Автоматический способ испытания витковой изоляции и точного обнаружения секции обмотки статора с витковым замыканием электрической машины переменного тока

Изобретение относится к области испытаний витковой изоляции обмоток статоров электрических машин переменного тока при массовом серийном производстве.

Известен способ испытания витковой изоляции обмоток электрических машин переменного тока по авторскому свидетельству на изобретение №723462, МПК G01R 31/12 и способ испытания витковой и корпусной изоляции обмоток неявнополюсных роторов с демпферной обмоткой электрических машин переменного тока по авторскому свидетельству на изобретение №531103, МПК G01R 31/02 - наиболее близкие из известных к предлагаемому способу.

Недостатки известных изобретений заключаются в том, что для достижения основного технического результата - автоматических испытаний витковой изоляции и точного обнаружения секции (катушки) с витковым замыканием необходимо индукционным датчиком с индикатором исследовать (измерять) импульсное магнитное поле каждого паза статора или ротора и изменять полярность датчика на противоположную в соответствии с направлением тока в двух сторонах каждой катушки. Особенно это относится к многоскоростным крановым электродвигателям с двумя, тремя независимыми статорными обмотками, например, MTKF412-2/24, MTKF612-4/8/24, МАП421-4/8, МАП422-4/6/12 (МАП - морской асинхронный полюсно-переключаемый с тремя независимыми обмотками статора).

Задачей изобретения является: точное обнаружение секции обмотки статора с витковым замыканием при автоматическом режиме испытаний, повышение надежности обнаружения дефекта витковой изоляции, расширение области применения и многократное сокращение времени на проведение испытаний каждого статора, особенно, при массовом серийном производстве.

Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение производительности труда при проведении автоматических испытаний и точного обнаружения витковых замыканий в обмотках статора, повышение надежности обнаружения витковых замыканий, автоматизация испытаний, контроля и учета результатов испытаний.

Для осуществления настоящего изобретения создают режим ударного импульсного возбуждения одновременно всех параллельно включенных фаз импульсными токами i от генератора импульсных напряжений ГИН путем возбуждения при этом испытательных импульсных междувитковых напряжений равных ЭДС самоиндукции секций e=-Ldi/dt, автоматически меняют направления токов в каждой фазе таким образом, чтобы их направления в верхнем и нижнем слое каждого паза два раза при трех схемах соединений фаз совпадали, фиксируют все пазы с максимальным уровнем импульсного магнитного поля, созданным неизменным вдоль каждой фазы сквозным (основным) импульсным током i, по срабатыванию электронных ячеек памяти этих пазов, и точно обнаруживают два паза с минимальными уровнями импульсного магнитного поля, в которых лежат верхняя и нижняя стороны дефектной секции с витковым замыканием, по отсутствию срабатывания двух электронных ячеек памяти соответствующих пазов.

На фигуре 1 приведена автоматическая испытательная станция АИС-01, в основу которой положен автоматический способ испытания витковой изоляции и точного обнаружения секции (катушки) обмотки статора с витковым замыканием электрической машины переменного тока и которая разработана применительно к серийному производству различных типов крановых асинхронных электродвигателей Московского электромашиностроительного завода «Динамо»: MTF (H), 4МТ, MTKF (H), МАП. Объектами испытаний на фиг. 1 являются статоры крановых двигателей типа МТН (F) - 412-6 и МТН (F) - 112-6.

На фигуре 2 приведен блок индукционных датчиков ИД, который вставляют внутрь статора МТН - 112-6 (см. фиг. 1): цилиндр из изоляционного материала снят.

На фигуре 3 приведена принципиальная электрическая схема электронной ячейки памяти на один паз статора. Два противоположно сфазированных индукционных датчика ИД1 и ИД2 расположены над одним пазом статора (см. фиг. 2) и подключены каждый к своей ячейке памяти на однотипных тиристорных оптронах, например, типа 3ОУ103А (или АОУ103А) VD1. Каждая из указанных ячеек памяти срабатывает при отсутствии виткового замыкания в данном пазу статора (при отсутствии размагничивающего действия тока в короткозамкнутом витке) при направлении импульсного тока от ГИН (см. фиг. 5), соответствующим фазировке датчика ИД, и подготавливают для срабатывания цепь сигнальной ячейки памяти на светодиоде VD2 (см. светодиоды 1, 2, 3 … 24 на фиг. 4) и тиристорных оптронах одного и того же типа VD1. При отсутствии виткового замыкания сигнальная ячейка памяти срабатывает и загорается светодиод VD2.

На фигуре 4 приведен отдельно один блок печатных плат с электронными ячейками памяти индикатора дефекта электрической изоляции ИДЭИ - 2 (см. стойка ИДЭИ - 2 справа от АИС-01 на фиг. 1) на светодиодах VD2 (см. фиг. 3) красного излучения, например, типа АЛ307А (Б).

На фигуре 5 приведены три схемы испытания витковой изоляции обмотки статора (схема 1, 2 и 3) трех фаз (А, В и С) от генератора импульсных напряжений ГИН: сплошные стрелки - направление импульсного тока от начала фаз к концу; пунктирные стрелки - направление тока от концов фаз.

На фигуре 6 приведены типичные осциллограммы импульсных токов i от ГИН в начале фазы (осциллограмма 1) и в конце ее (осциллограмма 2).

На фигуре 7 приведен статор кранового электродвигателя типа MTF (H) - 412-6 с введенным в него блоком индукционных датчиков ИД и подсоединенными в клеммовой коробке всех шести выводов C1, C2, C3, C4, C5, С6 всех трех фаз А. В, С (см. фиг. 5) к шести клеммам, соединенными с выходом ГИН АИС-01 (см. фиг. 1).

На фигуре 8 приведена типичная осциллограмма ЭДС в индукционном датчике ИД.

На фигуре 9 приведена соответствующая осциллограмма выходного напряжения на коллекторной нагрузке транзистора Τ в схеме электронной ячейки памяти (см. фиг. 8 и фиг. 3): осциллограммы на фигурах 8 и 9 соответствуют бездефектной обмотке статора и только тем пазам статора, в которых токи в верхнем и нижнем слое совпадают по направлению и имеют одинаковые масштабы времени.

Для практического применения изобретения используют автоматическую испытательную станцию АИС-01, общий вид которой представлен на фиг. 1. Блок индукционных датчиков ИД (см. фиг. 2) индикатора дефектов электрической изоляции ИДЭИ - 2 вставляют в статор. Все шесть выводов C1, С2, С3, С4, С5, С6 трех фаз А, В, С, выведенные в клеммовую коробку статора, соединяют с выходом автоматического переключателя направления импульсных токов от ГИН автоматической испытательной станции АИС-01, в которую входит ГИН (см. фиг. 1, 5, 7). Подают от ГИН АИС-01 импульсное испытательное напряжение с частотой следования импульсов равной промышленной частоте, например 50 имп./с. Включают автоматический переключатель направлений импульсных токов i в фазах (см. фиг. 5), собранный на контакторах, питание катушек которых коммутируется контактами программного реле времени с общей выдержкой равной 60 секунд, например, типа ВС-10 с 6 регулируемыми уставками времени: все перечисленные аппараты находятся в стойке АИС-01 (см. фиг. 1). При этом испытания проходят в автоматическом режиме по трем схемам (см. фиг. 5).

В каждой фазе протекают импульсные токи i возбуждения, типичные осциллограммы которых приведены на фигуре 6 (изображены не оригинальные осциллограммы, а копии, на которых пунктиром показан сквозной (основной) импульсный ток от ГИН, протекающий вдоль всей фазы: осциллограмма 2). Эти импульсные токи в фазах создают импульсный магнитный поток и ЭДС самоиндукции каждой секции (катушки) с индуктивностью L, равной e=-Ldi/dt, которая и представляет собой по форме импульсные испытательные междувитковые напряжения. Величина этих испытательных напряжений сильно отличается в начале и конце фазы (см. осциллограммы 1 и 2 на фиг. 6 и выражение ЭДС самоиндукции через производную импульсного тока). Поэтому, прежде всего, меняют направление тока в каждой фазе (см. фиг. 5). Кроме того, широко применяются двухслойные обмотки с укороченным шагом по пазам, в которых в отдельных пазах в верхнем и нижнем слое импульсные токи от ГИН протекают встречно при параллельно включенных фазах. По этим причинам импульсные испытания трехфазных обмоток необходимо проводить по трем схемам (см. фиг. 5).

При проведении импульсных испытаний, как указанно выше, в индукционном датчике ИД наводится ЭДС, типичная осциллограмма которой приведена на фиг. 8. В схеме электронной ячейки памяти (см. фиг. 3) указанная ЭДС в датчике ИД преобразуется во входное напряжение между эмиттером и базой транзистора Τ p-n-p типа, который при этом входит в режим насыщения и на его коллекторной нагрузке - оптроне VD1 - формируется импульс, осциллограмма которого приведена на фиг. 9: в случае, если отсутствует витковое замыкание в данном пазу и импульсные токи I1 и I2 (см. фиг. 3) совпадают по направлению. В этом случае электронная ячейка памяти срабатывает и загорается светодиод VD2 стойки индикатора дефекта электрической изоляции ИДЭИ - 2 (см. фиг. 1 и фиг. 4).

Для бездефектной обмотки статора постоянный минимальный порог срабатывания ячейки памяти каждого паза обеспечивают путем регулирования переменными резисторами R1 в схеме на фигуре 3. Эта регулировка делается однажды при настройке автоматической испытательной станции АИС-01 с учетом разных по величине зазоров между индукционными датчиками ИД и пазами (зубцами) статора (см. фиг. 1, 2, 3, 7) и разных уровней импульсного магнитного поля в начале и конце фазы (см. фиг. 6).

При витковом замыкании и совпадении направлений импульсных токов в верхнем и нижнем слое данного паза ЭДС в индукционном датчике ИД (см. фиг. 8) резко уменьшается практически до нуля и, соответственно, уменьшается выходное напряжение (см. фиг. 9). Электронная ячейка памяти (см. фиг. 3 и фиг. 4) этого паза не срабатывает: светодиод VD2 не загорается. В данном случае импульсный ток 12 (см. фиг. 3) - это ток в короткозамкнутом витке верхнего слоя обмотки статора в данном пазу, изменивший свое направление на встречное в соответствии с законом обратимости электромагнитной индукции - законом Ленца. Аналогично - для второго паза, в котором уложена вторая сторона дефектной катушки - нижняя сторона.

Изложенное выше относится к статорам с однослойными, однослойно-двухслойными и с независимыми обмотками, так как испытываемая обмотка сама является индуктором по отношению к короткозамкнутому витку в данном пазу.

Автоматический способ испытания витковой изоляции и точного обнаружения секции обмотки статора с витковым замыканием электрической машины переменного тока, отличающийся тем, что создают режим ударного импульсного возбуждения одновременно всех параллельно включенных фаз импульсными токами i от генератора импульсных напряжений ГИН путем возбуждения при этом испытательных импульсных междувитковых напряжений, равных ЭДС самоиндукции секций e=-Ldi/dt, автоматически меняют направления токов в каждой фазе таким образом, чтобы их направления в верхнем и нижнем слое каждого паза два раза при трех схемах соединения фаз совпадали, фиксируют все пазы с максимальным уровнем импульсного магнитного поля, созданным неизменным вдоль каждой фазы сквозным (основным) импульсным током, по срабатыванию электронных ячеек памяти этих пазов, и точно обнаруживают два паза с минимальными уровнями импульсного магнитного поля, в которых лежат верхняя и нижняя стороны дефектной секции с витковым замыканием, по отсутствию срабатывания двух электронных ячеек памяти соответствующих пазов.