устройство для обнаружения межвитковых замыканий в обмотках статоров электродвигателей

Формула изобретения

Устройство для обнаружения межвитковых замыканий в обмотках статоров электродвигателей, содержащее делитель напряжения из последовательно соединенных первого и второго резисторов, измерительную цепь из последовательно соединенных третьего резистора и опорной катушки индуктивности, индуктивно связанной с объектом контроля, дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого соединен со средним выводом делителя напряжения, а выход - с входом интегратора, выход которого соединен с первыми выводами делителя напряжения и измерительной цепи, второй вывод последней соединен с общей шиной, а средний - с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, отличающееся тем, что в него введены выпрямитель, схема сравнения, источник опорного напряжения, индикатор, параллельно соединенные контрольная катушка индуктивности, индуктивно связанная с опорной катушкой индуктивности и конструктивно размещенная на одном магнитопроводе с опорной катушкой индуктивности, и кнопка электрическая с нормально разомкнутыми контактами, причем второй вывод делителя напряжения соединен непосредственно с выходом дифференциального усилителя, а через выпрямитель - с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход - с индикатором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано при контроле обмоток статоров электродвигателей на межвитковое замыкание.

Известен преобразователь (патент США №3863109, кл.317-14, 1965), используемый для контроля замыканий и содержащий опорную обмотку, детекторные обмотки и сигнальные реле.

Недостатком такого преобразователя является низкая чувствительность.

Известен также преобразователь (а.с. №270881 СССР, кл.G01R 37/06, 1962) для устройств контроля межвитковых замыканий в катушках трансформаторов, содержащий резистивный делитель опорного напряжения, измерительную цепь, состоящую из опорной катушки индуктивности, индуктивно связанной с контролируемой катушкой, и резистора, блок сравнения и интегратор.

Недостатком этого преобразователя также является невысокая чувствительность.

Из известных наиболее близким по технической сущности является преобразователь для устройств контроля межвитковых замыканий в катушках трансформаторов (а.с. №711498 СССР, кл.G01R 31/06, 1980) (фиг.1), содержащий делитель напряжения 1 (ДН1) из первого резистора 2 и второго резистора 3, измерительную цепь 4 (ИЦ4) из последовательно соединенных опорной катушки индуктивности 6, индуктивно связанной с контролируемой катушкой трансформатора, и третьего резистора 5; первые выводы ДН1 и ИЦ4 соединены с выходом интегратора 8, вторые выводы ДН1 и ИЦ4 соединены с общей шиной преобразователя, а средние - со входами дифференциального усилителя ДУ7, выход которого соединен со входом интегратора 8.

Недостатками рассмотренного преобразователя-прототипа является низкая чувствительность к изменению активной составляющей комплексного сопротивления обмотки, несущей информацию о наличии межвитковых замыканий в контролируемой обмотке, и малая достоверность результатов контроля. Эти недостатки не дают возможности осуществить контроль межвитковых замыканий в обмотках статоров электродвигателей из-за значительного изменения реактивной составляющей электрического сопротивления контролируемых обмоток вследствие технологического разброса химического состава электротехнической стали статора и того, что контролируемая обмотка может состоять из нескольких последовательно включенных обмоток, соединенных с другими неконтролируемыми обмотками в «звезду» или «треугольник».

Предлагаемое изобретение направлено на повышение чувствительности измерительного преобразователя устройства и повышение достоверности результата контроля.

Это достигается тем, что в устройство для обнаружения межвитковых замыканий в обмотках статоров электродвигателей, содержащее делитель напряжения из последовательно соединенных первого и второго резисторов, измерительную цепь из последовательно соединенных третьего резистора и опорной катушки индуктивности, индуктивно связанной с объектом контроля, дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого соединен со средним выводом делителя напряжения, а выход - с входом интегратора, выход которого соединен с первыми выводами делителя напряжения и измерительной цепи, второй вывод последней соединен с общей шиной, а средний - с не инвертирующим входом дифференциального усилителя; согласно предлагаемому изобретению в него дополнительно введены выпрямитель, схема сравнения, источник опорного напряжения, индикатор, параллельно соединенные контрольная катушка индуктивности, индуктивно связанная с опорной катушкой индуктивности и конструктивно размещенная на одном магнитопроводе с опорной катушкой индуктивности, и кнопка электрическая с нормально разомкнутыми контактами, причем второй вывод делителя напряжения соединен непосредственно с выходом дифференциального усилителя, а через выпрямитель - с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход - с индикатором.

Технический результат от введения новых элементов и связей заключается, во-первых, в повышении чувствительности измерительного преобразователя устройства контроля межвитковых замыканий в обмотках статоров электродвигателей к изменению активной составляющей электрического сопротивления контролируемой обмотки, что позволяет устранить влияние отклонения ряда технологических параметров при изготовлении статора, за счет включения измерительной цепи в мостовую схему на дифференциальном усилителе, во-вторых, в повышении достоверности результата контроля за счет обеспечения возможности контроля правильности функционирования устройства практически перед каждой операцией контроля.

На фиг.2 приведена функциональная схема устройства для обнаружения межвитковых замыканий в обмотках статоров электродвигателей.

Устройство (фиг.2) содержит:

1 - делитель напряжения (ДН1);

2 - первый резистор;

3 - второй резистор;

4 - измерительная цепь (ИЦ4);

5 - третий резистор;

6 - опорная катушка индуктивности;

7 - дифференциальный усилитель (ДУ7);

8 - интегратор;

9 - контролируемая обмотка статора;

10 - выпрямитель;

11 - схема сравнения;

12 - индикатор;

13 - источник опорного напряжения (ИОН13);

14 - контрольная катушка индуктивности;

15 - кнопка электрическая.

При этом первый вывод ИЦ4 соединен с первым выводом ДН1 и с выходом интегратора 8, второй вывод ИЦ4 соединен с общей шиной устройства, а средний - с не инвертирующим входом ДУ7, инвертирующий вход которого соединен со средним выводом ДН1, а выход - со вторым выводом ДН1 и входами интегратора 8 и выпрямителя 10, выход последнего, в свою очередь, соединен с одним их входов схемы сравнения 11, второй вход которой соединен с выходом ИОН13, а выход - со входом индикатора 12; контрольная катушка индуктивности 14, индуктивно связанная с опорной катушкой индуктивности 6 и контролируемой обмоткой статора 9, соединена также с нормально разомкнутыми контактами кнопки электрической 15.

Работает устройство для обнаружения межвитковых замыканий в обмотках статоров электродвигателей следующим образом.

Для обеспечения высокой чувствительности все основные узлы устройства работают в линейном режиме, и при описании его функционирования можно воспользоваться математическим аппаратом теории линейных систем автоматического регулирования и управления, представив ИЦ4, ДН1, ДУ7 и интегратор 8 как замкнутую линейную систему. С учетом этого запишем передаточную функцию W _зам(p) замкнутой системы:

где W_раз(p) - передаточная функция разомкнутой системы;

К_ос - коэффициент передачи цепи обратной связи;

р - оператор Лапласа.

Вывод передаточной функции разомкнутой системы удобно выполнить, условно разорвав цепь, соединяющую выход интегратора 8 с соответствующими выводами ДН1 и ИЦ4:

W _раз(p)=(K₄-K₁ )K₇K₈,

где K₁, K₄, К ₇, K₈ - соответственно, передаточные функции ДН1, ИЦ4, ДУ7 и интегратора 8.

Пользуясь операторной формой записи, передаточную функцию разомкнутой системы можно представить в виде:

где R₅ - значение сопротивления третьего резистора R5;

L₆ - значение индуктивности опорной катушки индуктивности 6;

К ₇= K₁=R₃/R ₂ - коэффициент передачи ДУ7 по инвертирующему входу, R ₃ и R₂ - значения сопротивлений первого резистора R2 и второго резистора R3;

_и - постоянная времени интегратора 8.

Воспользовавшись этим выражением и учитывая, что коэффициент передачи цепи обратной связи К_ос=1, запишем передаточную функцию замкнутой системы:

Значение величины затухания d замкнутой системы равно:

Значение частоты генерируемых в измерительном преобразователе устройства контроля колебаний:

Очевидно, что условие существования в системе гармонических стационарных колебаний будет иметь вид:

Выполнение этого условия обеспечивается выбором соответствующего значения коэффициента передачи ДУ7 по инвертирующему входу:

Оригинал функции преобразования с учетом указанных условий имеет вид:

При внесении в магнитное поле опорной катушки индуктивности 6 двух последовательно соединенных контролируемых обмоток статора 9 без межвитковых замыканий в них колебания в устройстве сохраняются, и на выходе ДУ7 будет присутствовать гармонический сигнал, наличие которого свидетельствует об отсутствии в контролируемой обмотке статора 9 межвитковых замыканий.

На выходе выпрямителя 10 будет постоянное напряжение, которое поступит на один из входов схемы сравнения 11, на другой вход которой подано постоянное пороговое напряжение с выхода ИОН13, примерно в два раза превышающее напряжение на выходе выпрямителя 10. В результате на выходе индикатора 12 индицируется отсутствие межвитковых замыканий в контролируемой обмотке статора 9, индуктивно связанной с опорной катушкой индуктивности 6.

Наличие межвитковых замыканий в контролируемой обмотке статора 9 приводит к незначительному уменьшению индуктивности и значительному увеличению сопротивления потерь в контролируемой обмотке статора 9. Это приведет к аналогичным изменениям в нагрузке опорной катушки индуктивности 6, индуктивно связанной с контролируемой обмоткой статора 9, поэтому нарушится условие существования гармонических колебаний, поскольку затухание d стало положительным:

где R'₅=R ₅+ R_МВЗ; L'₆ = L_МВЗ; R_МВЗ и L_МВЗ - изменения сопротивления потерь и индуктивности опорной катушки индуктивности 6 под воздействием межвитковых замыканий в контролируемой обмотке статора 9.

В этом случае сигнал на выходе ДУ7 отсутствует, отсутствует напряжение, и на выходе выпрямителя 10, сработает схема сравнения 11, и на выходе индикатора 12 индицируется наличие межвиткового замыкания в контролируемой обмотке статора 9.

Для повышения достоверности результата оператору, работающему с устройством, необходима информация о правильности работы устройства. Для этой цели в устройство введена контрольная катушка индуктивности 14, индуктивно связанная с опорной катушкой индуктивности 6, и кнопка электрическая 15 с нормально разомкнутыми контактами. Замыкая с помощью кнопки электрической 15 выводы контрольной катушки индуктивности 14, имитируется межвитковое замыкание, что приводит к срыву колебаний и фиксируется индикатором 12.

Таким образом, изобретение позволяет уменьшить погрешность определения наличия межвитковых замыканий за счет введения через делитель напряжения отрицательной обратной связи в дифференциальном усилителе и снижения систематической погрешности путем введения на вход схемы сравнения с выхода ИОН13 сигнала поправки из-за разброса магнитных параметров статора электродвигателя.