МИКРОКОНТРОЛЛЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ МЕЖВИТКОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ФУНКЦИЕЙ МЕГОММЕТРА Российский патент 2016 года по МПК G01R27/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано для построения средств диагностики всех видов изоляции электродвигателя: межвитковой, межобмоточной, между обмоткой и корпусом, а также измерения сопротивления изоляции.

Уровень техники

В результате старения изоляции обмотки асинхронного двигателя снижается ее пробивное напряжение и сопротивление, что в свою очередь ведет к внезапному отказу двигателя. Для своевременного предупреждения повреждения изоляции необходима ее диагностика, т.е. контроль качества (состояния) межвитковой изоляции.

Известно устройство для измерения емкости и диэлектрических потерь конденсаторного датчика, содержащее микроконтроллер (МК), индикатор, два генератора, времязадающие RC-цепи генераторов. В качестве одного емкостного элемента применен конденсаторный датчик, между обкладками которого находится изоляционный материал. МК в определенной последовательности с помощью управляемых ключей подключает известные по сопротивлению резисторы времязадающих RC-цепей, измеряет постоянную времени RC-цепей и рассчитывает сопротивление изоляционного материала, значение которого выводит на индикатор (см. пат. РФ №2258232, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности: устройство не позволяет контролировать состояние межвитковой изоляции индуктивностей.

Известно микроконтроллерное устройство для диагностики изоляции обмотки асинхронного двигателя, содержащее источник постоянного напряжения, МК, индикатор, ключ, управляемый источник опорного напряжения, делитель напряжения и обмотку электродвигателя, причем индикатор подключен к МК, вывод управления ключом подключен к МК, первый вывод ключа подключен к первой клемме источника постоянного напряжения, вторая клемма источника постоянного напряжения подключена к первому выводу обмотки электродвигателя, второй вывод которой подключен ко второму выводу ключа, вход управления управляемого источника опорного напряжения подключен к широтно-импульсному модулятору (ШИМ) МК, крайние выводы делителя напряжения подключены к выводам ключа, средний вывод делителя напряжения подключен к первому входу аналогового компаратора МК, ко второму входу которого подключен выход управляемого источника опорного напряжения (см. пат. РФ №2428707, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность измерения - устройство не имеет образцовой (эталонной) индуктивности для проведения его поверки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя, содержащее источник постоянного напряжения, микроконтроллер, индикатор, первый управляемый ключ, второй ключ, делитель напряжения, управляемый источник опорного напряжения, диагностируемую обмотку электродвигателя и образцовую индуктивность, причем индикатор подключен к микроконтроллеру, вывод управления первым управляемым ключом подключен к микроконтроллеру, первый вывод этого же ключа подключен к первой клемме источника постоянного напряжения, вторая клемма источника постоянного напряжения подключена к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя и образцовой индуктивности, вход управления управляемого источника опорного напряжения подключен к выходу микроконтроллера, крайние выводы делителя напряжения подключены к выводам первого управляемого ключа и первому выводу второго ключа, второй вывод которого имеет два положения - «верхнее» и «нижнее» для подключения вторых выводов диагностируемой обмотки электродвигателя и образцовой индуктивности, средний вывод делителя напряжения подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, к первому входу которого подключен выход управляемого источника опорного напряжения (см. пат. РФ №2546827, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности: устройство не позволяет измерять сопротивление изоляции между обмотками и между обмоткой и корпусом.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей устройства диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя за счет организации измерения сопротивления изоляции, т.е. реализации функций мегомметра.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра, содержащее источник постоянного напряжения, микроконтроллер, индикатор, первый ключ, второй ключ, диагностируемую обмотку электродвигателя, образцовую индуктивность, управляемый источник опорного напряжения и делитель напряжения, причем индикатор подключен к микроконтроллеру, вывод управления первого ключа подключен к микроконтроллеру, первый вывод первого ключа подключен к первой клемме источника постоянного напряжения, вторая клемма источника постоянного напряжения подключена к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя и образцовой индуктивности, вход управления управляемого источника опорного напряжения подключен к выходу микроконтроллера, крайние выводы делителя напряжения подключены к выводам первого ключа, средний вывод делителя напряжения подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, к первому входу которого подключен выход управляемого источника опорного напряжения, второй вывод первого ключа подключен к первому выводу второго ключа, второй вывод второго ключа подключен ко второму выводу диагностируемой обмотки электродвигателя, третий вывод второго ключа подключен ко второму выводу образцовой индуктивности, введены полупроводниковый диод и конденсатор, причем ко второму выводу образцовой индуктивности подключен анод полупроводникового диода, катод которого подключен к первой обкладке конденсатора, вторая обкладка которого подключена ко второй клемме источника постоянного напряжения.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного устройства диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра.

Осуществление изобретения

Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра содержит МК 1, делитель напряжения 2, управляемый источник опорного напряжения 3, первый ключ 4, индикатор 5, источник постоянного напряжения 6, диагностируемую обмотку электродвигателя 7, второй ключ 8, образцовую индуктивность 9, полупроводниковый диод 10 и конденсатор 11.

Второй вывод источника постоянного напряжения 6 подключен к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя 7 и образцовой индуктивности 9, вторые выводы которых соединяются со вторым выводом второго ключа 8, который может находиться либо в «нижнем» положении - подключается диагностируемая обмотка 7, либо в «верхнем» - включаются образцовая индуктивность 9 и анод полупроводникового диода 10, катод которого соединен с первой обкладкой конденсатора 11. Первый вывод второго ключа 8 подключен ко вторым выводам первого ключа 4 и делителя напряжения 2. Вывод управления первого ключа 4 подключен к МК 1, вход управления источника опорного напряжения 3 подключен в выходу широтно-импульсного модулятора (не показан) МК 1, выход источника опорного напряжения 3 подключен к первому входу аналогового компаратора (не показан) МК 1, ко второму входу аналогового компаратора МК 1 подключен средний вывод делителя напряжения 2, первый крайний вывод которого соединен с первыми выводами первого ключа 4 и источника постоянного напряжения 6, а также со второй обкладкой конденсатора 11. Индикатор 5 подключен к выходу соответствующего порта МК 1.

Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра работает следующим образом.

МК 1 устанавливает с помощью внутреннего широтно-импульсного модулятора (не показан) на выходе управляемого источника опорного напряжения 3 заданный уровень опорного напряжения и замыкает ключ 4. Ключ 8 находится в «верхнем» положении, т.е. включена образцовая индуктивность 9. По цепи: второй вывод источника постоянного напряжения 6, индуктивность 9, ключ 4, первый вывод источника постоянного напряжения 6 протекает нарастающий ток. В определенный момент МК 1 размыкает ключ 4, на выводах индуктивности 9 возникает ЭДС самоиндукции, которая приложена к делителю напряжения 2. Если напряжение на выходе делителя превысит опорное, то аналоговый компаратор МК 1 поменяет на выходе логический уровень, по этому сигналу МК 1 оценивает значение амплитуды ЭДС самоиндукции. В образцовой индуктивности отсутствуют дефекты в межвитковой изоляции, и значение ЭДС самоиндукции будет максимальным. Это значение запоминается МК.

Далее ключ 8 переводится в «нижнее» положение, т.е. подключена диагностируемая обмотка электродвигателя. По цепи: второй вывод источника постоянного напряжения 6, обмотка электродвигателя 7, ключ 4, первый вывод источника постоянного напряжения 6 протекает нарастающий ток. В определенный момент МК 1 размыкает ключ 4, на выводах индуктивности 7 возникает ЭДС самоиндукции, которая приложена к делителю напряжения 2. Если межвитковая изоляция содержит дефекты, снижающие значение пробивного напряжения, а также обладает малым сопротивлением, то часть энергии, запасенной в индуктивности после размыкания ключа 4, рассеется в виде тепла на сопротивлениях межвитковой изоляции. В этом случае ЭДС самоиндукции будет ниже значения, установленного с помощью образцовой индуктивности, и аналоговый компаратор не поменяет логический уровень на выходе.

Затем МК 1 переходит к следующему циклу измерения амплитуды ЭДС самоиндукции. МК 1 снижает напряжение на выходе управляемого источника опорного напряжения 3 и вновь замыкает ключ 4, цикл повторяется до тех пор, пока МК 1 не определит значение амплитуды ЭДС самоиндукции, которое выводит на цифровой индикатор 6. По значению амплитуды ЭДС самоиндукции производится оценка состояния изоляции.

Реализация функции мегомметра осуществляется следующим образом.

Измеряемое сопротивление изоляции подключается к обкладкам конденсатора 11 (на чертеже измеряемое сопротивление не показано). Ключ 8 находится в «верхнем» положении, т.е. включена образцовая индуктивность 9. МК 1 периодически замыкает/размыкает ключ 4, на выводах индуктивности 9 возникают импульсы ЭДС самоиндукции, которая приложена к делителю напряжения 2, а также к аноду полупроводникового диода 10 и ко второй обкладке конденсатора 11. Конденсатор 11 заряжается под действием положительных импульсов ЭДС самоиндукции до определенного значения. Если контролируемое сопротивление изоляции, к которой приложено напряжение конденсатора 11, имеет высокое значение, то напряжение конденсатора 11 будет равно максимальному значению амплитуды импульсов ЭДС самоиндукции. Это значение напряжения МК1 фиксирует, используя ранее описанный алгоритм измерения ЭДС самоиндукции. Если контролируемое сопротивление изоляции, к которой приложено напряжение конденсатора 11, имеет низкое значение, то напряжение конденсатора также будет иметь низкое значение. Таким образом, напряжение на конденсаторе, приложенное к контролируемой изоляции, будет определяться значением сопротивления контролируемой изоляции. Так как МК 1 измеряет напряжение на конденсаторе 11, то по определенному алгоритму МК 1 определяет значение сопротивления контролируемой изоляции, таким образом, реализуется функция мегомметра.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество - расширены функциональные возможности устройства диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя за счет организации измерения сопротивления изоляции, т.е. реализации функций мегомметра.

Изобретение относится к электроизмерительной техник, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния изоляции асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра содержит микроконтроллер 1 (МК 1), делитель напряжения 2, управляемый источник опорного напряжения 3, первый ключ 4, индикатор 5, источник постоянного напряжения 6, диагностируемую обмотку электродвигателя 7, второй ключ 8, образцовую индуктивность 9, полупроводниковый диод 10 и конденсатор 11. Второй вывод источника постоянного напряжения 6 подключен к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя 7 и образцовой индуктивности 9, вторые выводы которых соединяются со вторым выводом второго ключа 8, который может находиться либо в «нижнем» положении - подключается диагностируемая обмотка 7, либо в «верхнем» - включаются образцовая индуктивность 9 и анод полупроводникового диода 10, катод которого соединен с первой обкладкой конденсатора 11. Первый вывод второго ключа 8 подключен ко вторым выводам первого ключа 4 и делителя напряжения 2. Вывод управления первого ключа 4 подключен к МК 1, вход управления источника опорного напряжения 3 подключен в выходу широтно-импульсного модулятора МК 1, выход источника опорного напряжения 3 подключен к первому входу аналогового компаратора МК 1, ко второму входу аналогового компаратора МК 1 подключен средний вывод делителя напряжения 2, первый крайний вывод которого соединен с первыми выводами первого ключа 4 и источника постоянного напряжения 6, а также со второй обкладкой конденсатора 11. Индикатор 5 подключен к выходу соответствующего порта МК 1. Измеряемое сопротивление изоляции подключается к обкладкам конденсатора 11. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя за счет организации измерения сопротивления изоляции, т.е. реализации функций мегомметра. 1 ил.

Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра, содержащее источник постоянного напряжения, микроконтроллер, индикатор, первый ключ, второй ключ, диагностируемую обмотку электродвигателя, образцовую индуктивность, управляемый источник опорного напряжения и делитель напряжения, причем индикатор подключен к микроконтроллеру, вывод управления первого ключа подключен к микроконтроллеру, первый вывод первого ключа подключен к первой клемме источника постоянного напряжения, вторая клемма источника постоянного напряжения подключена к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя и образцовой индуктивности, вход управления управляемого источника опорного напряжения подключен к выходу микроконтроллера, крайние выводы делителя напряжения подключены к выводам первого ключа, средний вывод делителя напряжения подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, к первому входу которого подключен выход управляемого источника опорного напряжения, второй вывод первого ключа подключен к первому выводу второго ключа, второй вывод второго ключа подключен ко второму выводу диагностируемой обмотки электродвигателя, третий вывод второго ключа подключен ко второму выводу образцовой индуктивности, отличающееся тем, что в него введены полупроводниковый диод и конденсатор, причем ко второму выводу образцовой индуктивности подключен анод полупроводникового диода, катод которого подключен к первой обкладке конденсатора, вторая обкладка которого подключена ко второй клемме источника постоянного напряжения.