RU2206951C1

RU2206951C1 - Insulation check sensor for electrical-machine laminated-core stampings

Info

Publication number: RU2206951C1
Application number: RU2001133212A
Authority: RU
Inventors: В.В. Городов; А.Г. Вдовиков; Ю.Н. Самородов
Original assignee: АОЗТ "Электротехнические системы 1"
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-06-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; insulation diagnosing and inspection in ac machine stator core stampings. SUBSTANCE: device intended to check insulation between laminated-core stampings in ac machines irrespective of ground fault location is, essentially, sensor that has ferromagnetic core and sensing elements. Novelty is that part of or all sensing elements are disposed on scanning surfaces of core. EFFECT: facilitated procedure; enhanced reliability of ground fault detection. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для диагностики и контроля состояния изоляции между листами электротехнической стали шихтованных сердечников электрических машин электромагнитным методом. The invention relates to the field of electrical engineering and is intended for the diagnosis and control of the state of insulation between sheets of electrical steel of the charged cores of electrical machines by the electromagnetic method.

Наиболее надежным и удобным способом контроля сердечников является испытание электромагнитным методом при низких (до 0,1 Тл) значениях индукции кольцевого потока. Известно устройство для контроля сердечников по этому методу [1]. В этом случае местные дефекты выявляются по величине и сдвигу фазы разности магнитных потенциалов между двумя соседними зубцами, определяемой датчиком - магнитным потенциометром Четтока (по существу - катушка без сердечника) при сканировании им рабочей поверхности сердечника. Дополнительные потери, вызванные замыканиями, рассчитываются по величинам разности магнитных потенциалов, намагничивающего тока, ЭДС контрольного витка, а также по сдвигам фаз между ними. Отсутствие ферромагнитного сердечника обуславливает низкий уровень сигнала, а следовательно, низкую чувствительность метода. The most reliable and convenient way to control the cores is to test the electromagnetic method at low (up to 0.1 T) ring flow induction values. A device for controlling cores by this method is known [1]. In this case, local defects are detected by the magnitude and phase shift of the difference of magnetic potentials between two adjacent teeth, determined by a sensor - a Chettok magnetic potentiometer (essentially a coreless coil) when it scans the working surface of the core. Additional losses caused by short circuits are calculated by the magnitude of the difference of magnetic potentials, magnetizing current, EMF of the control loop, as well as by phase shifts between them. The absence of a ferromagnetic core causes a low signal level, and therefore, low sensitivity of the method.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, описанное в [2] (прототип). Здесь в сердечнике магнитопровода также создается переменный кольцевой магнитный поток с низким значением индукции (до 0,1 Тл). Сканирование внутренней поверхности исследуемого сердечника производится датчиком с ферромагнитным сердечником, посредине которого размещается чувствительный элемент, в данном случае - катушка. Концы сердечника в процессе проверки своими сканирующими поверхностями проходят над поверхностью сердечника (конкретно - над поверхностями соседних зубцов), принимая на себя часть потока сердечника, вследствие чего в катушке датчика наводится ЭДС. Наличие дефекта в каком-либо месте определяется по разности фаз между ЭДС катушек сканирующего и опорного неподвижного датчиков. Опорный датчик имеет совершенно ту же конструкцию, что и сканирующий. Во время сканирования опорный датчик неподвижно располагается на каком-либо бездефектном участке рабочей поверхности сердечника. В этом случае чувствительность метода повышается по сравнению с [1], но не устраняется их общий недостаток - наличие зон нечувствительности, проявляющихся тогда, когда дефект расположен в зубце сердечника. В этом случае поток, созданный вихревыми токами в зубце с поврежденной изоляцией между листами, стремясь замкнуться по пути с наибольшей магнитной проводимостью, практически не проходит через катушку сканирующего датчика, вследствие чего от этого потока в ней не наводится ЭДС, что воспринимается системой измерения как отсутствие дефекта. Closest to the proposed device is the device described in [2] (prototype). Here, an alternating ring magnetic flux with a low induction value (up to 0.1 T) is also created in the core of the magnetic circuit. Scanning of the inner surface of the test core is carried out by a sensor with a ferromagnetic core, in the middle of which a sensitive element is placed, in this case a coil. The ends of the core during testing with their scanning surfaces pass over the surface of the core (specifically, over the surfaces of adjacent teeth), taking on a part of the core flow, as a result of which an EMF is induced in the sensor coil. The presence of a defect in any place is determined by the phase difference between the EMF of the coils of the scanning and reference stationary sensors. The reference sensor has exactly the same design as the scanning one. During the scan, the reference sensor is stationary on any defect-free portion of the working surface of the core. In this case, the sensitivity of the method increases in comparison with [1], but their common drawback is not eliminated - the presence of dead zones, which occur when the defect is located in the tooth of the core. In this case, the flow created by eddy currents in the tooth with damaged insulation between the sheets, trying to close along the path with the highest magnetic conductivity, practically does not pass through the coil of the scanning sensor, as a result of which the emf is not induced in it, which is perceived by the measurement system as the absence defect.

Частично нечувствительность метода [2] к дефектам в зубцовой зоне можно было бы устранить, проводя сканирование не только над зубцами, но и над пазами, но это удвоило бы время испытаний, что крайне нежелательно в условиях электростанций и промышленных предприятий. Partially insensitivity of the method [2] to defects in the tooth zone could be eliminated by scanning not only the teeth but also the grooves, but this would double the test time, which is extremely undesirable in the conditions of power plants and industrial enterprises.

Предлагаемое изобретение позволяет устранить этот недостаток. Конструктивная схема датчика в этом случае представлена на фиг.1. The present invention eliminates this disadvantage. The structural diagram of the sensor in this case is presented in figure 1.

Здесь 1 - ферромагнитный сердечник датчика;
2 - сканирующие поверхности сердечника датчика;
3 - первый чувствительный элемент датчика (катушка), располагающийся между сканирующими поверхностями;
4 - зубец исследуемого сердечника;
5 - ярмо исследуемого сердечника;
6 - эквивалентный контур протекания токов в месте повреждения изоляции в пазовой зоне;
7 - эквивалентный контур протекания токов в месте повреждения изоляции в зубцовой зоне;
8 - второй чувствительный элемент, располагающийся на сканирующей поверхности сердечника.Here 1 is the ferromagnetic core of the sensor;
2 - scanning surface of the sensor core;
3 - the first sensitive element of the sensor (coil), located between the scanning surfaces;
4 - a tooth of the studied core;
5 - yoke of the investigated core;
6 - equivalent circuit of the flow of currents in the place of damage to the insulation in the groove zone;
7 - equivalent circuit of the flow of currents in the place of damage to the insulation in the tooth zone;
8 - the second sensitive element located on the scanning surface of the core.

Выводы чувствительных элементов 3 и 8 подключены к соответствующим каналам системы измерения, которые регистрируют величину и фазу выходных ЭДС этих элементов. В процессе сканирования чувствительный элемент 3, реагируя на поток Ф_ka, контролирует состояние изоляции пазовой зоны сердечника, а элемент 8, расположенный на пути прохождения потока Ф_kz, - зубцовой. Таким образом, за один проход проверяется и пазовая, и зубцовая зоны.The findings of the sensitive elements 3 and 8 are connected to the corresponding channels of the measurement system, which record the magnitude and phase of the output EMF of these elements. In the process of scanning, the sensitive element 3, responding to the flux Ф _ka , controls the isolation state of the groove zone of the core, and the element 8, located on the path of the flux Ф _kz , is serrated. Thus, in one pass, both the groove and the tooth zones are checked.

Необходимо добавить, что чувствительными элементами могут быть не только катушки. Для этой цели могут служить любые элементы, реагирующие на изменение магнитного поля (элементы Холла, магниторезисторы, магнитодиоды). В частности, на фиг.2 представлен один из возможных вариантов датчика, у которого в качестве чувствительных элементов использованы элементы Холла, причем все они располагаются на сканирующих поверхностях сердечника. It must be added that not only coils can be sensitive elements. For this purpose, any elements that respond to a change in the magnetic field (Hall elements, magnetoresistors, magnetodiodes) can serve. In particular, figure 2 presents one of the possible sensor options, in which Hall elements were used as sensitive elements, all of which are located on the scanning surfaces of the core.

Здесь 9, 10 - чувствительные элементы, контролирующие зубцовую зону;
11 - чувствительный элемент, контролирующий пазовую зону.Here 9, 10 are the sensitive elements that control the tooth zone;
11 - a sensitive element that controls the groove zone.

На фиг. 2 двойной чертой отмечены одноименные плоскости элементов Холла (если на одноименные входные токовые выводы датчиков Холла подано питание одинаковой полярности, а поток одинаково ориентирован относительно одноименных плоскостей датчиков, то на одноименных выходных холловских выводах появляется ЭДС одинаковой полярности). Величина и фаза ЭДС элемента 11 обрабатываются системой измерения аналогично ЭДС катушки датчика [2], а ЭДС элементов 9, 10 подаются на сумматор, как это показано на фиг.3. In FIG. 2, a double bar marks the planes of the Hall elements of the same name (if the same polarity is supplied to the input current leads of the Hall sensors and the flow is equally oriented relative to the same planes of the sensors, an EMF of the same polarity appears on the same output Hall outputs). The magnitude and phase of the emf of the element 11 are processed by the measurement system similarly to the emf of the sensor coil [2], and the emf of the elements 9, 10 are fed to the adder, as shown in Fig.3.

На фиг.2: 12 - сумматор;
13 - источник питания;
C1, C2 - входные (токовые) выводы;
E1, E2 - выходные (холловские) выводы.Figure 2: 12 is an adder;
13 - power source;
C1, C2 - input (current) outputs;
E1, E2 - output (hall) conclusions.

В результате такого включения ЭДС датчиков 9, 10 от потоков Ф_kz, вызванных повреждениями в зубцовой зоне, складываются, а ЭДС от потоков Ф_ka, вызванных повреждениями в пазовой зоне, вычитаются, вследствие чего результирующая ЭДС на выходе сумматора E_Σ практически характеризует состояние только зубцовой зоны. В итоге эта ЭДС в сочетании с ЭДС элемента 11 позволяет одновременно обследовать за один проход сканирующего датчика как пазовую, так и зубцовую зоны.As a result of this switching on, the EMF of the sensors 9, 10 from the fluxes Ф _kz caused by damage in the tooth zone are added up, and the EMF from the fluxes Ф _ka caused by damage in the groove zone are subtracted, as a result of which the resulting EMF at the output of the adder E _Σ practically characterizes the state only tooth zone. As a result, this EMF in combination with the EMF of element 11 allows you to simultaneously inspect both the groove and tooth zones in one pass of the scanning sensor.

Использование элементов Холла и расположение их на сканирующих поверхностях сердечника позволяет легко регулировать расстояние между этими поверхностями, что существенно в условиях значительного разброса размеров испытуемых машин. Пример такого универсального датчика представлен на фиг.4. The use of Hall elements and their location on the scanning surfaces of the core makes it easy to adjust the distance between these surfaces, which is essential in conditions of significant variation in the sizes of the tested machines. An example of such a universal sensor is presented in figure 4.

На фиг.4: 14 - обойма;
15 - стопорный винт;
16, 17 - половины сердечника датчика.In Fig.4: 14 - clip;
15 - locking screw;
16, 17 - half of the sensor core.

Половины сердечника 16, 17 устанавливаются на величину зубцового деления испытуемого сердечника, после чего фиксируются в обойме 14 стопорным винтом 15. The halves of the core 16, 17 are set to the tooth division of the test core, after which they are fixed in the holder 14 with a locking screw 15.

Источники информации
1. Бутов А.В., Пикульский В.А., Поляков Ф.А., Шандыбин М.И. Электромагнитный метод выявления замыканий листов активной стали статора турбогенератора. Электрические станции, 1998, 11.Sources of information
1. Butov A.V., Pikulsky V.A., Polyakov F.A., Shandybin M.I. Electromagnetic method for detecting faults in sheets of active steel of a stator of a turbogenerator. Power stations, 1998, 11.

2. Патент РФ 2082274, кл. Н 02 К 15/00, 15/02, G 01 R 31/34, 1994 (прототип). 2. RF patent 2082274, cl. H 02 K 15/00, 15/02, G 01 R 31/34, 1994 (prototype).

Claims

A sensor for monitoring the insulation of sheets of laminated cores of electric machines, comprising a ferromagnetic core with scanning surfaces and sensitive elements, characterized in that some of the sensitive elements or all of them are located on the scanning surfaces of the sensor core.