ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПРОПИТКИ И СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
ELECTRICAL METHOD OF IMPREGNATING AND DRYING WINDING INSULATION OF ELECTRICAL MACHINES

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электротехнологии пропитки и сушки изоляции обмоток электрических машин (ЭМ) (электрических двигателей, генераторов, трансформаторов).
Известен способ сушки изоляции ЭМ в эксплуатационных условиях путем пропускания тока от источника к ее обмоткам, при этом во время отключения электрической машины от питающей сети коммутационным аппаратом последним подключают к той же сети генератор импульсного напряжения, который используют в качестве источника (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №434540, МПК Н02К 15/12, Н01В 19/02, опубл. 30.06.1974 г.).
Недостатками известного способа сушки изоляции ЭМ являются неэффективное воздействие электрического тока при сушке изоляции обмоток используемым устройством, что снижает качество сушки, а также сложность сушки изоляции обмоток ЭМ, включенных в электрические цепи постоянного тока, не все обмотки ЭМ могут одновременно обрабатываться.
Известен также способ электроосмотической сушки изоляции обмоток электрических машин, при котором прикладывают постоянное напряжение между проводниками обмоток и корпусом машины, подключая положительный полюс источника постоянного напряжения к проводникам обмоток, а отрицательный - к корпусу, при этом последовательно с источником постоянного напряжения включают источник пульсирующего напряжения с той же полярностью, что и постоянное, причем значение амплитуды пульсирующего напряжения устанавливают равным 25-50% максимально допустимого значения напряжения сушки, форму импульсов устанавливают прямоугольной, а частоту 20-100 Гц (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №1566445, МПК Н02К 15/12, опубл. 23.05.1990 г.).
Однако известный способ электроосмотической сушки системы изоляции ЭМ не обеспечивает точной настройки и тем самым высокой интенсивности сушки в случае сильного увлажнения обмоток ЭМ, что снижает качество сушки изоляции обмоток ЭМ. Кроме того, подбор оптимальных параметров сушки с учетом исходного сопротивления влажной изоляции для достижения на обмотке импульсов тока с крутым фронтом требует временных затрат, что в конечном счете делает способ длительным и трудоемким.
Известен способ электроосмотической сушки изоляции обмоток электрических машин путем подключения источников постоянного и пульсирующего напряжений между проводниками обмоток и корпусом машины и создания постоянного напряжения и пульсирующего напряжения с прямоугольной формой импульсов и той же полярностью, что и постоянное напряжение, при этом положительный полюс источника постоянного напряжения и источника пульсирующего напряжения подключают к проводникам обмоток, а отрицательный - к корпусу машины. Подключают индуктивность последовательно источникам постоянного и пульсирующего напряжений и изменяют значения индуктивности до придания прямоугольной формы импульсам пульсирующего напряжения непосредственно на изоляции обмоток электрической машины (см. патент РФ на изобретение №2174280, МПК Н02К 15/12, Н02К 15/00, опубл. 27.09.2001 г.).
По известному способу электроосмотической сушки изоляции обмоток ЭМ сложно обеспечить постоянное и пульсирующее напряжения прямоугольной формы на индуктивности из-за реактивного характера нагрузки обмотки ЭМ. При обработке обмоток ЭМ других типоразмеров требуется дополнительная настройка источников питания, что снижает производительность процесса пропитки и сушки.
Наиболее близким по своей технической сущности к предложенному изобретению является способ электроосмотической сушки системы изоляции ЭМ, при котором между проводниками обмоток и корпусом прикладывают напряжение, подключая положительный полюс источника постоянного напряжения к проводникам и отрицательный полюс источника пульсирующего напряжения, последовательно соединенного с указанным источником, к корпусу, в процессе сушки изменяют частоту пульсирующего напряжения, при этом приложение пульсирующего напряжения осуществляют циклами, перед каждым циклом на постоянном напряжении производят контроль спектра тока, выявляют частоту гармоники, имеющей наибольшую амплитуду, а частоту пульсирующего напряжения устанавливают равной частоте гармоники (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №1760606, МПК Н02К 15/12, опубл. 07.09.1992 г.).
Недостатками известного способа электроосмотической сушки системы изоляции ЭМ являются: сложная и ненадежная в производственных условиях система реализации способа сушки изоляции обмотки ЭМ, состоящая из более десяти блоков питания постоянным и импульсным токами, управления и контроля процессом сушки.
Задачей настоящего изобретения является упрощение технологии пропитки и сушки, совмещение двух процессов в одной электротехнологии, сокращение продолжительности цикла обработки.
Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является упрощение процесса, повышение производительности, качества пропитки и сушки обмоток ЭМ за счет достижения резонанса токов и появления пондеромоторных сил, приводящих к поперечной микровибрации витков обмоток, обеспечивающей эффективное заполнение воздушных и водных образований пропиточным составом между витками обмотки и равномерные пропитку и сушку обмоток ЭМ.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе пропитки и сушки обмоток ЭМ, заключающемся в пропускании электрического тока через обмотку, согласно изобретению параллельно обмотке подключают набор конденсаторов и осуществляют одновременную пропитку и сушку обмотки, пропуская через нее переменный электрический ток промышленной частоты в режиме резонанса токов.
Между витками обмотки испытуемой ЭМ в режиме резонанса токов, возникающего вследствие параллельного включения электрической цепи, состоящей из обмотки испытуемых ЭМ (индуктивное сопротивление) и конденсаторов (емкостное сопротивление), возникают пондеромоторные силы, приводящие к поперечной микровибрации витков, обеспечивающей эффективное заполнение воздушных и водных образований пропиточным составом между витками обмотки. Повышенная величина тока в обмотках при резонансе токов (в 3-8 раз выше по сравнению с номинальным током катушек в рабочем режиме ЭМ) эффективно и равномерно по всему объему нагревает обмотку ЭМ в соответствии с технологией температурного и временного режима обработки катушек индуктивности для каждого типоразмера.
По предложенному способу обработка обмоток (катушек индуктивности) ЭМ проводится по совмещенной технологии пропитки и сушки, что позволяет сократить продолжительность цикла обработки и улучшить качество изделия на данной операции. В то же время, за счет интенсивного механического воздействия переменного электрического тока на обмотку ЭМ в режиме резонанса токов при промышленной частоте f=50 Гц, предложенный способ позволяет отбраковывать некачественно изготовленные катушки индуктивности при наличии в них некачественного покрытия, межвиткового замыкания, несоответствия по техническим условиям катушки номинального значения индуктивности.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показана электрическая схема, реализующая предложенный способ пропитки и сушки изоляции обмоток ЭМ.
Позиции на чертеже обозначают следующее:
1 - активное сопротивление обмотки испытуемых ЭМ;
2 - индуктивное сопротивление обмотки испытуемых ЭМ;
3 - набор конденсаторов, подключенных параллельно обмотке испытуемой ЭМ;
4 - разделительный трансформатор;
5 - автотрансформатор;
6 - сетевой источник электрического тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц;
7 - амперметр.
Способ пропитки и сушки изоляции обмоток ЭМ заключается в следующем.
Электротехнология пропитки и сушки обмоток ЭМ проводится следующим образом. Обрабатываемую обмотку помещают в резервуар с пропиточным материалом. Параллельно обмотке испытуемой ЭМ (на схеме показана в виде активного сопротивления 1 и индуктивного сопротивления 2) подключают набор конденсаторов 3. Через разделительный трансформатор 4 и автотрансформатор 5 подают на обмотку ЭМ напряжение от сетевого источника электрического тока 6 напряжением 220 В с частотой 50 Гц; при этом автотрансформатором 5 устанавливают по амперметру 7 номинальный рабочий ток обмотки ЭМ в режиме отключенного набора конденсаторов 3.
Изменяя величину параллельно включенной емкости (набор конденсаторов 3), добиваются минимального показания амперметра 7, установленного в неразветвленном участке электрической цепи, фиксирующего резонанс токов в параллельной электрической цепи, состоящей из индуктивности и параллельно включенных конденсаторов 3.
Резонанс токов в двухполюснике наступает тогда, когда комплексная проводимость Y двухполюсника, состоящего из двух параллельных ветвей, в одной из которых последовательно включены элементы: активное сопротивление катушки r и индуктивное сопротивление ωL, а в другой - емкостное сопротивление 1/ωС, равна практически нулю.
2
2
При резонансе токов ω=1/ρ·√ρ-r/ρ,
где ρ=√L/C; ω=2πf;
r - активное сопротивление обмотки испытуемых ЭМ;
L - индуктивность обмотки испытуемых ЭМ;
С - емкость, подключенная параллельно обмотке испытуемой ЭМ;
f - частота сети.
Изменяя величину емкости конденсаторов 3, добиваются резонанса токов при промышленной частоте f=50 Гц. Использование промышленной электрической сети упрощает электротехнологию пропитки и сушки изоляции обмоток ЭМ.
Повышенная величина тока через обмотку ЭМ приводит к возникновению пондеромоторных сил и вибрации витков обмотки, что облегчает процесс пропитки изделий за счет фильтрации и диффузии материала пропитки и удаления воздушных образований. Одновременно проводится сушка обмоток ЭМ ускоренным способом, так как источником тепла является сама обмотка.
В то же время интенсивное механическое воздействие переменного электрического тока на обмотку позволяет отбраковывать некачественно изготовленные обмотки ЭМ.
Время пропитки и сушки изоляции обмоток ЭМ определяется экспериментально и зависит от массы и конструкции катушки индуктивности. Время окончания пропитки обмоток ЭМ определяется по показанию амперметра 7 (величина тока в процессе пропитки увеличивается и через некоторое время рост величины тока прекращается, что говорит при уходе от резонансного состояния электрической цепи об окончании пропитки). Продолжительность сушки обмоток ЭМ предложенным способом доведена до 18…30 минут в зависимости от типоразмера обмоток ЭМ. Например, сушка обмотки якоря ЭМ мощностью 300 Вт проводится в течение 18 минут, в то время как на существующем оборудовании, например в термокамере, время сушки такой обмотки ЭМ составляет 14 часов.
Проверка качества сушки проводится при отработке технологического процесса сушки путем разборки экспериментальных образцов катушек ЭМ.
Были проведены заводские испытания предложенного способа пропитки и сушки изоляции обмоток ЭМ на катушках индуктивности: статорных МСА - 03 и МСА - 06; полюсных ДПС - 025; ДПС - 055 и ДПС - 015. Эксперименты показали, что предложенный способ является энергосберегающим, при этом осуществляется качественная пропитка обмоток с повышенной адгезионной способностью, минимальными потерями пропиточного материала, с высокой производительностью, сокращающий цикл пропитки и сушки изделий с нескольких часов до нескольких десятков минут.
Использование электротехнического способа пропитки и сушки изоляции обмоток ЭМ позволило сократить время технологического процесса пропитки с 12 минут до 4 минут. Наиболее серьезное сокращение времени технологического процесса получено при сушке после пропитки обмоток. По сравнению с прототипом исключена групповая камера на 30 изделий мощностью 12 кВт и временем сушки 12 часов. В современных условиях продолжительность сушки доведена до 18…30 минут на изделие при затратах электроэнергии 0,4 кВт.
Дополнительным эффектом предложенного технологического процесса пропитки и сушки изоляции обмоток ЭМ является возможность обнаружения скрытого брака повреждений изоляции (эмаль) провода электротехнического устройства, что увеличивает процент выхода годных изделий и экономию средств за счет обнаружения скрытых дефектов на ранних стадиях производства. Технологический процесс прост, не требует крупных затрат на специальное оборудование и больших производственных площадей.
При использовании предложенного способа пропитки и сушки изоляции обмоток ЭМ на пропитке-сушке элементов, например, электродвигателя потребность в производственных площадях сокращается в 1,7 раза на одну и ту же программу.
Таким образом, преимущество предложенного способа пропитки и сушки изоляции обмоток ЭМ состоит в эффективной пропитке и сушке изоляции катушек индуктивности: повышается качество пропитки, производительность труда на этих операциях, кроме того, при отсутствии резонанса токов в двухполюснике имеется возможность браковать обмотки ЭМ, выполненных из некачественного материала и с отклонением от технических условий.