DE2162896B2 - Schaltungsanordnung zur Isolationsprüfung aufgrund von Teilentladungsmessungen und zur Messung der Wicklungswiderstände eines Ankers - Google Patents

Description

stehend angeordnet ist, eine Impulserzeugungsschaltung verbunden ist, die zur Teilentladungsmessung 65 im Induktor-Stator ein pulsförmiges rotierendes

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung Drehfeld erzeugt, daß die im Kommutatoranker

ur Prüfung der Isolation eines Kommutatorankers durch das Drshfeld induzierten Spannungen über die

iner elektrischen Maschine auf Grund von Teil- Kommutatorlamellen und an diese andrückbare Kon-

taktfinger einer Filterschaltung zugeführt werden, welche hochfrequente Teilentladungsspannungen ausfiltert und sie einer Meßanordnung zuführt, und daß die Kommutatorlamellen über die Kontaktfinger wahlweise an die Schaltung zur Messung der 'Wicklungswiderstände anschließbar sind.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß bei stillstehendem Anker der Teilentladungsgrad insbesondere an den höchstbeanspruchten Isolationsstellen feststellbar ist. Die Meßschaltung ergibt ein zuverlässiges Resultat auch bei sehr kurzer Prüfdauer.

Vorzugsweise enthält die Impulserzeugungsschaltung einen Mehrphasentransformator, der einen aus jeweils einer Wicklung des Induktor-Stators und einem Kondensator gebildeten Schwingkreis über eine Anschnittsteuerschaltung speist. Zur Steuerung der Zeitfolge der Schwingungen können hierbei im Schwingkreis ein Triac oder zwei Thyristoren in Antiparallelschaltung angeordnet sein. Hierbei ist es möglich, in den zu prüfenden Kommutatorankern eine Prüfspannung zu induzieren, die das Mehrfache der Betriebsspannung beträgt. Entsprechend den Anforderungen an die Isolationsfestigkeit der Kommutatoranker ist es empfehlenswert, die Prüfspannung gerade so hoch zu wählen, daß in Übereinstimmung mit den gewählten Isolationsmitteln alle Kommutatoranker als ausreichend sicher bewertet werden.

Vorzugsweise ist die Filterschaltung, die in Reihenschaltung ein Hochpaßfilter, einen Kathodenfolgerverstärker und eine Gleichrichterstufe enthält, mit den Kommutatorlamellen über eine aus Dioden und Kapazitäten gebildete Mehrfach-Brückenschaltung verbunden und an ihrem eigenen Ausgang mit wenigstens einem Anzeigeinstrument und einem Zähler gekoppelt. Dadurch kann erreicht werden, daß die Isolationsfestigkeit der Wicklungen ohne bei der Prüfung zu Windungsschlüssen führende Überbeanspruchung festgestellt, ausgewertet und angezeigt wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Messung der Wicklungswiderstände des Kommutatorankers mit dessen Kommutatorlamellen eine von einer Meßstromquelle gespeiste elektronische Meßschaltung verbunden ist, die zur fortlaufenden Umschaltung des Meßstromes an jeweils ein Lamellenpaar ein Schieberegister enthält, welches von einem Taktzeitgeber über eine von einem Zähler entsprechend der Lamellenzahl programmierte Verknüpfungsschaltung gesteuert ist. An den Ausgang der Meßschaltung ist hierbei eine Diskriminatorschaltung geschaltet.

Durch die hier beschriebene Anordnung erfolgt die Ermittlung der Prüfergebnisse unabhängig von der Bedienung, womit subjektive Fehlerquellen ausgeschaltet und bessere Kontrollen der Isolationsfestigkeit und Wicklungswiderstände gewährleistet sind. Der Bedienungsaufwand ist bei manuellem Betrieb gering und kann bei automatischem Prüfablauf weiter gesenkt werden.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema der gesamten Schaltungsanordnung,

Fig. 2 eine detaillierte elektronische Schaltungsanordnung (Teil A gemäß Fig. 1) einer Filterschaltung zur Erkennung des Teilentladungsgrades,

Fig. 3 eine detallierte elektronische Schaltungsanordnung (Teil B gemäß Fig. 1) für die Fortsrhaltung des Meßstromes von Lamelle zu Lamelle mit einem Verstärker,

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform eines elektronischen Pulsgebers für die Schaltungsanordnung nach F i g. 1, und

Fig. 5 eine für die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 geeignete Mehrfach-Brückenschaltung.

Nach F i g. 1 besteht das Prüfgerät aus einem Isolationsprüfungsteil I (Spannungsprüfung) und einem

ίο Widerstandsprüfungsteil II (Stromprüfung) mit einem gemeinsamen Netzleitung-Anschluß 4. einem elektronischen Pulsgeber 5 mit beispielsweise einem sechsphasigen Transformator 6 und einem Induktor-Stator 1, in welchem ein zu prüfender bewickelter

Kommutatoranker 2 angeordnet ist. Der elektronische Pulsgeber 5 besteht aus einem Schwingkreis, der aus einem Kondensator 8 mit einem Triac 9 oder zwei Thyristoren in Antiparallelschaltung (nicht dargestellt) und je einer Spule des Induktor-Stators gebildet wird,

wobei die Ladung des Kondensators über eine Anschnittsteuerschaltung 7 von der Sekundärwicklung des Transformators 6 erfolgt. Über Kontaktfinger 3 werden die an Kommutatorlamellen 10 des Kommutatorankers 2 entstehenden induzierten Spannungen über die Meßleitungen 11 übertragen, mittels einer aus Dioden und Kapazitäten gebildeten Mehrfach-Brückenschaltung 12 kontaktlos an eine elektronische Meßschaltung, welche als verstärkendes Filter 13 die auf Teilentladungen zurückzuführenden Spannungs-

anteile ausfiltert, weitergeleitet und in einer Diskriminatorschaltung 17 ausgewertet. Ein Amplitudenanzeigegerät 18, ein Leuchtanzeigegerät 19 zur JA-NEIN-Prüfung, ein Stückzähler 28 und eine Sortiereinrichtung 29 zeigen die Prüfwerte an biw. selektieren die geprüften Kommutatoranker aus.

Im Widerstandsprüfungsteil II wird von den Meßleitungen 11 über einen Schalter 20 eine Meßstrom-Speisequelle 21, eine elektronische Meßschaltung 22 und eine Diskriminatorschaltung 27 angeschlossen.

durch welche die auftretenden Spannungsabfälle des Meßstromes bewertet werden.

In F i g. 2 ist die elektronische Meßschaltung als ein aktives Filter 13 detailliert dargestellt, welches aus einem Hochpaßfilter 14, einem aus zwei in Reihe liegenden Stufen 15 bestehenden /?C-Gegentakt-Kathodenfolgerverstärker und einem Gleichrichter If besteht. Das aktive Filter ist zwischen die kapazitive Mehrfach-Brückenschaltung 12 und die Diskriminatorschaltung 17 geschaltet.

Gemäß F i g. 3 ist in der elektronischen Meßschal· tung 22 für die Messung der Wicklungswiderständc ein Taktzeitgeber 23, ein programmierbares Zähl· element 24, eine Verstärker- und Verknüpfungsschal tung 25 und ein Schieberegister 26 detailliert darge

stellt. Die elektronische Meßschaltung 22 ist zwischei den Schalter 20 bzw. die Meßstrom-Speisequelle 21 und die Diskriminatorschaltung 27 geschaltet.

Die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Prüf gerätes für Isolations- und Widerstandsprüfungei von Kommutatoranker-Wicklungen sei an Hand voi F i g. 1 näher erläutert. Bei beiden erwähnten Prüfun gen wird der zu prüfende, bewickelte Kommutator anker 2 in den Induktor-Stator 1 eingesteckt um bleibt während der ganzen Prüfdauer fixiert ohne zi rotieren. Die Verbindung des Kommutatorankers: an den Isolationsprüfteil I (Spannungsprüfung) bzw II, den Widerstandsprüfteil (Stromprüfung), erfolg über die Kommutatorlamellen 10 in bekannter Weis

automatisch mittels der Kontaktfinger 3, die durch näher nicht dargestellten Pneumatikzylinder betätigt werden.

Bei der Isolationsprüfung ist der Induktor-Stator 1 beispielsweise mit einer zweipoligen Sechsphasenwicklung ausgerüstet, wodurch ein rotierender Magnetfluß mit einem räumlichen Verschiebungsschrittwinkel von 30° erzielt wird. Die Magnetflüsse in den sechs Phasen werden netzsynchron mit einer zeitlichen Folge von tu 1000 ms

f-6

von einer Steuerelektronik erzeugt. Das mit einer Schrittzeit von 3,3 ms bei 50 Hz rotierende Feld induziert in der Wicklung des Kommutatorankers 2 eine Prüfspannung. Damit eine hohe, den mehrfachen Wert der Betriebsspannung übersteigende Prüfspannung induziert wird, erfolgt die Durchflutungssteuerung durch eine Kondensatorentladung mit elektronischen Mitteln, wie noch näher beschrieben wird. Die Schaltung ist derart aufgebaut, daß eine periodische, gedämpfte, sinusförmige Prüfspannung entsteht, welche während der jeweiligen Magnetfluß-Schrittzeit von beispielsweise 3,3 ms bei 50 Hz an der zu prüfenden Teilwicklung des Kommutatorankers 2 anliegt, wodurch ein guter Ausnutzungsgrad des Kondensatorimpulses erreicht wird.

Je nach der Induktivität des Kommutatorankers 2 liegt die Frequenz der Prüf Spannungsschwingungen bei 1000 bis 2000Hz. Der Netzleitungsanschluß 4 liefert Drehstrom über die sechsphasige Sekundärwicklung des Transformators 6 in den elektronischen Pulsgeber 5. Der feststehende bewickelte Kommutatoranker 2 wird im Induktor-Stator 1 von einem pulsförmigen Drehfeld erregt.

Die pulsförmige, magnetische Durchflutung des Induktor-Stators 1 einschließlich des Kommutatorankers 2 wird durch einen Schwingkreis, bestehend aus dem Kondensator 8, dem als elektronischen Schalter arbeitenden Triac 9 mit Steuerelektronik und einer Spule des Induktor-Stators 1 erzeugt, wobei die Ladung des Kondensators 8 über die Anschnittsteuerschaltung 7, beispielsweise einem Thyristor mit Steuerelektronik und einer Diode, von der sechsphasigen Sekundärwicklung des Transformators 6 aus erfolgt. Die Energie des Kondensators 8 speist die jeweilige Spule des Induktor-Stators 1 mit eingestecktem bewickelten Kommutatorankers 2, womit die hohe Flußänderungsgeschwindigkeit erreicht wird.

Die Isolationsfestigkeit wird durch das Nichtvorhanden- oder Vorhandensein feststellbarer Teilentladungsspitzen, die über den Spitzenwert der sinusförmigen Prüfspannung verteilt sind, bestimmt. Die elektronische Umschaltung der an den Kommutatorlamellen entstehenden induzierten Spannungen an die elektronische Meßschaltung erfolgt kontaktlos mittels der kapazitiven Mehrfach-Brückenschaltung 12, die aus Dioden und Kapazitäten besteht.

Zur Erkennung des Teilentladungsgrades trennt das aktive Filter 1.3 die HF-Teilentladungsspannungen von der mit 1 bis 2 kHz schwingenden Prüfspannung, wie in F i g. 2 veranschaulicht wird. Die Diskriminatorschaltung 17 liefert die Aussage über ausreichende oder ungenügende Isolation. Das Niveauoder Amplitudenanzeigegerät 18, vorzugsweise ein Mikroamperemeter, ist kontinuierlich einstellbar. Das Leuchtanzeigegerät 19 oder ein akustisches Signal dient als Meldung an den Prüfenden. Nachfolgend kann der Stückzähler 28 eingeschaltet werden. Beim automatischen Prüfablauf können beispielsweise in der Sortiereinrichtung 29 mittels einer magnetisch gesteuerten Weiche die fehlerfreien von den fehlerhaften Kommutatorankern selektiert werden.

Die ohmsche Widerstandsmessung an den Wicklungen des feststehenden Kommutatorankers 2 erfolgt unter einem bestimmten Meßstrom, beispielsweise einem Gleichstrom, der von der Meßstrom-Speisequelle 21 kommt und über je zwei benachbarte Lamellen geleitet wird (jeweils ein Lamellenpaar nach dem anderen), wobei die auftretenden Spannungsabfälle des Meßstromes mit einem voreingestellten Wert verglichen werden. Für die elektrische Fortschaltung des Meßstromes von Lamelle zu Lamelle wird die elektronische Meßschaltung 22 verwendet. Bei der Messung der ohmschen Widerstände der Teilspulen einschließlich der Übergänge der Anschlußstellen an die Kommutatorlamellen 10 sorgt die entsprechend der Kommutatorlamellenzahl programmierte Verknüpfungsschaltung dafür, daß während eines Prüfzyklus alle nebeneinanderliegenden Lamellenpaare einmal an den Meßkreis angeschlossen werden. Die zu diesem Zweck vorgesehenen Relais arbeiten unter Steuerung durch die Verknüpfungsschaltung als Schieberegister für die Umschaltung des Prüfstromes an die verschiedenen Lamellenpaare.

Die nachfolgende Diskriminatorschaltung 27 für die Widerstandsmessung mit Niveaueinstellung bewertet die auftretenden Spannungsabfälle des Meßstromes. Bei einer JA-NEIN-Prüfung wird das Prüfergebnis im Leuchtanzeigegerät 19 angezeigt. Ähnlich wie bei der Isolationsprüfung werden nachfolgend die geprüften Kommutatoranker 2 vom Stückzähler 28 gezählt und in der Sortiereinrichtung 29 selektiert.

F i g. 4 zeigt den elektronischen Pulsgeber 5 mit dem öphasigen Transformator 6 und dem Induktor-Stator 1, in welchem der zu prüfende Kommutatoranker 2 angeordnet ist. Wie schon erwähnt wurde, besteht der Schwingkreis des Pulsgebers 5 aus dem Kondensator 8 mit dem Triac 9 (oder zwei Thyristoren in Antiparallelschaltung) und je einer Spule 30 des Induktor-Stators. Die Anschnittsteuerschaltung 7 besteht beispielsweise aus einer Diode 7 α und einem Lade-Thyristor Ib mit einer elektronischen Steueranordnung 7 c für den Lade-Thyristor. Der zur Steuerung der Zeitfolge der Schwingungen im Schwingkreis dienende Triac 9 arbeitet als elektronischer Schalter (dargestellt als Entlade-Triac 9 a mit einer Steuerelektronikanordnung 9 b).

Die Einzelheiten der Mehrfach-Brückenschaltung 12 sind F i g. 5 zu entnehmen. Wie schon erwähnt wurde, dient diese Brückenschaltung mit kapazitiver Ankopplung zur kontaktlosen Anschaltung der ah verstärkendes (aktives) Filter 13 arbeitenden elektronischen Meßschaltung an die Gruppe von Spulen 30 (vgl. Fig. 4).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

entladungsmessungen sowie zur Messung seinei Patentansprüche: Wicklungswiderstände. Es ist bekannt,- die Spulen eines fertig bewickelten

1. Schaltungsanordnung zur Prüfung der Iso- Ankers durch Entladung eines Kondensators über die lation eines Kommutatorankers einer elektrischen 5 jeweilige Spule und durch Messung einer hierbei Maschine auf Grund von Teilentladungsmessun- induzierten Gegenspannur.g auf Windungsschluß zu gen sowie zur Messung seiner Wicklungswider- prüfen (deutsche Auslegeschrift 1 008 819). Ferner stände, dadurch gekennzeichnet, daß ist bekannt, die Spulen elektrischer Maschinen damit den Spulen eines Induktor-Stators (1), in durch auf Windungsschluß zu prüfen, daß in ihnen welchem der Kommutatoranker (2) stillstehend io durch einen impulsförmigen Strom eine Wechselangeordnet ist, eine Impulserzeugungsschaltung spannung induziert wird, die im Falle eines Kurz-(5) verbunden ist, die zur Teilentladungsmessung Schlusses ein meßbares Streufeld zur Folge hat im Induktor-Stator (1) ein pulsförmiges rotie- (»Elektronik« 1959, Nr. 9, S. 281). Eine genaue rendes Drehfeld erzeugt, daß die im Kommutator- Prüfung des Isolationszustandes ist aber in beiden anker (2) durch das Drehfeld induzierten Span- 15 Fällen nicht möglich, da als Reaktion auf die angenungen über die Kommutatorlamellen (10) und Jegte Prüfspannung vorbestimmter Frequenz und an diese andrückbare Kontaktfinger (3) einer Höhe die Meßanordnung lediglich zwischen »guten« Filterschaltung (13) zugeführt werden, welche Wicklungen und »schlechten« Wicklungen (im Falle hochfrequente Teilentladungsspannungen aus- eines Durchschlagens) unterscheiden kann. Im Falle filtert und sie einer Meßanordnung zuführt, und 20 der Prüfung von Ankerwicklungen müßte der Anker daß die Kommutatorlamellen (10) über die Kon- außerdem in Drehung versetzt werden, was sehr auftaktfinger (3) wahlweise an die Schaltung (22) wendig und zeitraubend ist.

zur Messung der Wicklungswiderstände anschließ- Zur Feststellung des Isolationszustandes der Wickbar sind. iungen war es üblich, den Prüfling in einem Magnet-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- 25 feld rotieren zu lassen und die an den Kommutatordurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeugungs- lamellen auftretenden induzierten Spannungen in schaltung (5) einen Mehrphasentransformator (6) einem Oszilloskop zu überprüfen. Die Auswertung enthält, der einen aus jeweils einer Wicklung des der vom Oszilloskop oder anderen Instrumenten anInduktor-Stators (1) und einem Kondensator (8) gezeigten Prüfungsergebnisse führen aber leicht zu gebildeten Schwingkreis über eine Anschnitt- 30 subjektiven Resultaten. Ferner ist die Isolationssteuerschaltung (7) speist. prüfung hierbei nur mit einer unwesentlich, über der

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- Betriebsspannung liegenden Prüfspannung möglich, durch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der da weder die Rotationsgeschwindigkeit im Magnet-Zeitfolge der Schwingungen im Schwingkreis ein feld noch die Induktion (Einsättigung) nennenswert Triac (9) oder zwei Thyristoren in Antiparallel- 35 über die Betriebsverhältnisse gesteigert werden schaltung angeordnet sind. können. Vor allem ist es bei den bisherigen Ver-

4. Schaltungsanordnung nach einem der voran- fahren nicht möglich, die Isolationsfestigkeit der gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Spulen und Teilspulen untereinander festzustellen, daß die Filterschaltung (13), die in Reihenschal- sondern nur, ob bei einer der Betriebsspannung ähntung ein Hochpaßfilter (14), einen Kathoden- 40 liehen Spannungsbeanspruchung die Isolation den folgerverstärker (15) und eine Gleichrichterstufe Anforderungen genügt.

(16) enthält, mit den Kommutatorlamellen (10) Ferner sind Meßschaltungen bekannt, mit denen

über eine aus Dioden und Kapazitäten gebildete zur Isolationsprüfung mit Wechselspannungen bis

Mehrfach-Brückenschaltung verbunden und an 500 Hz die auf Ionisierungseffekte beruhende soge-

ihrem eigenen Ausgang mit wenigstens einem 45 nannte Teilentladung an den Spulen eines Prüflings

Anzeigeinstrument (18, 19) und einem Zähler gemessen werden (VDE-Richtlinien 0434, Teil 1

(28) gekoppelt ist. und 2/1. 66). Für die Isolationsprüfung umlaufende

5. Schaltungsanordnung nach einem der voran- elektrische Maschinen im Niederspannungsbereich gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, wurden die bekannten Teilentladungs-Meßeinrichtundaß zur Messung der Wicklungswiderstände des 50 gen aber bisher nicht verwendet.
Kommutatorankers mit dessen Kommutator- Aufgabe der Erfindung ist, die Mängel der belamellen (10) eine von einer Meßstromquelle (21) kannten Methoden zu vermeiden und eine Schalgespeiste elektronische Meßschaltung (22) ver- tungsanordnung zum Prüfen von Wicklungen rotiebunden ist, die zur fortlaufenden Umschaltung render elektrischer Maschinen zu schaffen, welche des Meßstromes an jeweils ein Lamellenpaar ein 55 nicht nur eine Isolationsprüfung auf Grund von Teil-Schieberegister (26) enthält, welches von einem entladungsmessungen, sondern mit der gleichen An-Taktzeitgeber (23) über eine von einem Zähler Ordnung auch eine Messung der Wicklungswider-(24) entsprechend der Lamellenanzahl program- stände ermöglicht.

mierte Verknüpfungsschaltung (25) gesteuert ist, Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer

und daß an den Ausgang der Meßschaltung (22) 60 Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art da-

eine Diskriminatorschaltung (27) geschaltet ist. durch gelöst, daß mit den Spulen eines Induktor-Stators, in welchem der Kommutatoranker still-