Устройство для контроля обмотки Советский патент 1987 года по МПК G01R31/34 

11

Изобретение .относится к электротехнике и может быть использовано для выявления дефектов в обмотках :электрических машин при их изготов- :лении или ремонте.

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства.

На фиг.1 приведена приндипиаль- ная схема предлагаемого устройства; на фиг.2-6 - временные диаграммы напряжений на различных элементах устройства и эпюра соответствующей переключающей функдии.

Устройство (фиг.1) содержит Ш-об- разный магнитопровод 1, на среднем стержне которого расположена индикаторная обмотка 2 с измерительным прибором 3 на ее зажимах, а на крайних стержнях располагается состоящая из двух последовательно соединен ныд частей 4 и 5 индукторная обмотка, которая присоединена к выходным зажимам 6 и 7 модулятора 8, состоящего из трансформатора 9 с обмотками 10 и 11, присоединенными входными зажимами 12 и 13 к источнику 14 синусоидального напряжения. Обмотка 11 трансформатора 9 включена параллельно полностью управляемому полупроводниковому ключу 15, между тем как с помощью другого полностью управляемого полупроводниквого ключа 16 обмотку 10 трансформатора 9 можно непосредственно подключить к источнику 14 синусоидального напряжения. Ш-об- разный магнитопровод 1 предлагаемого устройства наложен на магнитную систему 17 ротора (или статора) с контролируемой обмоткой в его пазах 18 с таким расчетом, что расстояние между средним и одним из крайних стержней Ш-образного магнитопровода 1 соответствует одному зубцовому делению магнитной системы 17 ротора (или статора) с контролируемой обмоткой в его пазах, а расстояние между крайними стержня ш магнитопровода 1 - двойному зубцовому делению магнитной системы 17.

Управляемые полупроводниковые ключи 15 и 16 переменного тока (фиг.1) можно реализовать, например, в виде диодных мостов, зашунтированных каждый цепочкой из индуктивности и тиристора, при этом одноименные электроды этих тиристоров соединены между собой коммутирующими конденсаторами, вследствие чего отпирания ра10

15

20

25

94622

нее запертого тиристора на стороне постоянного тока своего диодного моста приводит одновременно к запираггию ранее открытого тиристора на стороне

}

ПОСТОЯННОГО тока другого диодного моста. Иными словами при такой реализации полностью управляемых ключей 15 и 16 переменного тока в предлагаемом устройстве имеет место их поочередное отпирание и запирание.

Кривая синусоидального напряжения источника 14 энергии представлена на фиг.2. Эпюра переключения ключей 15 и 16 (фиг.З) соответствует одному варианту выбора частоты переключения этих ключей. Напряжение на последовательно соединенных частях 4 и 5 (фиг.4) индукторной обмотки предлагаемого устройства получают умножением синусоиды (фиг.2) на эпюру переключения (фиг.З). Эпюра переключающей функции (фиг.З) соответствует другому выбранному значению периода цикла коммутации .ключей 15 и 16, положительной полуволне которой соответствует открытое состояние одного из этих 1слючей, а отрицательной полуволне - другого; соответственно эпюре переключения (фиг.З) представлена кривая синусоидального напряжения на индукторной обмотке (фиг.6) предлагаемого устройства. Из кривых фиг.4 или 6 видно, что частота основной составляющей выходного несинусоидального напряжения модулятора 8 выражается разностью частот сети и циклов переключения ключей 13 и . 16; амплитуда этой основной состав40 ляющей выходного напряжения модулятора в 2/11 раз отличается от амплитуды выходного синусоидального напряжения модулятора. Анализ этих не- ,синусоидальных кривых фиг,4 и 6 показывает также, что такую же амплитуду имеет составляющая частотой в виде суммы частот сети и циклов коммутации.

Таким образом, предлагаемое устройство отличается от известного наличием дополнительно введенного мо- дулятора 8, задачей которого является получение на индукторной обмотке вместо синусоидального напряжения

с кназипериодического несинусоидального напряжения, характеризующегося н;1личием периодически повторяющихся скачков этого напряжения с почти прямоугольным фронтом, это обуслав30

35

45

50

ливает появление аналогичных периодически повторяющихся скачков напряжения на заложенных в пазы машины секциях контролируемой ее обмотки.

Модулятор 8 выполняет преобразования синусоидального напряжения источника 14 в несинусоидальное напряжение с периодически повторяющимися разнополярными импульсаг ш, о форме которого можно судить по кривым фиг, 2-6.

При замыкании ключа 15 происходит закорачивание обмотки 11 трансформатора 9, который в последующий интервал времени работает в режиме короткого замыкания. Если пренебречь активным сопротивлением и индуктивностью рассеяния трансформатора 9, в этот интервал времени можно считать равным нулю падение напряжения на обмотке 10 и потому напряжение на выходных зажимах 6 и 7 модулятора 8 оказывается практически совпадающим с его входным напряжением. При последующем размыкании и замыкании ключа I 5 и замыкании ключа 16 обмотка

11трансформатора 9 оказывается непосредственно подключеной к источнику 14 синусоидального напряжения, а наводимое в обмотке 11 напряжение трансформируется в обмотку 10 этого трансформатора, в этот интервал времени напряжение на выходных зажимах

12и 13 модулятора 8 равно напряжению на обмотке 10. Из разметки зажимов обмоток 10 и 11, трансформатора 9 следует, что начальная фаза напряжения на выходных зажимах I2 и 13 в этот интервал изменится на сто восемьдесят градусов по сравнению с начальной фазой этого напряжения в предыдущий интервал времени. Если числа витков обмоток 10 и И выбрать одинаковыми, амплитуды кусков синусоиды напряжения на выходных зажимах модулятора сохраняются неизменными в соответствии с кривыми (фиг.2). Далее .происходит размыкание ключа 16, замыкание ключа 15 и электромагнитные процессы повторяются.

Выходное напряжение модулятора 8 можно представить как результат умножения синусоидального напряжения (фиг.2) на эпюру коммутационной функ- ции (фиг.З) и получать кривую (фиг.4), либо умножения синусоиды (фиг.2) на коммутационную функцию

39462

(фиг. 5) и получить кривую ВЫХОДНО1 О

напряжения (фиг.6).

Получаемое таким образом несинусоидальное почти периодическое напряжение разнополярными повторяющимися импульсами подается на индукторную обмотку, подразделенную на две последовательно включенные части 4

10 и 5 с равнь1ми числами витков и расположенные на крайних стержнях маг- нитопровода 1 устройства. На среднем стержне магнитопрс)вода 1 распо- .лагается индикаторная обмотка 2,

15 которая не пронизывается потоком индукторной обмотки и потому поток этой обмотки не оказывает непосредственного влияния на индикаторную обмотку 2. Для усиления этого эффек20 та под средним стержнем магнитопро- вода 1 предусмотрен воздушный зазор, отделяющий этот стержень от стального пакета части машины (статора или ротора), в пазах которой размещены

25 проводники контролируемой обмотки.

Поток индукторной обмотки наводит ЭДС в проводниках части обмотки, размещенной в соседних двух пазах машины, охватываемых крайними стерж30 нями Ш-образного магнитопровода 1, устройства. Под воздействием высокочастотных составляющих ЭДС, повторяющей по форме напряжение на индукторной обмотке устройства с периодичес„ ки повторяющимися разнополярными импульсами в соответствии с кривыми (фиг.2-6), в проводниках этой пары пазов машины протекают токи как в - цепи с распределенными параметрами

4Q даже при отсутствии повреждения изо- . ляции этих проводников. Если в одном из этих двух пазов машины имеются проводники с поврежденной изоляцией, не образующие контур с метал 5 лическим коротким замыканием, под действием периодически повторяющихся разнополярных импульсов напряжения, наводимого в этих проводниках машины аналогичными импульсами нап50 ряжения индукторной обмотки устройства, протекают токи, отличакщиеся по величине или по фазе от токов в проводниках соседнего паза. Под д-ей- ствием этой разницы токов или намаг-

gg ничивающих сил в индикаторной обмотке 2 наводится напряжение, показываемое измерительным прибором 3.

Особенности выходного напряжения ь5одулятора 8 состоят: в периодичес5Г

ком синусоидальном характере всех его спектральных составляющих, т.е. в практически периодическом характере и всего несинусоидапьного напряжения, что позволяет передавать такое напряжение в секции испытуемой обмотки электрической машины трансформаторным путем с помощью индукторной обмотки устройства; в зависимости формы и спектрального состава этого напряжения от выбираемой частоты циклов поочередной коммутации его ключей 15 и 16 (фиг.2-6), что позволяет в каждом конкретном случае выбрать требуемую форму и спектральный состав напряжения, обеспечивающие наибольшую эффективность выявления дефектов в контролируемой обмотке; в изменяемости формы и продолжительности импульсов этого напряжения по мере изменения времени даже при фиксированном значении частоты циклов переключения ключей 15 и 16, что также способствует повышению эффективности выявления дефектов в секциях контролируемой обмотки мапшны.

Несинусоидальное, почти периодическое, напряжение, получаемое путем фазовой модуляции однофазного синусоидального напряжения источника можно представить произведением синусоидального напряжения источника на модулирующую функцию в виде прямоугольной синусоиды единичной амплитуды с периодом повторения, отличающимся от периода синусоидального напряжения источника. При этом основная составляющая разложения в ряд такой несинусоидальной кривой имеет частоту в виде разности частот питающего источника и циклов коммутации; частота равной ей по амплитуде другой составляющей этого напряжения выражается суммой частот источника и циклов коммутации. Далее следуют составляющие: с меньшей в три раза амплитудой, частоты которых выражаются суммой и, соответственно, разностью между частотой источника и утроенной частотой циклов переключения; с меньшей в пять раз амплитудой, частоты которых выражаются суммой и разностью меж,цу частотой источника и пятикратной частотой циклов переключения и т.д.

Таким образом, частота источника синусоидального напряжения выбрана достаточно большой: близкой к значе5

4626

нням, соответствующим необходимости представления схемы замещения контролируемой обмотки в виде цепи с распределенными параметрами; частота циклов переключения ключей устройства немного превышает частоту источника однофазного синусоидального напряжения; частота спектральной

Q составляю1дей, выражаемой суммой частоты источника и утроенной частоты циклов коммутации, обеспечивает достижение режима резонанса напряжений в контролируемой обмотке, каК

Ig в цепи с распределенными параметрами, и аналогично известному устройству обуспечивает переход неявно выраженного дефекта проверяемой обмотки в явный ее пробой, В условиях рассматQ риваемого модулированного напряжения информативная составляющая сигнала имеет во много раз меньшую частоту, выражаемую разностью между частотой однофазного источника синусоидально25 го напряжения и частотой модуляхдаи. Возможность регулирования частоты циклов коммутации получить очень низкую частоту информативной составляющей позволяет резко увеличить сигнал

30 на основной частоте по сравнению с сигналами помехи, даже если не учитывать применения Е предлагаемом устройстве дифференциального датчика на основе использования Ш образного электромаг нита.

Предлагаемое устройство позволяет расширить область применения известного устройства- на многовитковые обмотки машин, располагаемых в их пазах, сохранив относительную простоту

35

40

45

50

55

и повышенную чувствительность. Формула изобретения

Устройство для контроля обмотки в пазах электрической машины, содер- жац;ее Ш-образшш магнитопровод с индикаторной обмоткой на среднем стержне и индукторными последовательно соединенными обмотками на крайних стержнях, при этом ивдукторные обмотки подключен к источнику напряжения,. индикаторпая - к измерительному прибору, а магнитопровод предназначен для установки на магнитной системе проверяемой электрической машины, отличающееся тем, что, с цапью повышения чувствительности устройства, оно сь:абжено модулятором, содержащим однофазный трансформатор и два полностью управляемых полупроводниковых ключа переменного тока, при этом первичная обмотка трансформатора подключена одним входом к первой клемме источника переменного напряжения, а вторым - к индукторной обмотке, второй вывод которой подключен к вторичной обмотке трансформатора, подсоединенной дру1339462

гим выводом к второй клемме источника напряжения, параллельно вторичной обмотке трансформатора подключен первый полностью управляемый полупроводниковый ключ, а второй полностью управляемый полупроводниковый ключ подключен к второй клемме источника напряжения и выводу первичной обмот- IQ ки трансформатора, соединенного с индукторной обмоткой.

х.

Фиъ.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для контроля обмотки, и может быть использовано для выявления дефектов в обмотках электрических машин при их изготовлении или ремонте. Целью изобретения является повышение чувствительности устройства. Индукторная обмотка из двух частей 4, 5, устройства для контроля присоединена к выходным выводам модулятора 8, состоящего из трансформатора 9 с обмотками 10, 11, подсоединенными зажимами 12, 13 к источнику синусоидального напряжения 14. Модулятор 8 содержит полностью управляемые полупроводниковые ключи 15, 16 переменного тока, присоединенные каждый как к своему выходному выводу модулятора, так и к общему для них одному входному его выводу. Устройство может быть использовано для контроля многовитковых обмоток машин при повышенной чувствительности устройства. 6 ил. С/) со 00 CD 4 .

ч

Фи.6

X

/

Составитель В.Никаноров Редактор Н.Рогулич Техред Л.Олийнык Корректор А.Зимокосов

Заказ 4215/34 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4