Способ контроля отверждения пропитанной изоляции и устройство для его осуществления

(я 5 8 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 6 Ирс гЛ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СБ ЕЛЬСТВ(71) Томский инстсистем управлени(72) Г.В.Смирнов,%17тут автоматизированных и радиоэлектроникиВ.Ф.Дунаф и А.Ю.Гладыо оИзобретение относится к ке, в частности к контролю к танной изоляции электр изделий,Цель изобретения - пов верности контроля. лектротехниества пропи- ехнических На фиг.1 предст симости пропиточн щества КПпри р высушенности, снят структурная схема и алены частот го иэоляцио, зличных сте е при 20 С; н едлагаемого ные завинного вепенях его а фиг.2 - устройстшение досто(53) 621.315(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР М 1224915, кл, Н 02 К 15/12, 1986.Авторское свидетельство СССР М 1270730. кл. 6 01 й 31/06, 1986.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОТВЕРЖДЕНИЯ ПРОПИТАННОЙ ИЗОЛЯЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к контролю качества пропитанной изоляции электротехнических изделий, Цель изобретения - повышение достоверности контроля. Через пропитанную обмотку. пропускают стабилизированный ток Ьэ, производят измерения напряжения Оь на ней в момент подключения источника стабилизированного тока к обмотке и повторно 02 д по истечении заданного времени 1, Затем определяют массу пропиточного состава в обмотке по выраже.Ж. 1 о 47473 А О 1где С - удельная теплоемкость пропиточного изоляционного состава; а - температурный коэффициент сопротивления проводобмотки; С 1 - удельная теплоемкость материала провода; р 20 - удельное сопротивление материала провода обмотки; дплотность материала провода обмотки пр20 С: ЬР - длина провода обмотки. Затеизмеряют собственную емкость обмотки С 1на частоте, лежащей в оптической областнеотвержденного изоляционного пропиточного состава, а С 2 э - на частоте, лежаЩейдисперсионной области неотвержденногизоляционного пропиточного состава,по результатам измерений определякоэффициент К, по которому определястепень отверждения, по выражениюС 1, дЧ,=( - ) - , где Ч 0 - обьем полостей непС 2 э ипитанной обмотки; б - плотность сухизоляционного состава, Устройство контрля отверждения пропитанной изоляции обмоток электротехнических изделийсодержит источник постоянного тока, стабилизатор тока, блок регистрации, блок коммутации, автогенератор, частотомер,синхронизатор, вычислительный блок иблок управления. 2 с,п.ф-лы, 3 ил 2 табл, 1647473ва; на фиг.З - эпюры, поясняющие принцип работы устройства,устройство (фиг,2) содержит источник 1 постоянного напряжения, синхронизатор 2, стабилизатор 3 тока, блок 4 компенсации, блок 5 регистрации, блок 6 коммутации, автогенератор 7, частотомер 8, блок 9 сопряжения, вычислительный блок 10 и блок 11 управления, На фиг.2 показана также измеряемая обмотка 12. Выход источника 1 постоянного напряжения соединен с входом стабилизатора 3 тока и входом синхронизатора 2, первый выход которого соединен с запускающим входом стабилизатора 3 тока, Выход стабилизатора 3 тока соединен с первым входом блока 6 коммутации и входом блока 4 компенсации, выход которого соединен с входом блока 5 регистрации. Запускающий вход блока 5 регистрации соединен с вторым выходом синхронизатора 2, третий выход которого является вторым входом блока 6 коммутации,Первый вход блока 6 коммутации соединен с одним из зажимов для подключения объекта 12 измерения (обмотки), Второй зажим для подключения объекта 12 измерения соединен с общим выводом устройства. Выход блока 6 коммутации подключен к входу автогенератора 7, выход которого является входом частотомера 8, информационный и запускающие выходы которого соединены с входами блока 9 сопряжения. Информационный и запускающие выходы последнего подключены к входу вычислительного блока 10. Запускащий выход блока 9 сопряжения также соединен с входом блока 11 управления, Первый и второй выходы блока 11 управления соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока 6 коммутации, третий выход блока 11 управления соединен с запускающим входом частотомера 8 и вторым входом блока 6 коммутации,Синхронизатор 2 содеркит генератор 13 эталонных импульсов, вь 1 ход 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 неподвикным контактом многопозиционного переключателя 17 подвижный контакт 19 которого соединен непосредственно с первым входом формирователя 18, через соответствующий конденсатор 20 - с входом сброса счетчика 15, через соответствующий конденсатор 21 с В-входами первого 22, второго 23 ЙЯ-триггеров синхронизатора 2, с вторым входом блока 6 коммутации и запускающим входом частотомера 8. Я-выход 5 10 15 20 25 30 35 40 первого ВЯ-триггера 22 через соответствующий резистор 24 соединен с общей шиной, а через однополюсный выключатель - с зажимом, являющимся входом синхронизатора 2. Выход первого ВЯ-триггера 22 является первым выходом синхронизатора 2 и соединен через соответствующую ВС- цепь 25 с управляющим входом генератора 26 расширенных импульсов, выход которого через соответствующую ВС-цепь 27 соединен с Я-входом второго ВЯ-триггера 23, выход которого соединен с вторым входом формирователя 18 и управляющим входом ключевого элемента 14, В-входы счетчика 15, первого 22 и второго 23 ВЯ-триггеров соединены соответственно. через соответствующие резисторы 28 и 29 с общей шиной. Выход формирователя 18 является вторым ыодом схронзаора 2,Блок 4 компенсации содержит сумматор, выполненный на операционном усилителе 30, первый вход котороо соединен через соответствующий резистор 31 с выходом источника 32 опорного напряжения и с одним из выводов соответствующего резистора 33, другой вывод которого является входом блока 4 компенсации. Второй вход операционного усилителя 30 через соответствующий резистор 34 соединен с, общей шиной, а выход через резистор 35 - со своим первым входом и является выходом блока 4 компенсации и подключается к выходу стабилизатора 3 тока.Блок 6 коммутации содержит первое реле Зб, раэмыкающие контакты которого подсоединены к первому зажиму для подключения обьекта 12 измерения, а замыкающие - к выходу блока 6 коммутации, второе реле 37, замыкающие контакты которого соединены с первым концом катушки 38 индуктивности, а размыкающие подключены к выходу блока 6 коммутации, третье . реле 39, замыкающие контакты которого соединены с общей шиной, а размыкающие подсоединены к первому концу катушки 38 индуктивности, второй конец которой соединен с выходом блока 6 коммутации, который является входом автогенератора 7, ВЯ-триггер 40; Я-вход которого является вторым ьходом блока 6 коммутации, В-вход соединен через резистор 41 с шиной питания, а также с общей шиной через соответствующий конденсатор 42 его выход подключен через инвертор 43 к первому концу обмотки первого реле 36, Первые концы обмоток второго 37 и третьего 39 реле являются соответственно третьим и четвертым входами блока 6 коммутации. Вторые выводы обмоток реле 36, 37 и 39 блока 6 коммутации соединены с шиной питания и5 10 15 20 30 35 40 45 50 55 через соответствующие защитные диоды 44 - 46 со своими первыми выводами,Выход автогенератора 7 соединен с входом частотомера 8, информационный и запускающий выходы последнего через блок 9 сопряжения подключены к входу вычислительного блока 10, Запускающий выход блока 9 сопряжения является входом блока 11 управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока 6 коммутации, а третий выход блока 11 управления соединен с запускающим входом частотомера 8,Устройство раоотает следующим образом.Контролируемая обмстка 12 (фиг,2) подсоединяется к выходу стабилизатора 3 тока и входу блока 4 компенсации, При нажатии кнопки "Пуск" на Я-вход В 8-триггера 22 поступает сигнал от источника 1 постоянного напряжения (фиг.За), На выходе КЗ-триггера 22 появляется положительный потенциал (фиг.Зб), включающий стабилизатор 3 тока. Стабилизированный ток, протекающий через обмотку 12, разогревает ее, вследствие чего напряжение на обмотке изменяется в соответствии с эпюрой 3 (фиг,З). Одновременно с этим напряжение с выхода ЯЯ-триггера 22 включает генератор 26, на выходе которого появляется импульс длительностью 11(фиг.Зв). Длительность 11 равна дли тельности переходного процесса в обмотке 12. Этот импульс необходим, чтобы исключить ошибки в измерении напряжения на обмотке 01 в момент включения стабилизатора тока. По истечению времени т 1 задним фронтом импульса с генератора 26 запускается КЗ-триггер 23 и на его входе, появляется сигнал (фиг.Зг). По фронту этого сигнала срабатывает ключевое устройство 14 и через него начинают проходить от генератооа 13 импульсы стабильной частоты (фиг.Зд), Эти импульсы поступаю: в счетчик 15 и через него в дешифратор 16.Одновременно с этим по переднему фронту сигнала с ЯЯ-триггера 23 срабатывает формирователь 18 запуска вольтметра (фиг.Зж) и на запускающий вход блока 5 регистрации поступает сигнал, по которому блок 5 регистрации включается на первое измерение. Напряжение с обмотки поступает на вход блока 5 регистрации через блок 4 компенсации, который включает сумматор 30 и источник 42 опорного напряжения с полярностью, противоположной полярности напряжения на,обмотке. Поскольку Оопф 40 йн 2 о, где Вк 20 - 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 эпюрой и (фиг.З). По истечению заданного интервала времени, которое определяется положением переключателя 17 на выходе дешифратора 16 по сигналу с выхода дешифратора 16 формируется импульс запуска блока регистрации для второго измерения.После окончания второго измерения формируется импульс начальной установки (фиг,Зг), выключающий источник тока и замыкающий замыкающие контакты реле 36 блока б комл 1 утации (фиг.Зк) и запускающий частотомер (фиг.Зл), При замыкании контактов реле 36 автогенератор 7 начинает вырабатывать синусоидальное напряжение (фиг.Зн).Таким образом, происходит первый сьем собственной резонансной частоты т 1 обмотки 12, Ввод показаний частотомера в вычислительный блок 10 сводится к замыканию контактов реле, подключенных параллельно клавишам наборного поля блока 25 вычисления, Преобразование параллельного двоично-десятичного кода (1-2-4-8), поступающего из частотомера, в последовательное замыкание соответствующих реле осуществляется с помощью блока 9 сопряжения, а именно дешифратора, регистра сдвига, управляемого генератором КР 1006 ВИТ, и счетчика непосредственно управляющего реле на герконах,Частотомер по окончании измерения формирует импульс "Конец измерения" (фиг.Зм), который инициирует нажатием клавиши "С/П" (фиг,Зо) и запускает блок 11 управления. Блок управления вырабатывает импульс, запускающий частотомер на повторное измерение резонансной частоты т 2 колебательного контура, образованного обмоткой 12 и эталонной индуктивностью 38, соединенных последовательно, подключение которой осуществляется замыканием замыкающих контактов реле 37 блока 6 коммутации (фиг.Зп), по команде с блока 11 управления и записывается в вычислительный блок 10. Измерение резонансной частоты 1 з контура, образованного обмоткой 12 и эталонной индуктивностью 38, соединенных параллельно, инициируется сигналом с блока управления, который вырабатывает также импульсы, размыкающие контакты реле, .37 (фиг.Зп и р).После третьего измерения происходит запись 1 з в вычислительный блок 10, запуск программы вычислений и по сигналу "С/П", устройство управления вырабатывает импульс начальной установки, размыкающий замкнутые контакты реле 39 блока б комму 1647473тации и подготавливающий устройство для очередного измерения.П р и м е р, В основе способа лежит зависимость диэлектрической проницаемости изоляционного вещества в неотвержденном состоянии (Фиг.1) от частоты электрического поля, Если измерять диэлектрическую проницаемость изоляционного вещества э контролируемой обмотке а 1 на частоте 11, лежащей воптической области частотных зависимостей обмотки, а затем измерять диэлектрическую проницаемость ег того же изоляционного вещества в дисперсионной области на частоте тг. то отношение е 1/ег дает количественную оценку степени высушенности изоляционного вещества, Эту количественную степень высушеннасти изоляционного вещества можно определить следующим образом. Семейство кривых (фиг.1) показывает, что диэлектрическая проницаемость изоляционного вещества в дисг 1 ерсионной области может быть описана линейной функцией а 1 = а-. ЬФ, а в оптической области - Ю = 81, где аь Ь, яг - постояннь;е для данной степени высушенности изоляции величины. В соответсз вии с ГОСТом различают семь степеней высушенности, которые определяют по и рилипанию промокательной бумаги к образцу,Проведены исследования, заключающиеся в том, что образец пропиточного изоляционного вещества сушится до определенной степени, затем процесс сушки прерывают и при комнатной температуре ТС снимается зависимость диэлектрической проницаемости от частоты электромагнитного поля. Резульгаты измерений статистически обрабатываются и определяются величины а, Ь 1 и егдля данкой степени высуш нности образца. Затем образец проверяют на степень высушенности по ГОСТу "Метод определения времени и степени высыхания".Результаты исследований сведены в табл.1.Измерив на частотах т 1 и 12 диэлектрические проницаемости я 1 и й и используя табл.1, можно определить степень высушенности изоляции, В обмотках электрических машин измерить непосредственно величины е 1 и сг на частотах т 1 и тг не представляется возможным, а можно измерить ли ыь собственные электрические емкости обмотки на этих частотах С 1 з и С 2 з.Резонансные частоты 11, 2 и 1 з в соответствии с Формулой Томсона равны соот- Ветственнотз. - , (3)2 Я Г 1.о (С 1 з + Со) / (1 + .о) 10 где . - собственная индуктивность контролируемой обмотки;1 о, Со - собственная индуктивность и емкость подключаемой к контролируемой обмотке образцовой катушки, 15 Преобразовав выражения (1)-(3), получаютг СЬ 1 - К 11 ЕК 11б- 1 з11К Ь- 1 Э 1 К а13 С 2 е к(12 - 11 2) где К = 4 лг ЬоСо - коэффициент пропорциональности.По формуле (5), подставив в нее значе С 1 з ния т и ", определяют С 2 з(5) 301 - л Кз где Чо = Р/2 34 ч ( ) - объем воздуш 4 ных полостей в непропитанной обмотке;р - число пазов, в которые всыпана контролируемая часть обмотки; Яп - свободная площадь сечения паза; Ь - средняя длина витка обмотки; Кз - коэффициент заполнения паза проводом; С Огп - 01 п1 о ОО Ьр -С 101 п ционного состава в обмотке, (6) где С - удельная теплоемкость пропиточно го изоляционного вещества;а - температурный коэффициент сопротивления провода обмотки;С 1 - удельная теплоемкость материалапровода; 55 ргО - удельное сопротивление материала провода обмотки;б - плотность материала провода обмотки при 20 С,.Ьр - длина провода обмотки.21 о=1тг 20 где 11 - среднестатистическ;":" собственная резонансная частота Обмотки;12 - . частота, лежа,цая в дисперсионной- области, и выблрается из услгвия 1 г -:.1(р, .где Ь 1 - ограничена погрев ностью прибора;игр - гранлчная частота переход, з дисперсионной области В ог;ти ыс 1(ую;1 - лндуктивность обмов ки обьеита измерения.По результатам из ерений О 1 И 112( д:,я обеих обмоок статоров Определяют величины, массы пропиточного состава в сб:1 отках п 11 и (пг г 1 о,формуле 1 оР 20 О 1 лрг01 пгде гп - масса пропиточного состава, измеренная прсдлагаемым устройством г;а - температурный козффициент сопротивления провода 1 меди), .равный 0,0038град С,4 - веллчина стабллизированного тока,греющего обмотку, равная 12 А;1 - Время разогрева обмотки второго 50измерения Огп), равное 20 с;С 1 - удельная теплоемкость материалапровода 1 меди), равная 0,38309 10" Дж/кгх град;С - удельная теплое,кость пропиточного компаунда КП, равная 1,0467 10 ххДж/кг град;ргО - удельное соп ротивлечие меди, равное 1.72 1 Л Ом м;,С помощью с,пособа и,:.",Тройства Осуществляю( контроль отверждения пропиточной изоляции Обмоток злектрич зск(1 х МаШИН ПО КОЗффИЦИЕНТУРОГ тК 1: И СтЕГ:;:- НИ ВЫСУШЕННОСтИ ИЗОЛяцИЛ. ДЛ.; КОН Гр=яя выбраны два однотипных ста 1 О;,а тип 4 А 112 М 4, Осуществляют пропитку зтих статоров компзундом КП, обмотки суглат по известному технологическому процессу. По окончании сушки определяют с помошьа ,0 предлагаемого спосо 6 а и устройства измерения массы сухого Остатка пропиточного состава и степени его высушен - .ости.Результаты измерений Величин Ы Ого т 1 т 2 и тз сведены В табл,2,Величину эталонной индуктивности выбирают из условия,;,310 СЛЕ ПОДО Гав,"лВКИ 3 ьь(РЗЖЕНИЕ ДЛЯ ОГ 1- ;еделония всех численных значений оно приводится к виду равная 8.89 х гп = 4,3565491 х,-4 1 Р + О 2)1 л х 10Огп 11 п 17,192141 с 1 Ормула изобретения 1, Способ:анроля Отвер.дения пропитанной изоляции обмоток электротехнических изделий, заключа 1 ощийся в измерении злектрического параметра на двух частотах, Од.н из которых л=,;(ит В дисперсионной О;1 редел,от пс формуле 6) массу прои:ггпчного оста "ка для статоров М 1 и 2, Онися(аз ."л: сь равным:т п 11 = 0,124 кг, п 12 ==0,186 а., 1 го . Ормуле (4), подставив в неезная.ния : (з из табл,2 и значения 1 о =8; н., Со = с:-".О и 11, находЯт ОтноюенисС 1 э. С ., дп абЕИХ ОМОТОК СтатОрОВ. ОНИра 5;,ые С 1 эг С 2 э)1:- 1(С 3/Сгэ)2 = 0,78. Определяю( величину К по формуле (5) для ОбеихОомоток с: атооов, подстаВив в него зндче 1 ия;Г,1(,П 12, 1 С 1 э/Сгэ)ЯС 1 э 7 Сг+) И ВЕЛИЧИНЫ;1 ,2-Ь кг/м" и;.; = 2;1 10 м, получаютК;.1 = 1 и Ксг - О 8,Последовательно подставляют значение 2 в выражение для г 1/2 последней графы табл 1, Г,алуча;От для первого статора(1 с 2125 = 0 94":1 2)27 = 1,Сравнивают значениЯ Кс 1 и Ксг с полученными наборами значений е 1 ег и находят Кс( = 1;(,Е 1/ Ег 23Ксг1,Е 1 Ег)24По первой графе табл,1 определяют, чтостепень выгушенности Обмотки первогостатора соответствует седьмой степени высушеннгсти спределяемой по ГОСТУ, а обмотка второго статора - между третьей ичетвертой степенями высушенности по ГОуТаким образом, преимуществом изобретения по сравнению с известным является возможность определения степенивысушенности изоляции обмоток, что увеличивает достоверность контроля качествапропитки,12 о/ЪО б- С 1О 1 п тивле ро С 1 з АЧ С 2 э 1 П аммутации Таблица области неотвержденного изоляционного пропиточного состава, а другая - в оптической области неотвержденного изоляционного пропиточного состава, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, через пропитанную обмотку пропускают стабилизированный ток Ьо, производят измерение напряжения О 1, на ней в момент подключения источника стабилизированного тока к обмотке и повторно О 2 л по истечении заданного времени 1, затем определяют массу пропиточного состава в обмотке по выражению где С - удельная теплоемкость пропиточкого изоляционного состава;а- температурный коэффициент сопрония провода обмотки;С 1 - удельная теплоемкость материалаи вода;рю - удельное сопротивление материалапровода обмотки;б - плоткость материала провода обмотки при 20 С;6 Р - длина провода обмотки,в качестве электрического параметра изоляции используют собственную емкость обмотки С 1 з, измеРЯемУю на частоте, лежаЩейв оптической области неотвержденного изоляционного состава, и С 2 з - на частоте, лежащей в дисперсион ной областинеотвержденного изоляционного состава,по результатам проведенных измерений определяют коэффициент К, по которому определяют степень отверждения, повыражению 5 10 15 20 25 30 где Чо - обьем полостей непропитанкой обмотки;б 1 - плотность сухого изоляционого состава.2. Устройство контроля отверждения пропитанной изоляции обмоток электротехнических изделий, содержащее источник постоянного тока, выход которого соединен с входом стабилизатора тока и с входом синхронизатора, первый выход которого соединен с запускающим входом стабилизатора тока, выход которого соединен с входом блока компенсации, выход которого соединен с входом блока регистрации, запускающий вход которого соединен с вторым выходом синхронизации, о.т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения достоверности контроля путем определения степени высушенкости изоляции пропитанных обмоток, устройство дополнительно содержит блок коммутации, автогекератор, частотомер, вычислительный блок и блок управления,зажимы для подключения измеряемой обмотки, причем первый вход блока коммутации подключен к выходу стабилизатора тока и к первому зажиму для подключения измеряемой обмотки, второй вход блока коммутации соединен с третьим выходом синхронизатора и с запускающим входом частотомера, второй зажим для подключения измеряемой обмотки соединен с общей шиной, выход блока коммутации соединен с входом авгогенератора, выход которого соединен с входом частотомера, информационный и запускающий выходы которого соединены с входами блока сопряжения, информационный и запускающий выходы которого подключены к соответствующим входам вычислителького блока, запускающий выход блока сопряжения соединен с входом блока управления, первый и второй выходы которого соединекы соответственно с третьим и четвертым входами блока коммутации, третий выход блока управления соединен с запускающим входом блока1647473 Кравцова Корр Ш Редак ина, 10 инат "Патент", г, Ужго но-иэдательс роизво аз 139 ВНИИ Составитель А.КалмыТехред М.Моргентал Тираж 4 М Подарственного комитета по изобретениям и 113035, Москва, Ж, Рауаская наб сноеткрытиям при ГКНТ СС