Устройство для диагностирования обмоток электрических машин

(1% (11),3(59 С 01 Р 31106 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Н АВТО рудово одного ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ДЕВАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И О ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ленинградский ордена ТгоКрасного Знамени институт втранспорта(56) 1.Патент США М 3667034,кл. 324-55, опублик. 1971.2 .Патент США Р 3514696, кл.324-54,опублик. 1970.З.Макаров Р.А. и др. Диагностирование технического состояния приводови тормозов строительных машин. МСтройиздат, 1971. с. 61 (прототип .(541(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИ",РОВАНИЯ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН,содержащее генератор зондирующих импульсов, выход которого соединен сзажимом для подключения одного извыводов диагностируемой обмотки,блок индикации, формирователь, входкоторого соединен с одним зажимомдля подключения одного из выводовдиагностируемой обмотки, а выход,через последовательно соединенные усилитель, первый пиковый детекторс одним из входов блока управления,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения функционалйныхвозможностей за счет определениястепени износа обмоток, в устройство введены второй и третий пиковыедетекторы, интегратор, блок опорно.го напряжения, блок вычислений, аусилитель выполнен с регулируемымкоэфФициентом усиления, причем выход блока опорного напряжения соединен с одним из входов блока сравнения, первый выход которого соединен соответственно с соответствующими входами генератора зондирующих сигналов, усилителя, первого,второго и третьего пиковых детекторов и интегратора, выход которогочерез третий пиковый детектор соединен с первым входом блока вычислений, а вход - с выходом усилителя и с одним из входов второго пикового детектора, выход которогосоединен с вторым входом блока вычислений, выход которого соединенс блоком индикации, а третий вход -с вторым выходом блока сравнения.1081570 30 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок вычислений содержит первый и второй ,управляемые ключи, л блоков допускового контроля и логический блок, причем первые входы первого и второго управляемых ключей соединены с третьим входом блока вычислений, вторые входы указанных ключей соединены соответственно с первым и Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно кнеразрушающим методам контроля обмотки электрических машин в процессеих изготовления и эксплуатации.Известно устройство для контроляобмоток электрических машин, содержащее конденсатор, образующий резонансный контур с диагностируемой обмоткой 1 3Недостатком данного устройстваявляется его малая чувствительностьк степени износа изоляции обмоток,т.е. некотооого промежуточного состояния износа обмоток.Известно также устройство для 15проверки изоляции проводов с помощьюимпульсов высокого напряжения, содержащего конденсатор, повышающий транс-.форматор, дискриминирующую схему иэлектрод Г 23 20Недостатками данного устройстваявляются: невозможность проверки степени износа изоляции электрическихмашин, находящихся в эксплуатации;необходимость использования импульсов испытательного напряжения повышенной амплитуды из-за малых участков контролируемого провода (кабеля).Повышение амплитуды испытательногонапряжения может при поврежденииизоляции привести к коронным разрядам, что разрушает изоляцию; ограниченные функциональные возможностиустройства из-эа невозможностидиагностирования дефектов обмотки, вызванных изменением индуктивности (например, при деформации витков ); низкая чувствительность к определениюдефектов типа "старение изоляцииф(,изменение тангенса угла потерь изоляции и т.п. ) из-за того, что в искусственно созданном колебательномконтуре доля емкостной составляющейучастка фэлектрод-провод" по сравнению с емкостной и индуктивной составляющими эталонной вторичной обмоткам трансформатора мала,вторым входами блока вычислений,выход первого управляемого ключасоединен с первыми входами л блоковдопускового контроля, выход второгоуправляемого ключа соединен с вторыми входамиблоков допускового контроля, выходы которых соединены с соответствующими входами логическогоблока, выход которого соединен с выходом блока вычислений. ЪНаиболее близким по технической сущности является устройство для диагностирования обмоток электрических машин, содержащее генератор зондирующих сигналов, подключенный к одной из обмоток электрической машины, которая индуктивно связана с диагностируемой обмоткой. Указанная обмотка через последовательно соединенные формирователь, усилитель и детектор подключена к первому входу блока сравнения, к второму входу 1 которого подключен выход генератора зондирующих сигналов. К выходу блока сравнения подключен блок индикации 3). Данное устройство позволяет определять обрыв и наличие короткозамкнутых витков в обмотке, пробой изоляции на корпусе электрической маши ны, соответствие выводов обмотки клеммным зажимам.Недостатком устройства является то, что оно не позволяет определять степень износа обмоток.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения степени износа обмоток.Эта цель достигается тем, что в устройство для диагностирова:-ия обмоток электрических машин, содержащее генератор зондирующих сигналов, выход которого соединен с зажимом для подключения одного из выводов диагностируемой обмотки, блок индикации, формирователь, вход которого соединен с зажимом для подключения одного из выводов диагностируемой обмотки, а выход через последовательно соединенные усилитель, первый пиковый детектор - с одним из входов блока сравнения, введены второй и третий пиковые детекторы, интегратор, блок опорного напряжения, блок вычислений, а усилитель выполнен с регулируеьим коэффициентом усиления, причем выход блока опорного напряжения соединен с одним из входовблока сравнения, первый выход которого соединен соответственно с соответствующими входами генератора зондирующих сигналов, усилителя, первого, второго и третьего пиковых детекторов и интегратора, выход которого через третий пиковый детекторсоединен с первым входом блока вычислений, а вход - с выходом усилителя и с одним из входов второгопикового детектора, выход которогосоединен с вторым входом блока вычислений, выход которого соединенс блоком индикации, а третий вход -с вторым выходом блока сравнения. 10 Кроме того, блок вычислений содержит первый и второй управляемые ключи, и блоков допускового контроля и логический блок, причем первые входы первого и второго управляемых ключей соединены с третьим входом блока вычислений, вторые входы указанных ключей соединены соответствен. но с первым и вторым нходами блока вычислений, входы первого управляемого ключа соединены с первыми входами и блоков допусконого контроля, выход второго управляемого ключа соединен с вторыми входами и блоков допускового контроля, выходы кото- З 0 рых соединены с соответствующимивходами логического блока, выход которого соединен с выходом блока нычислений.На фиг. 1 представлена структур ная схема устройсчва; на фиг. 2 структурная схема блока вычислений устройства; на фиг. 3 - структурная. схема логического блока блока вычислений; на фиг. 4 - структурная схема 40 блока допусконого контроля; на фиг.5 структурная схема блока сравнения; на фиг. б - тря области значений параметров Х и у, соответствующих определенным значениям пробивного 45 напряжения и соответственно определенной степени износа; на фиг. 7 две Области значений параметров Х исоответствующих определенным значениям пробивного напряжения; на фиг. 8 - две плоскости в координатах Х и у, причем одна из них аппроксимирована соответствующей системой неравенств.Устройство содержит генератор зондирующих сигналов 1, формирователь 2, 55 усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления, первый 4, второй 5 и третий 6 пиковые детекторы, блок 7 сравнения, интегратор 8, блок 9 опорного напряжения, блок 10 вычислений, 60 блок 11 индикации, диагностируемую обмотку 12.Выход генератора 1 зондирующих сигналов соединен с зажимом для подключения одного из выводов диагнос тируемой обмотки 12, Вход формирователя 2 соединен с зажимом для подключения другого вывода диагностируемой обмотки, а ныход через последовательно соединенные усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления, первый пиковый детектор 4 - с одним из входов блока 7 сравнения. Выход блока 9 опорного напряжения соединен с одним из выходов блока 7 сравнения, первый выход которого соединен соответственно с соответствующими входами генератора 1 зондирующих сигналов, усилителя 3 пиковых детекторов 4-6 и интегратора 8. Выход интегратора 8 через пиковый детектор б соединен с первым входом блока 10 вычислений, а вход соединен с выходом усилителя 3 и с одним иэ входов второго пикового детектора 5, выход которого соединен с вторым входом блока 10 вычислений. Выход блока 10 соединен с блоком 11 индикации, а третий вход с вторым выходом блока 7 сравнЕния.Пиковые детекторы 4-6 предназначены для выделения и запоминания экстремальных значений поступающих на их входы сигналов. Пиковые детекторы 4 и 5 содержат фазоразличители, например диоды, которые позволяют запоминать в пиковом детекторе 4 только экстремальные значения положительных сигналов,.подаваемых на его вход, а н пиковом детекторе 5 экстремальные значения отрицательных сигналов.Генератор 1 зондирующих сигналов предназначен для подачи специальных тестовых сигналон на вход диагностируемой обмотки электрической машины. В качестве тестовых сигналов могут быть использованы, например, прямо. угольные импульсы напряжения между одним из выводов обмотки электричес кой машины и ее корпусом.Формирователь 2 предназначен для выделения периодической составляющей затухающих колебаний разности потенциалов между одним иэ выводов диагностируемой обмотки и корпусом электрической машины.Блок 10 вычислений (фиг. 2) содержит первый 13 и второй 14 управляющие ключи, о блоков 15 допускового контроля и логический блок 16. При этом первые входы ключей 13 и 14 соединены с третьим входом блока 10 вычислений, а вторые входы укаэанных ключей соединены соответственно с первым и вторым входами блока 10 вычислений. Выход перного ключа 13 соединен с первыми входами и блоков 15 допускового контроля, выход второго ключа 14 соединен с вторыми входали и блоков 15 допускового контроля, выходы которых соединены с соответствующими входами логического блока 16.Выход блока 16 соединен с выходомблока 10 вычислений.При наличии в блоке 10 двух блоков 15 допускового контроля блок 10( фиг. 3 1 содержит первый 17, второй18, третий 19 элементы И, а такжепервый 20 и второй 21 элементы НЕ.При этом ныход первого блока допускового контроля 15 подключен к первому входу первоо элемента 17 И ичерез первый элемент 20 НЕ - к первым входам элементов И 18 и 19.Выход второго блока 15 допускового контроля подключен к вторым входам элементов И 17 и 18 и через второй элемент НЕ 21 - к второму входуэлемента И 19.Блок 15 допускового контроля блока 10 вычислений содержит квадратор22, элемент И 23 и четыре сумматора 24 на операционных усилителях( фиг. 41Блок. 7 сравнения (фиг. 51 содержит операционный усилитель 25, работающий н режиме вычитания и нульорган 26. При этом к инверсномувходу усилителя 25 подключен выходблока 9 опорного напряжения, а кпрямому - выход пикового детектора 4.Выход усилителя 25 подключен к входу нуль-органа 26, выход которогосовместно с выходом усилителя 25 является выходами блона 7 сраннения.Устройство работает следующимобразом.На обмотку 12 генератора 1 подается зондирующий тест-сигнал. Еслиобмотка 12 оборвана, то на выходеформирбвателя 2 выходной сигнал будет отсутствовать. Так как на обоих,входах блока 7 сравнения сигналы не.будут равны, то на выходе блока 7появится сигнал, который увеличиткоэффициент усиления усилителя 3,смещая рабочую точку, например,1 транзистора. Одновременно сигнал свыхода блока 7 поступит на вход генератора 1, который вновь подает тестовый сигнал на обмотку 12 и т.д.В результате чего процесс будет повторяться и блок 11 индикации зафиксирует обрыв в обмотке 12,Для определения степени износана обмотку 12 подают тестовый сигнал, например разность потенциаловмежду обмоткой 12 и корпусом машины.формирователь 2 выделяет периодическую составляющую 0(11 возникающих приэтом затухающих колебаний. Усилитель3 умножает 0(С на величину Ф . Приэтом выходной сигнал усилителя 3подается иа соответствующие входыдетекторов 4,5 и интеграторов 8.При этом пиковый детектор 4 запоминает экстремальное значение А,первой полуволны" затухающих колебаний ЪО(1,пиковыйдетектор 5 запоминает экстремальные значения А 2 второй полуволны затухающих колебаний1 0(Ф , интегратор 8 производит интегрирование сигнала 0(1 в интервале времени 0- Т , равном длительности первого периода затухающих коТлебаний сигнала СО(1)-уИ 1= с О(С 1 с 31оПиковый детектор 6 запоминает экстремальное значение А; сигнала у( .Зная величины А , А 2, можно определить величину декремента относительного затухания Х = А/А. Для 15 оценки величины Х по известнйм А 1и А 2 требуется блок деления. Для исключения блока деления выходной сигнал пикового детектора А сравнивается в блоке 7 сравнения " величиной 20 опорного напряжения О, подаваемогона второй вход блока 7 сравнения свыхода блока 9 опорного на,ряжения.НапряжениеОоппринято за единицу. Приэтом сигнал 0 подается на инверсныйоп25 вход усилителя 25 блока 7 сравнения,а сигнал Адетектора 4 - на прямойвход усилителя 25. Выходной сигналусилителя 25 о(, =( А - Ооп 1 подаетсяна вход нуль-органа 26 и на входы З 0 пиковых детекторов 4-6, интегратора 8, усилителя 3 и на вход генератора 1 зондирующих сигналон. Если/с Еп, где Е - порог срабатывания нуль-органа 26, то сигналс выхода усилителя 25 стирает ранеезапомненные величины н пиковых детекторах 4-6 и в интеграторе 8. Сигнал с выхода операционного усилителя 25 подается в усилитель 3 и регулирует в нем положение рабочей точки на характеристике. По данномусигналу усилитель 3 изменяет величкну 1 . Затем генератор 1 зондирующихсигналов при поступлении на его входсигнала с первого выхода блока 7 сравнения вновь подает тестовый сигнал на входконтролируемой обмотки 12 электрической машины. Затем процесс диагности ю"роваиия повторяется аналогично описанному. Процесс заканчивается, когда вели -50 чина,;(, станет не больше величины 8 п,При 1 ф Еп появится сигнал навыходе нуль-органа 26 блока 7 сравнения, который подается на третий вход блока 10 вычислений, на первый55 и нторой входы которого поступают сигналы с выходов пиковых детекторов 5, б,равные соотнетственно значениям х и 1(При подаче сигнала с нуль-органа26 блока 7 сравнения в блоке 10 выщ числений открываются ключи 13 и 14.Тогда сигналы с выходов пиковых детекторов 5 и 6 через открытые ключи 13 и14 подаются на входы соответствующихблоков 15 допускового контроля, которые 65 . работают следующим образом,Предположим, что величина износа контролируемых обмоток разбита на две степени, соответствующие двум значениям пробивного напряжения "пр 1 фон 2 ( пр 2( Од) . Этим двум 3 начениям пробивногО напряжения 0яр 1 Одр 2 . на плоскости параметров Х,соответствуют две области значений 7 02 (б. 62) (фиг7) . При этом под областью 6 понимается множество значений величин х при которых величина пробивного напряжения не менее заданной Одр, Эти области можно определять, например, методом статистических испытаний следующим образом. В камеру испытаний погружают К контролируемых обмоток и Р скруток. Затем обмотки и скрутки подвергают определенным воздействиям температуре, влажности, вибрации и т.д.) . При определенном уров не воздействия у обмоток измеряют значенияи, а для части скруток определяют О , пробивая их. Пробитые скрутки исключают из дальнейшего исследования. На плоскости параметров у,т наносят точки, соответствующие измеренным значениям Х,., Ор Затем оставшиеся скрутки и обмоткй подвергают новому воздействию, и цикл определения новых значенйй . Х,у,О повторяют. После окончания процесса испытаний плоскость параметров Х, у, которым соответствует определенное значение пробивного напряжения Од и соответственно определенная степень износа обмоток.Если имеется две области, то блок 10 вычислений содержит один блок 15 допускового контроля, контролирующего нахождение парамеФ 9 оХ, З в области Ь или 62 (Фиг. 7),и не содержит логического блока 16.5так как область 6 может иметь сложную геометрическую Форму, то ее границу аппроксимируют. Предположим,что область 4 можно аппроксимировать следующей системой неравенств1 О 15Для определения соответствия выводов обмоток клеммным зажимам сигналы с генератора 1 поочередно подаютмежду каждой из фаэных обмоток электрической машины, например трехфаз О ного двигателя, и корпусом. Есливыходные сигналы со всех обмотокпримерно одинаковы, то это говорито соответствии выводов обмоток клеммным зажимам. Если сигналы отличаются друг от друга, то в какой-лйбЬобмотке имеет место дефект, в частности несоответствие подключениявыводов обмотки клеммным зажимамДанное устройство позволяет наряду с такими дефектами, как обрыв и т,д., определять степень износа изоляции обмоток электрических мадин, что позволяет уменьшить время и затраты на ремЪнт, обосйовать сроки проведения профилактических работ, повысить эксплуатационную надежность электрических машин.1081570 Рмтк Составитель Е.БерезовС.Патрушева Техред М.КузьмаКорректор С.Шекмар Редак Заказ 1544/41В филиал ППП фПатентф, г.ужгород, ул.ПроеКтная Тираж ИИПИ Гос о делам 5, Москв 711 Подларственного комитетазобретений и открытийЖ, Раушская наб.,исноеСР