 127 до 380 В, по мощности тока от 0,18 кВт до 5,5 кВт, по номинальной силе тока от 1,3 А до 7 А, по коэффициенту мощности тока от 0,65 до 0,86, что соответствует углу сдвига фаз между током и напряжением, не превышающим 60° (Холодильные компрессоры, справочник, М.: Легкая промышленность, 1981, 280 с.).
При таком разнообразии электроприводов холодильных агрегатов оперативная их диагностика в натурных условиях (у заказчика) может быть выполнена прибором (устройством) сравнения, в котором используется легко перестраиваемая по сопротивлению электрическая цепь сравнения, или другая вспомогательная электрическая цель.
Наиболее распространенными приборами сравнения, предназначенными для измерения параметров элементов электрических цепей, являются электрические мосты постоянного и переменного тока (С.М.Нижний, Мосты переменного тока. - М. - Л., Энергия, 1966, -128 с.). Мосты имеют диагональ питания и диагональ нагрузки, в которую включают сравнивающее устройство (СУ) или показывающий прибор. В зависимости от режима работы диагонали нагрузки различают электрические мосты уравновешенные, неуравновешенные и квазиуравновешенные. В последних уравновешивание моста осуществляется по одной из составляющих комплексного полного сопротивления - модулю, фазе, активной или реактивной. Достигается это путем применения специальных сравнивающих устройств - детекторов частотных фазовых, амплитудных (Электротехнический справочник, в 3-х Т, Y1, под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова и др. - М.: Энергия, 1980, - 520 с., стр.183-186).
Большая часть мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров индуктивных обмоток, работают при малых величинах токов (мосты Р50-1, УМ-3, Р556, ИИН-4). Мост ИИН-3М предназначен для лабораторных и цеховых измерений параметров индуктивных обмоток с магнитопроводом и без него. Токи небольшой величины в измерительных схемах мостов делают их малоприемлемыми для раннего выявления неисправного состояния обмоток в электроприводах компрессоров. Кроме этого, мосты имеют большой вес от 20 до 60 кг и высокую цену.
Наиболее близким по своей сути способ диагностики индуктивных обмоток, принятый за прототип, путем сравнения их полных сопротивлений, измеренных с помощью трехфазной электрической цепи, показан на фиг.1, патент на изобретение: RU 2426140 С1, МПК G0110. 08.10.2011, бюл. №22.
Электрическая схема, фиг.1, с помощью которой реализуется способ прототипа, содержит испытуемую индуктивную обмотку трехфазного электродвигателя 1.1, к первому из ее выводов подключают конденсатор с переменной емкостью 1.2, ко второму ее выводу подключают резистор 1.3, а свободные выводы конденсатора 1.2 и резистора 1.3 соединяют в один узел и подключают к амперметру 1.4. Узел соединения резистора 1.2 со вторым выводом испытуемой обмотки 1 соединяют с амперметром 1.5. Узел соединения первого вывода испытуемой индуктивной обмотки 1.1 с конденсатором с переменной емкостью 1.2 соединяют с выводом 6 вторичной обмотки трехфазного трансформатора 1.9, соединенной по схеме треугольник, свободный вывод амперметра 1.5 соединяют с выводом 1.7 вторичной обмотки трансформатора 1.9, свободный вывод амперметра 1.4 соединяют с выводом 1.8 вторичной обмотки трансформатора 1.9 с регулируемым напряжением.
В схеме устройства, с помощью которой реализуется способ диагностики индуктивных обмоток прототипа, в режиме холостого хода устанавливают регулятор напряжения вторичных обмоток, выводы 1.6, 1.7, 1.8, в положение, при котором на их выводах возникает такой величины напряжение, при котором далее в подключенной одной из обмоток заведомо исправной индуктивной обмотки к фазе ВС вторичной обмотки трехфазного трансформатора, выводы 1.6, 1.7, при отключенных от нее вспомогательных элементов - конденсатора с переменной емкостью 1.2 и резистора 1.3, возникает номинальной величины сила электрического тока, отсчитываемая по амперметру 1.5. Отключают трехфазный трансформатор от сети, подключают вспомогательные элементы - конденсатор с переменной емкостью 1.2 и резистор 1.3. Подключают схему устройства к трехфазной сети, изменяют емкость конденсатора до такой величины, при которой показания амперметров 1.4, 1.5 будут одинаковыми. Равенство показаний амперметров 1.4, 1.5 является признаком исправного состояния для всех подключаемых однотипных индуктивных обмоток.
При диагностике электрических обмоток с относительно большим полным сопротивлением способом прототипа, например, электрических машин малой мощности тока, неизбежно возникают значительные тепловые потери мощности тока в испытуемых индуктивных обмотках, а также во вторичных обмотках измерительного трансформатора, соединенных по схеме треугольника. Это является недостатком способа-прототипа.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение его возможности при диагностике индуктивных обмоток с относительно большим полным сопротивлением, например электродвигателей малой мощности тока и работающих электродвигателей, размещенных в неразборных корпусах и открытого типа с достаточным количеством доступных для подключения к сети проводников.
Поставленная задача достигается тем, что электрическая схема, фиг.2, с помощью которой реализуется способ, содержит трехфазную электрическую цепь, в которой в фазу ВС включены испытуемая индуктивная обмотка 2.1 с подключенным последовательно амперметром 2.5; в фазу СА включены конденсатор с переменной емкостью 2.2, с подключенным последовательно к нему амперметром 2.5; в фазу АВ включены резистор 2.3 с переменной величиной сопротивления с подключенным последовательно к нему амперметром 2.4. Узлы А, В, С этой трехфазной электрической цепи соединены с одноименными выводами А, В, С 2.8, 2.7 и 2.6 вторичной обмотки трехфазного трансформатора 2.9, с регулируемым напряжением.
В схеме устройства в режиме холостого хода устанавливают регулятор напряжения вторичных обмоток, выводы 2.6, 2.7, 2.8, в положение, при котором на их выводах возникает такой величины напряжение, при котором в заведомо исправной индуктивной обмотки 2.1 возникает номинальной величины сила электрического тока, отсчитываемая по амперметру 2.5. Далее изменяют емкость конденсатора до такой величины, при которой показания амперметра 2.4, станет равным показанию амперметра 2.5.
Равенство показаний амперметров 2.4 и 2.5 является признаком исправного состояния для всех подключаемых однотипных индуктивных обмоток. Величину емкости конденсаторов 2.2 записывают в базу данных. База данных величин емкостей конденсатора 2.2 для конкретных электродвигателей используется при диагностических работах в условиях заказчика. Вспомогательные электрические элементы, конденсатор с переменной величиной емкости, резистор позволяют проводить диагностику обмоток работающих электроприводов компрессоров холодильных агрегатов в условиях заказчика при номинальном напряжении и номинальном магнитном потоке в магнитопроводе электродвигателя.
Сущность предлагаемого способа диагностики индуктивных обмоток можно пояснить векторной диаграммой, фиг.3, электрической цепи, содержащей индуктивную обмотку 2.1 с вспомогательными элементами -             конденсатором с переменной емкостью 2.2 и резистором 2.3, которые соединены между собой в трехфазную цепь по схеме треугольник.
Соединение вторичных обмоток трехфазного трансформатора по схеме треугольника, независимо от характера нагрузки, имеет симметричную систему векторов трехфазных напряжений, фиг.3. Относительно векторов фазных напряжений, они же линейные, отложены векторы фазных токов: вектор фазного тока IAB, совпадающий, т.к. в эту фазу включен активный элемент - резистор; вектор фазного тока IBC - отстающий на некоторый угол, т.к. в эту фазу включен реактивный элемент - индуктивная обмотка; вектор фазного тока ICA - опережающий на 90°, т.к. в эту фазу включен идеальный реактивный элемент - конденсатор. Согласно первому закону Кирхгофа векторы линейных токов IA, IB, IC в линейных проводниках А, В, С определяются геометрической разностью двух соответствующих векторов фазных токов IA=IAB-ICA, IB=IBC-IAB, IC=ICA-IBC. Треугольник векторов линейных токов IA, IB, IC - равнобедренный, геометрическая сумма векторов линейных токов равна нулю, т.е. IA+IB+IC=0. При равенстве фазных векторов токов ICA=IBC, окажется, равны между собой, в отличие от прототипа, показания амперметров 2.4, и 2.5 фазных токов, фиг.2. Это является признаком исправного состояния для всех подключаемых однотипных индуктивных обмоток. Предлагаемое техническое решение способа расширяет возможности диагностики индуктивных обмоток электродвигателей электроприводов на ранних стадиях, при номинальных токах.