RU2208234C2

RU2208234C2 - Device evaluating technical condition of insulation of windings of electric motor

Info

Publication number: RU2208234C2
Application number: RU2001106409A
Authority: RU
Inventors: О.И. Хомутов; С.О. Хомутов; А.А. Грибанов; А.В. Левачёв; В.И. Сташко; Г.В. Суханкин
Original assignee: Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2003-07-10

Abstract

FIELD: instrumentation, facilities for diagnostics of insulation of windings of electric motors. SUBSTANCE: device evaluating technical condition of insulation of windings of electric motor has generator of rectangular pulses intended for connection to winding of electric motor, voltmeter, amplifier-limiter and peak detector tied together with inputs to finish of winding of electric motor, period meter which input is connected to output of amplifier-limiter, control unit which first and second inputs are connected to outputs of period meter and peak detector, which third input is connected to output of generator of rectangular pulses and which first output is coupled to input of storage unit of analog signal whose output is connected to voltmeter and indicator connected to second output of control unit. EFFECT: raised authenticity and accuracy of evaluation of diagnostic parameters. 1 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для диагностики изоляции обмоток трехфазных электродвигателей. The invention relates to instrumentation and can be used to diagnose the insulation of the windings of three-phase electric motors.

Известно устройство для контроля витковой изоляции обмотки электродвигателя, содержащее источник напряжения, накопительный конденсатор, силовой ключ, схему управления силовым ключом, делитель напряжения, выпрямитель, источник импульсного напряжения, в качестве которого использован формирователь импульсов, ключ, измеритель, две клеммы для подключения объекта контроля. Первый вывод источника напряжения соединен с первым выводом накопительного конденсатора, с первой клеммой для подключения объекта контроля, с первым выводом делителя напряжения. Выход схемы управления силовым ключом соединен с управляющим входом силового ключа, первый вывод силового ключа - со второй клеммой для подключения объекта контроля, со вторым выводом делителя напряжения. Вход и выход источника импульсного напряжения соединены соответственно с третьим выводом делителя напряжения, с входом выпрямителя, с первым входом измерителя, с первым выводом источника напряжения и со вторым входом измерителя. Второй вывод силового ключа соединен со вторыми выводами накопительного конденсатора и источника напряжения (см. патент РФ 2035744, МПК⁶ G 01 R 31/14).A device for controlling the coil insulation of an electric motor winding comprising a voltage source, a storage capacitor, a power switch, a power switch control circuit, a voltage divider, a rectifier, a pulse voltage source, which uses a pulse shaper, a key, a meter, two terminals for connecting the control object . The first output of the voltage source is connected to the first output of the storage capacitor, with the first terminal for connecting the monitoring object, with the first output of the voltage divider. The output of the power switch control circuit is connected to the control input of the power switch, the first output of the power switch is connected to the second terminal for connecting the control object, and to the second terminal of the voltage divider. The input and output of the pulse voltage source are connected respectively to the third output of the voltage divider, to the input of the rectifier, to the first input of the meter, to the first output of the voltage source and to the second input of the meter. The second terminal of the power switch is connected to the second terminals of the storage capacitor and voltage source (see RF patent 2035744, IPC ⁶ G 01 R 31/14).

Одним из наиболее существенных недостатков известного устройства является невысокая достоверность измерения, вызванная шунтированием накопительным конденсатором достаточно большой емкости емкостных параметров обмотки электродвигателя, значения емкости которых в несколько раз меньше емкости накопительного конденсатора. One of the most significant disadvantages of the known device is the low reliability of the measurement caused by shunting by the storage capacitor of a sufficiently large capacity of the capacitive parameters of the motor winding, the capacitance values of which are several times less than the capacity of the storage capacitor.

Устройство для диагностирования обмоток электрических машин, используемое в качестве прототипа, содержит генератор прямоугольных импульсов, формирующий и подающий импульсы прямоугольной формы с заданными параметрами на обмотку исследуемой электрической машины, три дифференциатора, обрабатывающих полученный сигнал, ключ, выходной блок и вольтметр, отображающий результат измерения. Выход генератора прямоугольных импульсов соединен с началом обмотки. Конец обмотки электрической машины подключен к входу первого дифференциатора. Выход первого дифференциатора связан с входом второго дифференциатора и первой входной клеммой ключа. Выход второго дифференциатора соединен с входом третьего дифференциатора и второй входной клеммой ключа. Выход третьего дифференциатора подсоединен к третьей входной клемме ключа. Выходная клемма ключа соединена с входом выходного блока. С выходного блока измерительная информация подается на вольтметр (см. Белоусова Н.В., Калявин В. П. , Мозгалевский А.В. Опыт тестового диагностирования обмоток электрических машин. - Л.: ЛДНТП, 1989. - С. 19-21, рис.6). The device for diagnosing the windings of electric machines, used as a prototype, contains a rectangular pulse generator that generates and delivers rectangular pulses with specified parameters to the winding of the electrical machine under study, three differentiators that process the received signal, a key, an output unit, and a voltmeter that displays the measurement result. The output of the rectangular pulse generator is connected to the beginning of the winding. The end of the winding of an electric machine is connected to the input of the first differentiator. The output of the first differentiator is connected to the input of the second differentiator and the first input terminal of the key. The output of the second differentiator is connected to the input of the third differentiator and the second input terminal of the key. The output of the third differentiator is connected to the third input terminal of the key. The output terminal of the key is connected to the input of the output unit. From the output unit, the measuring information is fed to a voltmeter (see Belousova N.V., Kalyavin V.P., Mozgalevsky A.V. Experience in test diagnosis of windings of electric machines. - L .: LDNTP, 1989. - P. 19-21, fig. 6).

Это устройство позволяет получить диагностический параметр, с помощью которого после математической обработки определяются такие характеристики, как сопротивление и емкость обмотки электрической машины относительно корпуса. This device allows you to obtain a diagnostic parameter, with which, after mathematical processing, such characteristics as the resistance and capacity of the winding of an electric machine relative to the housing are determined.

В то же время состояние изоляции, в основном, зависит от параметров межвитковой изоляции, таких как межвитковое сопротивление и межвитковая емкость. В связи с этим результаты диагностики с использованием рассматриваемого устройства имеют низкую достоверность и точность оценки состояния изоляции. At the same time, the state of insulation mainly depends on the parameters of inter-turn insulation, such as inter-turn resistance and inter-turn capacitance. In this regard, the diagnostic results using the device in question have low reliability and accuracy in assessing the state of insulation.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для оценки технического состояния изоляции обмоток электродвигателя, содержащее генератор прямоугольных импульсов, предназначенный для соединения с обмоткой электродвигателя, и вольтметр, введены параллельно связанные входами с концом обмотки электродвигателя усилитель-ограничитель и пиковый детектор, а также измеритель периода, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя, блок управления, первый и второй входы которого подключены к выходам измерителя периода и пикового детектора, третий вход - к выходу генератора прямоугольных импульсов, а первый выход - к входу дополнительно введенного в устройство блока хранения аналогового сигнала, выход которого связан с вольтметром, и блок индикации, присоединенный ко второму выходу блока управления. The essence of the invention lies in the fact that in the device for assessing the technical condition of the insulation of the motor windings, containing a rectangular pulse generator for connecting to the motor winding, and a voltmeter, are introduced in parallel with the inputs connected to the end of the motor winding, an amplifier-limiter and a peak detector, as well as a meter period, the input of which is connected to the output of the amplifier-limiter, a control unit, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the period meter and kovogo detector, the third input - to the output of a generator of rectangular pulses, and the first output - to an input device is further introduced into the analog signal storage unit, whose output is connected to a voltmeter, and a display unit coupled to the second output of the control unit.

Техническим результатом является повышение достоверности и точности оценки состояния витковой и корпусной изоляции электродвигателей путем измерения диагностических параметров, характеризующих состояние изоляции, зависящих от межвиткового сопротивления, межвитковой емкости, а также от параметров изоляции обмотки относительно корпуса. The technical result is to increase the reliability and accuracy of assessing the state of coil and case insulation of electric motors by measuring diagnostic parameters characterizing the state of insulation, depending on inter-turn resistance, inter-turn capacity, as well as on the insulation parameters of the winding relative to the housing.

Значения вышеописанных диагностических параметров, в отличие от индуктивности и активного сопротивления обмотки, в процессе эксплуатации изменяются. Ввиду того что индуктивность обмотки, межвитковая емкость и межвитковое сопротивление образуют колебательный контур, то параметры свободных затухающих колебаний, возникающих в обмотке, пропорциональны значениям этих величин. Если на обмотку подать прямоугольный импульс, то в ней возникнет переходный процесс. Для работоспособной изоляции электродвигателя он имеет вид затухающих колебаний. Таким образом, зная значения параметров затухающих колебаний, таких как амплитуды первого и второго полупериодов и величины первого и второго периодов, можно судить о качестве изоляции электродвигателя. В предлагаемом устройстве для измерения амплитуды колебаний использован пиковый детектор, а для измерения периода - усилитель-ограничитель и измеритель периода. В качестве отсчетного устройства использован вольтметр, а последовательность вывода результата измерения задана блоком управления. The values of the above diagnostic parameters, in contrast to the inductance and active resistance of the winding, change during operation. Due to the fact that the inductance of the winding, inter-turn capacitance and inter-turn resistance form an oscillatory circuit, the parameters of free damped oscillations arising in the winding are proportional to the values of these quantities. If a rectangular impulse is applied to the winding, then a transition process will occur in it. For efficient insulation of the electric motor, it has the form of damped oscillations. Thus, knowing the values of the parameters of damped oscillations, such as the amplitudes of the first and second half-periods and the magnitude of the first and second periods, we can judge the quality of the insulation of the electric motor. In the proposed device for measuring the amplitude of the oscillations, a peak detector is used, and for measuring the period, an amplifier-limiter and a period meter are used. A voltmeter was used as a reading device, and the sequence of outputting the measurement result was set by the control unit.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого устройства для оценки технического состояния изоляции обмоток электродвигателя. The drawing shows a structural diagram of the proposed device for assessing the technical condition of the insulation of the motor windings.

Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов 1, предназначенный для соединения с началом обмотки исследуемого электродвигателя 2, усилитель-ограничитель 3, измеритель периода 4, пиковый детектор 5, блок управления 6, индикатор режима 7, блок хранения аналогового сигнала 8, вольтметр 9. Начало обмотки электродвигателя 2 связано с выходом генератора прямоугольных импульсов 1, а конец обмотки электродвигателя 2 связан с параллельными входами усилителя-ограничителя 3 и пикового детектора 5. Выход усилителя-ограничителя 3 соединен с входом измерителя периода 4. Первый, второй и третий входы блока управления 6 соединены, соответственно, с выходами измерителя периода 4, пикового детектора 5, генератора прямоугольных импульсов 1. Первый и второй выходы блока управления 6 соединены, соответственно, с входами блока хранения аналогового сигнала 7 и блока индикации 8. Вольтметр 9 присоединен к выходу блока хранения аналогового сигнала 7. The device contains a rectangular pulse generator 1, designed to connect with the beginning of the winding of the studied electric motor 2, an amplifier-limiter 3, a period meter 4, a peak detector 5, a control unit 6, a mode indicator 7, an analog signal storage unit 8, a voltmeter 9. Start of the motor winding 2 is connected to the output of the rectangular pulse generator 1, and the end of the motor winding 2 is connected to the parallel inputs of the amplifier-limiter 3 and the peak detector 5. The output of the amplifier-limiter 3 is connected to the input m period meter 4. The first, second and third inputs of the control unit 6 are connected, respectively, with the outputs of the period meter 4, a peak detector 5, a rectangular pulse generator 1. The first and second outputs of the control unit 6 are connected, respectively, with the inputs of the analog signal storage unit 7 and display unit 8. A voltmeter 9 is connected to the output of the analog signal storage unit 7.

Усилитель-ограничитель 3 описан в книге Горошкова Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1988. - С. 141, рис. 11.18а. В основу работы измерителя периода 4 положен принцип преобразования временных параметров сигнала в напряжение (см. Бирюков С.А. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1990. - С. 165). Конструкция пикового детектора 5 рассмотрена в книге Горошкова Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1988. - С. 98, рис. 6.19. Блок управления 6 состоит из нескольких аналоговых коммутаторов, в качестве которых используются микросхемы КР590 и КН8 (см. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/ С.В. Якубовский, Л. Н. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; Под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990. - С. 447). Блок индикации 8 описан в книге Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник/ В.И. Иванов, А.И. Аксенов, А.М. Юшин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С. 160, а блок хранения аналогового сигнала - в книге Горошкова Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1988. - С. 174, рис. 13.56. Amplifier-limiter 3 is described in the book of B. Goroshkov. Elements of electronic devices: Reference. - M.: Radio and Communications, 1988 .-- S. 141, Fig. 11.18a. The operation of the period 4 meter is based on the principle of converting the time parameters of a signal into voltage (see Biryukov SA, Digital devices on MOS integrated circuits. - M .: Radio and communications, 1990. - P. 165). The design of peak detector 5 is considered in the book of B. Goroshkov. Elements of electronic devices: Reference. - M .: Radio and communications, 1988 .-- S. 98, Fig. 6.19. The control unit 6 consists of several analog switches, which use the KR590 and KN8 microcircuits (see Digital and analog integrated circuits: Reference / S.V. Yakubovsky, L.N. Nisselson, V.I. Kuleshova, etc .; Under Edited by S.V. Yakubovsky. - M.: Radio and Communications, 1990. - S. 447). Display unit 8 is described in the book Semiconductor Optoelectronic Devices: Reference Book / V.I. Ivanov, A.I. Aksenov, A.M. Yushin. - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Energoatomizdat, 1989. - P. 160, and the storage unit of the analog signal is in the book of B. Goroshkov. Elements of electronic devices: Reference. - M.: Radio and Communications, 1988 .-- S. 174, Fig. 13.56.

Устройство для оценки технического состояния изоляции обмоток электродвигателя работает следующим образом. A device for assessing the technical condition of the insulation of the motor windings is as follows.

С генератора прямоугольных импульсов 1 диагностический сигнал параллельно подается на начало обмотки электродвигателя 2 и в блок управления 6 для синхронизации его работы. С конца исследуемой обмотки диагностический сигнал параллельно поступает на входы усилителя-ограничителя 3 и пикового детектора 5. В усилителе-ограничителе 3 сигнал усиливается. С выхода усилителя-ограничителя 3 сигнал поступает на измеритель периода 4. Пиковый детектор 5 выделяет амплитуды первого и второго полупериодов колебаний и измеряет их. Блок управления 6 автоматически управляет передачей измерительной информации от измерителя периода 4 и пикового детектора 5 к блоку хранения аналогового сигнала 7. Блок хранения аналогового сигнала 7 преобразует полученную информацию в удобную для последующих преобразований, то есть воспринимаемую вольтметром 9. Предлагаемое устройство измеряет следующие диагностические параметры: амплитуды первого и второго полупериодов и величины первого и второго периодов затухающего колебательного процесса в обмотке электродвигателя. Информацию о том, какая величина измеряется, показывает блок индикации 8. Оценку технического состояния изоляции обмоток электродвигателя производят путем сравнения измеренных значений с известными эталонными значениями. From the square-wave generator 1, a diagnostic signal is simultaneously supplied to the beginning of the winding of the electric motor 2 and to the control unit 6 to synchronize its operation. From the end of the studied winding, the diagnostic signal is simultaneously fed to the inputs of the amplifier-limiter 3 and peak detector 5. In the amplifier-limiter 3, the signal is amplified. From the output of the amplifier-limiter 3, the signal enters the period meter 4. Peak detector 5 selects the amplitudes of the first and second half-periods of oscillations and measures them. The control unit 6 automatically controls the transmission of measurement information from the period meter 4 and the peak detector 5 to the analog signal storage unit 7. The analog signal storage unit 7 converts the received information into convenient information for subsequent transformations, that is, sensed by voltmeter 9. The proposed device measures the following diagnostic parameters: the amplitudes of the first and second half-periods and the magnitude of the first and second periods of the damped oscillatory process in the motor winding. Information on what quantity is measured is shown by the indication unit 8. The technical state of the insulation of the motor windings is evaluated by comparing the measured values with known reference values.

Достоинствами предлагаемого устройства являются простота, малые габаритные размеры, удобство в использовании, высокая достоверность и точность оценки получаемых результатов. The advantages of the proposed device are simplicity, small overall dimensions, ease of use, high reliability and accuracy of the assessment of the results.

Claims

A device for assessing the technical condition of the insulation of the motor windings, containing a rectangular pulse generator for connecting to the motor winding, and a voltmeter, characterized in that an amplifier-limiter and a peak detector, as well as a period meter, are connected in parallel with the inputs of the motor winding; the input of which is connected to the output of the amplifier-limiter, a control unit, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the period meter and peak detector , the third input is to the output of the square-wave pulse generator, and the first output is to the input of an analog signal additionally inserted into the device, the output of which is connected to a voltmeter, and an indication unit connected to the second output of the control unit.