Способ определения массы изоляционного вещества в пропитанных обмотках электротехнических изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01R31/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле технологических процессов пропитки обмоток электрических машин, дросселей, трансформаторов или диагностики их технического состояния.

Целью изобретения , .является повышение точности определения массы за счет использования зависимости экви,:валентной теплоемкости обмотки от массы пропитанного состава в ней.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

До пропитки эквивалентная теплоемкость обмотки определяется теплоемкостью провода обмотки. При пропитке происходит вытеснение воздуха из пор и капилляров обмотки, заполнение их пропиточным составом, в результате чего эквивалентная теплоемкость ее возрастает.

Эквивалентная теплоемкость обмотки C,g может быть определена по формуле

экб лт где Q - энергия, вошедшая на разогрев обмотки; йТ - изменение температуры обмотки в результате ее разогрева энергией Q,, Эквивалентную теплоемкость обмот ки МОЖНО также представить в виде произведения масс компонентов обмотки на их удельные теплоемкости. До пропитки теплоемкость обмотки определяется массой проЗода и равна q C.m5 где С, - эквивалентная теплоемкость непропитанной обмотки; удельная теплоемкость мате риала провода обмотки; масса провода обмотки. После пропитки обмотки эквивалент ная теплоемкость изменится и станет равной -жап жад 5 О) где С}к г,- эквивалентная теплоемкость пропитанной обмотки; С,, - удельная теплоемкость проп точного состава; m-j - масса пропиточного состава

Зная эквивалентные теплоемкости обмотки до ,и после пропитки, а также удельную теплоемкость пропиточного состава, из выражения (3) можно определить массу пропиточного состава

SiiBJL.Z-Ss.MiJi(4)

тЭквивалентную теплоемкость обмотки можно определить согласно выражению (1) путем подвода к ней греющей энергии и измерения приращения температуры обмотки. Пусть в непропитанную обмотку подводится греющая энергия Q и обмотка изменяет свою температуру на величину Т, а в .пропитанную обмотку подводится энергия Q и температура обмотки изменяется на величину ATj . Тогда согласно выражению (1) эквивалентные теплоемкости непропитанной и пропитанной обмоток будут равны

..2i

(5)

.ij

Д1,

.9i

(6)

ДТо

Подставляя эти выражения в выраже (3), получим L Г9г 2г-1 f L лТ аХ - г С, Л1 Греющую энергию к контролирующим обмоткам можно подводить различными способами, например, путем пропускания электрического тока через конт- ролируемую обмотку в течение йекото-. рого определенного времени t . Однако под действием протекающего тока будет изменяться во времени температура обмотки, вследствие этого будет изменяться сопротивление обмотки, что влечет за собой изменение во времени протекающего тока и напряжения на обмотке. Для регистрации энергии вошедшей на разогрев обмотки, необходимо непрерывно контролировать ток, напряжение .и время, а затем соответствующим образом обрабатывать полученные результаты, что усложняет контроль и снижает точность. Наиболее просто осуществлять контроль, если для разогрева обмотки использовать постоянный стабилизированный ток Э„ , Обозначим через напряжение на пропитанной обмотке в момент включения тока Зо на обмотку, а через U. напряжение на пропитанной обмотке по истечении времени t протекания тока через обмотку. Пусть контроль пропитки происходит-при комнатной температуре Т 20°С. Тогда сопротивление обмртки в момент подвода к ней стабилизированного тока равно 2о ли комнатная температура равна Т и . отличается от Т 20°С, то сопро- тивление 20 (T(.) . Поскольку измеряется величина на обмотке U, в момент t О включения в нее тока TO , а величина тока 1 стабильна и известна, то величина Rjo может быть выражена по закону Ома как R Н., 20 I. Кроме того Rjo V где Р - удельно.е сопротивление провода;Спр длина провода в обмотке; S - сечение провода обмотки. Умножив числитель и знаменатель выражения (9) на плотность меди cL и длину провода пр , получим -iiiD de - л L лр d R р ij2L2 to Зго Р .с;л Р to 20 fnp Sd Из выражения (10) следует, что .o-f-- (11)

Подставив в выражение (1) выражение (8), получаем

гио di

m , - р iu -ii±ii i и,.

Поскольку удельная теплоемкость провода известна и равна Cj., то умножив левую и правую части выражения (12) на С, , получим 1

- г m - Г IcP- Iotaa

(13)

- Iv Ш j, - Vj/i .

5К8.9

и.

in

Таким образом, необходимость измерений непропитанной обмотки отпадает. Разброс С,от одной обмотки к другой однозначно связан с величиной и . Значение С „ можно найти., пользуясь выражением (13), по первому измерению напряжения в пропитанной обмотке в момент подвода к ней тока 5 , По истечении времени pg3or27073р о 5 л 10 ( 20 об .0 2 со и . в ш 35

Таким образом, зная длину провода

обмотки подведя к обмотке стабилизированный ток Зо В течение t и

(12) сделав два измерения напряжения на обмотке;в момент подвода тока Зо и по истечении времени t , по выражениш (20) определяют массу пропиточного состава в обмотке. Однако в течение времени t . подвода энергии в обмотку часть подведенной энергии диссипирует в корпус железа обмотки

и окружающую среду. Это может привести к погрешностям в измерении массы пропиточного состава по выражению С20), так как эквивалентная теплоемкость обмотки будет завьппена Сна разогрёв обмотки тратится только часть энергии Q). Для исключения -потерь тепла из обмотки в окружающую среду и пакет железа изделия необходимо 4 ва обмотки t током Jo сопротивление мотки станет равным о LI Т (1) Из выражения Cl ) можно опредеть приращение температуры лт 5jL-I Z-2o . -V Величина R. равна R. Подставив выражения С 8) и (16) в 5), получим игр .1о1о и 11x1 У1П (tj о((и,„/1о) Энергия, вошедшая на разогрев мотки, равна Io.lyiti.±..t 22 Теплоемкость пропитанной обмотки гласно выражению (6). с учетом (17) С18) равна С QI- °45iyi Li y tL)iJdii. t 6 ДТ 2( и ) Подставив выражения (13) и (19) (4), получим i r«io(yLrLi yzrilym t сЛ . 2(и,„- и,,) г Jkeiop-lul и - обеспечить тепловую изоляцию обмотки. Это можно достичь правильным вы бором времени разогрева обмотки t Известно, что если время подвода энергии к любому телу подчиняется неравенству t-«: 0,13t, то потери т ла из этого тела не превьшают 1%, Постоянная времени разогрева об ки Ъ определяется согласно выражению С1(о(к5оГ где С/ - эквивалентная теплоек костьобмотки; So- поверхность охлаждени;я об- и затора мотки; коэффициент теплоотдачи, В данном.способе необходимо одновременно контролировать три параметра: ток Зо , время t и напряжение ( в момент включения в обмотку тока,, а гt по истечении времени t Поэтому реализация способа с помощь .известных устройств достаточно сложн и приводит к погрешности измерения массы изоляционного состава, Устройство, реализующее способ, . позволяет значительно снизить погрешности массы изоляционного состава Устройство содержит источник 1 по тоянного напряжения, синхронизатор 2, стабилизатор 3 тока, блок 4 компенсации, блок 5 регистрации, Выход источника 1 постоянного напряж ния соединен с входом стабилизатора 3 тока и с входом синхронизатора 2, первый выход которого соединен с запускающим входом стабилизатора 3 тока. Выход стабилизатора 3 тока соединен с первым зажимом для подключения объекта измерения (обмотки) и с входом блока 4 компенсации, выход которого соединен с входом блока 5 регистрации; Запускающий вход блока 5 регистрации соединен с вторым выходом синхронизатора 2. Второй зажим для подключения объекта измере; ния (обмотки) соединен с обшлм выводом устройства. Синхронизатор 2 содержит генератор 6 эталонных импульсов, выход которого через ключевой элемен:т 7 соединен со счетным входом счетчика 8, каждый из выходов которого соединен с соответствующим входом дешифратоpa, аждый выход дешифратора 9 соединен с соответствующим неподвижным контактом многопозиционного переключателя 10, подвижный контакт которого, соединен с первым входом формирователя 1 непосредственно, через соответствующий конденсатор 12 - с входом сброса счетчика 8, через соответствующий конденсатор 13 с R-BXOдами первого 14 и второго 15 КЗтриггеров, З-вход первого RS-триггера 14 через соответствующий резистор 16 соединен с общей шиной и через однополюсный выключатель - с зажимом, являющимся входом синхронизатора 2, Выход первого RS-триггера 14 является первымвыходом синхрони2 и соединен через соответствующую CR-цепь. 17 с управляющим входом генератора 18 расширенных импульсов, выход которого через соответствующую CR-цепь 19 соединен с .S-входом второго RS-триггера 15, выход которого соединен с вторым входом формирователя 11 и с управляЮ1ДИМ входом-кслючевого элемента 7, R-входы счетчика 8, первого 14 и второго 15 RS-триггеров соединены соответственно через соответствуюпще резисторы 20 и 2 с общей шиной. Выход формирователя 1I является вторым выходом синхронизатора 2. Блок 4 ко мпенсации содержит сумматор, выполненный на операционном усилителе .22, перззый вход которого соединен через соотв-етствующий .зистор 23 с выходом источника 24 опорного напряжения и с одним из выводов соответствующего резистора 25, другой вывод которого является входом блока 4 компенсации..Второй вход операционного усилителя 22 через соответствующий резистор 26 соединен с общей шиной. Выход операционного усилителя 22 является выходом блока 4 компенсации. Устройство работает следуюш 1М Контролируемая обмотка подсоединяется к выходу стабилизатора 3 тока и входу блока 4 компенсации. При нажатии выключателя Пуск на Sвход RS-триггера 14 поступает сигнал от источника 1 питания (фиг,2,.. эпюра CL), На выходе . RS-триггера 14 появляется положительньш потенциал (фиг,2. эпюра «З), включающий стабилизатор 3 тока. Стабилизированный . протекающей через обмотку, paзогревает ее, вследствие чего напряжение на обмотке , изменяется в ответствии с эпюрой на фиг.2. Одповременно с этим напряжение с выхода RS-триггера 14 включает генератор 18, на выходе которого ноявляется импульс длительностью tj (фиг,2, эпюраЬ), равной длительности переходного процесса в обмотке. Указанный импульс исключает.ошибки в измер НИИ напряжения U ца обмотке в момен включения стабилизатора 3 тока. По истечении времениt задним фронтом импульса с генератора 18 расширенных импульсов запускается RS-триггер. 15 и на его входе появляется сигнал (фиг,2, эпюра z). По фронту этого сигнала срабатывает ключевой элемент 7, Ичерез него начинают проходить от генератора 6 импульсы эталонной частоты (фиг,2, эпюра Э), Эти импульсы поступают в счетчик 8 и через него - в дешифратор 9, Одновременно с этим по переднему фронту сигнала с RS-триггера 15 срабатывает формир ватель 11 (фиг,2, эпюра ж) и на запускающий вход блока 5 регистрации поступает соответствующий сигнал. По этому сигналу блок 5 регистрации включается на первое измерение. Напряжение Ll,j с обмотки поступает на вход блока 5 рехистрации через блок 4 компенсации, включающий сумматор на операционном усилителе 22 и источник 24 опорного напряжения с полярностью, противоположной полярности напряжения на обмотке. На выходе сумматора в начальный момент разогрева обмотки напряжение близко к нулю, а затем по мере разогрева обмотки изменяется в соответствии с эпюрой ,2, По истечении заданного ин тервапа времени t, которое определяется положением переключателя 10, на выходе дешифратора 9 формируется импульс запуска блока 5 регис рации для второго измерения напряжения После окончания второго из мерения формируется импульс -начальной установки, подготавливающий устройство для очередного измерения напряжения на обмотке. Затем по формуле (20) определяет ся масса изоляционного вещества в пропитанной обмотке,Изобретение повьшгает точность измерения по сравнению с электромагнитными весами и значительно упрощает способ измерения массы изолчционного вещества в пропитанных обмотках за счет того, что исключается необходимость проведения измерений непропитанной катушке. Масса изоционного вещества определяется при ом только путем операций измерения пропитанной обмотки. ормула изобретения 1, Способ определения массы изоляонного вещества в пропитанных обтках электротехнических изделий, тличающийся тем, что, целью повышения точности определея массы, через пропитанную обмотку опускают постоянный стабилизированй ток и одновременно измеряют пание напряжения на пропитанной обмот, повторно производят измерение пания напряжения на пропитанной обмотчерез заданный промежуток времени, определение массы изоляционного щества в пропитанной обмотке осуствляют по формуре 5 rJ IotCUln+.y viilbrL 2(и, -U,v, ) 5го1о с 1 Q InpT е t - заданный промежуток времени; удельная теплремкость пропиточного изоляционного вещества}удельная теплоемкость материала провода; удельное сопротивление материала провода обмотки . при 20°С; d - плотность материала провода обмотки; о( - температурный коэффициент ..сопротивления провода обмотки ; Епр - длина провода обмотки; TO - постоянный стабилизирован- НЫЙ ток; 1 - первоначальное падение наппервонач;ряжения на обмотке; и - падение напряжения на обмотке через заданный промежуток времени t, 2. Устройство для определения масизоляционного вещества в пропитанх обмотках электротехнических издей, содержащее источник постоянного пряжения и блок регистрации, отичающееся тем, что в устйство введены стабилизатор тока, нхронизатор, блок компенсации, ичем выход источника постоянного

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле технологических процессов пропитки обмоток электрических машин, дросселей, трансформа;торов или диагно9тики их технического состояния. Целью изобретения является повышение точности определения массы за счет использования зависимости эквивалентной теплоемкости обмотки от массы пропитанного состава в ней. Согласно данному способу через пропитанную обмотку пропускают постоянный стабилизированный ток и одновременно измеряют падение напряжения на пропитанной обмотке, затем повторно производят измерение Падения напряжения на пропитанной обмотке через заданный промежуток времени, а определение массы изоляционного вещества в пропитанной обО 9 мотке осуществляют по формуле. Реализация данного способа осуществля(П ется устройством за счет введенных с стабилизатора 3 тока, синхронизатора 2, блока 4 компенсации. Кроме того, устройство содержит источник 1 постоянного напряжения и блок 5 регистрации. 2 с., 2 з.п. ф-лы. 2 ил. ю 1 о О9