ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЕФЕКТНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОЧНЫХ ПРОВОДОВ Российский патент 2021 года по МПК G01R31/14 

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов в процессе изготовления из них обмоток электротехнических изделий.

Известно устройство контроля дефектности изоляции проводов, описанное в [1]. Устройство предназначено для контроля точечных повреждений высоким напряжением, для проводов с жилой номинальным диаметром свыше 0,050 до 1,600 мм включительно. При этом для контроля дефектов изоляции проводов на изоляции проводов от 0,050 до 0,25 мм используемый высоковольтный электрод (датчик) выполняют в виде двух. Ролики в устройстве должны быть из нержавеющей стали и обеспечивать, каждый, контакт с проводом на длине (25 (2,5) мм.

При контроле на точечные изоляции проводов с номинальным размером жилы провода 0,250 до 1,600 мм применяют один высоковольтный электрод в виде ролика. Ролик должен быть из нержавеющей стали и обеспечивать контакт с проводом на длине

25 30 мм.

Недостатком устройства является, во-первых, малая универсальность датчика, так как для проводов, с диаметром жилы, лежащей в диапазоне от 0,050 до 0,25 мм, используют электрод - датчик, выполненный в виде двух роликов, и контролируемый провод протягивается через 4 ролика, два из которых являются направляющими, а два других - электродами датчика. Для проводов с диаметром, лежащим в диапазоне от 0,25 до 1,600 мм, этот датчик уже не применим, и взамен него используют один высоковольтный электрод большего диаметра.

Во-вторых, как при контроле проводов с диаметром жил, лежащей в диапазоне от 0,050 до 0,25 мм, так и при контроле проводов с диаметром, лежащим в диапазоне от 0,25 до 1,600 мм, провод многократно перегибается. Это приводит к высоким механическим нагрузкам на изоляцию провода со стороны роликов, что приводит не только к ослаблению механической и электрической прочности изоляции контролируемого провода, но и вызывает появление дополнительных дефектов в изоляции провода. Поэтому при помощи устройства - прототипа осуществляют только выборочный контроль, при постоянной и относительно малой скорости протягивания провода, равной (275 (25) мм/с.

Известно устройство для контроля дефектности изоляции проводов [2]. Устройство, содержит датчик-электрод, источник высокого напряжения, первый выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов дефектов, выходом подключенного к входу счетчика количества дефектов, в него введен формирователь импульсов скорости и датчик скорости, причем второй выход источника высокого напряжения подсоединен к датчику-электроду, датчик скорости через формирователь скорости подключен к второму входу формирователя импульсов дефектов, при этом последний состоит из источника опорного напряжения, формирователя переднего и заднего фронтов и дифференциального усилителя, первый, второй входы и выход которого подключены соответственно к первому входу формирователя импульсов дефектов, к выходу источника опорного напряжения и к первому входу формирователя переднего и заднего фронтов, второй вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом формирователя импульсов дефектов.

Недостатком устройства является высокое напряжение контроля, а также сложность конструкции, обусловленная тем, что электрод-датчик и датчик скорости выполнены в виде двух раздельных функциональных блока.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для контроля дефектности изоляции обмоточных проводов, описанное в [3].

Устройство - прототип, содержит датчик - электрод, источник высокого напряжения, формирователь импульсов дефектов, состоящий из источника опорного напряжения формирователя переднего и заднего фронтов и дифференциального усилителя, счетчик дефектов, датчик скорости, формирователь импульсов скорости, при этом первый вход источника высокого напряжения подключен к первому входу формирователя импульсов дефектов, выход которого подключен к входу счетчика дефектов, второй выход источника напряжения подсоединен к датчику - электроду, датчик скорости через формирователь импульсов скорости подключен к второму входу формирователя импульсов дефектов, первый и второй входы дифференциального усилителя подключены соответственно к первому входу формирователя импульсов дефектов, к выходу источника формирователя переднего и заднего фронтов, второй вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом формирователя импульсов дефектов, в устройство дополнительно введены счетчик импульсов скорости, ключевое устройство, счетчик протяженности дефектов с регулируемым коэффициентом пересчета, триггер, светодиод и фотодиод, при этом датчик-электрод и датчик скорости провода выполнены в виде единого функционального блока, изготовленного в виде двух роликов из нержавеющей стали, имеющие U-образную проточку по образующей, причем ролики помещают в корпус, который выполнен в виде швеллера, между параллельными стенками которого закреплена диэлектрическая основа для размещения элементов датчика, также выполненная в виде швеллера, параллельные стенки указанной основы закреплены крепежными деталями к параллельным стенкам корпуса датчика, а основание, упомянутой основы, расположено перпендикулярно к основанию корпуса датчика, в датчик дополнительно введены два металлических коромысла, две пружины, два скользящих контакта, два вывода для подсоединения источника питания, две направляющие втулки, диск с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями, одна плоскость которого выполнена в виде цилиндрического стакана, причем коромысла выполнены в виде металлических пластин, на одном конце каждой из которых жестко закреплены перпендикулярно плоскости пластины цилиндрические оси под подшипники, на другом конце каждой пластины коромысла выполнены перпендикулярно плоскости коромысел отверстия под оси, которые жестко закреплены на диэлектрической основе для размещения элементов датчика, вращающихся роликов, прижатых с помощью пружин друг к другу образующими поверхностями в точке соприкосновения, лежащей на вертикальной оси симметрии указанных роликов, к боковой поверхности одного из вращающихся роликов соосно прикреплен стакан упомянутого диска с радиальными прорезями, по образующим поверхностям роликов выполнены проточки, лежащие при соприкосновении роликов друг против друга и служащие для фиксации и ограничения движения провода в поперечном направлении, в центральную часть роликов впрессованы подшипники, насаженные на упомянутые выше цилиндрические оси, жестко закрепленные на подвижном конце коромысел, неподвижные концы коромысел, имеющимися на них отверстиями одеты на оси, механически закрепленные на диэлектрической основе для размещения элементов датчика, ролики прижаты друг другу своими образующими поверхностями при помощи двух пружин, один конец которых закреплен механически к одному из коромысел, а два других конца пружин механически закреплены к диэлектрической основе для размещения элементов датчика, напряжение к рабочим поверхностям роликов подводится скользящими контактами, выполненных в виде упругих пластинчатых пружин, один конец которых прижат к осям роликов, другой конец электрически и механически соединен к концу с выводами для подсоединения источника питания, в стенках корпуса датчика закреплены направляющие втулки, продольные оси симметрии которых совпадают с осью провода, ультрафиолетовый светодиод расположен в зазоре между диском с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями, со стороны плоскости, выполненной в виде цилиндрического стакана и поверхностью ролика, к которому механически прикреплен стакан, ультрафиолетовый фотодиод расположен с противоположной стороны упомянутого диска с радиальными прорезями, при этом выход фотодиода подключен к входу формирователя импульсов скорости, один из выходов которого подключен к ключевому устройству, выход ключевого устройства подключен к входу счетчика протяженности дефектов с регулируемым коэффициентом пересчета.

Недостатком устройства является невозможность использования указанного устройства для селективного контроля входных дефектов и дефектов, вносимых намоточным оборудованием (элементами намоточного станка) в изоляцию провода изготавливаемых обмоток электротехнических изделий.

Техническая задача, поставленная в рамках данного изобретения, заключается в создании возможности селективного контроля входных дефектов и дефектов, вносимых намоточным оборудованием (элементами намоточного станка).

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в измеритель дефектности изоляции обмоточных проводов, содержащем датчик - электрод, счетчик количества входных дефектов, счетчик протяженности входных дефектов, датчик скорости, формирователь импульсов скорости, и умножитель частоты, при этом датчик скорости подключен к входу формирователя импульсов скорости, выход которого подключен к входу умножителя частоты в него дополнительно введены источник стабилизированного тока, резистор, формирователь импульсов входных дефектов, формирователь импульсов технологических дефектов, счетчик количества технологических дефектов, счетчик протяженности технологических дефектов, счетчик длины проконтролированного провода, компьютер с нейронной сетью и маршрутизатор, при этом выход источника стабилизированного тока подключен к одному концу катушки обмоточного провода, и к входу в компьютер с нейронной сетью, умножителя частоты подключен к входу в счетчика длинны проконтролированного провода, к входу счетчика протяженности входных дефектов, к входу в компьютер с нейронной сетью и ко входу счетчика протяженности технологических дефектов, выход нейронной сети подключен к входу маршрутизатора, выход которого соединен с входами формирователей импульсов входных дефектов и импульсов технологических дефектов, выход формирователя импульсов входных дефектов подключен к входам счетчиков количества входных дефектов и протяженности входных дефектов, выход формирователя импульсов технологических дефектов подключен к входам счетчиков количества и протяженности технологических дефектов, выход электрода -датчика, подсоединен ко входу компьютера с нейронной сетью.

На фиг.1 приведена структурная схема заявляемого устройства. На фиг.2 приведены эпюры сигналов, служащие для пояснения сущности изобретения. На фиг.3 изображен совместный блок контактного электрода датчика и датчика скорости.

На фиг.1 введены следующие обозначения: 1 -датчик дефектов; 2- источник стабилизированного тока; 3-датчик скорости;4- формирователь импульсов скорости; 5- умножитель частоты; 6-резистор;7-формирователь импульсов входных дефектов; 8-счетчик количества входных дефектов; 9- счетчик протяженности входных дефектов; 10- элементы оборудования; 11-формирователь импульсов технологических дефектов;12- счетчик количества технологических дефектов;13- счетчик протяженности технологических дефектов; 14-обученная нейронная сеть; 15-катушка провода; 16- счетчик длины проконтролированного провода; 17-маршрутизатор.

На фиг.3 введены следующие обозначения: 18- дискообразный блок (их два); 19- шарикоподшипник; 20-ось блока; 21-жила контролируемого провода; 22 - эмалевая изоляция провода; 23-контакт их проводящей резины; 24-диск датчика скорости; 25- отверстия; 26-светодиод; 27-фотодиод.

Устройство работает следующим образом. При намотке обмоток в изоляции провода могут иметь место два вида дефектов: входные и технологические дефекты. Под входными дефектами понимают те дефекты, которые уже имеются в изоляции провода при его поставке. Под технологическими дефектами понимается повреждение изоляции провода элементами 10 намоточного оборудования до жилы провода. При движении провода в процессе намотки обмоток датчик 3 скорости (фиг.1) вырабатывает импульсы скорости, частота которых пропорциональна скорости V движения провода. Эти импульсы поступают на вход формирователя 4 импульсов скорости, где происходит формирование их по напряжению и крутизне фронтов. Сформированные импульсы скорости поступают на вход умножителя частоты 5. Импульсы с выхода умножителя 5 частоты поступают на вход обученной нейронной сети 14 и на вход счетчика 16 длины проконтролированного провода. На счетный вход счетчика 16 длины проконтролированного провода непрерывно поступают импульсы скорости с умножителя частоты 5 с периодом следования, равным прохождению под датчиком скорости, фиксированной определенной длины lэ провода, например lэ=0,025 мм (фиг.3 эпюра а).

Так как длительность одного импульса скорости соответствует прохождению через датчик дефектов строго фиксированной элементарной длины провода l_э, величина которой остается неизменной при изменении скорости, то проконтролированная длина провода, определяется величиной l_пр=l_э×m_пр, где m_пр - количество импульсов скорости, прошедших в счетчик 16 за время контроля (фиг.3 эпюра а).

При протягивании контролируемого провода через датчик 3 скорости, последний выдает сигнал, частота которого пропорциональна скорости протягивания провода под датчиком. Этот сигнал поступает в формирователь 4 (фиг.1) импульсов, с выхода которого сформированные импульсы скорости поступают на вход умножителя частоты 5. Обозначим период следования импульсов с умножителя частоты через Т₁. При скорости движения провода V₁ на выходе умножителя частоты 5 появляются импульсы, частотой f₁=. При этом за время одного периода сигнальных импульсов провод пройдет расстояние l_э, принятое за единицу измерения протяженности дефекта, равное по величине протяженности эквивалентного точечного повреждения

l_э=V₁×T₁ (1)

При измерении скоростей протягивания провода в g раз пропорционально ей в g раз изменяется и частота импульсов эквивалентных точечных повреждений, что приводит к неизменности величины, определяемой по выражению (1).

Действительно, частота импульсов скорости изменяется пропорционально скорости провода V_пр

f=К₁ V_пр (2),

где К₁ - коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции датчика скорости.

За время одного периода индуцированного в датчике скорости напряжения, через датчик-электрод проходит участок провода длиной l_э, равный

l_э=V_пр×Т_э , (3)

где T_э=l/f - период импульсов в датчике скорости.

Как следует из выражения (3), величина l_э, не зависит от скорости движения провода. Приняв l_э за единицу измерения, можно определить какая длина провода l_i прошла через датчик повреждений, если посчитать количество импульсов скорости n, в счетчике (рис.1) за время контроля Т_кон указанного отрезка провода.

l_i=n(l_э, (4)

где l_i - длина отрезка провода, прошедшего через датчик; n - количество импульсов скорости за время Т_кон прохождения провода через датчик скорости 3.

Перед контролем предварительно обучают нейронную сеть 16, и калибруют счетчики устройства (фиг.1), реализующего заявляемый способ. Для этой цели наносят в изоляции провода искусственный дефект (ИД), протяженность которого l_ид измеряют, и протягивают провод, с нанесенным в его изоляции искусственным дефект через датчик-дефектов 1 (фиг.1) и через элементы намоточного оборудования 10.

При прохождении участков обмоточного провода с бездефектной изоляцией через датчик - дефектов 1, если элементы намоточного станка 10 не повреждают изоляцию, никаких изменений, в сигналах устройства не происходит.При этом источник 2 стабилизированного постоянного тока находится в режиме стабилизации напряжения и на его выходе присутствует постоянный потенциал U₁ (фиг.3 эпюра в)_. Пусть в некоторый момент времени t_1ид (фиг.3 эпюра б) через контактный датчик 1 дефектов начинает проходить искусственно нанесенный дефектный участок эмалевой изоляции. В момент прохождения дефектного участка через электрод-датчик 1 происходит замыкание жилы провода через датчик 1 дефектов и резистор 6 на корпус станка и через указанные элементы начинает протекать стабилизированный ток I₀. На резисторе 6 возникает импульс напряжения

U=I₀R_p, где R_p- сопротивление резистора, длительностью t_ид=t_ид1-t_ид2 (фиг.3 эпюра б).

Это напряжение будет находиться на резисторе R_p в течение времени t_ид прохождения дефектным участком через контактный датчик 1 дефектов. Моменты времени t_ид2 и t_ид2 регистрируются и вносятся в нейронную сеть 14. Счетчиком 16 подсчитывается и вносится в нейронную сеть количество m_1ид импульсов скорости за время t_ид (фиг.3 эпюра а и эпюра б). Одновременно с падением напряжения на сопротивлении 6, в момент времени t_1идс происходит падение напряжения на выходе источника 2 стабилизированного тока с величины U₁ до величины U₂=I₀(R₁+R_p), где R₁ сопротивление части провода катушки 10, откороченного на корпус станка через сопротивление 6 (см. фиг.3 эпюра в). Момент времени t_1идс также регистрируется и вносится в память нейронной сети 14. С момента t_ид1 падения напряжения на датчике 1 дефектов в счетчике 16 начинается подсчет импульсов скорости. Этот подсчет производится до момента t_ид3 следующего падения напряжения на выходе источника 2 стабилизированного тока при прохождении искусственного дефекта через элементы намоточного станка 10, при закоротке жилы провода в месте искусственного дефекта на корпус намоточного станка (фиг.3 эпюра а). Момент времени t_ид3 и количество подсчитанных импульсов N за время t_ид3- t_ид1 также вносятся в память нейронной сети 14 (фиг.3 эпюра а). Одновременно с этим производится подсчет импульсов скорости m_2ид в счетчике 16 за время t_идс=t_ид4 -t_ид3 и величина m_2ид также вносится в память нейронной сети 14 (фиг.3 эпюра а).

Величины m_1ид и m_2ид нужны для того, чтобы исключить ошибки при подсчете протяженности входных и технологических дефектов. Эти ошибки устраняются следующим образом. В идеальном случае, если бы размеры контакта датчика 1 дефектов и размеры контакта элементов 10 оборудования имели бесконечно малую величину, то количество импульсов скорости при прохождении искусственного дефекта протяженностью l_д за времена t_ид и t_идс были бы одинаковы и равнялись бы величине m_ид=l_д/ l_э. В реальности же время контактирования жилы провода в месте дефекта с датчиком 1 дефектов и элементами намоточного оборудования 10 зависит не только от протяженности дефекта, но и от конструктивных особенностей датчика 1 дефектов и элементов 10 намоточного оборудования. Поэтому в счетчик 9 протяженности входных и в счетчик 13 протяженности технологических дефектов нужно внести корректировку на величины Δm_вх=m_1ид- l_д/ l_э

и Δm_тех=m_2ид- l_д/ l_э. Эти корректировки вносятся в счетчики 9 и 13 нейронной сетью, которая выдает управляющие сигналы через маршрутизатор 17 на формирователи 7 и 11 импульсов входных и технологических дефектов, не сразу по моменту падения напряжения на резисторе 6 или элементах 10 намоточного оборудования, а только после того, как в нейронную сеть пройдут Δm_вх или Δm_тех количества импульсов скорости соответственно. Управляющий сигнал на выходе нейронной сети 14, через маршрутизатор 17 поступает на входы формирователей 7 и 11, и на их выходе формируется импульс дефекта соответствующей длительности, который проходит на разрешающие входы указанных счетчиков 9 и 13.

Рассмотрим, каким образом исключается ложное срабатывание счетчиков 12 и 13 количества и протяженности технологических дефектов при прохождении входного дефекта через элементы 10 намоточного оборудования. Замыкание жилы в дефектном участке на корпус станка через контактный датчик 1 дефектов не вызовет ложного срабатывания счетчиков 12 и 13 количества и протяженности технологических дефектов. Запоминание времени реакции датчика дефектов 1 на входной дефект происходит следующим образом. В момент времени t_i1вх жила провода в дефектном участке замыкает через контактный электрод-датчик 1 и резистор 6 на корпус станка. В результате часть провода откорочена через резистор 6 на корпус станка (общий провод) и сопротивление провода, заключенного между точкой подключения выхода источника 2 стабилизированного постоянного тока и дефектным участком изоляции, в месте которого происходит замыкание провода на корпус станка через резистор 6, принимает величину R₁. Протекающий через сопротивления R₁ и R_р стабильный постоянный ток I₀, вызовет падение напряжения в момент времени t_{1 с} на выходе стабилизированного источника 2 постоянного тока до величины U₂=I₀(R₁+R_p). Момент времени t_i1вх начала падения напряжения на резисторе 6 и момент времени t_i1вхс на выходе стабилизатора тока 2 поступает в нейронную сеть и сравниваются между собой. Если t_i1вх=t_i1вхс, т.е. моменты начала падения напряжения на резисторе 6, и на выходе стабилизатора 2 тока происходят одновременно, и длительность

t_iвх=t_i2вх - t_i1вх падения напряжения на указанных обоих элементах схемы одинаковы, то маршрутизатор нейронной сети 14 никакого сигнала на формирователь импульсов технологических дефектов 11 не подает, а выдает сигнал только на формирователь 7 импульсов входных дефектов. Формирователь 7 импульсов входных дефектов формирует импульс дефекта, длительность которого равна T_iвх=Т₁[(n_i-Δm_вх)], где n_i - количество импульсов скорости, пришедших в счетчик 16 длины провода за время t_iвх. Этот импульс поступает на разрешающий вход счетчика 8 и подсчитывается как один дефект.Одновременно этот же импульс поступает на разрешающий вход счетчика 9 протяженности входных дефектов. Счетчик и открывается и подсчитывает протяженность входного дефекта по формуле l_i=l_э [n_i - (m_1ид - l_ид/l_эк)]. Счетчики 12 и 13 в режим счета не входят и их ложного срабатывания в момент прохождения входного дефектного участка через датчик 1 дефектов не происходит.

По мере продвижения входного дефекта от датчика 1 дефектов через элементы 10 намоточного оборудования жила провода в месте этого входного дефекта изоляции может вызвать очередное замыкание через указанные элементы 10 на корпус намоточного станка, что также может привести к ложному срабатыванию счетчиков 12 и 13.

Чтобы этого не происходило с момента времени t_i1вх начала падения напряжения на резисторе 6 (фиг.3 эпюра г) в счетчике 16 длины проконтролированного провода начинается отсчет импульсов скорости. Этот подсчет происходит до тех пор, пока жила входного дефект не вызовет следующее падения напряжения на выходе стабилизатора тока 2 в момент времени t_3iвх (фиг.3 эпюра д). Допустим за указанный интервал времени t_3iвх- t_i1вх было подсчитано N₁ импульсов скорости (фиг.3 эпюра а). Покажем, как используется полученная информация при контроле изоляции провода в реальном процессе. Количество подсчитанных импульсов скорости N₁ поступает в нейронную сеть 14 и сравнивается с количеством импульсов N внесенных в память нейронной сети при ее обучении и калибровке устройства. Если N₁=N, то маршрутизатор нейронной сети в течение времени t_iвх4- t_iвх3 никаких сигналов на формирователь импульсов 11 не выдает, и на разрешающие входы счетчиков 12 и 13 никаких импульсов не поступает.Количество и параметры входных дефектов счетчиками 12 и 13 не регистрируются. Если же N₁N, то это свидетельствует, что замыкание жилы на корпус станка вызвано элементом этого станка, но не в дефектном месте входного дефекта, а в месте образованного этими элементами 10 дефекта. Поэтому если N₁N, то маршрутизатор нейронной сети 14 выдает управляющий сигнал на формирователь импульсов технологических дефектов 11 и с его выхода поступает импульсный сигнал, длительностью сигнал T_jтех=Т₁[(n_j-∆m_тех)], на входы счетчиков 12 и 13, в которых осуществляется подсчет количества технологических импульсов и их протяженность по формуле l_j=l_э [n_j - (m_1ид - l_ид/l_эк)].

Пример конкретного выполнения. Был проведен контроль при помощи заявляемого измерителя дефектности обмоточных проводов, блок-схема которого приведена на фиг.1. Электрод - датчик дефектов и датчик скорости были объединены в единый блок (фиг.3)

Контактный датчик - электрод дефектов представлял собой два соприкасающихся по образующей цилиндрических ролика-электрода 18 (фиг.3). Электроды через подшипники 19 размещались на осях 20, которые закреплены на подвижных, поджатых друг к другу пластинчатыми пружинами рычагах (коромыслах) (на фиг.3 не показаны), позволяющих электродам-роликам совершать вертикальные перемещения синхронно с колебаниями провода. На фиг.3 стрелками показано, что электроды 18 поджимаются друг к другу при помощи пружин, размещенных на коромыслах. Напряжение от стабилизированного источника тока к электродам 18 подводилось через скользящие контакты, поджатые к осям 20. По образующей роликов - электродов была выполнена полукруглая проточка в которую размещался эластичный контакт 23, выполненный из проводящей резины. При контроле эмаль 22 контролируемого провода 21 (на фиг.3 закрашена темным цветом) плотно обжималась эластичными проводящими контактами 23. Под действием трения поверхности провода с поверхностями эластичных контактов 23 размещенных проточках в электродов 18, последние начинают вращаться на подшипниках 19 вокруг осей 20. При вращении ролика 18 приходит во вращение прикрепленный к нему соосно диск 24 (см. фиг.3) с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями 25. Светодиод 26 излучает свет, который через прорези 25 поступает к фотодиоду 27. Поскольку радиальные сквозные прорези 25 размещены равномерно по поверхности диска, то свет, проходя через упомянутые прорези, инициирует в фотодиоде, играющем роль приемника, импульсный ток. Количество импульсов тока в фотодиоде за один оборот ролика 18 будет равно количеству n - прорезей, а длина провода l, прошедшего через датчик за один оборот будет равна

l=2π(D-d) (5)

где D -диаметр ролика 18, в мм; d - диаметр проточки под провод по образующей ролика 18, в мм.

За время, равное длительности одного импульса фототока на выходе фотодиода 27 через датчик пройдет элементарный отрезок провода, равный

l_э= (6).

При этом независимо от того, с какой скоростью будет протягиваться провод через датчик, величина элементарного отрезка провода l_э, определяемая формулой 6 всегда будет оставаться неизменной, так как все величины входящие в формулу 6 постоянны.

При этом, чем больше количество прорезей n тем меньше величина l_э, принятая за единицу измерения протяженности, и тем выше точность определения указанной протяженности. По количеству К импульсов фототока с выхода фотодиода 27, прошедших в электронную схему измерителя дефектности можно определить длину L проконтролированного провода по формуле

L=l_эК (7)

Кроме длины проконтролированного провода L, (счетчик 16 фиг.1) можно определить также и протяженность каждого дефектного участка провода счетчиками 9 и 13 (фиг.1).

Заявляемым способом осуществлялся контроль дефектности изоляции обмоточного провода марки ПЭТВ диаметром 0,8 мм. В качестве датчика скорости 3 (фиг.1) и контактного электрода - датчика дефектов 1 (фиг.1), был использован функциональный блок, схематически приведенный на фиг.3, включающий в себя эти элементы. Упомянутый блок, приведенный фиг.3, включал в себя фотоэлектрический преобразователь перемещений.

Рабочим элементом блока служили ролики 18 с эластическим контактом 23. Диаметры роликов были равны 12 мм. По образующей поверхности роликов были проточены канавки радиусом равным 2 мм. В проточки укладывалась манжета из проводящей резины 23 Образующие поверхности роликов 18 прижимали друг к другу пружины, выполненные из стальной упругой пластины толщиной 1 мм. К боковой поверхности одного из роликов 18 были механически (сваркой) прикреплен стакан с диском 24 (фиг.3) с равномерно выполненными в нем сквозными радиальными прорезями 25. При диаметре 19,1 мм диска 25 нам удалось выполнить фотолитографией растр с 240 прорезями.

В качестве светодиода 26 использовалась лампа vfhrb UV-Inspector 2000 [3]. Срок работы от одной зарядки - около 4-х часов. Интенсивность УФ-излучения при 400 мм: 2000 μW/см². Длина волны: 365 нм.

В качестве фотодиода 27 был взят ультрафиолетовый фотодиод компании SGLUX выполненный на основе карбида кремния (SiC).

В качестве формирователя импульсов скорости 5 (фиг.1) был использован умножитель частоты с коэффициентом умножения равном 10. С использованием функционального блока, приведенного на фиг.3 и введения в устройство умножителя частоты удалось обеспечить величину

Перед контролем предварительно обучали нейронную сеть 16, и калибровали счетчики устройства (фиг.1), реализующего заявляемый способ. Для этой цели наносили в изоляции провода искусственный дефект (ИД), протяженность которого l_ид измерялась штангенциркулем и была равной l_ид=5 мм. После нанесения в изоляции провода искусственного дефекта протягивали провод, через датчик-дефектов 1 (фиг.1) и через элементы намоточного оборудования 10.

При прохождении участков обмоточного провода с бездефектной изоляцией через датчик - дефектов 1, если элементы намоточного станка 10 не повреждают изоляцию, никаких изменений, в сигналах устройства не происходит.При этом источник 2 стабилизированного постоянного тока находится в режиме стабилизации напряжения и на его выходе присутствует постоянный потенциал U₁ (фиг.3 эпюра в)_. В момент времени t_1ид=1 с после начала протягивания провода (фиг.3 эпюра б) через контактный датчик 1 дефектов начал проходить искусственно нанесенный дефектный участок эмалевой изоляции. В момент прохождения дефектного участка через электрод-датчик 1 происходило замыкание жилы провода через датчик 1 дефектов и резистор 6 на корпус станка и через указанные элементы начинает протекать стабилизированный ток I₀. На резисторе 6 возник импульс напряжения U=I₀R_p, где R_p- сопротивление резистора, длительностью t_ид=t_ид1-t_ид2=0,032 сек (фиг.3 эпюра б).

Это напряжение находилось на резисторе R_p в течение времени t_ид прохождения дефектным участком через контактный датчик 1 дефектов. Моменты времени t_ид1=1 с и t_ид2=1,032 с регистрировались при помощи двухлучевого осциллографа, подключенного к сопротивлению 6 и к выходу источника 2 стабилизатора тока. Измеренные значения вносились в нейронную сеть 14. Счетчиком 16 подсчитывался и вносится в нейронную сеть количество m_1ид=400 импульсов скорости за время t_ид (фиг.3 эпюра а и эпюра б). Одновременно с падением напряжения на сопротивлении 6, в момент времени t_1идс=1 с происходило падение напряжения на выходе источника 2 стабилизированного тока с величины U₁ до величины U₂=I₀(R₁+R_p), где R₁ сопротивление части провода катушки 10, откороченного на корпус станка через сопротивление 6 (см. фиг.3 эпюра в). Момент времени t_1идс=1 с также регистрировался и вносится в память нейронной сети 14. С момента t_ид1=1 с падения напряжения на датчике 1 дефектов в счетчике 16 начинался подсчет импульсов скорости. Этот подсчет производится до момента t_ид3=5 с следующего падения напряжения на выходе источника 2 стабилизированного тока при прохождении искусственного дефекта через элементы намоточного станка 10, при закоротке жилы провода в месте искусственного дефекта на корпус намоточного станка (фиг.3 эпюра а). Момент времени t_ид3=6 сек и количество подсчитанных импульсов N=60000 за время t_ид3- t_ид1=5 сек также вносились в память нейронной сети 14 (фиг.3 эпюра а). Падение напряжения на выходе стабилизатора тока закончилось в момент времени t_ид4=6, 064 сек. Одновременно с этим производился подсчет импульсов скорости m_2ид в счетчике 16 за время t_идс=t_ид4 -t_ид3=0,064 сек и величина m_2ид=800 импульсов скорости также вносится в память нейронной сети 14 (фиг.3 эпюра а).

Величины m_1ид и m_2ид нужны для того, чтобы исключить ошибки при подсчете протяженности входных и технологических дефектов. Эти ошибки устраняются следующим образом. В идеальном случае, если бы размеры контакта датчика 1 дефектов и размеры контакта элементов 10 оборудования имели бесконечно малую величину, то количество импульсов скорости при прохождении искусственного дефекта протяженностью l_д за времена t_ид и t_идс были бы одинаковы и равнялись бы величине m_ид=l_д/ l_э=200. В реальности же время контактирования жилы провода в месте дефекта с датчиком 1 дефектов и элементами намоточного оборудования 10 зависит не только от протяженности дефекта, но и от конструктивных особенностей датчика 1 дефектов и элементов 10 намоточного оборудования. Поэтому в счетчик 9 протяженности входных и в счетчик 13 протяженности технологических дефектов нужно внести корректировку на величины Δm_вх=m_1ид- l_д/ l_э=400-200=200 и Δm_тех=m_2ид- l_д/ l_э=800-200=600. Эти корректировки вносятся в счетчики 9 и 13 нейронной сетью, которая выдает управляющие сигналы через маршрутизатор 17 на формирователи 7 и 11 импульсов входных и технологических дефектов, не сразу по моменту падения напряжения на резисторе 6 или элементах 10 намоточного оборудования, а только после того, как в нейронную сеть пройдут Δm_вх или Δm_тех количества импульсов скорости соответственно. Управляющий сигнал на выходе нейронной сети 14, через маршрутизатор 17 поступает на входы формирователей 7 и 11, и на их выходе формируется импульс дефекта соответствующей длительности, который проходит на разрешающие входы указанных счетчиков 9 и 13.

Рассмотрим, каким образом исключается ложное срабатывание счетчиков 12 и 13 количества и протяженности технологических дефектов при прохождении входного дефекта через элементы 10 намоточного оборудования. Замыкание жилы в дефектном участке на корпус станка через контактный датчик 1 дефектов не вызовет ложного срабатывания счетчиков 12 и 13 количества и протяженности технологических дефектов. Запоминание времени реакции датчика дефектов 1 на входной дефект происходит следующим образом. В момент времени t_i1вх жила провода в дефектном участке замыкает через контактный электрод-датчик 1 и резистор 6 на корпус станка. В результате часть провода откорочена через резистор 6 на корпус станка (общий провод) и сопротивление провода, заключенного между точкой подключения выхода источника 2 стабилизированного постоянного тока и дефектным участком изоляции, в месте которого происходит замыкание провода на корпус станка через резистор 6, принимает величину R₁. Протекающий через сопротивления R₁ и R_р стабильный постоянный ток I₀, вызовет падение напряжения в момент времени t_{1 с} на выходе стабилизированного источника 2 постоянного тока до величины U₂=I₀(R₁+R_p). Момент времени t_i1вх начала падения напряжения на резисторе 6 и момент времени t_i1вхс на выходе стабилизатора тока 2 поступает в нейронную сеть и сравниваются между собой. Если t_i1вх=t_i1вхс, т.е. моменты начала падения напряжения на резисторе 6, и на выходе стабилизатора 2 тока происходят одновременно, и длительность

t_iвх=t_i2вх - t_i1вх падения напряжения на указанных обоих элементах схемы одинаковы, то маршрутизатор нейронной сети 14 никакого сигнала на формирователь импульсов технологических дефектов 11 не подает, а выдает сигнал только на формирователь 7 импульсов входных дефектов. Формирователь 7 импульсов входных дефектов формирует импульс дефекта, длительность которого равна T_iвх=Т₁[(n_i-Δm_вх)], где n_i - количество импульсов скорости, пришедших в счетчик 16 длины провода за время t_iвх. Этот импульс поступает на разрешающий вход счетчика 8 и подсчитывается как один дефект.Одновременно этот же импульс поступает на разрешающий вход счетчика 9 протяженности входных дефектов. Счетчик и открывается и подсчитывает протяженность входного дефекта по формуле l_i=l_э [n_i - (m_1ид - l_ид/l_эк)]. Счетчики 12 и 13 в режим счета не входят и их ложного срабатывания в момент прохождения входного дефектного участка через датчик 1 дефектов не происходит.

По мере продвижения входного дефекта от датчика 1 дефектов через элементы 10 намоточного оборудования жила провода в месте этого входного дефекта изоляции может вызвать очередное замыкание через указанные элементы 10 на корпус намоточного станка, что также может привести к ложному срабатыванию счетчиков 12 и 13.

Чтобы этого не происходило с момента времени t_i1вх начала падения напряжения на резисторе 6 (фиг.3 эпюра г) в счетчике 16 длины проконтролированного провода начинается отсчет импульсов скорости. Этот подсчет происходит до тех пор, пока жила входного дефект не вызовет следующее падения напряжения на выходе стабилизатора тока 2 в момент времени t_3iвх (фиг.3 эпюра д). Допустим за указанный интервал времени t_3iвх- t_i1вх было подсчитано N₁ импульсов скорости (фиг.3 эпюра а). Покажем, как используется полученная информация при контроле изоляции провода в реальном процессе. Количество подсчитанных импульсов скорости N₁ поступает в нейронную сеть 14 и сравнивается с количеством импульсов N внесенных в память нейронной сети при ее обучении и калибровке устройства. Если N₁=N, то маршрутизатор нейронной сети в течение времени t_iвх4- t_iвх3 никаких сигналов на формирователь импульсов 11 не выдает, и на разрешающие входы счетчиков 12 и 13 никаких импульсов не поступает.Количество и параметры входных дефектов счетчиками 12 и 13 не регистрируются. Если же N₁N, то это свидетельствует, что замыкание жилы на корпус станка вызвано элементом этого станка, но не в дефектном месте входного дефекта, а в месте образованного этими элементами 10 дефекта. Поэтому если N₁N, то маршрутизатор нейронной сети 14 выдает управляющий сигнал на формирователь импульсов технологических дефектов 11 и с его выхода поступает импульсный сигнал, длительностью сигнал T_jтех=Т₁[(n_j-∆m_тех)], на входы счетчиков 12 и 13, в которых осуществляется подсчет количества технологических импульсов и их протяженность по формуле l_j=l_э [n_j - (m_1ид - l_ид/l_эк)].

После обучения нейронной сети и калибровки счетчиков устройства реализующего заявляемый способ проверяли работоспособность заявляемого способа.

Для проверки работоспособности и точности контроля дефектности изоляции провода станок останавливали и на бездефектном участке изоляции отрезка провода наносили 2 дефекта, протяженностью 2 мм и 4 мм перед датчиком 1 дефектов (фиг.1) и 2 таких же дефекта по протяженности дефекта после него. После этого запускали станок и проверяли показатели прибора. Счетчик 8 количества входных дефектов, зарегистрировал n=2 дефекта. Счетчик 9 зарегистрировал 400 импульсов скорости. Так как за длительность одного импульса проходит отрезок провода l_э=0,025 мм, то суммарная протяженность входных дефектов, зарегистрированная в счетчике 9 была равна l_вх=0,025(240=6 мм. Средняя протяженность каждого входного дефекта будет равна l_ср=l_вх/n=6/2=3 мм. Счетчик 12, показал, что технологическое оборудование (элементы намоточного станка 10), создали в изоляции провода k=2 дефекта. Счетчик 13 протяженности технологических дефектов количества дефектов зарегистрировал величину 240 импульсов скорости и определенная этим счетчиком суммарная протяженность всех дефектов оказалась равной L=0,025×240=6 мм.

Устройство -прототип смог бы зарегистрировать только 2 входных дефекта с протяженностью 6 мм, а дефекты вносимые элементами оборудования указанным способом зарегистрировать невозможно.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый измеритель позволяет регистрировать не только входные дефекты и их протяженность, но и дефекты, и их протяженность, вносимые в изоляцию обмоточного провода элементами намоточного оборудования. Иными словами заявляемое устройство позволяет осуществлять селективный контроль входных и технологических дефектов, чего невозможно было выполнить устройством-прототипом.

Используемые источники

1. ГОСТ Р МЭК 60851-5-2008. Провода обмоточные. Методы испытаний. Часть 5. Электрические свойства.

2. Авторское свидетельство СССР №1786414, кл. G01N27/00, Опубл. 07.01.93. Бюл.№1.

3. Патент РФ№2726729 (по заявке №2020107824 от 21.02.20). Устройство для контроля дефектности изоляции провода// Смирнов Г.В. Опубл.15.07.2020. Бюл. №20 (Прототип).

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов в процессе изготовления из них обмоток электротехнических изделий. Новым является то, что в измеритель дефектности изоляции обмоточных проводов, содержащий датчик-электрод, счетчик количества входных дефектов, счетчик протяженности входных дефектов, датчик скорости, формирователь импульсов скорости и умножитель частоты, при этом датчик скорости подключен к входу формирователя импульсов скорости, выход которого подключен к входу умножителя частоты, дополнительно введены источник стабилизированного тока, резистор, формирователь импульсов входных дефектов, формирователь импульсов технологических дефектов, счетчик количества технологических дефектов, счетчик протяженности технологических дефектов, счетчик длины проконтролированного провода, компьютер с нейронной сетью и маршрутизатор, при этом выход источника стабилизированного тока подключен к одному концу катушки обмоточного провода и к входу в компьютер с нейронной сетью, выход умножителя частоты подключен к входу счетчика длины проконтролированного провода, к входу счетчика протяженности входных дефектов, к входу в компьютер с нейронной сетью и ко входу счетчика протяженности технологических дефектов, выход нейронной сети подключен к входу маршрутизатора, выход которого соединен с входами формирователей импульсов входных дефектов и импульсов технологических дефектов, выход формирователя импульсов входных дефектов подключен к входам счетчиков количества входных дефектов и протяженности входных дефектов, выход формирователя импульсов технологических дефектов подключен к входам счетчиков количества и протяженности технологических дефектов, выход электрода-датчика подсоединен ко входу компьютера с нейронной сетью. По сравнению с прототипом заявляемое устройство позволяет регистрировать не только входные дефекты и их протяженность, но дефекты и их протяженность, вносимые в изоляцию обмоточного провода элементами намоточного оборудования, что существенно повышает информативность контроля. Иными словами, заявляемый измеритель позволяет осуществлять селективный контроль входных и технологических дефектов, что невозможно было выполнить устройством-прототипом. 3 ил.

Измеритель дефектности изоляции обмоточных проводов, содержащий датчик-электрод, счетчик количества входных дефектов, счетчик протяженности входных дефектов, датчик скорости, формирователь импульсов скорости и умножитель частоты, при этом датчик скорости подключен к входу формирователя импульсов скорости, выход которого подключен к входу умножителя частоты, отличающийся тем, что в него дополнительно введены источник стабилизированного тока, резистор, формирователь импульсов входных дефектов, формирователь импульсов технологических дефектов, счетчик количества технологических дефектов, счетчик протяженности технологических дефектов, счетчик длины проконтролированного провода, компьютер с нейронной сетью и маршрутизатор, при этом выход источника стабилизированного тока подключен к одному концу катушки обмоточного провода и к входу в компьютер с нейронной сетью, выход умножителя частоты подключен к входу счетчика длины проконтролированного провода, к входу счетчика протяженности входных дефектов, к входу в компьютер с нейронной сетью и ко входу счетчика протяженности технологических дефектов, выход нейронной сети подключен к входу маршрутизатора, выход которого соединен с входами формирователей импульсов входных дефектов и импульсов технологических дефектов, выход формирователя импульсов входных дефектов подключен к входам счетчиков количества входных дефектов и протяженности входных дефектов, выход формирователя импульсов технологических дефектов подключен к входам счетчиков количества и протяженности технологических дефектов, выход электрода-датчика подсоединен ко входу компьютера с нейронной сетью.