Устройство для диагностирования обмоток электрических машин Советский патент 1984 года по МПК G01R31/06 

2. Устройс-тво по п.1, отличающееся тем, что блок вычислений содержит первый и второГ .управляемые ключи, п блоков допуснового контроля и логический блок, причем первые входы первого и второго управляемых ключей соединены с третьим входом блока вычислений, вторые входы указанных ключей соединены соответственно с первым и

вторым входами блока вычислений, выход первого управляемого ключа соединен с первыми входами п блоков допускового контроля, выход второго управляемого ключа соединен с вторыми входами п блоков допускового конт роля, выходы которых соединены с соответствующими входами логического блока, выход которого соединен с выходом блока вычислений.

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к неразрушающим методам контроля обмотки электрических машин в процессе их изготовления и эксплуатации.

Известно устройство для контроля обмоток электрических машин, содержащее конденсатор, образующий резонансный контур с диагностируемой обмоткой С1 .

Недостатком данного устройства является его малая чувствительность к степени износа изоляции обмоток, T.ei некоторого промежуточного состояния износа обмоток.

Известно та4сже устройство для проверки изоляции проводов с помощью импульсов высокого напряжения, содержащего конденсатор, повышающий трансформатор, дискриминирующую схему и электрод С23 .

Недостатками данного устройства являются: невозможность проверки степени износа изоляции электрических машин, находящихся в эксплуатации; необходимость использования импульсов испытательного напряжения повышенной амплитуды из-за малых участков контролируемого провода (кабеля Повышение амплитуды испытательного напряхееиия может при повреждении изоляции привести к коронным разрядам, что разрушает изоляцию; ограниченные функциональные возможности устройства из-за невозможности диагностирования дефектов обмотки, вызвавших изменением индуктивности (например, при деформации витков J; низкая чувствительность к определению дефектов типа старение изоляции (изменение тангенса угла потерь изоляции и т.п. ) из-за того, что в искусственно созданном колебательном контуре доля емкостной составляющей участка электрод-провод по сравнению с емкостной и индуктивной составляющими эталонной вторичной обмоткам трансформатора мала.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для диагностирования обмоток электрических машин, содержащее генератор зондируклцих сигналов, подключенный к одной из обмоток электрической машины, которая индуктивно связана с диагностируемой обмоткой. Указанная обмотка через последовательно соединенные формирователь, усилитель и детектор подключена к первому входу блока сравнения, к второму входу которого подключен выход генератора зондирующих сигналов. К выходу блока сравнения подключен блок индикации 3

Данное устройство позволяет определять обрыв и наличие короткозамкнутых витков в обмотке, пробой изоляции на корпусе электрической маши ны, соответствие выводов обмотки клеммным зажимам.

Недостатком устройства является то, что оно не позволяет определять степень износа обмоток.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения степени износа обмоток.

Эта цель достигается тем, что в устройство для диагностирования обмоток электрических машин, содержащее генератор зондирующих сигналов, выход которого соединен с зажимом для подключения одного из выводов диагностируемой обмотки, блок индикации, формирователь, вход которого соединен с зажимом для подключения одного из выводов диагностируемой обмотки, а выход через последовательно соединенные усилитель, первый пиковый детектор - с одним из входов блока сравнения, введены второй и третий пиковые детекторы, интегратор блок опорного напряжения, блок вычислений, а усилитель выполнен с регулируемым коэффициентом усиления, причем выход блока опорного напряжения соединен с одним из входов блока сравнения, первый выход которого соединен соответственно с соот ветствующими входами генератора зон дирующих сигналов, усилителя, перво го, второго и третьего пиковых детекторов и интегратора, выход которого через третий пиковый детектор соединен с первым входом блока вычислений, а вход - с выходе усилителя и с одним из входов второго пикового детектора, выход которого соединен с вторым входом блока вычислений, выход которого соединен с блоком индикации, а третий вход с вторым выходом блока сравнения. Кроме того, блок вычислений содержит первый и второй управляемые ключи, п блоков допускового контроля и логический блок, причем первые входы первого и второго управляемых ключей соединены с третьим входом блока вычислений, вторые входы указанных ключей соединены соответстве но с первым и вторым входами блока вычислений, входы первого управлявмого ключа соединены с первыми входами ц блоков допускового контроля, выход второго управляемого ключа соединен с вторыми входами п блоков допускового контроля, выходы которых соединены с соответствующими входами логического блока, выход которого соединен с выходом блока вычислений. На фиг. 1 представлена структурная схема устройсава на фиг. 2 структурная схема блока вычислений устройства; на фиг. 3 - структурная схема логического блока блока вычис лений; на фиг. 4 - структурная схем блока допускового контроля; на фиг. структурная схема блока сравнения; на фиг. 6 - три области значений параметров X и у, соответствующих определенным значениям пробивного напряжения и соответственно определенной степени износа; на фиг. 7 две Области значений параметров 71 и у , соответствующих определенным значениям пробивного напряжения; на фиг. 8 - две плоскости в координата X и j , причем одна из них аппрокс мирована соответствующей системой неравенств. Устройство содержит генератор зо дирующих сигналов 1, формирователь усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления, первый 4, второй и третий б пиковые детекторы, блок сравнения, интегратор 8, блок 9 опо ного напряжения, блок 10 вычислений блок 11 индикации, диагностируемую обмотку 12. Выход генератора 1 зондирующих сигналов соединен с зажимом для под ключения одного из выводов диагностируемой обмотки -12. Вход формирователя 2 соединен с зажимом для подключения другого вывода диагностируемой обмотки, а выход через последовательно соединенные усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления, первый пиковый детектор 4 - с одним из входов блока 7 сравнения. Выход блока 9 опорного напряжения соединен с одним из выходов блока 7 сравнения, первый выход которого соединен соответственно с соответствующими входами генератора 1 зондирующих сигналов, усилителя 3 пиковых детекторов 4-6 и интегратора 8. Выход интегратора 8 через пиковый детектор 6 соединен с первым входом блока 10 вычислений, а эход соединен с выходом усилителя 3 и с одним из входов второго пикового детектора 5, выход которого соединен с вторым входом блока 10 вычислений. Выход блока 10 соединен с блоком 11 индикации, а третий вход с вторым выходом блока 7 сравнения. Пиковые детекторы 4-6 предназначены для выделения и запоминания экстремальных значений поступающих на их входы сигналов. Пиковые детекторы 4 и 5 содержат фазоразличители, например диоды, которые позволяют запоминать в пиковом детекторе 4 только экстремальные значения положительных сигналов,, подаваемых на его вход, а в пиковом детекторе 5 экстремальные значения отрицательных сигналов. Генератор 1 зондирующих сигналов предназначен для подачи специальных тестовых сигналов на вход диагностируемой обмотки электрической машины. В качестве тестовых сигналов могут быть использованы, например, прямоугольные импульсы напряжения между одним из выводов обмотки электричес кой машины и ее корпусом. Формирователь 2 предназначен для выделения периодической составляющей затухающих колебаний разности потенциалов между одним из выводов диагностируемой обмотки и корпусом электрической машины. Блок 10 вычислений (фиг. 2) содержит первый 13 и второй 14 управляющие ключи, п блоков 15 допускового контроля и логический блок 16. При этом первые входы ключей 13 и 14 соединены с третьим входом блока 10 вычислений, а вторые входы указанных ключей соединены соответственно с первым и вторым входами блока 10 вычислений. Выход первого ключа 13 соединен с первыми входами п блоков 15 допускового контроля, выход второго ключа 14 соединен с вторыми входами п блоков 15 допускового контроля, выходы которых соединены с соответствующими входами логического блока 16. Выход блока 16 соединен с выходом блока 10 вычислений. При наличии в блоке 10 двух блоков 15 допускового контроля блок 10 (фиг. 3) содержит первый 17, второй 18, третий 19 элементы И, а также первый 20 и второй 21 элементы НЕ. При этом выход первого блока допускового контроля 15 подключен к первому входу первого элемента 17 И и через первый элемент 20 НЕ - к первым входам элементов И 18 и 19. Выход второго блока 15 допусково го контроля подключен к вторым входам элементов И 17 и 18 и через вто рой элемент НЕ 21 - к второму входу элемента И 19. Блок 15 допускового контроля бло ка 10 вычислений содержит квадратор 22, элемент И 23 и четыре сумматора 24 на операционных усилителях ( фиг. 4 ) . Блок.7 сравнения (фиг. 51 содержит операционный усилитель 25, рабо тающий в режиме вычитания и нульорган 26. При этом к инверсному входу усилителя 25 подключен выход блока 9 опорного напряжения, а к прямому - выход пикового детектора Выход усилителя 25 подключен к входу нуль-органа 26, выход которого совместно с выходом усилителя 25 яв ляется выходами блока 7 сравнения. Устройство работает следующим образом. На обмотку 12 генератора 1 подается зондирующий тест-сигнал. Если обмотка 12 оборвана, то на выходе формирователя 2 выходной сигнал будет отсутствовать. Так как на обоих входах блока 7 сравнения сигналы не будут равны, то на выходе блока 7 появится сигнал, который увеличит коэффициент усиления усилителя 3, смещая рабочую точку, например, транзистора. Одновременно сигнгш с выхода блока 7 поступит на вход ген ратора 1, который вновь подает тестовый сигнал на обмотку 12 и т.д. В результате чего процесс будет пов торятьх;я и блок 11 индикации зафиксирует обрыв в обмотке 12. Для определения степени износа на обмотку 12 подают тестовый сигнал, например разность потенциалов между обмоткой 12 и корпусом мамины Формирователь 2 выделяет периодичес кую составляющую fit)возникающих при этом затухающих колебаний. Усилител 3 умножает U(tl на величину 1 . При этом выходной сигнал усилителя 3 подается на соответствующие входы детекторов 4,5 и интеграторов 8. При этом пиковый детектор 4 запо минает экстремальное значение А) первой полуволны затухгиощих колебанийkU{tl , пиковыйдетектор 5 запоминает экстремальные значения А 2 второй полуволны затухающих колебаний kU(t) , интегратор 8 производит интегрирование сигнала kU(i/ в интервале времени О- Т , равном длительности первого периода затухающих колебаний сигнала 1rU{t|-j(t) 11 U(t)dt Пиковый детектор 6 запоминает экстре мальноезначение А- сигнала j(tl . Зная величины А , h , можно определить величину декремента относительного затухания Х . Для оценки величины X по известным А и Ag требуется блок деления. Для исключения блока деления выходной сигнал пикового детектора А сравнивается в блоке 7 сравнения с величиной опорного напряжения , подаваемого на второй вход блока 7 сравнения с выхода блока 9 опорного налряжения. Напряжение Upi принято за единицу. При этом сигнал и подается на инверсный вход усилителя 25 блока 7 сравнения, а сигнал А детектора 4 - на прямой вход усилителя 25. Выходной сигнал усилителя 25 ot (А - Lon) подается на вход нуль-органа 26 и на входы пиковых детекторов 4-6, интегратора 8, усилителя 3 и на вход генератора 1 зондирующих сигналов. Если 1оС(п ГД п - порог срабатывания нуль-органа 26, то сигнал с выхода усилителя 25 стирает ранее запомненные величины в пиковых детекторах 4-6 и в интеграторе 8. Сигнал с выхода операционного усилителя 25 подается в усилитель 3 и регулирует в нем положение рабочей точки на характеристике. По данному сигналу усилитель 3 изменяет ве7|ичк ну tc . Затем генератор 1 зондирующих сигналов при поступлении на его вход сигнала с первого выхода блока 7 сравнения вновь подает тестовый сигнал на вход контролируемой обмотки 12 электрической машины.Затем процесс диагности- рования повторяется аналогично описалному.Процесс заканчивается,когда вели - чана ( станет не больше величины ёп При |d/i Е-п появится сигнал на выходе нуль-органа 26 блока 7 сравнения, который подается на третий вход блока 10 вычислений, на первый и второй входы которого поступают сигна лыС выходов пиковых детекторов 5,6 ,рав ные соответственно значениям х и )( . При подаче сигнала с нуль-opfaHa 26 блока 7 сравнения в блоке 10 вычислений открываются ключи 13 и 14. Тогда сигналы с выходов пиковых детекторов 5 и 6 через открытые ключи 13 и 14 подаются на входы соответствующих блоков 15 допускового контроля, которые работают следующим образом.

Предположим, что величина износа контролируемых обмоток разбита на две степени, соответствуницие двум значениям пробивногр напряжения np-i, %2 ( Этим двум значениям пробивного Напряжения fnpi и„р2 на плоскости параметров Х,т соотиетствуют две области значений G и G ( (фиг. 7К При этом под областью 6 понимается множество значений величин X.,f , при которых величина пробивного напряжения не менее заданной Unp . Эти области С можно определять, например, методом статистических испытаний следующим образом. В камеру испытаний погружают N контролируемых обмоток и Р скруток. Затем обмотки и скрутки подвергают определенным воздействиям температуре, влажности, вибрации и т.д.). При определенном уровне воздействия у обмоток измеряют значения . и у , а для части скруто определяют , пробивая их. Пробитые скрутки исключают из дальнейшего исследования. На плоскости параметров TiiTf наносят точки, соответствукнцие измеренным значениям X,y,Uf|p Затем оставшиеся скрутки и обмотки подвергают новому воздействию, и цикл определения новых значений г,jiUnp повторяют. После окончания процесса испытаний плоскость параметров %, f , которым соответствует

определенное значение пробивного напряжения и соответственно определенная степень износа обмоток. Если имеется две области, то блок 10 вычислений содержит один

блок 15 допускового контроля, контролирующего нахождение парамв | в i у в области Сгнили Q ( Ь и не содержит логического блока 16. Так как область ( может иметь сложную геометрическую форму, то ее границу аппроксимируют. Предположим, что область 6 можно аппроксимировать следующей системой невавенств

.

(1| (

X y-ЗiO

Для определения соответствия выводов обмоток клеммным зажимг1М сигналь с генератора 1 поочередно подают между каждой из фазных обмоток электрической машины, например трехфазного двигателя, и корпусом. Если выходные сигнёшы со всех обмоток примерно одинаковы, то это говорит о соответствии выводов обмоток клеммным зажимам.Если сигналы отличгиотся друг от друга, тов кайой-лйбЬ рбмотке имеет место дефект, в частности несоответствие подключения выводов обмотки клеммным зажимам

Данное устройство позволяет наряду с такими дефектами, как обрыв и т.д., определять степень изнсхза зoляции обмоток электрических маД1ИН, что позволяет уменьшить и затраты на рёмЭнт, об.6сн5ва ть сроки проведения профилактических работ, повысить эксплуатационную надежность :Электрических машин.

Фиг.4

j( .

Gry((lnp3)

U

фиг.З

Фи&б

tC&f

MW

a

,)