технология эма-12 у весна(1) / технология эма-12 у весна-1 / контроль обмоток / устройство для контроля обмотки

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОБ­МОТКИ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для контроля обмотки, и может быть использовано для выявления дефектов в обмотках электрических машин при их изготовлении или ремонте. Целью изобретения является повышение чувствительности устрой-ства. Индуктор­ная обмотка из двух частей 4, 5, устройства для контроля присоединена к выход-ным выводам модулятора 8, состоящего из трансформатора 9 с обмотками 10, 11, подсоединен-ными за­жимами 12, 13 к источнику синусои­дального напряжения 14. Модулятор содержит пол-ностью управляемые полу­проводниковые ключи 15, 16 перемен­ного тока, присоединенные каж-дый как к своему выходному выводу моду­лятора, так и к общему для них одно­му входному его выводу. Устройство может быть использовано для контроля многовитковых обмоток машин при повышенной чувствительности устройства. 6 ил.

Изобретение относится к электро­технике и может быть использовано для выявления дефектов в обмотках электрических машин при их изготов­лении или ремонте.

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства.

На фиг.1 приведена принципиаль­ная схема предлагаемого устройства; на фиг.2-6 – временные диаграммы напряжений на различных элементах устройства и эпюра соответствую-щей переключающей функции.

Фиг.1

Устройство (фиг.1) содержит Ш-образный магнитопровод 1, на среднем стержне которого расположена индика­торная обмотка 2 с измерительным прибором 3 на ее зажимах, а на край­них стержнях располагается состоящая из двух последовательно соединен­ных частей 4 и 5 индук-торная обмот­ка, которая присоединена к выходным зажимам 6 и 7 модулятора 8, состояще­го из трансформатора 9 с обмотками 10 и 11, присоединенными входными зажимами 12 и 13 к источ-нику 14 си­нусоидального напряжения. Обмотка 11 трансформатора 9 включена параллель­но полностью управляемому полупроводниковому ключу 15, между тем как с помощью другого полностью управляе­мого полупроводникового ключа 16 об­мотку 10 трансформатора 9 можно не­посредственно подключить к источнику 14 синусоидального напряжения. Ш-образный магнито-провод 1 предлагаемого устройства наложен на магнитную сис­тему 17 ротора (или статора) с конт­ролируемой обмоткой в его пазах 18 с таким расчетом, что расстояние между средним и од-ним из крайних стержней Ш-образного магнитопровода 1 соответствует одному зубцовому де­лению магнитной системы 1 7 ротора (или статора) с контролируемой об­моткой в его пазах, а расстояние между крайними стержнями магнитопро­вода 1 - двойному зубцовому делению маг-нитной системы 17.

Управляемые полупроводниковые клю­чи 15 и 16 переменного тока (фиг.1) можно реалии-зовать, например, в виде диодных мостов, зашунтированных каж­дый цепочкой из индуктивности и тиристора, при этом одноименные элек­троды этих тиристоров соединены меж­ду собой комму-тирующими конденсато­рами, вследствие чего отпирания ранее запертого тиристора на стороне постоянного тока своего диодного мос­та приводит одновременно к запиранию ранее открытого тиристора на стороне постоянного тока другого диодного моста. Иными словами при такой реа­лизации полностью управляемых ключей 15 и 16 переменного тока в предла­гаемом устройстве имеет место их по­очередное отпирание и запирание.

Кривая синусоидального напряже­ния источника 14 энергии представле­на на фиг.2. Эпюра переключения клю­чей 15 и 16 (фиг.3) соответствует одному варианту выбора частоты пере­клю-чения этих ключей. Напряжение на последовательно соединенных частях 4 и 5 (фиг.4) индуктор-ной обмотки предлагаемого устройства получают умножением синусоиды (фиг.2) на эпю­ру пере-ключения (фиг.3). Эпюра пере­ключающей функции (фиг.3) соответст­вует другому выбранному значению пе­риода цикла коммутации .ключей 15 и 16, положительной полуволне которой соот-ветствует открытое состояние од­ного из этих ключей, а отрицательной полуволне - другого; соответственно эпюре переключения (фи.5) представ­лена кривая синусоидального напряже­ния на индукторной обмотке (фиг.6) предлагаемого устройства. Из кривых фиг.4 или 6 видно, что частота ос­новной составляющей выходного неси­нусоидального напряжения модулятора 8 выра-жается разностью частот сети и циклов переключения ключей 15 и 16; амплитуда этой основной составляющей выходного напряжения модуля­тора в 2/П раз отличается от ампли­туды выходного синусоидального нап­ряжения модулятора. Анализ этих не­синусоидальных кривых фиг.4 и 6 показывает также, что такую же амп­литуду имеет составляющая частотой в виде суммы частот сети и циклов коммутации.

Таким образом, предлагаемое уст­ройство отличается от известного на­личием допол-нительно введенного мо­дулятора 8, задачей которого являет­ся получение на индукторной обмот-ке вместо синусоидального напряжения квазипериодического несинусоидально­го напряжения, характеризующегося наличием периодически повторяющихся скачков этого напряжения с почти прямоугольным фронтом, это обуславливает появление аналогичных перио­дически повторя-ющихся скачков напря­жения на заложенных в пазы машины секциях контролируемой её обмот-ки.

Модулятор 8 выполняет преобразо­вания синусоидального напряжения ис­точника 14 в несинусоидальное напря­жение с периодически повторяющимися разнополярными импульсами, о форме которого можно судить по кривым фиг.2-6.

При замыкании ключа 15 происходит закорачивание обмотки 11 трансформа­тора 9, кото-рый в последующий интер­вал времени работает в режиме корот­кого замыкания. Если пренебречь ак­тивным сопротивлением и индуктивно­стью рассеяния трансформатора 9, в этот интервал вре-мени можно считать равным нулю падение напряжения па обмотке 10 и потому напряжение на выходных зажимах 6 и 7 модулятора 8 оказывается практически совпадающим с его входным напряжением. При пос­ледующем размыкании и замыкании клю­ча 15 и замыкании ключа 16 обмотка 11 трансформатора 9 оказывается не­посредственно подключеной к источни­ку 14 синусо-идального напряжения, а наводимое в обмотке 11 напряжение трансформируется в обмотку 10 этого трансформатора, в этот интервал вре­мени напряжение на выходных зажимах 11 и 13 моду-лятора 8 равно напряже­нию на обмотке 10. Из разметки зажи­мов обмоток 10 и 11, трансфор-матора 9 следует, что начальная фаза напря­жения на выходных зажимах 12 и 13 в этот интервал изменится на сто во­семьдесят градусов по сравнению с на­чальной фазой этого напряжения в пре­дыдущий интервал времени. Если чис­ла витков обмоток 10 и 11 выбрать одинаковыми, амплиту-ды кусков сину­соиды напряжения на выходных зажи­мах модулятора сохраняются неизмен­ными в соответствии с кривыми (фиг.2). Далее происходит размыка­ние ключа 16, замыкание ключа 15 и электромагнитные процессы повторя­ются .

Выходное напряжение модулятора 8 можно представить как результат ум­ножения синусо-идального напряжения (фиг.2) на эпюру коммутационной функ­ции (фиг.3) и получать кривую (фиг.4), либо умножения синусоиды (фиг.2) на коммутационную функцию (фиг.5) и получить кривую выходного напряжения (фнг.6).

Получаемое таким образом несинусоидальное почти периодическое нап­ряжение разнопо-лярными повторяющими­ся импульсами подается на индуктор­ную обмотку, подразделенную на две последовательно включенные части 4 и 5 с равными числами витков и рас­положенные на крайних стержнях магнитопровода 1 устройства. На сред­нем стержне магнитопровода 1 распо­лагается индикаторная обмотка 2, которая не пронизывается потоком ин­дукторной обмотки и потому поток этой обмотки не оказывает непосред­ственного влияния на индикаторную обмотку 2. Для усиления этого эффекта под средним стержнем магнитопровода 1 предусмотрен воздуш-ный зазор, отделяющий этот стержень от стально­го пакета части машины (статора или ротора), в пазах которой размещены проводники контролируемой обмотки.

Поток индукторной обмотки наводит ЭДС в проводниках части обмотки, размещенной в соседних двух пазах машины, охватываемых крайними стержнями Ш-образного магнитопровода 1, устройства. Под воздействием высоко­частотных составляющих ЭДС, повторяю­щей по форме напряжение на индуктор­ной обмотке устройства с периодически повторяющимися разнополяр-ными им­пульсами в соответствии с кривыми (фиг.2-6), в проводниках этой пары пазов машины протекают токи как в цепи с распределенными параметрами даже при отсутствии повреждения изо­ляции этих проводников. Если в од­ном из этих двух пазов машины имеют­ся проводники с поврежденной изоля­цией, не образующие контур с металлическим коротким замыканием, под действием периодически повторяющих­ся разнополярных импульсов напряже­ния, наводимого в этих проводниках машины аналогичными импульсами напряжения индукторной обмотки устрой­ства, протекают токи, отличающиеся по величине или по фазе от токов в проводниках соседнего паза. Под дей­ствием этой разницы токов или намагничивающих сил в индикаторной обмот­ке 2 наводится напряжение, показы­ваемое измерительным прибором 3.

Особенности выходного напряжения модулятора 8 состоят: в периодическом синусо-идальном характере, всех его спектральных составляющих, т.е. в практически периодическом характе­ре и всего несинусоидального напряжения, что позволяет передавать такое напряжение в секции испытуемой об­мотки электрической машины трансфор­маторным путем с помощью индукторной обмотки устройства; в зависимости формы и спектрального состава этого напряжения от выбираемой частоты циклов поочередной коммутации его ключей 15 и 16 (фиг.2-6), что позво­ляет в каждом конкретном случае выб­рать требуемую форму и спектральный состав напряжения, обеспечивающие наибольшую эффективность выявления дефектов в контролируемой обмотке; в изменяемости формы и продолжитель­ности импульсов этого напря-жения по мере изменения времени даже при фик­сированном значении частоты циклов переклю-чения ключей 15 и 16, что также способствует повышению эффек­тивности выявления дефектов в сек­циях контролируемой обмотки машины. Несинусоидальное, почти периоди­ческое, напря-жение, получаемое пу­тем фазовой модуляции однофазного синусоидального напряжения источ-ника, можно представить произведением си­нусоидального напряжения источника на модулиру-ющую функцию в виде пря­моугольной синусоиды единичной амп­литуды с периодом повторе-ния, отли­чающимся от периода синусоидального напряжения источника. При этом ос­новная составляющая разложения в ряд такой несинусоидальной кривой имеет частоту в виде разности частот питающего источника и циклов комму­тации; частота равной ей по амплиту­де другой сос-тавляющей этого напря­жения выражается суммой частот ис­точника и циклов коммутации. Далее следуют составляющие: с меньшей в три раза амплитудой, частоты кото­рых выражаются суммой и, соответст­венно, разностью между частотой ис­точника и утроенной частотой циклов переклю-чения; с меньшей в пять раз амплитудой, частоты которых выражают­ся суммой и разностью меж-ду частотой источника и пятикратной частотой циклов переключения и т.д.

Таким образом, частота источника синусоидального напряжения выбрана достаточно большой: близкой к значениям, соответствующим необходимости представления схемы замеще-ния конт­ролируемой обмотки в виде цепи с распределенными параметрами; часто­та циклов переключения ключей уст­ройства немного превышает частоту источника однофазного синусо-идально­го напряжения; частота спектральной составляющей, выражаемой суммой час­тоты источ-ника и утроенной частоты циклов коммутации, обеспечивает достижение режима резонанса напря­жений в контролируемой обмотке, как в цепи с распределенными параметрами, и анало-гично известному устройству обеспечивает переход неявно выражен­ного дефекта проверяемой обмотки в явный ее пробой. В условиях рассматриваемого модулированного напряжения инфор-мативная составляющая сигнала имеет во много раз меньшую частоту, выражаемую разностью между частотой однофазного источника синусоидального напряжения и частотой модуляции. Возможность регулирования частоты циклов коммутации получить очень низ­кую частоту инфор-мативной составляю­щей позволяет резко увеличить сигнал на основной частоте по сравнению с сигналами помехи, даже если не учи­тывать применения в предлагаемом устройстве дифферен-циального датчика на основе использования Ш-образного электромагнита.

Предлагаемое устройство позволяет расширить область применения извест­ного устройст-ва на многовитковые обмотки машин, располагаемых в их пазах, сохранив относительную прос-тоту и повышенную чувствительность.

Формула изобретения

Устройство для контроля обмотки в пазах электрической машины, содер­жащее Ш-образ-ный магнитопровод с ин­дикаторной обмоткой на среднем стерж­не и индукторными последо-вательно соединенными обмотками на крайних стержнях, при этом индукторные обмот­ки подключены к источнику напряжения,, индикаторная - к измерительному при­бору, а магнито-провод предназначен для установки на магнитной системе проверяемой электрической машины, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, оно снабжено моду-лятором, содержащим однофазный трансфор­матор и два полностью управляемых полупровод-никовых ключа переменного тока, при этом первичная обмотка трансформатора подключена одн-им вхо­дом к первой клемме источника пере­менного напряжения, л вторым - к ин­дукторной обмотке, второй вывод ко­торой подключен к вторичной обмотке трансформатора, подсоединен-ной другим выводом к второй клемме источни­ка напряжения, параллельно вторичной обмотке трансформатора подключен первый полностью управляемый полупро­водниковый ключ, а вто-рой полностью управляемый полупроводниковый ключ подключен к второй клемме источника напряжения и выводу первичной обмотки трансформатора, соединенного с индукторной обмот-кой.

4