Способ контроля качества пропитки и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к области испытаний с применением электротепловых средств, и может использоваться, в частности, для контроля качества пропитки изоляционнымсоставом обмоток электродвигателей. Известен .способ контроля качества пропитки обмоток электротехнических изделий, по которому на контролируемую обмотку воздействуют напряжением и регистрируют время воздействия напряжения и приращения температуры обмотки до пропитки и после пропитки и сушки, и по результатам измерений определяют коэффициент пропитки, равный

Кпр

Vnc

Vo

0)

где Vnc - объем сухого остатка пропитанного состава в обмотке; Vo объем полостей в изоляции непропитанной обмотки.

По коэффициенту КПр судят о качестве пропитки.

Недостатком указанного способа является то, что он дает лишь интегральную оценку степени насыщенности обмоток пропиточным составом, но не позволяет определить, как этот состав распределился по полостям обмотки. Это снижает информативность и правильность оценки качества обмоток.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков и достигаемому результату является способ контроля качества пропитки обмоток электротехнических изделий.

Способ-прототип заключается в том, что воздействуют напряжением на контролируемую обмотку и регистрируют время воздействия напряжения и приращения температуры обмотки до пропитки и после пропитки и сушки, измеряют емкость контролируемой обмотки относительно корпуса перед пропиткой и в процессе пропитки, вычисляют отношение емкости пропитанной обмотки к емкости контролируемой обмотки до пропитки, заканчивают пропитку при-достижении указанного отношения предельного значения, получаемого при 100 %-ном заполнении полостей контролируемой обмотки жидким пропиточным составом, после сушки перед подачей на контролируемую обмотку напряжения вновь измеряют емкость контролируемой обмотки относительно корпуса и определяют степень заполнения пропиточным составом прикорпусных (Кки) и межвитковых (Кмв) полостей изоляции па выражениям:

ПЈЛ

In

Јл Спп(А - 1)

t (Т,

дп

А Сдп (Јл - 1) - Спп (Ел - А)

(2)

Тпп) PC Сс Т дп Тпп УОКИ Кки PC Сс Тдп Гпп VOMB

где Јл - диэлектрическая проницаемость сухого остатка пропиточного состава; ЕЛ - диэлектрическая проницаемость жидкого пропиточного состава Сдп - емкость обмотки относительно корпуса до пропитки; Спп - емкость обмотки относительно корпуса после пропитки; А - отношение емкости обмотки относительно корпуса после

пропитки к емкости до пропитки при 100 %-ном заполнении полостей обмотки жидким пропиточным составом; Р - электрическая мощность , выделяющаяся на обмотке; t - время; Тдп - температура обмотки до 0 пропитки и сушки в момент подведения к ней электрической мощности; ТПп - температура обмотки после пропитки и сушки при подведении к ней электрической мощности; рс - плотность сухого остатка пропиточного состава; Сс - удельная теплоемкость сухого остатка пропиточного состава; VQKH- объем полостей в прикорпусной изоляции; VOMD - объем межвитковых полостей обмотки. После определения величин Кмв и Кки сравнивают эти величины с эталонными значениями и о качестве пропитки судят по результату сравнения.

Недостатком способа-прототипа является высокая трудоемкость контроля, что связано с тем, что для определения величин Кмв и Кки необходимо делать одни и те же измерения дважды; до того как обмотка пропитана, и после ее пропитки и сушки. К тому же все контролируемые обмотки, в которых

сделаны нужные замеры до пропитки, должны быть промаркированы и зарегистрированы в журнале, а после пропитки и сушки, которые длятся для некоторых видов изделий и технологий до 8-12 часов, эти обмотки должны быть отысканы и вновь подвергнуты . контролю.

Известно устройство для контроля качества пропитки обмоток, которое реализует метод контроля по привесу. Суть этого ме- тода заключается во взвешивании обмотки до и после пропитки и определении коэффициента пропитки по выражению (1). Устройством, реализующим данный метод, являются весы.

5

Недостатком данного устройства является низкая точность контроля, обусловленная необходимостью измерения малой величины привеса-на фоне всего веса обмотки со статором (вес пропиточного состава в

обмотке на 1,5-2 порядка меньше , всего веса обмотки).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для измеренил емкости.

Устройство-прототип включает о себя генератор с двумя фиксированными частотами 100 и 1000 Гц, мостовую измерительную схему и индикатор минимального рассогласования. Контролируемая обмотка подключается к зажимам Сх в одно из плеч моста, на который подается синусоидальное напряжение 1000 (100) Гц. Регулируя подстроенный резистор, включенный во второе плечо моста, добиваются условия равновесия моста, о чем судят по минимальному значению тока на микроамперметре.

Недостатком устройства-прототипа является высокая трудоемкость контроля, связанная с процессом ручной подстройки при контроле с помощью резистора.

Целью заявляемого изобретения является снижение трудоемкости контроля.

Поставленная цель достигается тем, что .в способе контроля качества пропитки обмоток электротехнических изделий, заключающемся втом, чтоу одной из произвольно выбранной из партии контролируемых обмоток измеряют до пропитки емкость относительно корпуса, после чего ее погружают в диэлектрическую жидкость с известной диэлектрической проницаемостью, выдер- живают до полного заполнения его полостей обмотки и измеряют емкость относительно корпуса, не вынимая обмотку из пропиточной жидкости, у остальных контролируемых обмоток после их пропитки и сушки также измеряют емкости относительно корпуса, после чего воздействуют на них в течение определенного времени электрической мощностью и затем вычисляют для каждой из этих обмоток степень заполнения пропиточным составом прикорпусных (Кки) и межвитковых (Кмв) полостей изоляции, затем сравнивают степень заполнения пропиточным составом прикорпусных и межвитковых полостей с эталонными значениями и о качестве пропитки судят по результату сравнения, дополнительно емкость каждой обмотки относительно кор- пуса измеряют дважды на разных частотах электромагнитного поля, причем частоты измерений выбирают исходя из частотной зависимости диэлектрической проницаемости неотвержденного и отвержденного про- ниточного состава таким образом, чтобы диэлектрические проницаемости пропиточного состава на этих частотах были не равны между собой, после чего на обмотку воздей

ствуют электрической мощностью, которую подают в обмотку в виде стабилизированного постоянного тока, причем в момент подключения тока измеряют температуру обмотки и падение- напряжения на ней, затем по истечении времени, лежащего в диапазоне

0,01 0,02 г,

где ъ - Ci (ySK So) - постоянная времени разогрева обмотки Ci - суммарная теплоемкость обмотки и магнитного сердечника; (Зк- коэффициент теплоотдачи; So поверхность охлаждения магнитного сердечника и обмотки, измеряют вновь падение напряжения на обмотке и степень заполнения пропиточным составом прикорпусных Кки и межвитковых Кмв полостей изоляции опоеделяют из выражений

-о.

г)

5 О 5 0 5

%ма

dJaif nlU,(Uin-V,n)(},alC.HfC3H ex KU-A- 2i cCcV0,-.,U(U2n-Uin)

35 АО 45 50 55

30-CjPgoPnnfnpJoj

где СдП1. СДп2 - емкости одной произвольно выбранной непропитанной обмотки партии, на частотах fi и iz соответственно; Cnni, Cnn2 - емкость той же обмотки на частотах f 1 и f2 после имитации 100 % пропитки в диэлектрической жидкости; f 1 и f2 - частоты измере- ния емкостей; Спп1 и Спп2 емкости контролируемых обмоток после пропитки и сушки; Ј1 (fi), Ј1 (12) - диэлектрическая проницаемость диэлектрической жидкости на частотах fi и f2; Ј2 (fi), Ј2 (Н) диэлектрические проницаемости отвержденного пропиточного состава на частотах fi и f2; о. - температурный коэффициент сопротивления материала провода обмотки IQ-стабилизированный постоянный ток, подаваемый в обмотку; Uin, U2n - падение напряжения на обмотке в момент времени подключения тока к обмотке (t 0) и по истечению заданного времени ti, соответственно С™ Q L П d«i /Оки С™ - теплоемкость корпусной изоляции; Q - число пазов, в которые всыпана обмотка; L - длина паза; - толщина корпусной изоляции; /5кИ - плотность материала корпусной изоляции; С ки - удельная теплоемкость корпусной изоляции;

лrt /

Сэм (Д эм - Д пр) Inp /Ъм Сэм- теплоемкость эмалевой изоляции провода; Дпр

- номинальный диаметр жилы провода; ДЭм

- номинальный диаметр эмалированного провода; 1Мр - длина провода обмотки;

- плотность материала эмали; Сэм удельная теплоемкость эмали;

g«M§r-Q-g,/

cm(cfi)(

L Ча,п Stnr }

-объем прикорпусных полостей изоляции обмотки;

VOMB - 2 П я KaJ Sn VQKH

- объем межвитковых полостей обмотки; Sn

- площадь сечения паза; ;л - длина витка обмотки; К3 - коэффициент заполнения паза; ре - плотность сухого остатка пропиточного состава; Сс - удельная теплоемкость сухого остатка пропиточного состава; р2о - удельное сопротивление материала провода обмотки при температуре Т 20° С; рпр

- плотность материала провода обмотки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контроля качества пропитки обмотки электротехнических изделий, включающего генератор частот дополнительно введены синхронизатор, стабилизатор тока, блок компенсации, вычислительный блок, последовательно соединенные измерительный усилитель, синхронный детектор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразователь двоичного кода в двоично-десятичный последовательно-параллельный код, блок сопряжения, блок управления, причем, первый и второй выходы генератора частот подключены соответственно к первому и второму выводам обмотки контролируемого изделия, корпус последнего соединен с входом измерительного усилителя, третий выход генератора частот подключен к управляющему входу синхронного детектора, первый и второй выходы синхронизатора подключены соответственно к второму и запускающему входам блока управления, третий выход синхронизатора соединен с входом стабилизатора тока, выход последнего соединен с входом генератора частот и входом блока компенсации, выход блока компенсации подключен к измерительному входу АЦП, запускающий вход последнего соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом генератора частот, вычислительный блок подключен к информационному выходу блока сопряжения.

Известен способ контроля процесса от- верждения, заключающийся в измерении

тангенса диэлектрических потерь tgcT на двух частотах а дисперсионной и оптической областях для неотвержденной пропитанной изоляции, В данном способе

измерения tgЈ на двух фиксированных частотах, лежащих в дисперсионной и оптической областях позволяет определить степень высушенности.

В заявляемом способе измерения емко0 сти обмотки относительно корпуса на двух частотах, лежащих в дисперсионной и оптической областях позволяет определить коэффициент пропитки.

Вышеперечисленные существенные

5 признаки способа позволяют определить с высокой точностью коэффициент пропитки обмоток электротехнических изделий.

Идентичной совокупности отличительных признаков в известных способах и уст0 ройствах нами не обнаружено, что указывает на существенность отличий предлагаемого технического решения, а по отношению к прототипу заявляемое техническое решение отвечает критерию новизны.

5На фиг. 1 изображено сечение паза контролируемой обмотки; на фиг. 2 приведена зона: обмотка-корпусная изоляция-поверхность паза в виде слоистой структуры; на фиг. 3 - изображена зависимость диэлект0 рической проницаемости сухого остатка пропиточного лака МЛ-92 от частоты; на фиг. 4 приведена структурная схема заявляемого устройства; на фиг. 5 - приведены эпюры, поясняющие принцип работы заяв5 ляемого устройства; на фиг. 6 приведена схема электрическая принципиальная блока управления; на фиг. 7 - приведена схема электрическая принципиальная генератора частот, измерительного усилителя и синх0 ронного детектора,

Обмотка (фиг. 1) состоит из витков 1, между которыми имеются воздушные поло- сти2 корпусной изоляции 3, расположенной в пазу между обмоткой и поверхностью па5 за. В области расположенной в пазу между обмоткой и поверхностью паза имеются полости 4 прикорпусной изоляции. Позицией 5 обозначен клин обмотки, поз. 6 - корпус изделия.

0 Область, заключенная между обмоткой и поверхностью паза, представляет собой слоистую структуру (фиг. 2), состоящую из слоя 7 эмали провода, воздушного слоя 8 между обмоткой и корпусной изоляцией 9,

5 слоя корпусной изоляции и воздушного слоя 10 между корпусной изоляцией и поверхностью паза, меди провода 11.

Устройство (фиг, 4) содержит генератор частот 1, формирующий напряжение треугольной формы с частотой повторения, ложащей в дисперсионной и оптической областях, которые в зависимости от пропиточного состава можно перенастраивать, измерительный усилитель 2, синхронный, детектор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, преобразователь 5 двоичного кода в двоично-десятичной последовательно-параллельный код, блок 6 сопряжения, блок 7 вычислительный, блок 8 управления,синхронизатор 9,стабилизатор тока 10 и блок 11 компенсации. Измеряемая обмотка обозначена позицией 12.

Первый и второй выходы генератора частот 1 подключены соответственно к первому и второму выводам обмотки 12 контролируемого изделия, к корпусу последнего подсоединены измерительный усилитель 2, к выходу которого подключены последовательно соединенные синхронный детектор 3, АЦП 4, преобразователь 5 кода, блок 6 сопряжения и блок 8 управления. Третий выход генератора частот 1 подключен к управляющему входу синхронного де- тектора 3. Первый и второй выходы синхронизатора 9 подключены соответственно к второму и запускающему входам блока 8 управления, третий выход синхронизатора 9 соединен с входом стабилизатора тока 10. Выход последнего соединен с входом генератора частот 1 и входом блока 11 компенсации. Выход последнего подключен к измерительному входу АЦП 4, запускающий вход которого соединен с первым выходом блока 8 управления, второй выход которого соединен с управляющим входом генератора частот 1. Вычислительный блок 7 подключен к информационному выходу блока б сопряжения.

Синхронизатор 9 содержит генератор 13 эталонных импульсов, выход которого через ключевой элемент 14 соединен со счетным входом счетчика 15, каждый из выводов которого-соединен с соответствующим входом дешифратора 16. Каждый выход дешифратора 16 соединен с соответствующим неподвижным контактом многопозиционного переключателя 17 подвижный контакт которого соединен непосредственно с первым входом формирователя 18, через соответствующий конденсатор 20-с входом сброса счетчика 15, через соответствующий конденсатор 21 с R-входами-первого 22, второго 23 RS-триггеров и первым выходом синхронизатора 9. S-выход первого RS- триггера 22 через соответствующий резистор 24 соединен с общей шиной и через нормально разомкнутые контакты К2.1 второго реле блока 8 управления с шиной пита-. кия. Выход первого RS-триггера 22 является третьим выходам синхронизатора 9 и соединен через соответствующую CR-цепь 25 с управляющим входом генератора 26 расширенных импульсов, выход которого через соответствующую CR-цепь 27 соединен с 5 S-входом второго RS-триггера 23, выход которого соединен со вторым входом формирователя 18 и с управляющим входом ключевого элемента 14, R-входы счетчика 15 и первого 22, второго 23 RS-триггеров сое0 динены соответственно через соответствующие резисторы 28 и 29 с общей шиной. Выход формирователя 18 является вторым выходом синхронизатора 9.

Блок 11 компенсации содержит сумма5 тор, выполненный на операционном усилителе 30, первый вход которого соединен через соответствующий резистор 31 с выходом источника 32 опорного напряжения и с одним из выводов соответствующего рези0 сторз 33, другой вывод которого является входом блока 11 компенсации. Второй вход операционного усилителя 30 через соответствующий резистор 34 .соединен с общей шиной. Выход операционного усилителя 30

5 через резистор 35 соединен со своим первым входом и является выходом блока 11 компенсации.

Сущность изобретения заключается в следующем.

0 В процессе пропитки обмоток пропиточным составом в полостях 2 и 4 обмотки (фиг. 1) происходит частичное замещение воздуха пропиточным составом. В процессе сушки происходит усадка пропиточного со5 става и частичное его вытекание из обмотки. В силу указанных причин межвитковые полости (фиг. 1, поз. 2) и прикорпусные полости (фиг. 1, поз. 4) изоляции оказываются пропитаны в неодинаковой степени. Низкая

0 степень заполненности тех или иных полостей в обмотке приводит к значительному снижению качества обмоток. Так недопропитка полостей 2 не позволяет скрыть дефекты в эмалевой изоляции обмоточных

5 проводов 1, которые появляются в большом количестве при перемотке провода в обмотки. Нескрытые дефекты являются потенциальным источником отказов обмоток. Кроме того, недопропитка полостей 2 приводит к

0 снижению электрической прочности меж- витковой изоляции, так как электрическая прочность воздуха, который остается в не- допропитанных полостях, ниже электрической прочности изоляционных составов.

5 Кроме того, недопропитка полостей 2 приводит к тому, что поперечная эквивалентная теплопроводность,витковой изоляции снижается из-за того, что теплопроводность воздуха значительно меньше теплопроводности пропиточных составов. Однако, при

качественной пропитке полостей 2 качество обмотки в целом может быть низким, если плохо пропитаны полости 4 прикорпусной изоляции, так как степень скрытия дефектов в корпусной изоляции 3, эквивалентная теплопроводность среды между обмоткой и корпусом изделия, при недопропитке этих полостей снижается, что ухудшает теплоот- вод из обмотки в корпус изделия, приводит к повышенному перегреву обмоток, уменьшая срок их службы.

В силу указанных причин существует необходимость раздельной регистрации качества пропитки полостей межвитковой и полостей корпусной изоляции.

Рассмотрим принцип определения коэффициента пропитки прикорпусиых полостей Кки.

Емкость непропитанной обмотки Сдп относительно корпуса образует слоистая система (см. фиг. 1), состоящая из Сэ - емкости эмали 2, Св1 - емкости воздушной прослойки 5, Ск - емкости корпусной изоляции 3 и СВ2 - емкости воздушной прослойки 6, соединенных последовательно. Поэтому емкость Сдп можно представить в виде выражения

выбранной обмотки при измерении ее на частотах fi и h обусловлено, в соответствии с выражением (7), изменением величины С с изменением частоты. Обозначим G (fi) значение С на частоте fi, а через G (12), значение С на частоте fa.

С учетом этого и с учетом выражения (8) выражение (7) можно записать

1

1 -f-1

СДП1 . G (fi) g ЈB

1

СДП2 G (h) g ЈB

(9) (10)

Предположим, что после погружения в диэлектрическую жидкость этой произвольно выбранной обмотки измеряется емкость относительно магнитного сердечника на частотах fi и fa. Обозначим через Cnrii - емкость произвольно выбранной обмотки относительно корпуса после имитации в ней 100 % пропитки погружением в диэлектрическую жидкость на частоте fi, а через Спп2 - на частоте f2. Для этой обмотки будут справедливы следующие выражения

gЈi

(fi) 1

СппП Сдп1

e7-()

iwHil («

(15)

(16)

VnK

где Кки т;-- коэффициент пропитки приVOKI1

корпусных полостей обмотки.

Из выражений (21) и (22) следует

Ј(fl)Ј2(fi)KKM, е (f2) - Ј2 (f2)KKM,

(23)

(24)

Использование: область испытаний с применением электротепловых средств. Сущность изобретения: для определения коэффициентов пропитки ККи и Кмв прикор- пусных, межвитковых полостей изоляции достаточно произвести измерения напряжений Uin и U2n соответственно в момент подачи стабилизированного тока 1о в обмотку и по истечении времени ti и емкости обмотки относительно статора на двух частотах fi и г после пропитки и сушки Спп1 и Спп2. Частота fi и г выбираются априорно из частотной зависимости диэлектрической проницаемости кг пропиточного изоляционного состава в отвержденном состоянии, первая из которых лежит в квазистационарной области, а вторая - в оптической области. Одну, произвольно выбранную из партии контролируемых обмоток с измеренной емкостью относительно корпуса до пропитки СДп1, Сдп2, погружают в пропиточную жидкость с известной диэлектрической проницаемостью EI (fi), Ј1 (fa) на соответствующих частотах, выдерживают до полного заполнения и измеряют емкость относительно корпуса Спп1, Спп2 По результатам измерений определяют коэффициенты пропитки Кки и Кмв. Устройство, с помощью которого осуществляется данный способ, содержит генератор частот, синхронизатор, стабилизатор тока,блок компенсации,блок вычислительный, последовательно соеди- ненные измерительный усилитель, синхронный детектор, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь кода, блок сопряжения, блок управления, причем первый и второй выходы генератора частот подключены соответственно к первому и второму выводам обмотки контролируемого изделия, корпус последнего соединен с входом измерительного усилителя, третий выход генератора частот подключен к управляющему входу синхронного детектора. Первый и второй выходы синхронизатора подключены соответственно к второму и запускающему входам блока управления, третий вход синхронизатора соединен с входом стабилизатора тока, выход последнего соединен с входом генератора частот и входом блока компенсации, выход блока компенсации подключен к измерительному входу АЦП-4, запускающий вход последнего соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом генератора частот, вычислительный блок подключен к информационному выходу блока сопряжения. 2 с. п. ф-лы, 7 ил, 1 табл. СО с оэ О х| СА) VT ND

Пусть у каждой из контролируемых пропитанных обмоток партии измеряются емкости относительно магнитного сердечника на частотах fi и f2. Обозначим емкость некоторой контролируемой пропитанной обмотки на частотах fi и f2 через СПп1 и Спп2 соответственно. Тогда для этой обмотки будут справедливы выражения

J

g с (f О

(17)

Спп2

+

Qt(h)

(18)

где VOKH .- объем прикорпусных полостей в непропитанной обмотке; /Лк - объем сухого остатка пропиточного состава в прикорпусных полостях пропитанной обмотки; VQKH - Улк - объем воздушных полостей в прикор- пусной области обмотки поело ее пропитки; Ј2 (fi), Ј2 (f2) - диэлектрическая проницаемость сухого остатка на частотах fi и f2 соответственно.

Учитывая, что диэлектрическая проницаемость воздуха Јв 1, выражения (19) и (20) можно переписать в виде

In е (f 0 - In Ј2 (f0 Кки In Ј2 (f 1),

VOKM

(21)

In E (f2) In Ј2 (f2) Кки In Ј2 (f2),

: °ки(22)

Подставив значения е (fi) и е (fa) из выражений (23), (24) в формулы (17), (18) получим

1

1

+ 1

Спп1 G(flJ g(fi)KKM

(25)

Спп2

+

g Ј2 (f2)K

(26)

Подставим в формулы (25) и (26) величины G (fi) и G (h) из выражений (15) и (16)

соответственно .щ. .Ј((Г)

ТЕ,ГГ,ГКН 9U,wT

L (.„„,

(17)

0 Ю)

Выбор частот измерения fi и f2 может быть осуществлен по характеристикам в зависимости диэлектрической проницаемости сухого остатка пропиточного состава от частоты электрического поля таким образом, чтобы диэлектрические проницаемости этого состава на частотах fi-и h были различны. Полярные и слабополярные диэлектрики, к которым относятся большинство пропиточных составов имеют, как правило, три частотные области (см. фиг. 3): квазистз- ционарнук) область, где диэлектрическая проницаемость состава постоянна и максимальца, дисперсионную область, где диэлектрическая проницаемость изменяется с изменением частоты, и оптическую область, где диэлектрическая проницаемость минимальна vi слабо зависит от частоты поля. Поэтому для повышения точности измерения частоты fi и f2 лучше всего выбирать в тех областях, где разница между &i (fi) и Ј2 (f2) максимальна. Т. е. одну из частот fi выбирают в квазистационарной области сухого остатка пропиточного состава, а другую в оптической.

. Таким образом, для определения степени насыщенности прикорпусных полостей обмоток пропиточным составом достаточно у каждой из контролируемых обмоток, когда они уже пропитаны и высушены, измерить емкости Спп1 и Спп2 относительно корпуса на двух частотах ft и f2. при этом, частоты fi и h измерений указанных емкостей должны быть выбраны исходя из частотной зависимости диэлектрической проницаемости высушенного пропиточного состава таким образом, чтобы проницаемости отвержден- ного пропиточного состава на этих частотах были различны.

Рассмотрим принцип измерения степени насыщенности пропиточным составом межвитковых 2 (фиг. 1) полостей обмотки. Для этого покажем сначала, как используя тепловой метод определить общую суммарную массу пропиточного состава, находящегося в межвитк-ов.ых и прикорпусных полостях обмотки.

До пропитки эквивалентная теплоемкость обмотки Сэдп равняется сумме теппо- емкостей

Сэдп Сэпр + Сээм - Сэки,(31)

где Сэпр Спр rni - эквивалентная теплоемкость прозода обмотки; Сээм Сэ«тэ -„ эквивалентная теплоемкость эмалевой изоляции провода; СЭки Ски тки - эквивалентная теплоемкость провода эмали; Спр, Сэм. Ски -удельные теплоемкости материала провода, эмали, корпусной изоляции, соответственно; ггм, гпэ, тки - масса жилы провода, эмали и корпусной и изоляции соответственно. Так как mi гпэ и mi тКи, а эквивалентная теплоемкость непропитанной обмотки из выражения (31), определяется в основном величиной Сэпр, то именно эту величину необходимо определять-(измерять) с минимальной погрешностью, а допущение о том, что величины Сээм.и Сэки постоянны и равны номинальным значением не привносят заметных ошибок в контроль. Исходя из этого можно положить, что

0

Г- Г . (Дэ Дпр) , . ,п

ээм - ьэ -ь--д-- - 1пр РЭМ ,. (32) Сэки° Ски П dm I -Q -ркиЛЗЗ)

где Дэ, Дпр - номинальные диаметры эмалированного и оголенного провода; Пр - номинальная длина провода; - плотность эмали; о1™ - номинальная толщина корпусной изоляции; П - периметр паза, L - длина паза; Q - число пазов, в которые всыпана обмотка; /)ки - плотность корпусной изоляции.

Наибольшую погрешность в величину

c Сэдп, как это отмечено выше, может внести нестабильность (разброс) от обмотки к обмотке величины mi за с.чет разбросов от обмотки к обмотке сечения провода, потому именно эту величину в каждой из контролид руемых обмоток необходимо контролировать. Покажем как это можно осуществить. Пусть контроль осуществляется при температуре Т 20°С. Тогда сопротивление обмотки в момент подвода к ней

электрической энергии равно Rao. Если комнатная температура равна Ti и отличается от Т 20° С, то сопротивление

R20

RTI

1 +а(Г -20)

(34)

где а-температурный коэффициент сопротивления.

Пусть энергия подается в обмотку в ви- де стабилизированного тока о, величина которого постоянна и известна, то величина R20 может быть определена путем измерения на обмотке, в момент t 0 подвода к ней тока, величины напряжения 1Мп из выраже40

ния

R20

Um lo

(35)

45

С другой стороны

(36)

гДе PZO - удельное сопротивление провода; S - сечение провода.

Умножив числитель и знаменатель выражения (36) на плотность меди /эпр и длину провода Inp, получим.

R20 /520

I пр рпр

mi

(37)

Из (37) следует, что

mi /920

I np Pnp

Rao

(38)

Подставив в выражение (38) выражение (35) получим

mi р20

I пр /Зпр JQ Um

Подставив (44) в (41) и выразив из нее тс Таким образом, с использованием вы- IQ получим

ражений (39), (33) и (32) выражение (31) можно записать в виде , Гд|0(и1п+Ц2п) Цп

2(U2n-Uin)

г « г л,Л I пр/Рпр JO ,L - 45)

Сэдп- Спрр20-l f-15

+Г .СДэ-Дпр). .- , +Сэм - --2-- ПР Р3 +

эдп

Подставим в (45) выражение (40), получим

+ &и П -/ъи. (40)

Как следует из выражения (40) для определения эквивалентной теплоемкости обмотки достаточно измерить на ней напряжения Din в момент подвода к ней тока IQ.

Эквивалентная теплоемкость пропитанной обмотки Сэпп увеличивается по сравнению с Сэдп. за счет прибавления к ней теплоемкости пропиточного состава, и будет равна

Сэпп-Сэдп+ СС тс.(41) где Сс - удельная теплоемкость пропиточного состава: тс - масса пропиточного состава в полостях обмотки после ее пропитки.

С другой стороны. Сэпп равна

эпп

Q

(42)

где Q lot (

Um + U2n

-) -энергия, пошедшая

на разогрев пропитанной обмотки:

1)2п - напряжение на обмотке по истечению времени t ее разогрева;

. AT Tt-Ti приращение температуры обмотки при разогреве ее энергией Q;

Tt - температура обмотки в момент времени t

Величина А Т может быть определена по изменению сопротивления провода обмотки из выражения

л Rt-R2Q Al «R20

(43)

где Rt

Ugn

lo

сопротивление момент времени t.

Таким образом после подстановки в выражение (42) выражения (43), а также значение энергии Q, выраженное через время, ток и напряжение получим

(39)

Г - «lo(Uln+U2n) Uln ,

Сэпп --2(U2n-Uin)--

(44)

/

эдп

Подставим в (45) выражение (40), получим

0

Г(

Ю.1и,ии№. хи1в-и,„

Г ( о Cnff (/„

( -- fnSsH C nd LQp.

(W

с

Выражение (46) справедливо для идеально теплоизолированной обмотки от магнитного сердечника и окружающей среды. Можно показать, что при времени разогрева

обмотки t S 0,02т, где г Ci (ft So)1- постоянная времени разогрева обмотки; Ci - суммарная расчетная теплоемкость непропитанной обмотки и магнитного сердечника; Дс коэффициент теплоотдачи; So - поверхность охлаждения магнитного сердечника и обмотки; потерями тепла из обмотки можно пренебречь и считать ее, с пренебрежительно малой погрешностью, идеально теплоизолированной.

С другой стороны приращение сопротивления обмотки за время ее разогрева должно быть достаточным большим для того, чтобы его можно было измерить с малой погрешностью, для этого время разогрева обмотки должно быть достаточно большим. Можно показать, что при t S0,01r , погрешность измерения приращения температуры методом сопротивления пренебрежительно мала.

Объем прикорпусных и межвитковых полостей, согласно способа-прототипа, определяется из выражений

/ -I 2п2п2 Ел (А 1)g°. (47) . V°™-L .П Q СдпА(ея -1) -(47)

VQMB п 0 Z з) Sn VQKM к (48)

Выразим Сдп иЗ Выражения (2), получим

г

сдп -----ЩЗК

Для любой из частот измерения, например, для частоты f i данное выражение мож- но переписать в виде

L-ДПГ

Стн{ЈЛ/ЈЫ - w-Јk kK 44

I ЧАШ I V Сдп-J J

С-9)

-- ,) Подставив (49) в (46) после преобразования получим

Ј,№)()

V -/.ПО оки 1- гЧ

... ЧАШ / - ,{(с;-м)Цад-;;;н

(. СДП1 УL -AmJJ

Масса пропиточного состава в прикор- пусных полостях т™ будет равна

ГОпк Кки V,

ОКИ,

где К™ - определяется из выражения (30), а У0ки-из(50).

Величина Кмв, согласно определения 25 равна

КмВ Т7 V

УМВ .;ГЛМВ

омв РЛС VQMB

(53)

VMB объем сухого остатка пропиточного остатка в межвитковых полостях; рлс плотность отвержденного пропиточного состава; гпмв nric - тик - масса пропиточного состава в межвитковых полостях пропитан- ной обмотки.

Подставив в (53) значение плс из (45) тпк из (51), и преобразовав полученное выражение получим

j 7oU«n(Uw W,n) t - z ftv -t/fn).o.

Чмв

lPcccv° u t-U2 U }-

Ре -CeKfPzofinp-

(Sit)

Таким образом, для определения КМв, нужно предварительно определить ККи, VOKH, VOMB, используя, емкостной метод, а затем разогреть обмотку током to в течение времени, лежащем в диапазоне 0,01 г ti S 0,02 г- и измерить на обмотке напряжения Din в момент t 0 и напряжение Dan в момент времени t|. Эту задачу позволит решить заявляемое устройство.

. Устройство работает следующим образом.

Нажимаем кнопку Пуск блока 8 управ-. ления (фиг. 4).

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50 55

Напряжение треугольной формы с частотой, лежащей в оптической области, например 800 кГц (фиг. 5 эп. а), формируемое П поступает через емкость С обмотка- корпус 12 на усилитель тока 2, где напряжение в результате дифференцирования приобретает форму прямоугольного с амплитудой, пропорциональной емкости Сх (фиг. 5, эп. б), и далее через синхронный детектор 3 поступает на АЦП-4, где происходит преобразование напряжения в двоичный параллельный код, поступающий на вход преобразователя 5, в котором осуществляется преобразование двоичного кода в двоично-десятичный последовательно-параллельный код, который в свою очередь преобразуется в последовательный десятичный код в блоке 6 сопряжения и вводится в память блока 7 вычислительного. По окончании ввода блок 6 сопряжения вырабатывает сигнал конец ввода (KB) (фиг. 5, эп. в), который поступает в блок 8 управления, где формируются два сигнала (фиг. 5, эп. г и д), разрешающие повторное измерение Сх на частоте, лежащей в квазистационарной области, например 1000 Гц и записать в память блока 7 вычислительного. После чего по второму импульсу KB (фиг. 5, эп. о) с блока 6 сопряжения, блок -8 управления вырабатывает два импульса Перекл. Lx и Пуск 1ст (фиг. 5, эп. г и е), по первому из которых происходит переключение первого конца обмотки 12 с зажима Сх к выходу стабилизатора 10 тока и входу блока 11 компенсации, а второго конца обмотки 12 - к общей шине; по второму сигналу происходит срабатывание контактов реле Пуск Ст (фиг. 4) и на S-вход RS-треггера 22 поступает сигнал от источника питания (фиг. 4), На выходе RS-триггера 22 появляется положительный-потенциал (фиг. 5, эп. ж), включающий стабилизатор тока 10. Стабилизированный ток, протекающий через обмотку 12 разогревает ее, вследствие чего напряжение на обмотке изменяется в соответствии с эпюрой Н фиг. 5. Одновременное этим напряженнее выхода RS-триггера 22 включает генератор 26, на выходе которого появляется импульс длительностью ti (фиг. 5, эп, з). Длительность ti равна длительности переходного процесса в обмотке 12. Этот импульс необходим, чтобы исключить ошибки в измерении напряжения на. обмотке Uin в момент включения стабилизатора тока, По истечении времени ti задним фронтом импульса с генератора 26 запускается RS-триггер 23 и на его выходе появляется сигнал (фиг. 5, эп. и). По фронту этого сигнала срабатывает ключевое устройство 14 и через него начинают

проходить от генератора 13 импульсы стабильной частоты (фиг. 5, эп. к). Эти импульсы поступают в счетчик 15 и через него в дешифратор 16, Одновременно с этим по переднему фронту сигнала с RS-григгера 23 срабатывает формирователь 18, по которому блок 8 управления запускает АЦП-4 (фиг. 5, эп. м) на третье измерение и запись в память блока 7 вычислительного. Напряжение с обмотки 12 поступает на вход АЦП через блок 11 компенсации, который включает в себя сумматор 30 и источник 32 опор- ного напряжения с полярностью, противоположной полярности напряжения на обмотке. Поскольку Uon lo Rn20, где Rn20 - номинальное сопротивление обмотки при 20° С, то на выходе сумматора в начальный момент разогрева обмотки напряжение близко к нулю, а затем по мере разогрева обмотки изменяется в соответствии с эп. О фиг. 5. По истечении заданного интервала времени t2, которое определяется положением переключателя 17 на выходе дешифратора 16, по сигналу с выхода дешифратора 16 формируется импульс, по которому блок 8 управления запускает АЦП-4 на четвертое измерение и запись в память блока 7 вычислительного.По окончании четвертого измерения формируется импульс начальной установки (фиг. 5, эп. л).

Таким образом, по измеренным и записанным в память величинам СПп1 и Спп2. Uin и U2n блока 7 вычислительного, автоматически вычисляются коэффициенты пропитки Кки и Кмв по соответствующим выражениям (4) и (5).

Вследствие того, что для определения Кки и Кмв все измерения в заявляемом способе и устройстве проводятся только над обмоткой после ее пропитки и сушки, то по сравнению с прототипом трудоемкость контроля снижается более чем в 2 раза (см. акт испытаний).

Пример конкретного применения.

Производилось определение коэффициентов пропитки Кмв и Кки обмоток статоров электродвигателей 4А112М4 в количестве 10 штук. Измерялись емкости обмоток относительно корпуса на частотах f 1000 Гц и h - 800 кГц, а также напряжения Uin и U2n заявляемым устройством (фиг. 4).

В устройстве используется стандартный микрокалькулятор МК-52. Генератор частот, измерительный усилитель, который собран на операционном усилителе, включенном по схеме усилителя тока (см. там же), синхронный детектор, представляет собой два ключа на полевых транзисторах - выполнены на основе известных схем. Пример совокупности данных блоков (см. фиг. 7)

обеспечивает измерение величины емкости контролируемой обмотки с погрешностью не более + 0,1 % и разрешающей способностью 0,1 пФ. Столь высокие характеристики 5 достигнуты благодаря точной компенсации начальной емкости входного щупа и соединительных кабелей и применению синхронного детектирования, АЦП выполнен на известных элементах по известной схеме.

Преобразователь двоичного кода в двоично- десятичной последовательно-параллельный код, блок сопряжения, блок управления (фиг. б) выполнены также по известным схемам, на основе известных элементов: де5 шифраторов, мультивибраторов, счетчиков, триггеров, логических ИС серии 155.

Блок управления формирует сигнал запуска АЦП на очередное измерение запуска АЦП на очередное измерение, переключе0 ние частоты генератора частот, переключение обмотки Перекл. Lx и Пуск ICT. Сигналы формируются в одновибраторе на 155АГЗ. Генератор стабильной частоты 13 представляет собой кварцованный мульти5 вибратор, выполненный на микросхеме 521СА1. Генератор задержки 26 выполнен на основе ждущего мультивибратора. Стабилизатор тока выполнен по компенсационной схеме и обмотка контролируемого

0 двигателя включается последовательно с сопротивлением, с которого снимается сигнал обратной связи. Источник опорного напряжения выполнен на основе операционного усилителя К140УД6. Сумма- 5 тор на микросхеме К140 УД6 (см. там же, с. 149). CR-цепи используются в качестве линий задержки и дифференцирующих цепей.

Все измерения производились с помощью заявляемого устройства.

0в качестве диэлектрической жидкости, с помощью которой имитировалась 100 % пропитка было взято трансформаторное масло, имеющее Јi 1,925.

Из зависимости диэлектрической лро5 ницаемости Ј2 пропиточного состава (лак МЛ-92) в твердом состоянии от частоты электрического поля (фиг. 3) были выбраны две частоты измерения емкости обмотки fi .1000 Гц, лежащей в квазистационарной

0 области, и частоты h 0,8 МГц, лежащей в оптической области. Диэлектрические проницаемости отверждённого пропиточного лака МЛ-92 на этих частотах были равны соответственно Ј2 (fi) - 4,2; Ј2 №) 3,7. У

5 произвольно выбранной обмотки № 1 была измерена емкость относительно корпуса на частотах fi и fz она оказалась равной Сдп1 Сдл2 2430 пФ. Эта обмотка была погружена в трансформаторное масло и после 100

% заполнения всех полостей обмотки у нее были измерены емкости относительно корпуса. Они оказались равны Спп1 Спп2 3694 пФ. По этим измерениям было найдено, что

Спп1 Спп2 3694, .-о

2430

Остальные девять обмоток пропитывались лаком МЛ-92 и сушились в течение 1 часа при Т 90° С и приТ 120° С в течение семи часов. После пропитки и сушки обмоток у каждой из них измерялись емкости на частотах fi и fa относительно магнитного сердечника. Измерения проводились при То 20° С. После измерения у каждой из обмоток емкостей относительно корпуса, в каждую из них подавалась электрическая энергия в виде постоянного стабилизированного тока, равного 1о 12,4 А.. В момент подключения тока в каждой из обмоток регистрировалось на каждой из них падение напряжения Uin. Время ti выбиралось из условия.0,01 т ti 0,02 г, где т Ci ( So)1. Величина времени ti была взята равной 20 с. Через время ti на каждой из обмоток определялось падение напряжения U2n.

После проведения измерений, производились вычисления ККи и КМв из выражений (4) и (5). В формуле (5) были использованы следующие обмоточные данные а- 0,0038 С, СКи 837 Дж/кг К; Сэм 921 Дж/кг К; 1Пр 160 м; ус&сг 1,72 10 ° Ом м; рпр 8,89 кг/м3; С1си 0,38309 ТО3 Дж/кг К; Q 36; L 0,125 м, П 4,3 м; d™ 0,1 м; рки 1340 кг/м3; Ски 840 Дж/кг град. Оэм 1,4- м; Dnp 1,32 м /Оэм 1230 кг/м3; Сэм 984 Дж/кг град, „ 0,572 м; Sn. 8,8-Ю м5; К3 0,678.

Результаты измерений сведены в таблицу.

Формула изобретения

/ -

-8

заданного времени электрическую мощность, вычисляют для контролируемой обмотки степень заполнения пропиточным составом прикорпусных и межвитковых по5 лостей изоляции, сравнивают степень заполнения пропиточным составом прикорпусных и межвитковых полостей с эталонными значениями и о качестве пропитки судят по результату сравнения, о т л10 ичающийся тем, что с целью снижения трудоемкости контроля, емкость контролируемой обмотки относительно корпуса измеряют дополнительно на второй частоте электромагнитного поля, причем частоты

15 измерений выбирают одну о квазистационарной, а другую - о оптической области, электрическую мощность подают в обмотку в виде стабилизированного постоянного тока, в момент подключения которого измеря20 ют температуру обмотки и падение напряжения на ней, затем по истечении времени ti, лежащего в диапазоне 0,01 г ti 0,02r,

где (jftc So) 1- постоянная времени разогрева обмотки;

Ci - суммарная теплоемкость обмотки и магнитного сердечника;

- коэффициент теплоотдачи;

So поверхность охлаждения магнитного сердечника и обмотки,

измеряют вновь падение напряжения на обмотке, с учетом полученных значений вычисляют степень заполнения пропиточным составом прикорпусных и межвитковых

25

30

35

полостей изоляции.

компенсации и последовательно соединенные измерительный усилитель и синхронный детектор, генератор выполнен управляемым по частоте и снабжен двумя дополнительными выходами, к первому и второму из которых подключены соответственно первый и второй выводы клемм обмотки контролируемого изделия, корпус последнего соединен с входом измерительного усилителя, третий выход генератора частот подключен к управляющему входу синхронного детектора/выход которого , подключен к первому входу устройства регистрации и обработки результатов и измерений, выход которого соединен с первым

входом блока управления, первый и второй выходы синхронизатора подключены соответственно к второму и запускающему входам блока управления, третий выход синхронизатора соединен с входом стабилизатора тока, выход последнего соединен с входом генератора частот и входом блока компенсации, выход блока компенсации подключен к измерительному входу устройства регистрации и обработки результатов измерений, запускающий вход последнего соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом генератора частот, причем синхронный детектор, устройство регистрации и обработки результатов измерений и блок управления соединены последовательно.

Фиг.5