Способ контроля изоляции обмоток статоров трехфазных электрических двигателей и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01R31/06 

Изобретение относится к области испытания и контроля изоляции обмоток статоров электрических машин с глухим соединением концов фаз.

Известен способ контроля изоляции обмоток, включающий измерение тока, протекающего в обмотках статора и определение наличия короткозамкнутых витков по несимметрии потребляемого из сети тока.

Этот способ не позволяет обнаружить межфазные замыкания при испытаниях обмоток высоким импульсным напряжением.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ контроля изоляции обмоток, заключающийся в том, что на объект контроля подают одновременно два напряжения, первое из которых имеет повышенную по сравнению с рабочей частоту и пониженную по сравнению с рабочей амплитуду, причем первое из напряжений подают непрерывно, а второе кратковременно, осуществляют контроль тока в цепи второго напряжения.

Известное устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит два источника питания, подсоединенные каждый через заградительный фильтр напряжения част.оты другого источйика к клеммам для подключения объекта контроля, измерители тока.

Недостатком известного способа и устройства является невысокая достоверность контроля, так как они не позволяют определить межфазные замыкания при испытаниях обмоток статора высоким импульсным напряжением.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля.

Для достижения поставленной цели в способе контроля изоляции обмоток, заключающемся в том, что на объект контроля подают одновременно два напряжения, первое из которых имеет повышенную по сравнению с рабочей частоту и пониженную по сравнению с рабочей амплитуду, причем первое из напряжений подают непрерывно, а второе кратковременно, осуществляют контроль тока в цепи второго напряжения, контроль изоляции осуществляют в три эта- ла с испытанием комбинаций пар обмоток с фиксированным временем испытаний, на каждом из этапов подают повышенной частоты и пониженных уровней синусоидальные напряжения, противоположные по фазе и равные по амплитуде, на выводы двух обмоток статора при заземленном выводе третьей обмотки, измеряют напряжения, пропорциональные токам через испытуе- мые обмотки, затем подают испытательные импульсы высокого напряжения в противоположных фазах от второго источника напряжений на выводы тех же двух испытуемых обмоток до пробоя, измеряют напряжения, пропорциональные токам через эти обмотки, определяют реакции испытуемых

, обмоток, сравнивая для первой и второй : испытуемых обмоток эти напряжения до и после подачи испытательных импульсов, причем пробой межфазовой изоляции определяют в соответствии с дизъюнкцией пер0 вого, второго и третьего событий, а пробой межвитковой изоляции определяют в соответствии с дизъюнкцией четвертого и пятого событий, где

первое событие - на двух этапах испы5 таний из трех отсутствуют реакции испытуемых обмоток;

второе событие - на одном из трех этапов испытаний нет реакций испытуемых обмоток, а на двух других этапах реакции

0 испытуемых обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов не равны, как и реакции обмоток второй и первой;

третье событие - на трех этапах испыта5 ний имеются реакции испытуемых обмоток, а на двух этапах из них реакции испытуемых обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции обмоток второй и первой;

0 четвертое событие - на одном из трех этапов испытаний отсутствуют реакции первой и второй испытуемых обмоток, а на двух других этапах реакции обмоток первой и второй соответственно на первом и втором

5 из этих этапов равны, как и реакции обмоток второй и первой;

пятое событие - на всех этапах испытаний реакции первой и второй испытуемых обмоток соответственно на одном и другом

0 из этих этапов неравны, как и реакции обмоток второй и первой.

Указанная цель достигается также тем, что в устройство для контроля изоляции обмоток, содержащее два источника питания,

5 подсоединенные каждый через заградительный фильтр напряжения частоты другого источника к клеммам для подключения объекта контроля, измерители тока, дополнительно введены два заградительных

0 фильтра, два самопишущих милливольтметра, два компаратора с памятью, коммутатор, имеющий три входа, второй из которых заземлен, и три выхода, первый источник питания - генератор двух синусоидальных

5 напряжений противоположных по фазе и равных амплитуд с заземленной средней точкой, а второй источник - генератор двух высоких импульсных напряжений противоположных по фазе и равных амплитуд с заземленной средней точкой, каждый

измеритель тока содержит, измерительный блок, шунтированный на входе сопротивлением, причем первый выход первого источ- ника соединен со входом первого заградительного фильтра-напряжения частоты второго источника, первый выход второго источника соединен со входом второго заградительного фильтра-напряжения частоты первого источника, выходы первого и второго фильтров через сопротивление первого измерителя тока связаны с первым входом коммутатора, второй выход первого источника соединен со входом третьего заградительного фильтра-напряжения частоты второго источника, второй выход второго источника соединен со входом четвертого заградительного фильтра-напряжения частоты первого источника, выходы третьего и четвертого фильтров через сопротивление второго измерителя тока связаны с третьим входом коммутатора, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первой, второй и третьей клеммами для подключения объекта контроля, выходы измерительных блоков первого и второго измерителей тока соответственно соединены с первым и вторым самопишущим мил- ливольтметрами и первым и вторым компараторами, выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго источника питания.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, на фиг. 2-8 представлены наиболее характерные случаи пробоя изоляции обмоток; на фиг. 9 показано конструктивное выполнение, блока 17.

Устройство содержит генератор 1 с заземленной средней точкой, который вырабатывает две серии противоположных по фазе относительно средней точки высоковольтных импульсов с одинаковыми параметрами. Генератор 1 имеет входы 2 и 3 его автоматического отключения. Генератор 4 с заземленной средней точкой вырабатывает два синусоидальных напряжения повышенной частоты и пониженной амплитуды, противоположные по фазе относительно средней точки. Фильтры 5 и б предназначены для заграждения напряжений повышенной частоты, поступающих от генератора 4, которые проходят через фильтры 7 и 8 и не проходят к генератору 1, причем фильтры 7 и 8 предназначены для заграждения напряжений, поступающих от генератора 1, которые проходят через фильтры 5 и 6 и не проходят к генератору 4.

Равновеликие сопротивления 9 и 10 малой величины служат для выделения про- порционзльньтх протекаемым через них

токам напряжений, причем напряжение с сопротивления 9 подается на первый измерительный преобразователь напряжения - измерительный блок 11 первого измерителя 5 тока, а напряжение с сопротивления 10 подается на второй измерительный преобразователь напряжения - измерительный блок 12 второго измерителя тока. Блоки 11 и 12 подключены соответственно к первому

0 и второму самопишущим милливольтмет-. рам 13 и 14 и первому и второму компараторам 15 и 16с памятью. Аналоговые выходы компараторов 15 и 16 соответственно подключены к входам 2 и 3 генератора 1 для его

5 автоматического отключения при пробое изоляции обмотки (обмоток), Блоки 11 и 12 настроены на повышенную частоту сигналов, генерируемых генератором 4. Самопишущие милливольтметры 13 и 14

0 записывают изменения величин напряжений, снимаемых с выходов блоков 11 и 12, пропорциональных изменениям токов повышенной частоты, проходящих через коммутатор 17 в обмотках статора в процессе

5 испытаний.

Компараторы 15 и 16с памятью сравнивают значения напряжений, пропорциональных токам в соответственно контролируемых обмотках до пробоя изоля0 ции и после пробоя и вырабатывают сигналы на отключение генератора 1. соответственно поступающие на его входы 2 и 3. При отсутствии пробоя изоляции сигналы на выходах блоков 15 и 16 имеют нуле5 вой уровень. Через резисторы 9 и 10 напряжения от генераторов 1 и 4 подают на первый и третий входы коммутатора 17, второй вход которого заземлен. Выходы первый, второй и третий коммутатора 17

0 соответственно соединены с обмотками 18. 19 и 20 статора 21.

Первый измеритель тока 22 содержит измерительный блок 11, шунтированный на входе сопротивлением 9, а второй измери5 тель тока 23 содержит измерительный блок 12, шунтированный на входе сопротивлением 10..

Генератор 1 содержит реле времени (нз чертеже не показано), задающее время ис0 пытания обмоток, одинаковое на каждом этапе испытаний. Он подает на испытуемые обмотки статора высоковольтные импульсы с длительностью фронта несколько микросекунд. Генератор 4 подает на те же обмот5 ки пониженные синусоидальные напряжения повышенной частоты. Коммутатор 17 содержит три трехполюсных выключателя 24, 25, 26. Контроль изоля.Ции обмоток производят в три этапа следующим образом.

На первом этапе испытаний начала обмоток 18 и 20 статора 21 подключают соответственно к резисторам 9 и 10, а начало обмотки 19 заземляют посредством включения трехполюсного выключателя 24 коммутатора 17.

На втором этапе испытаний к резисторам 9 и 10 посредством включения трехполюсного выключателя 25 коммутатора 17 подключают соответственно начала обмоток 20 и 19, а начало обмотки 18 заземляют. На третьем этапе испытаний к резисторам 9 и 10 посредством включения трехполюсного выключателя 26 коммутатора 17 подключают с йетственно начала обмоток 19 и 18, а начс о обмотки 20 заземляют. Рассмотрим подробно процесс контроля изоляции обмоток на первом этапе испытаний.

Включают генератор 4. Напряжения повышенной частоты от генератора 4 соответственно через фильтры 7, 8 и резисторы 9., 10 начинают поступать Е обмотки 18 и 20 статора 21 через коммутатор 17.

.Самописцы 13 и 14 ведут запись величин напряжений, снимаемых соответственно с выходов блоков 11 и 12.

В компараторах 15 и 16 происходит запоминание этих величин напряжений.

Включают генератор 1 испытательных импульсов высокого напряжения. При этом через фильтры 5 и 6 и соответственно резисторы 9 и 10, через коммутатор 17 на начала обмоток 18 и 20 подаются волны напряжений разной полярности.

Время испытания т,исп. обмоток испытательными волнами напряжений задается реле времени генератора 1.

При пробое изоляции, прежде чем произойдет отсчет времени Тисп, изменятся токи через испытуемые обмотки 18 и 20, что будет зарегистрировано соответственно самописцами 13 и 14. Новые значения величин, снимаемых с блоков 11 и 12, будут сравнены со значениями, содержащимися в ячейках памяти соответственно компараторов 15 и 16, на выходе которых появятся сигналы, отключающие генератор 1.

Для обмоток статоров асинхронных электродвигателей с глухим соединением концов испытание обмоток волнами импульсных высоких напряжений противоположных фаз, выдаваемых генератором 1, является наиболее приемлемым при отсутствии стандартизованных методов и средств испытания межфазовой изоляции обмоток с тремя выводными концами. Мето- дология испытаний изложена в книге Испытания витковой изоляции электрических машин, Госэнергоиздат, 1959 г., с. 65.

Повышенная частота напряжения генератора 4 позволяет увеличить реакцию измерительной схемы на изменение индуктивного сопротивления обмотки (обмоток) с поврежден ной изоляцией (неметаллическое короткое замыкание в обмотке или между обмотками).

Аналогично проводят испытания на втором и третьем этапах.

Испытание межфазовой изоляции обмоток сопровождается одновременно испытанием межвитковой изоляции. Поэтому необходимо различать, какая изоляция оказалась пробитой вследствие испытания межфазовая или межвитковая.

Рассмотрим наиболее характерные случаи пробоев и реакции измерительных блоков 11 и 12 на них.

Случай 1. Межвитковое замыкание в одной из обмоток (фиг. 2).

На этапе 1 испытаний пусть в процессе испытаний обмоток 18 и 20 произошел пробой в обмотке 18. Появились реакции первой и второй испытуемых обмоток и,

следовательно, блоков 11 и 12, причем в большей степени - блока 11. На этапе 2 испытаний отсутствуют реакции блоков 11 и 12, т.к. обмотка 18 на этом этапе не испытывается. На этапе 3 испытаний вновь произошел пробой в обмотке 18. Появились реакции блоков 11 и 12, причем большая - блока 12. Межвитковое замыкание в одной из обмоток определяют по:

на одном из этапов испытаний отсутствуют реакции блоков 11 и 12;

на двух других этапах реакции блоков 11 и 12 имеются, причем большая на выходе блока, контролирующего ток пробитой обмотки.

Случай 2. Межвитковые замыкания в двух обмотках (фиг. 3).

На этапе 1 испытаний пусть пробила обмотка 18, а на этапе 2 испытаний пробила обмотка 19. Тогда на этапе 3 испытаний

будет повторный пробой обмоток 18 и 19. На всех трех этапах имеются реакции блоков 11 и 12.

Случай 3. Межвитковые замыкания в трех обмотках (фиг. 4).

На всех трех этапах имеются реакции блоков 11 и 12, как и в случае 2 межвитковых замыканий в двух обмотках.

Случай 4. Межфазное замыкание двух 5 обмоток (фиг. 5).

Пусть пробита межфазная изоляция обмоток 18 и 20. На этапе 1 испытаний имеют- ся реакции блоков 11 и 12. На этапах 2 и 3 испытаний реакции блоков 11 и 12 отсутствуют.

Случай 5. Межфазные замыкания пары обмоток на одном этапе испытаний и другой пары обмоток на другом этапе испытаний (фиг. 6).

На этапе 3 испытаний отсутствуют реакции блоков 11 и 12. В отличие от случая 1 (фиг. 2, этапы 1 и 3 испытаний) в этом случае реакции блоков 11 и 12 соответственно на этапах 1 и 2 испытаний неравны. Кроме того имеются неравные реакции блоков 12 и 11 соответственно на этапах 1 и 2 испытаний.

Случай 6. Межфазное замыкание двух обмоток и межвитковое замыкание в одной из этих обмоток (фиг. 7).

В этом случае на этапе 2 испытаний отсутствуют реакции блоков 11 и 12, также как и в случае 1 (фиг. 2), но реакции блоков 11 и 12 соответственно на этапах 1 и 3 испытаний не равны, как и реакции блоков 12 и 11 соответственно на этапах 1 и 3 испытаний.

Так как обмотки 20 и 19 ввиду отсутствия реакций блоков 11 и 12 на этапе 2 испытаний остаются нетронутыми, делают вывод о межфазном замыкании обмоток 18 и 20 (этап 1 испытаний) и межвитковом замыкании в обмотке. 18 (этап 3 испытаний) либо вероятном межфазном замыкании обмоток 18 и 20 (этап 1 испытаний) и обмоток 19 и 18 (этап 3 испытаний) с межвитковым замыканием в обмотке 18. Но при всех вариантах имеется пробой межфазной изоляции обмоток.

. Случай 7, Межфазное замыкание двух обмоток и межвитковое замыкание в третьей обмотке (фиг. 8).

В этом случае реакции блоков 11 и 12 соответственно на этапах 2 и 3 испытаний равны, как и блоков 12 и 11 соответственно на этапах 2 и 3 испытаний, что отличает этот рассматриваемый случай от случая 2 и от случая 3.

Пробой межфазовой изоляции определяют в соответствии с дизъюнкцией первого, второго и третьего событий, а пробой меж- витковой изоляции определяют в соответствии с дизъюнкцией четвертого и пятого событий, где

первое событие - на двух этапах испытаний из трех отсутствуют реакции измерительных блоков 11 и 12;

второе событие - на одном из трех этапов испытаний нет реакций измерительных блоков 11 и 12, а на двух других этапах реакции измерительных блоков 11 и 12 соответст5 венно на первом и втором из этих этапов не равны, как и реакции измерительных блоков 12-и 11;

третье событие - на всех трех этапах испытаний имеются реакции измеритель0 ных блоков 11 и 12, а на двух этапах из них реакции измерительных блоков 11 и 12 соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции измерительных блоков 12 и 11;

5 четвертое событие - на одном из трех этапов испытаний отсутствуют, реакции измерительных блоков 11 и 12, а на двух других этапах реакции измерительных блоков 11 и 12 соответственно на первом и втором

0 из этих этапов равны, как и реакции измерительных блоков 12 и 11;

пятое событие - на всех этапах испытаний реакции измерительных блоков 11 и 12 соответственно на одном и другом из этих

5 этапов неравны, как и реакции измерительных блоков 12 и 11.

Сравнения реакций блоков 11 и 12 при испытаниях обмоток и идентификацию испытуемых и пробитых обмоток осуществля0 ет оператор по записям самописцев 13 и 14. . Оператор сравнивает и анализирует реакции измерительных блоков 11 и 12 по записям на лентах самописцев за один полный цикл (состоящий из трех этапов) ис5 пытания двигателя. В результате анализа реакций делается вывод о конкретном событии, которое имеет место, и осуществляется отбраковка двигателя по признаку пробоя межфазной или межвитковой изоляции.

0.Предложенный способ контроля изоляции обмоток чувствителен к межвитковому замыканию двух соседних витков обмотки статора и межфазному замыканию двух витков обмоток статора вблизи точки глухого

5 соединения концов этих обмоток.

Техническим преимуществом предложенных способа и устройства является определение межфазных замыканий при испытаниях обмоток статора с глухим сое0 динением концов обмоток высоким импульсным напряжением.

Изобретение относится к области испытания и контроля изоляции обмоток статоров электрических машин с глухим соединением концов фаз. Устройство для реализации способа контроля изоляции обмоток содержит 2 генератора (1, 4), 4 фильтра (5, 6. 7, 8), 2 сопротивления (9, 10). 2 измерительных блока (11, 12), 2 самопишущих милливольтметра (13, 14), 2 компаратора с памятью (15, 16), 1 коммутатор (17), 3 трехполюсных выключателя. 1-5-9-11-13- 15-17. 1-6-10-12-14-10, 4-7-9-17, 4-8- 10-17. 8 ил.

Формула изобретения 1. Способ контроля изоляции обмоток статоров трехфазных электрических двигателей, заключающийся в том, что на обьект контроля подают одновременно два напряжения, первое из которых имеет повышенную по сравнению с рабочей частоту и пониженную по сравнению с рабочей амплитуду, причем первое из напряжений подают непрерывно, а второе кратковременно, осуществляют контроль тока в цепи второго напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности, контроль изоляции осуществляют в три этапа с испытанием комбинаций пар обмоток с фиксированным временем испытаний, на каждом из этапов подают повышенной частоты и пониженных уровней синусоидальные напряжения, противоположные по фазе и равные по амплитуде, на выводы двух обмоток статора при заземленном выводе третьей обмотки, измеряют напряжения, пропорциональные токам через испытуемые обмотки, затем подают испытательные импульсы высокого напряжения в противоположных фазах от второго источника напряжений на выводы тех же двух испытуемых обмоток до пробоя, измеряют напряжения, пропорциональные токам через эти обмотки, определяют реакции испытуемых обмоток, сравнивая для первой и второй испытуемых обмоток эти напряжения до и после подачи испытатель.- ных импульсов, причем пробой межфазовой изоляции определяют в соответствии с дизъюнкцией первого, второго и третьего событий, а пробой межвитковой изоляции, определяют.в соответствии с дизъюнкцией четвертого и пятого событий, где первое событие .- на двух этапах испытаний из трех отсутствуют реакции испытуемых обмоток; второе событие - на одном из трех этапов испытаний нет реакций испытуемых обмоток, и на двух других этапах реакции испы- т.уёмых обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов не равны, как и реакции обмоток второй и первой; третье событие - на трех этапах испытаний имеются реакции испытуемых обмоток, а на двух этапах из них реакции испытуемых обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции обмоток второй и первой; четвертое событие - на одном из трех этапов испытаний отсутствуют реакции первой и второй испытуемых обмоток, а на двух других этапах реакции обмоток первой и второй соответствен но на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции обмоток второй и первой; пятое событие - на всех этапах испытаний реакции первой и второй испытуемых обмоток соответственно на одном и другом из этих этапов не равны, как и реакции обмоток второй и первой.

я

.-.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Vur. S

Зтсгл-S

$/пап$

19

20

Эгг&пЗ

Фиг. б

Фиг

IS

го

3

Фиг 4