Способ контроля монолитности токопроводящей части стержня обмотки электрической машины и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК G01N25/18 

Изобрегение огносигся к контролю качества композиционных структур методом оценки теплопроводности и может быть использовано для проверки качества пропигки и прессования соотношений из элементарных проводников токопроводящей части стернсня обмотки электрической ма( шины, особенно в случае якорной обмотки беспазовой электрической машины. В электрических машинах с мощньм электромагнитным полем индуктора (6etпазовые генераторы, криогурбогенераторы требуется подразделение .гокопроводящй части секпий, обмотки на большое число многократно транспортированных малых элементарных щэоводников. Отвод потерь в таких обмотках производится, например, с помощью хладагента, протекающего по встроенным между группами элементарных 1фоводвиков кавалам. Большое влияние на надежное п и долг вечность такой обмотки, а также на харак теристики машин, в частности ее КПД, оказывает монолитность токоведущей части, определяемая степенью заполнения пропиточным и склеивающим составом. Известны способы и устройства испы-таний конструкции транспортированного, стержня обмогки, состоящей из относительно небольшого числа чередующихся полых и сплошных проводников одинаковой ширины, где монолитность определяется прочностью ц ентации проводников к усилию группы проводников от центрального стержня l.. Однако известные способы и устройства позволяют оценить цементирующую способность применяемого лака или компаунда, но не дают ответа не вопрос, какова степеаь заполнения лаком или компаундом всего сечения испытуемого образца. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ контроля качества клеевых соединевий, согласно которому берут образец и нагреватель образца токопровод$пцей части стержня обмотки электрической машины. содержащего нагрева гель и теплоприемник с каналами для пропускания хладагента, создают тепловой поток, перпендикулярный поверхности образца, определяют параметры теплового потока и вычисляют тепловую проводимость образца, по величине которой судят о качестве клеевого соединения 23. Однако данный способ неприменим для оценки монолитности токопровод5пдей части стержня из-за необходимости ус- тановки большого числа термог.атчиков и связанной с этим сложнсх:тБю многото чечной измерительной аппаратуры; боль;шой погрешности, связанной с локальным измерением температуры; возможного нарушения структуры токо1фоводящей части при установке большого числа термодатчиков. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст Ьройство для определения теплофизических свойств, в частности теплопроводности твердых тел, включающее образец, термо чувствительные элементы, нагреватель образца и хладагент. Тепловой поток от нагревателя стационарно направлен вдоль образца. Конц«1грично с образцом расположен радиационный экран, окруженный термостатирующим экраном, находящимся в тепловом контакте с теплоприо ником, соединенным с фланцем вакуумной камеры теплопроводом, при этом радиационный экран имеет свой нагреватель и выполнен с возможносгьгэ размещения в нем теплообмен ного газа 13 J, Однако известное устройство конструк тивно сложно, предназначено в основном для исследования образцов материалов и непригодно для оценки геплопроводимости значительных по размерам образцов, в частности макетов стержней обмотки статора крупных электрических машин. Цель изобретения - упрощение измере ний и повышение их точности при контро ле МОНОЛИТНОСТИ токопроводящей части стерйшя обмотки электрической машины. Цель достигается тем, что согласно способу создают тепловой поток г перпендикулярный поверхносги образца токопро водящей частя стержня обмотки электрической машины, содержащего -нагреватель ,и теплопрнемник с каналами для пропускания хладагента, определяют пара метры теплового потока, контролируют монолитность по тепловой проводимости образца, тепловой поток создают, пропуская неизменной величины ток через нагреватель, через каналы теплопркемника пропускают хладагент, расход которого не менее 5О А /С , где Л - тепловая проводимость образца, С - теплоемкость хладагента, измеряют падение напряжения на нагревателе в момент его вкл1о чения и в установившетлся режиме, а тепловую проводимость образца вычисляют по соотношению Л г -iJo ;ч где УдИ Уда - падение напряжения на нагревателе в момент его включения и в установившемся режиме соответственно;Э - сила тока, пропускаемого через нагреватель; oL- - температурный коэффициент сопротивления материала нагревателя. Указанный способ реализуется с помощью устройства, содержащего нагреватель и теплоприемник с каналами для ; пропускания хладагента, причал нагреватель имеет U-образную форму и выполнен из проводящей ленты, сечение которой имеет соотношение сторон . не более 0,2, внешняя поверхность ленты находится в тепловом контакте с теплоприемншсом, а ее внутренние поверхносги разделены между собой электроизолирующей полосой толщиной ие более О,1 толщины ленты. предлагаемом способе вместо из- мереяия температуры во многих точках можно ограничиться измерением двух параметров - падения напряжения на нагревателе и тока в нем. Для пояснения физической основы предлагаемого способа рассмотрим уравНение нагрева проводника нагревателя I ... v,(v)i--p().w V (t) - прирост.; температуры прогдеводника нагревателя, имеющего электрическое сопротивление т и нагреваемого потерями Р и г (З - сила тока, пропускае- . мого через нагреватель); R, соответственно тепловое сопротивленне и эквивалент--.) ная геппоемкосгь вагреваемой насти теплопроводника RX - гешювое сопрогивление хла дагента, которое при охла дения: пут&л пропускания е через каналы теплопрнемни ка определяется по формул где YX ИС - соответсгв«1но скорости и теплоемкость хладагента Выбирая тип хладагента, например в ду, и скорость его протеканш V , мо но добиться такрго рендама охлаждения, при котором R «; R ц . При наличии экрана тепловой поток от нагревателя через теплопри ник к хладагенту задает нагревы того и другого, зависящие от тепловых сопротивлений RH и По определ01ию тепловое сопротивление RX можно вьшазить как Rx . где uVx - нагрев хладагенга., в - тепловой поток. Если расход хладагента t , а его теплоетлкость Сх .то уносимый тепловой поток (1 вьфажается как 01 . Из этих соотношени следует, что RX сТ пр ктических случаях можно допустить погреш ность от неучета RX не более 2%, т. е. -у- 5О RX откуда и получаем условие выбора величины расхода хладагента 5О Л /CTS. . При такой величине расхода формула (I) будет иметь вид N/(t):.D2irR j1-exp откуда следует, что в установившемся режиме ( у, а практически Щ)и t ЗСц R тепловая щюводимость испытуемого образца связана с приростом температуры нагревате1Ш следукядим соо ношением .%hViH V(oo) где Ux|Q - напряжение на нагревателе в начальный момшт. Величина прироста температуры / (сю) легко определяется путем изм рения падения напряжения U на нагре вателе при услошш поддержания 3 cons-t и отсутствии реактивной состав ляющей в полном элшстрическом сопро- тивлеЕШи нагревателя. Тогда связь межяу тепловой проводимое гью и падением 11апряж 1ня на нагревателе выразится формулой ci2Uo3 eRo/Uoo) Таким образом, для оценки монолитности используемого образка метопом определения его теплопроводности по пр 1Явгаемому способу достаточно измерить начальное и установившееся значения падения напряж гая на нагревателе, под- дер живая неизменной силу тока в нем, а расход хладагеята в каналах тешкшриемника таким, чтобы нагрев хладагента был незначителен. . Наиболее просто и точно измерения относительно малых напряжений могут быть выпо/гаены при промышленной частоте .тока нагрева. Конструкция нагревателя в устройстве для осуществления указанного стюсоба измерений должна удовлетворять условию - активное и реактивное сопротивдения нагревателя соответственно. При протекании по проводникам нагревателя перемшного тока падение напряжения на нем определяется кшс , (С) где tr V(V)4-(tJu3)2 - моаупь комплексноно сопротивления нагревателя;) - активное сопротивление, зависящее от температуры; UJL, - индуктивное сопротивление нагревателя. Зависимость г (V) обычно задается соотношшием r(V)ro(n.oi2V) , (7) где Гд - активное {сопротивление нагревателя при некоторой температуре -toИз формулы (6) следует, что погрешнрсть оценки по результатам измерений ;/.3 | и fO/tes милше, чем больше отношение ТИ/ Наиболее технически просто увейнчЬние этого отношения достигаегся снижения индуктивности нагревателя Ц . Индуктивность двух расположенных ряд омтонких шин определяется по форм ь4 + еп(), где в, с - соответственно размеры мень шей и большой сторон шин; с1 - межосевое расстояние парал лельных шин; магнитная проницаемость в вакууме. Подбирая соотношение рааме.ров Ь i с и d , можно осуществлять предложенный способ так, что гфи протекании перемен ного тока погрешность измерения от неу чета индуктивности составит менее 1%, На фиг. I схематично изображено предлагаемое сечение параллельно расположенных ветвей проводящей ленты, образующих нагреватель. Образец I с нагревателем 2 включае большое число скруток 3, состоящих из большого числа элементарных провод ников 4, снабженных, например, эмалево изоляцией. Проводники 4 и скрутки 3 многократно транспортированы по длине образца. Теплоприемник снабжен каналом 6 прямоугольного сечения для пропускания хладагента, например воды. Воздушное пространство межпр проводникам скрутками каналом геплоприемника и нагревателем заполнено склеивающим остатком 7. Нагреватель вьшолнен в виде U -образного проводника 8, например медного имеющего прямоугольное сечение, соотношение сторон которого Ъ : С (фиг. 2 не более 0,2. Проводники нагревателя разделены электроизоляционной прокладкой 9, толщина которой не превышает ОД от меньшего размера сечения 1). Наилучшим примере вьшолнения устройства является симметричное размещение геплоприемников по обе стороны от параллельно расположенных ветв нагревателя. Нагреватель снабжен зажимамн Ю, к которым подсоединен вьюокоточный вольтметр 11 переменного тока. Устройство снабжено емкостью 12 с хладагентом, регулирующим расход агента веншлетд 3, емкостью 14 для слива хладагента, снабженной термодатчиком. 9 88 Теплоприемник и нагреватель 2 помещены в теплоизолирующий экран 15. На фиг. 2 обозначены размеры сечения и взаимное расположение проводников нагревателя, где принято Ъ I мм; С 7, мм; d О,1 мм; d b + Q 1Д мм. Проводник взят медным и имеет длину около 8ОО мм, Размеры сечения трубки теплоприетлника 57 мм, сечения канала для хладагента 35 мм. Элемент 3 выполнен из четырех скруток, содержащих по 20 эмалированных проволочек. Погрешность измерений можно оценить, подставив значения выбранных параметров проводника 4 в формулу (8). Тогда получим L 1,15 Ю Гн и для медного проводника ( р 1,72 1О Ом см) длиной К О,8 м при частоте 5О Гц. имеем .Й/- .V4.50.. Таким образом, погрешность в измерен напряжения от неучета индуктивности составляет менее 1%, благодаря чему погрешность в определении Л по формуле (5) в наиболее неблагоприятных случаях, когда и«, {1,10 + 1,15; Uo . не превысит 1О%. ЕСЛИ отступить от выбраных соотношений и принять, например в/с . О,3 или (3о /в 0,2, .то погрешность измерения напряжения от неучета L, превысит 2%, а погрешность определения достигнет 2О%., что неприемлемо. По проводникам 8 нагревателя 2 пропускают переменный ток D 12О А час тотой 5О Гц. Тепловой поток двумя равными частями распространяется через элементы, составляющие образец 1 к теплоприемннку 5, по каналам которого пропускают хладагент 6 воду) с расходом 2 л/мин так, чтобы нагрев воды не превышал 1 ° С. Средняя температура сливающей в емкость 14 воды замеряется термодатчиком. Установившийся режим наступает не более, чем через 5 мин после включения тока. Расчетное тепловой проводимоста составляет р « Вт/°С. Склейка и опрессовка всех элементов устройства осуществляется по технологии, принятой для реальной конструкции стержня, что также приводит к снижению погрешности измерений, так как тепловые noha в рассмагривао гом ус гройсгве и в натурной токопроводяшей части стержня оказываются практическя яцекпршыми. Многочиспенвыа экспериментальные давные показали, что применяя 1федложенныё способы и устройство,: можно дифференшфовать используемые пропиточные составы, изоляционные материалы и .технологические процессы по важному выходному параметру - степени монолитности токопроводящей части обмотки, что позволяет оптимизировать конструктивно-технологическое вьшоЛнение последней Taким образом, предлагаемый способ и устройство сокращают трудозатраты на изготовление, обеспечивают повышение Качества электрической машины, открывают путь улучшения ее тежническнх параметров. . изобретения 1. Способ контроля монолитности токопроводящей части стержня обмотки эле трической машины, состоящий в том, что {Создают тепловой поток.перпендикул5фный поверхности образца тскопроводящей части стержня обмотки электрической машиньъ содержащего нагреватель и теплоприемннк с каналами для пропускания хладагента определ51ют параметры теплового потока и контролируют монолитность по тепловой проводимости образца, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерений и повышения их точности, тепловой поток создают пропусканием тока неизменной величины через нагревагета, а через каналы теплоприемника пропускают хладагент, расход которого не менее 5О Л А где Л - тепловая проводимость образца Су - теплоемкость хладагента, измеряют падение напряжения на нагревателе в момент его вклю чения и в устанотвившемся режиме, а тепловую проводимость образца вычисляют по соотношению , J-U /Ueo где UQ и Jff - падение напряжения на нагревателе в моч мент его включения и в установившемся режиме, соответственно; J - сила тока, пропускаемого через нагреватель; .ct2 - температурный коэффициент сопротивления м1атериала нагревателя. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее образец, нагреЕютель образца, термочувствительные эл ыенты н хладагент, отличающееся тем, что нагреватель имеет и -образную форму и выполнен из проводящей ленты, сечение которой имеет соотнош сие сторон не более 0,2, прнчем внешняя поверхность ленты находится в тепловом контакте с тешюцрнемнякам, а ее внутренние 1к верхносга раздел ы между собой электроизолирующей полосой, толщиной не более O,t толщины ленты. Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе 1.Лаки н амали электроизоляционные. Методы испытаний. ГОСТ 13526-79. 2.Авторское свидетельство СССР N9 361434, кл. с; 01 N 25/ОО, 1971 (прототип). 3.Авторское свидетельство СССР № 290211, кл. Q 01 N 25/18, 1961 (прототип).