СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПИТКИ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Российский патент 2014 года по МПК H02K15/12 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу определения коэффициента пропитки обмоток электрических машин, соединенных в звезду с изолированной нейтралью.

Известен способ контроля качества пропитки обмоток электрических машин, предложенный в работе [2], который заключается в измерении емкости обмотки относительно магнитного сердечника до пропитки Сдп и емкости относительно магнитного сердечника после пропитки и сушки обмотки Спп, а о качестве пропитки предложено судить по коэффициенту пропитки Кпр, определяемому из выражения

$$Кпр=\frac{Спп}{Сдп}(1)$$

Недостатком способа-аналога является низкая точность контроля, так как величины Сдп и Спп зависят от расположения витков в обмотке, а также от того как распределился состав по корпусным полостям обмотки. При попадании одинакового количества (массы) пропиточного состав в две разные однотипные обмотки одной партии Кпр, определяемый по формуле (1), может давать существенно отличающиеся друг от друга значения. Поэтому формула (1) не позволяет объективно судить о насыщенности полостей обмотки пропиточным составом.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения коэффициента пропитки обмоток, описанный в работе [2], частично устраняющий указанные выше недостатки аналога.

В способе-прототипе [2], по которому у каждой обмотки из данной партии измеряют емкости относительно корпуса до пропитки и после пропитки и сушки, одну из обмоток, произвольно выбранную из данной партии, после измерения емкости относительно корпуса до пропитки погружают в пропиточную жидкость с известной диэлектрической проницаемостью обмотки и измеряют емкость относительно корпуса, не вынимая обмотку из пропиточной жидкости, а коэффициент пропитки для каждой из оставшихся обмоток данной партии определяют по формуле

$$Кпр=\frac{1}{\ln {\epsilon }_2}\ln \frac{{\epsilon }_1{С}_{пп}(\frac{{С}_{пп}^{*}}{{С}_{дп}^{*}}-1)}{\frac{{С}_{пп}^{*}}{{С}_{дп}^{*}}{С}_{дп}({\epsilon }_1-1)-{С}_{пп}({\epsilon }_1-\frac{{С}_{пп}^{*}}{{С}_{дп}^{*}})}(2)$$

где С_дп, С_пп - емкости обмотки относительно корпуса соответственно до пропитки и после пропитки и сушки; $${С}_{дп}^{*}$$ - емкость произвольно выбранной обмотки относительно корпуса до пропитки; $${С}_{пп}^{*}$$ - емкость произвольно выбранной обмотки относительно корпуса после выдержки в пропиточной жидкости с известной диэлектрической проницаемостью до полного заполнения ею полостей обмотки; ε₁ - диэлектрическая проницаемость пропиточной жидкости; ε₂ - диэлектрическая проницаемость отвержденного пропиточного состава.

Недостатком способа-прототипа является необходимость у одной из произвольно выбранных обмоток измерять емкость относительно корпуса до пропитки, затем, после измерения емкости относительно корпуса до пропитки, погружать упомянутую обмотку в пропиточную жидкость с известной диэлектрической проницаемостью, и измерять емкость обмотки относительно корпуса, не вынимая обмотку из пропиточной жидкости. Введение этой операции усложняет способ.

Кроме того, по способу-прототипу определяют усредненный коэффициент пропитки обмоток, но этим способом невозможно определить распределенность пропиточного состава по фазам обмотки, которая в большинстве электрических машин соединена в звезду с изолированной нейтралью, что снижает информативность и точность контроля качества пропитки.

Технической задачей, на которую направлено изобретение, является упрощение способа, повышение его информативности и точности.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе определения коэффициента пропитки обмоток электрических машин, характеризующем степень заполнения пропиточным составом полостей обмотки, при котором у каждой обмотки из данной партии измеряют электрические параметры до пропитки и после пропитки и сушки, в качестве электрических параметров выбирают емкости двух фаз обмотки, соединенной в звезду, которые поочередно измеряют до пропитки С_дп12, С_дп13, С_дп23 и после нее С_пп12, С_пп13, С_пп23 относительно корпуса, после чего по результатам измерений определяют коэффициент пропитки каждых двух фаз К_пр12, К_пр13, К_пр23 по формулам

$${К}_{пр12}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}}\times \ln \frac{{С}_{пп12}({С}_{экв}-{С}_{дп12})}{{С}_{дп12}({С}_{экв}-{С}_{пп12})},(3)$$

$${К}_{пр13}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}}\times \ln \frac{{С}_{пп13}({С}_{экв}-{С}_{дп13})}{{С}_{дп13}({С}_{экв}-{С}_{пп13})},(4)$$

$${К}_{пр23}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}}\times \ln \frac{{С}_{пп23}({С}_{экв}-{С}_{дп23})}{{С}_{дп23}({С}_{экв}-{С}_{пп23})},(5)$$

где $${С}_{экв}=\frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}}{3(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}(6)$$ - эквивалентная емкость последовательно соединенных емкостей эмали и корпусной изоляции двух фаз обмотки, p - количество пазов в магнитном сердечнике; S - площадь паза; ε₀=8,854187·10^-12 - электрическая постоянная; ε_э - диэлектрическая проницаемость эмалевой пленки провода обмотки; ε_к - диэлектрическая проницаемость корпусной изоляции; d_э - толщина эмалевой изоляции провода; d_к - толщина корпусной изоляции провода. После чего определяют коэффициенты пропитки каждой фазы обмотки по формулам

$${К}_{пр1}={К}_{пр12}-{К}_{пр23}+{К}_{пр13},(7)$$

$${К}_{пр2}={К}_{пр23}-{К}_{пр13}+{К}_{пр12},(8)$$

$${К}_{пр3}={К}_{пр13}-{К}_{пр12}+{К}_{пр23},(9)$$

где K_пр1, K_пр2, К_пр3 - коэффициенты пропитки 1-й, 2-й, 3-й фаз соответственно.

На фиг 1. схематически представлена обмотка трехфазной электрической машины, соединенная звездой с изолированной нейтралью. Позициями 1, 2, 3 обозначены выводы фаз обмотки, позицией 4 обозначена нейтраль обмотки.

На фиг.2 представлено сечение обмотки в одном из пазов, представляющее слоистую систему.

Она состоит из проводов обмотки 5, покрытых слоем эмали 6, корпусной изоляции 7, поверхности паза 8, воздушных полостей между поверхностью обмотки и корпусной изоляцией 9 и воздушных полостей между корпусной изоляцией и поверхностью паза 10, магнитного сердечника (корпус) 11.

На фиг.3 изображены емкости обмотки относительно корпуса, которым является магнитный сердечник статора электрической машины, представлены в виде слоистого плоского конденсатора до пропитки (фиг.3,А) и после нее (фиг.3,Б). На фиг.3,А и фиг.3,Б введены те же обозначения, только на фиг.3,Б вместо позиций 9 и 10 введены позиции 12 и 13, так как воздушные полости обмотки 9 и 10 после пропитки и сушки частично заполняются пропиточным составом. В связи с этим позициями 12 и 13 обозначены те же слои 9 и 10, но заполненные статистически распределенными по этим слоям частицами пропиточного состава. Фиг.1, фиг.2 и фиг.3 служат для пояснения сущности изобретения.

Сущность способа заключается в следующем.

Обмотки трехфазных электрических машин обычно соединяют звездой (см. фиг.1).

В способе-прототипе выводы фаз 1, 2, 3 соединяют между собой и до пропитки измеряют емкость обмотки Сдп относительно магнитного сердечника. После пропитки и сушки обмотки вновь соединяют выводы 1, 2, 3 между собой и измеряют емкость обмотки Спп. Затем по формуле (2), используя результаты всех измерений, описанных в способе-прототипе, определяют интегральный усредненный коэффициент пропитки обмотки. Между тем качество пропитки оценивается не только этим усредненным интегральным коэффициентом пропитки, но и тем, насколько равномерно распределился пропиточный состав по полостям обмотки.

Обмотка электрической машины, размещенная в пазы магнитного сердечника, представляет собой слоистую систему (см. фиг.1). Так как толщина d_э эмалевой изоляции 6 провода 5, толщина d_к корпусной изоляции 7, и суммарная толщина d_в воздушных полостей между поверхностью обмотки и корпусной изоляцией 9 и воздушных полостей между корпусной изоляцией и поверхностью паза 10 пренебрежительно малы и составляют несколько микрон, то емкость обмотки относительно корпуса можно с пренебрежительно малой погрешностью представить в виде слоистого плоского конденсатора (см. фиг.3). Если до пропитки соединить между собой выводы фаз 1 и 2 (фиг.1) и измерить емкость этих двух фаз относительно магнитного сердечника до пропитки С_дп12, а затем повторить эту же процедуру с выводами 1-3 и 2-3 и измерить до пропитки емкости двух соответствующих фаз С_дп13 и С_дп23, то эти емкости, поскольку они соединены последовательно, можно записать, в соответствии с фиг.2, в виде следующих соотношений:

$$\frac{1}{{С}_{дп12}}=\frac{1}{{С}_{э12}}+\frac{1}{{С}_{к12}}+\frac{1}{{С}_{в12}},(10)$$

$$\frac{1}{{С}_{дп13}}=\frac{1}{{С}_{э13}}+\frac{1}{{С}_{к13}}+\frac{1}{{С}_{в13}},(13)$$

$$\frac{1}{{С}_{дп23}}=\frac{1}{{С}_{э23}}+\frac{1}{{С}_{к23}}+\frac{1}{{С}_{в23}},(12)$$

где С_э12, С_э13, С_э23 - емкости слоя эмаль-изоляции у двух фаз 1-2, 1-3, 2-3 соответственно, С_к12, С_к13, С_к23 - емкости слоя корпусной изоляции у двух фаз 1-2, 1-3, 2-3 соответственно, С_в12, С_в13, С_в23 - суммарные емкости воздушных слоев 9 и 10 (фиг.3) у двух фаз 1-2, 1-3, 2-3 соответственно.

Так как у однотипных обмоток количество пазов, в которых расположены две фазы обмотки, площадь паза, толщина d_э эмалевой и толщина корпусной d_к изоляции одинаковые, то следует принять, что С_э12=С_э13=С_э23=С_э(13) и С_к12=С_к13=С_к23=Ск (14).

Учитывая соотношения (13) и (14), выражения (10), (11) и (12) можно переписать в виде

$$\frac{1}{{С}_{дп12}}=\frac{1}{{С}_{э}}+\frac{1}{{С}_{к}}+\frac{1}{{С}_{в12}},(15)$$

$$\frac{1}{{С}_{дп13}}=\frac{1}{{С}_{э}}+\frac{1}{{С}_{к}}+\frac{1}{{С}_{в13}},(16)$$

$$\frac{1}{{С}_{дп23}}=\frac{1}{{С}_{э}}+\frac{1}{{С}_{к}}+\frac{1}{{С}_{в23}}(17)$$

Для плоского конденсатора можно записать

$${С}_{э}=\frac{2}{3}р\times \frac{{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}S}{d_{э}}(18)$$

$${С}_{к}=\frac{2}{3}р\times \frac{{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}S}{d_{к}}(19)$$

$${С}_{в12}=\frac{2}{3}р\times \frac{{\epsilon }_0{\epsilon }_{в}S}{d_{в12}}(20)$$

$${С}_{в13}=\frac{2}{3}р\times \frac{{\epsilon }_0{\epsilon }_{в}S}{d_{в13}}(21)$$

$${С}_{в23}=\frac{2}{3}р\times \frac{{\epsilon }_0{\epsilon }_{в}S}{d_{в23}}(22)$$

где р - количество пазов в магнитном сердечнике статора, ε_э, ε_к, ε_в - диэлектрические проницаемости эмали, корпусной изоляции, воздуха соответственно, ε₀=8,854187817·10^-12 - электрическая постоянная; С_в12, С_в13, С_в23 - суммарные емкости воздушных слоев 9 и 10 (фиг.2) двух фаз 1-2, 1-3, 2-3 соответственно. Подставив выражения (18), (19), (20), (21), (22) в формулы (15), (16), (17) и учитывая, что диэлектрическая проницаемость воздуха ε_в=1, можно записать

$$\frac{1}{{С}_{дп12}}=\frac{3d_{э}}{2р{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{0}S}+\frac{3d_{к}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}S}+\frac{3d_{12}}{2р{\epsilon }_{0}S},(23)$$

$$\frac{1}{{С}_{дп13}}=\frac{3d_{э}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}S}+\frac{3d_{к}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}S}+\frac{3d_{13}}{2р{\epsilon }_{0}S},(24)$$

$$\frac{1}{{С}_{дп23}}=\frac{3d_{э}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}S}+\frac{3d_{к}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}S}+\frac{3d_{23}}{2{\epsilon }_0рS},(25)$$

Из выражений (23), (24) и (25) следует

$$\begin{array}{l}{d}_{12}=\frac{2}{3}рS{\epsilon }_0(\frac{1}{{С}_{дп12}}-\frac{3d_{э}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}S}-\frac{3d_{к}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}S})=\\ =\frac{2}{3}\frac{{\epsilon }_0рS}{{С}_{дп12}}-\frac{d_{э}}{{\epsilon }_{э}}-\frac{d_{к}}{{\epsilon }_{к}}=\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{дп12}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{дп12}},(26)\end{array}$$

$$d_{13}=\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{дп13}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{дп13}}(27)$$

$$d_{23}=\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{дп23}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{дп23}}(28)$$

После пропитки и сушки обмоток объемы полостей 12 и 13 частично заполняются пропиточным составом, имеющим диэлектрическую проницаемость ε_п (см. фиг.3,Б). Так как пропиточный состав не полностью заполняет объемы полостей 12 и 13, а статистически распределен по полостям 12 и 13, то в упомянутых полостях образуется бинарная статистическая смесь, состоящая из частиц пропиточного состава и частиц воздуха, с диэлектрической проницаемостью ε*. Диэлектрическая проницаемость бинарной смеси ε* подчиняется распределению Лихтенеккера-Ротера [3], в соответствии с которым можно записать для фаз 1-2 в виде

$$\ln {\epsilon }_{12}*=\frac{V_{п12}}{V_{12}}\ln {\epsilon }_{п}+\frac{V_{12}-V_{п12}}{V_{12}}\ln {\epsilon }_{в}(29)$$

где V_п12 - объем, который занимают частицы пропиточного состава в слоях 11 и 12,

V₁₂-V_п12 - объем воздуха в слоях 12 и 13, ε₁₂* - диэлектрическая проницаемость статистической смеси в слоях 12 и 13 фаз 1-2.

Учитывая, что диэлектрическая проницаемость воздуха ε_в=1, a lnε_в=0, выражение (29) можно записать в виде

$$\ln {\epsilon }_{12}*=\frac{V_{п12}}{V_{12}}\ln {\epsilon }_{п}=={К}_{пр12}\ln {\epsilon }_{п}(30)$$

В выражении (30) отношение $$\frac{V_{п12}}{V_{12}}$$ есть не что иное, как коэффициент пропитки K_пр12 объемов полостей фаз 1-2, характеризующий степень заполнения объема полостей V₁₂ пропиточным составом.

Аналогичные выражения можно записать для слоев 12 и 13 (фиг.3,Б) для фаз 1-3 и 2-3

$$\ln {\epsilon }_{13}*=\frac{V_{п13}}{V_{13}}\ln {\epsilon }_{п}={К}_{пр13}\ln {\epsilon }_{п}(31)$$

$$\ln {\epsilon }_{23}*=\frac{V_{п23}}{V_{23}}\ln {\epsilon }_{п}={К}_{пр23}\ln {\epsilon }_{п}(32)$$

Если после пропитки и сушки измерить емкости C_пп12, C_пп13, С_пп23 двух соответствующих фаз относительно корпуса и учесть, что пропиточный состав, диэлектрическая проницаемость которого ε_п, статистически распределился по объемам зазоров d₁₂, d₁₃, d₂₃, то емкости слоев 12 и 13 в соответствующих двух фазах можно представить выражениями

$${С}_{п12}=\frac{2}{3}р\times \frac{{\epsilon }_0\epsilon {*}_{12}S}{d_{в12}}(33)$$

$${С}_{п13}=\frac{2}{3}р\times \frac{{\epsilon }_0\epsilon {*}_{13}S}{d_{в13}}(34)$$

$${С}_{п23}=\frac{2}{3}р\times \frac{{\epsilon }_0\epsilon {*}_{23}S}{d_{в23}}(35)$$

Подставив в уравнения (15), (16) и (17) вместо С_в12, С_в13, С_в23 величины C_п12, C_п13, С_п23, можно записать выражения для емкостей C_пп12, C_пп13, С_пп23

$$\frac{1}{{С}_{пп12}}=\frac{3d_{э}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}S}+\frac{3d_{к}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}S}+\frac{3d_{12}}{2р{\epsilon }_0\epsilon {*}_{12}S},(36)$$

$$\frac{1}{{С}_{пп13}}=\frac{3d_{э}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}S}+\frac{3d_{к}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}S}+\frac{3d_{13}}{2р{\epsilon }_0\epsilon {*}_{13}S},(37)$$

$$\frac{1}{{С}_{пп23}}=\frac{3d_{э}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}S}+\frac{3d_{к}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}S}+\frac{3d_{23}}{2р{\epsilon }_0\epsilon {*}_{23}S},(38)$$

Из соотношений (36), (37), (38) выразим зазоры d₁₂, d₁₃, d₂₃

$$\begin{array}{l}{d}_{12}=\frac{2}{3}р{\epsilon }_0\epsilon {*}_{12}S(\frac{1}{{С}_{пп12}}-\frac{3d_{э}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}S}-\frac{3d_{к}}{2р{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}S})={\epsilon }_{{}_0}\epsilon {*}_{12}(\frac{2}{3}\frac{рS}{{С}_{пп12}}-\frac{d_{э}}{{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}}-\frac{d_{к}}{{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}})=\\ =\epsilon {*}_{12}[\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{пп12}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{пп12}}],(39)\end{array}$$

$$d_{13}=\epsilon {*}_{12}[\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{пп13}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{пп13}}](40)$$

$$d_{23}=\epsilon {*}_{12}[\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{пп23}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{пп23}}](41)$$

Так как после пропитки и сушки зазоры d₁₂, d₁₃, d₂₃ в контролируемой обмотке не изменились, то можно приравнять правые части выражений (26), (27), (28) к правым частям соответствующих выражений (39), (40), (41), получим

$$\epsilon {*}_{12}[\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{пп12}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{пп12}}]=\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{дп12}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{дп12}}(42)$$

$$\epsilon {*}_{12}[\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{пп13}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{пп13}}]=\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{дп13}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{дп13}}(43)$$

$$\epsilon {*}_{12}[\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{пп23}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{пп23}}]=\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}-3{С}_{дп23}(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}{3{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}{С}_{дп23}}(44)$$

Из соотношений (42), (43), (44) выразим $${\epsilon }_{12}*$$ , $${\epsilon }_{13}*$$ , $${\epsilon }_{23}*$$ и, преобразовав полученные выражения, запишем

$${\epsilon }_{12}*=\frac{{С}_{пп12}({С}_{экв}-{С}_{дп12})}{{С}_{дп12}({С}_{экв}-{С}_{дп12})}(45)$$

$${\epsilon }_{13}*=\frac{{С}_{пп13}({С}_{экв}-{С}_{дп13})}{{С}_{дп13}({С}_{экв}-{С}_{пп13})}(46)$$

$${\epsilon }_{23}*=\frac{{С}_{пп23}({С}_{экв}-{С}_{дп23})}{{С}_{дп23}({С}_{экв}-{С}_{пп23})}(47)$$

где $${С}_{экв}=\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}}{3(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}(48)$$ - эквивалентная емкость последовательно соединенных емкостей эмали и корпусной изоляции.

Выразим из соотношений (30), (31), (32) коэффициенты пропитки K_пр12, K_пр13, К_пр13 соответствующих фаз 1-2, 1-3, 1 и 2-3, получим

$${К}_{пр12}=\frac{\ln {\epsilon }_{12}*}{\ln {\epsilon }_{п}}(49)$$

$${К}_{пр13}=\frac{\ln {\epsilon }_{13}*}{\ln {\epsilon }_{п}}(50)$$

$${К}_{пр23}=\frac{\ln {\epsilon }_{23}*}{\ln {\epsilon }_{п}}(51)$$

Подставив в выражения (49), (50) и (51) значения $${\epsilon }_{12}*$$ , $${\epsilon }_{13}*$$ , $${\epsilon }_{23}*$$ из соотношений (45), (46), (47), получим

$${К}_{пр12}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}}\times \ln \frac{{С}_{пп12}({С}_{экв}-{С}_{дп12})}{{С}_{дп12}({С}_{экв}-{С}_{пп12})}(52)$$

$${К}_{пр13}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}}\times \ln \frac{{С}_{пп13}({С}_{экв}-{С}_{дп13})}{{С}_{дп13}({С}_{экв}-{С}_{пп13})}(53)$$

$${К}_{пр23}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}}\times \ln \frac{{С}_{пп23}({С}_{экв}-{С}_{дп23})}{{С}_{дп23}({С}_{экв}-{С}_{пп23})}(54)$$

Коэффициенты пропитки К_пр12, K_пр13, К_пр23 являются среднестатистической характеристикой пропитки соответствующих двух фаз, и их величины можно определить из выражений

$${К}_{пр12}=\frac{{К}_{пр1}+{К}_{пр2}}{2}(55)$$

$${К}_{пр13}=\frac{{К}_{пр1}+{К}_{пр3}}{2}(56)$$

$${К}_{пр23}=\frac{{К}_{пр3}+{К}_{пр2}}{2}(57)$$

где K_пр1, К_пр2, К_пр3 - коэффициенты пропитки фаз 1, 2 и 3.

Решив систему уравнений (55), (56), (57), относительно коэффициентов пропитки фаз К_пр1, К_пр2, К_пр3, получим

$${К}_{пр1}={К}_{пр12}-{К}_{пр23}+{К}_{пр13}(58)$$

$${К}_{пр2}={К}_{пр23}-{К}_{пр13}+{К}_{пр12}(59)$$

$${К}_{пр3}={К}_{пр13}-{К}_{пр12}+{К}_{пр23}(60)$$

где С_дп, С_пп - емкости обмотки относительно корпуса соответственно до пропитки Пример. Производилось определение коэффициентов пропитки обмоток статоров асинхронного электрического двигателя типа 4А112М по способу-прототипу и по заявляемому способу. По способу-прототипу до пропитки и после пропитки измерялись емкости всех трех фаз обмоток, соединенных в звезду, относительно магнитного сердечника статора на частоте электрического поля f=1000 Гц мостом Е2-12. Результаты измерений емкостей произвольно выбранных обмоток до пропитки и после нее приведены в таблице 1.

Таблица 1 № пп 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 С_дп, пФ 2430 2475 2480 2425 2470 2440 2450 2450 2470 2490 С_пп, пФ 4009 4087 3720 3370 3581 3782 2480 3381 3754 3361 Кпр 1 0,56 0,44 0,35 0,40 0,46 0,36 0,34 0,45 0,31

Произвольно выбранный статор №1 с $${С}_{дп}^{*}=2430\text{ пФ}$$ погружали в бинарную жидкость диоксан-вода с диэлектрической проницаемостью ε₁=2,23. У погруженной в жидкость обмотки измеряется емкость относительно статора. Она равна $${С}_{пп}^{*}=4009$$ . По результатам измерений обмотки №1 определяют отношение

$${С}_{пп}^{*}/{С}_{дп}^{*}=\mathrm{1,65}$$

Обмотки статоров пропитываются лаком КП-34 струйно-капельным методом. После сушки обмоток при температуре полимеризации компаунда КП-34, равной 160°С, измерялись емкости обмоток относительно статора С_пп. По результатам измерений обмотки №1 статора и контролируемых обмоток статоров определяют коэффициенты пропитки обмоток по выражению (2)

$$Кпр=\frac{1}{\ln {\epsilon }_2}\ln \frac{{\epsilon }_1{С}_{пп}(\frac{{С}_{пп}^{*}}{{С}_{дп}^{*}}-1)}{\frac{{С}_{пп}^{*}}{{С}_{дп}^{*}}{С}_{дп}({\epsilon }_1-1)-{С}_{пп}({\epsilon }_1-\frac{{С}_{пп}^{*}}{{С}_{дп}^{*}})}$$

Диэлектрическая проницаемость отвержденного пропиточного компаунда КП-34 равняется ε₂=ε_п=4,2.

Одновременно с этим по заявляемому способу определяли у тех же обмоток коэффициенты пропитки соответственных двух фаз K_пр12, K_пр13, К_пр23 по формулам (52), (53), (54), а затем коэффициенты пропитки каждой из фаз K_пр1, K_пр2, К_пр3, используя выражения (58), (59) и (60).

Предварительно по выражению (6) определяли величину С_экв, исходя из следующих обмоточных данных:

р=36; S=0,5375×10^-2 м²; d_э=0,7×10^-3 м; d_к=1×10^-3 м; ε_э=3,85; ε_к=5,92

$${С}_{экв}=\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}}{3(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}=\frac{2\times 36\times \mathrm{1,402}\times {10}^{-2}\times \mathrm{8,854187817}\cdot {10}^{-2}\times \mathrm{3,85}\times \mathrm{5,92}}{\mathrm{23,982}\times {10}^{-3}}=\mathrm{8493,78}\text{ пФ}$$

Экспериментальные значения, необходимые для определения коэффициентов пропитки, и результаты контроля по заявляемому способу внесены в таблицу 2.

Таблица 2 № пп 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 С_дп12,пФ 1600 1620 1660 1590 1630 1600 1590 1670 1610 1650 С_дп13, пФ 1590 1650 1640 1630 1620 1630 1630 1600 1650 1640 С_дп23, пФ 1620 1640 1625 1610 1600 1670 1640 1650 1680 1650 С_пп12, пФ 2897 2557 2642 2771 2372 2773 2173 2626 2649 2364 С_пп13, пФ 2882 2972 2615 2653 2433 2679 2394 2558 2681 2514 С_пп23, пФ 2926 3356 2542 2513 2773 2657 2639 2740 2589 2446 К_пр12 1 0,42 0,43 0,47 0,34 0,51 0,28 0,42 0,46 0,33 К_пр13 1 0,56 0,43 0,45 0,37 0,46 0,35 0,45 0,45 0,39 К_пр23 1 0,7 0,41 0,42 0,51 0,43 0,44 0,47 0,40 0,36 К_пр1 1 0,28 0,45 0,50 0,20 0,54 0,19 0,40 0,51 0,36 К_пр2 1 0,56 0,41 0,44 0,48 0,48 0,37 0,44 0,41 0,30 К_пр3 1 0,84 0,41 0,40 0,54 0,38 0,51 0,50 0,39 0,42

Из сравнения результатов, приведенных в таблице 1, и результатов, приведенных в таблице 2, можно сделать следующие выводы.

Имитация 100% пропитки путем погружения обмотки №1 в невязкую жидкость как по способу-прототипу, так и по заявляемому способу дает одинаковые результаты, показывающие, что в обмотке №1 действительно произошло полное заполнение пор и капилляров пропиточной жидкостью. Как следует из таблицы 1, обмотка №2 имеет наибольший коэффициент пропитки среди всех обмоток партии, который в соответствии со способом-прототипом равен 0,56.

В то же время по заявляемому способу обмотка №2 имеет самую большую неравномерность распределения пропиточного состава и в фазе 1 наблюдается один из самых низких коэффициентов пропитки, равный 0,28. Так как надежность обмотки определяется самым слабым звеном, то низкий коэффициент пропитки 0,28 в фазе 1 обмотки указывает на низкое качество обмотки. Наиболее качественно пропитаны, как это следует из таблицы 2, обмотки №3, №4 и №8, так как пропиточный состав в этих обмотках равномерно распределился по фазам обмотки, а коэффициенты пропитки фаз этих обмоток имеют высокие значения.

Таким образом, заявляемый способ по сравнению со способом-прототипом имеет следующие преимущества.

В заявляемом способе устранены присутствующие в способе-прототипе операции: погружение одной из партий контролируемых обмоток в невязкую жидкость с известной диэлектрической проницаемостью, измерение у этой обмотки емкости относительно корпуса перед погружением и после него, и процедура вычисления отношения емкостей у погруженной обмотки к емкости той же обмотки до погружения, что упрощает заявляемый способ.

В заявляемом способе стало возможным определять не только усредненный коэффициент пропитки, но и распределение пропиточного состава по фазам обмотки, что по сравнению со способом-прототипом существенно повышает информативность и точность контроля.

Список использованной литературы

1. Кондратьева Н.Г. и др. Оценка возможности использования электрической емкости обмотки статоров для контроля качества пропитки статоров электродвигателей низкого напряжения. - Электротехническая промышленность. Серия "Электрические машины", вып. 5/75, 1977.

2. А.с. №1241361. Способ определения коэффициента пропитки обмоток электрических машин / Г.В.Смирнов, Г.Г.Зиновьев. - Опубл. 30.06.86. Бюл. №24 - прототип.

3. Смирнов Г.В. Надежность изоляции обмоток электротехнических изделий. - Томск: Изд-во Том. ун-та. 1990. - стр.131.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу определения коэффициента пропитки обмоток электрических машин, соединенных в звезду с изолированной нейтралью. В способе определения коэффициента пропитки обмоток электрических машин, характеризующего степень заполнения пропиточным составом полостей обмотки, у каждой обмотки из данной партии измеряют электрические параметры до пропитки и после пропитки и сушки, в качестве электрических параметров выбраны емкости двух фаз обмотки, соединенной в звезду, которые поочередно измеряют до пропитки С_дп12, С_дп13, С_дп23 и после пропитки С_пп12, С_пп13, С_пп23 относительно корпуса, после чего по результатам измерений определяют коэффициент пропитки каждых двух фаз К_пр12, К_пр13, К_пр23 по математической зависимости, после чего определяют коэффициенты пропитки каждой фазы обмотки по математическим зависимостям. Техническим результатом является возможность определять не только усредненный коэффициент пропитки, но и распределение пропиточного состава по фазам обмотки, что существенно повышает информативность и точность контроля. 2 табл., 3 ил.

Способ определения коэффициента пропитки обмоток электрических машин, характеризующего степень заполнения пропиточным составом полостей обмотки, при котором у каждой обмотки из данной партии измеряют электрические параметры до пропитки и после пропитки и сушки, отличающийся тем, что в качестве электрических параметров выбраны емкости двух фаз обмотки, соединенной в звезду, которые поочередно измеряют до пропитки С_дп12, С_дп13, С_дп23 и после пропитки С_пп12, С_пп13, С_пп23 относительно корпуса, после чего по результатам измерений определяют коэффициент пропитки каждых двух фаз К_пр12, К_пр13,К_пр23 по формулам
$${К}_{пр12}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}}\times \ln \frac{{С}_{пп12}({С}_{экв}-{С}_{дп12})}{{С}_{дп12}({С}_{экв}-{С}_{пп12})}$$ ,
$${К}_{пр13}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}}\times \ln \frac{{С}_{пп13}({С}_{экв}-{С}_{дп13})}{{С}_{дп13}({С}_{экв}-{С}_{пп13})}$$ ,
$${К}_{пр23}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}}\times \ln \frac{{С}_{пп23}({С}_{экв}-{С}_{дп23})}{{С}_{дп23}({С}_{экв}-{С}_{пп23})}$$ ,
где $${С}_{экв}=\frac{2рS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}}{3(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}$$ - эквивалентная емкость последовательно соединенных емкостей эмали и корпусной изоляции двух фаз обмотки, р - количество пазов в магнитном сердечнике; S - площадь паза; ε₀=8,854187·10^-12 - электрическая постоянная; ε_э - диэлектрическая проницаемость эмалевой пленки провода обмотки; ε_к - диэлектрическая проницаемость корпусной изоляции; d_э - толщина эмалевой изоляции провода; d_к - толщина корпусной изоляции провода, после чего определяют коэффициенты пропитки каждой фазы обмотки по формулам
К_пр1=К_пр12-К_пр23+К_пр13,
К_пр2=К_пр23-К_пр13+К_пр12,
К_пр3=К_пр13-К_пр12+К_пр23,
где К_пр1, К_пр2, К_пр3 - коэффициенты пропитки 1-й, 2-й, 3-й фазы соответственно.