СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ИНДУКТИВНЫХ ОБМОТОК Российский патент 2011 года по МПК G01R31/06 

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

Z=U/I, Ом - полное сопротивление, R=Р/l²=Z Cos φ, Ом - активное сопротивление, Х=Z sin φ, Ом - реактивное сопротивление,

Cos φ=Р/S - коэффициент мощности тока,

φ=arcos φ - 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., с.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-ЗМ 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 2336535 С1, МПК G01R 31/06, 20.10.2008, бюл. №9.

Электрическая схема, показанная на фиг.1, с помощью которой реализуется способ прототипа, содержит: амперметр 1.1 и испытуемую индуктивную обмотку 1.2, соединенные последовательно с электрической цепью сравнения 1.3, содержащей активное 1.4 и реактивное емкостное 1.5 с переменными величинами сопротивления, трехфазный трансформатор 1.6 с регулируемым напряжением вторичных обмоток, соединенных по схеме звезда с нулевым проводником; линейный проводник 1.7 (фаза В) вторичной обмотки трансформатора 1.6 подключен к свободному концу испытуемой индуктивной обмотки 1.2 с амперметром 1.1, линейный проводник 1.8 (фаза С) вторичной обмотки трансформатора 1.6 подключен к свободному концу электрической цепи сравнения 1.3; вывод нейтрального (нулевого) проводника 1.9 вторичной обмотки трансформатора 1.6 подключен через сравнивающее устройство-амперметр 1.10 к узлу соединения электрических цепей 1.2 и 1.3. Линейный проводник 1.11 (фаза А) вторичной обмотки трансформатора 1.6 не используется.

Измерения по способу прототипа осуществляют следующим образом. В обесточенной измерительной схеме устройства отключают электрическую цепь сравнения 1.3 от линейного проводника 1.8 вторичной обмотки трехфазного трансформатора 1.6, устанавливают регулятор напряжения вторичных обмоток в нулевое положение. Подключают к линейному проводнику 1.7 вторичной обмотки трансформатора 1.6 измерительной схемы одну из заведомо исправных обмоток одно- или трехфазного электродвигателя компрессора холодильника или кондиционера. Подключают схему устройства к трехфазной сети, регулятором устанавливают такую величину вторичного напряжения, при которой возникает номинальная величина тока в заведомо исправной обмотке 1.2 электродвигателя, отсчитываемая по амперметру 1.1. Далее обесточивают измерительную схему, подключают электрическую цепь сравнения 1.3 к линейному проводнику 1.8 вторичной обмотки трансформатора 1.6, вновь подключают сеть, изменяют величины сопротивления резистора 1.4 и емкости конденсатора 1.5 до тех величин, при которых ток в нулевом проводнике 1.9, равный геометрической сумме векторов токов в линейных проводниках 1.7 и 1.8 измеряемый амперметром 1.10, не станет равным нулю. Полученные величины сопротивления резистора 1.4 и емкости конденсатора 1.5 цепи сравнения 1.3 записывают в базу данных. База данных и элементы цепи сравнения 1.3 используются при диагностических работах в условиях заказчика.

При диагностике способом прототипа электрических обмоток с относительно большим полным сопротивлением, например электрических машин малой мощности тока, неизбежно возникают значительные тепловые потери мощности тока как в испытуемых индуктивных обмотках, так и во вторичных обмотках измерительного трансформатора, соединенных по схеме звезда с нулевым проводником. Это является недостатком способа прототипа.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение 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 испытуемую индуктивную обмотку трехфазного электродвигателя 2.1, к первому из ее выводов подключают конденсатор с переменной емкостью 2.2, ко второму ее выводу подключают резистор 2.3, а свободные выводы конденсатора 2.2 и резистора 2.3 соединяют в один узел и подключают к амперметру 2.4. Узел соединения резистора 2.2 со вторым выводом испытуемой обмотки 2.1 соединяют с амперметром 2.5. Узел соединения первого вывода испытуемой индуктивной обмотки 2.1 с конденсатором с переменной емкостью 2.2 соединяют с выводом 2.6 вторичной обмотки трехфазного трансформатора 2.9, соединенной по схеме треугольник, свободный вывод амперметра 2.5 соединяют с выводом 2.7 вторичной обмотки трансформатора 2.9, свободный вывод амперметра 2.4 соединяют с выводом 2.8 вторичной обмотки 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 возникают такой величины напряжение, при котором далее в подключенной одной из обмоток заведомо исправной индуктивной обмотки трехфазного к фазе ВС вторичной обмотки трансформатора, выводы 2.6, 2.7, при отключенных от нее вспомогательных элементах - конденсатора с переменной емкостью 2.2 и резистора 2.3, возникает номинальной величины сила электрического тока, отсчитываемая по амперметру 2.5. Отключают трехфазный трансформатор от сети, подключают вспомогательные элементы - конденсатор с переменной емкостью 2.2 и резистор 2.3. Подключают схему устройства к трехфазной сети, изменяют емкость конденсатора до такой величины, при которой показания амперметров 2.4, 2.5 будут одинаковыми.

Равенство показаний амперметров 2.4, 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 используются 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 магнитопровода 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, они же линейные, напряжений отломлены векторы фазных токов: вектор фазного тока I_AB совпадающий, т.к. в эту фазу включен активный элемент - резистор; вектор фазного тока I_BC - отстающий на некоторый угол, т.к. в эту фазу включен реактивный элемент - индуктивная обмотка; вектор фазного тока I_CA - опережающий на 90°, т.к. в эту фазу включен идеальный реактивный элемент - конденсатор. Согласно первому закону Кирхгофа векторы линейных токов I_A, I_B, I_C в линейных проводниках А, В, С определяются геометрической разностью двух соответствующих векторов фазных токов I_A=I_AB-I_CA, I_B=I_BC-I_AB, I_C=I_CA-I_BC. треугольник векторов линейных токов I_A, I_B, I_C - равнобедренный, геометрическая сумма векторов линейных токов равна нулю, т.е. I_A+I_B+I_C=0. При равенстве фазных токов I_CA=I_BC, окажется, что линейные токи I_A=I_B равны между собой. Этим объясняется равенство показаний амперметров 2.4, 2.5, фиг.2, которое 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.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. Диагностику индуктивных обмоток осуществляют с помощью вспомогательной электрической цепи, содержащей конденсатор с переменной величиной емкости и резистора с переменной величиной сопротивления при номинальных величинах тока, при которых могут проявляться неявно выраженные неисправности индуктивных обмоток. Подключают вспомогательные элементы - конденсатор с переменной величиной емкости к одному выводу, а резистор с переменной величиной сопротивления с другому выводу индуктивной обмотки. Полученную электрическую цель подключают к линейным выводам вторичной обмотки трансформатора, соединенной по схеме треугольник, с подключенными к первому и второму ее выводам амперметров. Равенство показаний амперметров является признаком исправного состояния для всех подключаемых однотипных индуктивных обмоток. Технический результат: заключается в расширении возможности диагностики индуктивных обмоток. 3 ил.

Способ диагностики индуктивных обмоток, заключающийся в сравнении при номинальном токе полного сопротивления испытуемой индуктивной обмотки и полного сопротивления исправной однотипной индуктивной обмотки, упомянутое сравнение выполняют путем подключения к начальному и концевому выводам испытуемой индуктивной обмотки электрической цепи из последовательно соединенных вспомогательных электрических элементов - конденсатора с переменной величиной емкости и резистора с переменной величиной сопротивления, полученную замкнутую электрическую цепь с тремя узлами подключают к вторичной обмотке трехфазного трансформатора, соединенной по схеме треугольник с двумя амперметрами, подключенными к первому и второму линейным выводам вторичной обмотки трансформатора с регулируемым напряжением, отличающийся тем, что узел соединения начального вывода индуктивной обмотки с конденсатором переменной величиной емкости подключают к третьему линейному выводу вторичной обмотки трансформатора, узел соединения конденсатора с переменной величиной емкости с резистором с переменной величиной сопротивления подключают к первому амперметру первого линейного вывода вторичной обмотки трансформатора, узел соединения концевого вывода индуктивной обмотки с резистором переменной величиной сопротивления подключают ко второму амперметру второго линейного вывода вторичной обмотки трансформатора, устанавливают величину емкости конденсатора из банка данных, соответствующую типам индуктивных обмоток, по равенству показаний величин токов амперметров судят об исправном состоянии индуктивных обмоток.