Способ контроля витковой изоляции обмотки якоря электрической машины

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВИТКОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТКИ ЯКОРЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Суходолов Юрий Викторович Шейников Алексей Александрович Малашин Андрей Николаевич Вашкевич Владимир Ромуальдович(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(57) Способ контроля витковой изоляции обмотки якоря электрической машины, характеризующийся тем, что подают два синхронизированных фазомодулированных диагностических сигнала напряжения между противоположными пластинами коллектора и корпусом якоря от двух независимых источников, принимают упомянутые сигналы, каждый из которых пропорционален току, протекающему по соответствующей цепи, образованной независимым источником диагностического напряжения и распределенными индуктивностью и емкостью обмотки якоря, выделяют из одного принятого сигнала спектральную составляющую, соответствующую по частоте нижней границе н диапазона разброса первых максимумов амплитудно-частотной характеристики исправной обмотки якоря, обусловленного технологическими отклонениями ее параметров, а из другого принятого сигналаФиг. 4 16628 1 2012.12.30 спектральную составляющую, соответствующую по частоте верхней границе в упомянутого диапазона, суммируют выделенные спектральные составляющие и определяют минимальное значение огибающей результирующего сигнала, при превышении которым установленного значения судят о наличии дефекта витковой изоляции, причем частоту модуляциисигнала и несущую частоту 0 каждого источника диагностического напряжения задают таким образом, чтобы выполнялись условияв н 20 в н . 2 Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано при испытаниях витковой изоляции якорей электрических машин постоянного тока. В настоящее время существуют различные способы контроля изоляции в обмотке якоря электрической машины. Существует способ испытания электрической прочности межвитковой изоляции обмоток коллекторных электрических машин 1, заключающийся в том, что на последовательно соединенные обмотки возбуждения и якоря воздействуют пониженным напряжением номинальной частоты, а повышенным напряжением воздействуют на обмотку якоря, соединенную параллельно с обмоткой возбуждения, и о нарушении межвитковой изоляции обмоток проверяемого электродвигателя судят по увеличению тока номинальной частоты. Для реализации этого способа требуются источник пониженного напряжения номинальной частоты, источник повышенного напряжения повышенной частоты, фильтр, состоящий из дросселя и конденсатора, конденсатор. Недостатки этого способа следующие в процессе испытаний создаются опасные режимы для изоляции электрических машин с повышенным отработанным ресурсом отсутствует достоверность контроля из-за низкой помехоустойчивости, так как искажения, вносимые нестабильностью параметров дросселя и конденсатора, неравномерностью магнитного зазора, нестабильностью параметров сети, превышают изменения тока,связанные с возникновением виткового замыкания. Существует способ обнаружения дефектов в обмотках якорей электрических машин 2, заключающийся в том, что якорь вращают в переменном электромагнитном поле индуктора, напряженность которого изменяется в пределах резонансной области якорей проверяемого типа, с приемного электромагнитного датчика, индуктивно связанного с якорем, снимается модулированный сигнал высокой частоты, который демодулируют,выделяя огибающую этого сигнала, выделяют низкочастотные гармонические составляющие, затем выделенные гармоники суммируют и по изменению амплитуды усиленного результирующего сигнала судят о наличии обмоточных дефектов. Для реализации этого способа требуются электромагниты, индуктор и приемный электромагнитный датчик, генератор качающейся частоты, предварительный усилитель, набор фильтров, выходной усилитель, индикатор дефектов. Недостатки этого способа следующие для производства испытаний требуются разборка электрической машины и использование громоздкого электромеханического привода с ограниченным ресурсом для каждого типоразмера требуются свой наводящий, приемный электромагнитный датчик и устройство для его крепления отсутствует достоверность контроля из-за низкой помехоустойчивости, так как наводимые посторонние сигналы в датчиках вместе с паразитной модуляцией, возникающей из-за неравномерности воздушного зазора и погрешности установки индуктора и датчика,16628 1 2012.12.30 биений опор и приводных механизмов, создают искажения, соизмеримые с полезным сигналом. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ обнаружения виткового замыкания в обмотке якоря электрической машины 3,заключающийся в анализе спектральных составляющих и основанный на исследовании характера изменения затухающего переходного процесса в проверяемой обмотке, возникающего при воздействии на объект контроля импульсным испытательным напряжением,путем преобразования указанного переходного процесса в прерывистую последовательность импульсов, сравнении амплитуд гармоник образцовой и сравниваемой прерывистых последовательностей импульсов и по результатам их сравнения определении наличия виткового замыкания в обмотке. Для реализации этого способа требуются переключатель, компаратор, счетчики-формирователи импульсов, избирательное устройство, вольтметр, генератор испытательных импульсов. Вышеприведенному способу присущи следующие недостатки для обеспечения доступа к двум соседним коллекторным пластинам при производстве испытаний требуется демонтаж и разборка электрической машины отсутствует достоверность контроля из-за низкой помехоустойчивости, так как моменты формирования импульсов образцовой прерывистой последовательности нарушаются из-за того, что к этому времени колебательный процесс почти затух и сам уже стал соизмеримым с величиной помех. Следствием недостатков всех вышеприведенных способов диагностики является то,что не обеспечивается достоверность контроля, что влечет за собой ложное заключение о неисправности обмотки якоря низкая производительность контроля, связанная с необходимостью разборки электрической машины невозможность производить диагностику электрических машин без их демонтажа из производственного оборудования в процессе эксплуатации. Задачей предлагаемого способа является увеличение помехоустойчивости и достоверности контроля. Поставленная задача достигается за счет подачи двух синхронизированных фазомодулированных диагностических сигналов напряжения между противоположными пластинами коллектора и корпусом якоря от двух независимых источников, выделения из одного принятого сигнала спектральной составляющей, соответствующей по частоте нижней границе диапазона разброса первых максимумов амплитудно-частотной характеристики исправной обмотки якоря, обусловленного технологическими отклонениями ее параметров, а из другого принятого сигнала - спектральной составляющей, соответствующей по частоте верхней границе упомянутого диапазона, суммирования выделенных спектральных составляющих и определения минимального значения огибающей результирующего сигнала, характеризующего состояние витковой изоляции. Суть предлагаемого изобретения заключается в следующем двумя независимыми генераторами формируют два синхронизированных фазомодулированных сигнала (фиг. 1), представляющих собой синусоидальные сигналы с частотой 0, которые скачком изменяют свою фазу на угол 180 под воздействием модулирующего импульсного сигнала с частотой . Подают два синхронизированных фазомодулированных диагностических сигнала напряжения между противоположными пластинами коллектора и корпусом якоря от двух независимых источников, принимают упомянутые сигналы, каждый из которых пропорционален току, протекающему по соответствующей цепи, образованной независимым источником диагностического напряжения и распределенными индуктивностью и емкостью 16628 1 2012.12.30 обмотки якоря, выделяют из одного принятого сигнала спектральную составляющую, соответствующую по частоте нижней границе н диапазона разброса первых максимумов амплитудно-частотной характеристики исправной обмотки якоря, обусловленного технологическими отклонениями ее параметров (фиг. 2, кривая 1), а из другого принятого сигнала - спектральную составляющую, соответствующую по частоте верхней границе в упомянутого диапазона, суммируют выделенные спектральные составляющие и определяют минимальное значение огибающей результирующего сигнала (фиг. 3), при превышении которым установленного значения судят о наличии дефекта витковой изоляции (при дефекте витковой изоляции значение первого максимума амплитудно-частотной характеристики обмотки сильно возрастает (фиг. 2, кривая 2), что влечет за собой увеличение амплитуды спектральной составляющей, соответствующей верхней боковой частоте в, и увеличение минимума огибающей результирующего сигнала), причем частоту модуляциисигнала и несущую частоту 0 каждого источника диагностического напряжения задают таким образом, чтобы выполнялись условияв н 0 в н . 2 2 Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства (фиг. 4), включающего генераторы испытательного сигнала 1 и 2, резисторы 3 и 4, избирательные блоки 5 и 6, суммирующий блок 7, блок выделения минимума 8, вольтметр 9, якорь электрической машины 10. Генераторы 1 и 2 подключают к диаметрально противоположным пластинам коллектора и корпусу якоря 10. Избирательные блоки 5 и 6 подключают к резисторам 3 и 4, с которых снимается сигнал, пропорциональный протекающему току. Избирательными блоками производят выделение спектральных, составляющих соответствующих по частоте нижней (блоком 5) и верхней (блоком 6) границам разброса первых максимумов амплитудно-частотной характеристики исправной обмотки, обусловленного отклонениями ее параметров по технологическим причинам. Выход избирательных блоков 5 и 6 подключают ко входу суммирующего блока 7, где производится их сложение, выход суммирующего блока 7 подключают ко входу блока выделения минимума 8, в котором фиксируется минимальное значение результирующего сигнала, выход блока выделения минимума 8 подключают ко входу вольтметра 9 и по величине этого минимального значения огибающей результирующего сигнала судят о наличии дефекта в обмотке якоря. Измерения, согласно способу, выполняют следующим образом выставляют частоту модуляциифазомодулированного сигнала и несущую частоту 0 генераторов испытательного напряжения 1 и 2 таким образом, чтобы н 0, в 0 илив н 2 вн, где н и в - нижняя и верхняя границы диапазона разброса значений первых 02 максимумов амплитудно-частотной характеристики исправной обмотки, полученные заранее для испытываемого типа электрической машины. Модуляцию фазы производят скачкообразно на угол 180. Настраивают избирательные блоки 5 и 6 соответственно на частоту н и в. Выделенные спектральные составляющие 1 и 2 суммируются в суммирующем блоке 7, на выходе которого получают результирующий сигнал - балансно-модулированное колебание 11(2 в) 22(2 н),где 1 и 2 - амплитуды сигналов на выходе избирательных блоков 5 и 6. В случае исправной обмотки (12 испр) минимальное значение огибающей результирующего сигнала, фиксируемое в блоке выделения минимума 8, равно нулю 122 испр ( (2 в)(2 н,16628 1 2012.12.30 после преобразования 122 испр 2 в н 2 в н 2 2 огибающей наступает при 2 в н 0 и 0. 2 При возникновении виткового замыкания частота и значение первого максимума амплитудно-частотной характеристики изменится, что приведет к неравенству амплитуд выделяемых гармоник и как следствие, увеличению минимального значения огибающей до величины, характерной для образовавшегося дефекта. Для исключения ошибочного результата поворачивают якорь электрической машины на 90 и выполняют измерения еще раз. Таким образом, предлагаемый способ обладает высокой помехоустойчивостью, так как анализируются амплитуды спектральных составляющих, выделяемых непосредственно из снимаемого сигнала без промежуточных его преобразований, а результирующим от сложения выделенных гармоник является балансно-модулированный сигнал с низкочастотной периодической огибающей, по превышению минимумом которой установленной величины и определяется состояние витковой изоляции. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.