RU2305291C1

RU2305291C1 - Method of finding short-circuited turns in electric windings

Info

Publication number: RU2305291C1
Application number: RU2006113407/28A
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Афонасов (RU); Алексей Алексеевич Афонасов; Александр Васильевич Корнеев (RU); Александр Васильевич Корнеев; Евгений Сергеевич Пригоркин (RU); Евгений Сергеевич Пригоркин
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-08-27

Abstract

FIELD: electric measuring technique.

SUBSTANCE: method allows revealing short-circuited turns in electric windings with massive steel frame, for example, in solenoids and in windings of step engines. Method is based upon application of changing frequency and upon measurement of parameters of resonant circuit. Availability of short circuits is judged from frequency maximum of parameter measured. Changing frequency voltage is applied to one of windings. Resonant circuit is formed between windings by means of creation of magnetic coupling between them as well as connection to provide grounding between two outputs of windings. Q-factor is used as measured parameter of resonant circuit.

EFFECT: improved truth of finding of short-circuited turns.

2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при определении короткозамкнутых витков в обмотках электрических машин.The invention relates to electrical engineering and can be used to determine short-circuited turns in the windings of electrical machines.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является способ определения короткозамкнутых витков в электрических обмотках (авторское свидетельство СССР №928259, МПК G01R 31/06, 1982 г.). В известном способе определения короткозамкнутых витков в электрических обмотках подают напряжение изменяющейся частоты, измеряют параметры резонансного контура обмоток и судят о наличии коротких замыканий по частотному максимуму измеряемого параметра.The closest set of essential features to the invention is a method for determining short-circuited turns in electrical windings (USSR author's certificate No. 928259, IPC G01R 31/06, 1982). In the known method for determining short-circuited turns in electrical windings, a voltage of varying frequency is applied, the parameters of the resonant circuit of the windings are measured, and short circuits are judged by the frequency maximum of the measured parameter.

Напряжение изменяющейся частоты подают на три обмотки таким образом, чтобы цепь замыкалась через распределенные емкости обмоток. При этом в качестве измеряемого параметра резонансного контура, который образован обмотками (индуктивностями и распределенными емкостями обмоток), используют разность напряжений, снимаемых с двух обмоток. При отсутствии дефекта в обмотке имеет место самый низкий частотный максимум, а при наличии короткозамкнутого витка величина первого частотного максимума увеличивается примерно на порядок.The voltage of varying frequency is applied to the three windings so that the circuit closes through the distributed capacitance of the windings. In this case, as the measured parameter of the resonant circuit, which is formed by the windings (inductances and distributed capacitance of the windings), use the voltage difference removed from the two windings. In the absence of a defect in the winding, the lowest frequency maximum occurs, and in the presence of a short-circuited coil, the value of the first frequency maximum increases by approximately an order of magnitude.

Недостатком известного способа является невысокая достоверность определения короткозамкнутых витков в электрических обмотках с массивным стальным каркасом. Это объясняется тем, что стальной каркас, являясь мощным короткозамкнутым витком, создает в обмотке большие электрические потери, на фоне которых потери, вызванные единичным короткозамкнутым витком, значительно меньше и зависят от положения короткозамкнутого витка относительно стенок каркаса. Поэтому достоверно обнаружить потери, вызванные короткозамкнутым витком в обмотке, невозможно.The disadvantage of this method is the low reliability of the determination of short-circuited turns in electrical windings with a massive steel frame. This is due to the fact that the steel frame, being a powerful short-circuited coil, creates large electrical losses in the winding, against which the losses caused by a single short-circuited coil are much smaller and depend on the position of the short-circuited coil relative to the frame walls. Therefore, it is impossible to reliably detect losses caused by a short-circuited coil in a winding.

Задачей настоящего изобретения является создание способа, который позволит достоверно выявлять короткозамкнутые витки в обмотках с массивным стальным каркасом, например в соленоидах, в обмотках шаговых двигателей.The objective of the present invention is to provide a method that will reliably detect short-circuited turns in windings with a massive steel frame, for example in solenoids, in the windings of stepper motors.

Техническим результатом настоящего изобретения является высокая чувствительность к наличию короткозамкнутых витков, что позволяет обнаружить с одинаковой достоверностью как единичный, так и большой массив короткозамкнутых витков вне зависимости от их положения относительно каркаса обмотки. Это объясняется тем, что в качестве измеряемого параметра используют добротность резонансного контура, образованного взаимной индуктивностью обмоток и их распределенными емкостями. Причем взаимная индуктивность обладает свойствами виртуального индуктивного элемента с идеальными параметрами, у которого добротность достигает 10000, тогда как у реальных высококачественных индуктивных элементов добротность не превышает 800.The technical result of the present invention is high sensitivity to the presence of short-circuited turns, which makes it possible to detect with equal certainty both a single and a large array of short-circuited turns, regardless of their position relative to the winding frame. This is because the quality factor of the resonant circuit formed by the mutual inductance of the windings and their distributed capacities is used as the measured parameter. Moreover, the mutual inductance has the properties of a virtual inductive element with ideal parameters, in which the quality factor reaches 10,000, while in real high-quality inductive elements the quality factor does not exceed 800.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения короткозамкнутых витков в электрических обмотках, при котором подают напряжение изменяющейся частоты, измеряют параметры резонансного контура обмоток и судят о наличии коротких замыканий по частотному максимуму измеряемого параметра, напряжение изменяющейся частоты подают на одну из обмоток, при этом резонансный контур образуют между двумя обмотками посредством создания магнитной связи между ними и соединения с заземлением двух выводов обмоток, а в качестве измеряемого параметра резонансного контура используют добротность.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method for determining short-circuited turns in electric windings, at which a voltage of varying frequency is supplied, the parameters of the resonant circuit of the windings are measured and judged about the presence of short circuits by the frequency maximum of the measured parameter, the voltage of the changing frequency is applied to one of the windings, the resonant circuit is formed between the two windings by creating a magnetic connection between them and connecting to the ground of the two leads of the windings, and as measured using the parameter of the resonant circuit quality factor.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена электрическая схема устройства, реализующего способ определения короткозамкнутых витков в электрических обмотках, на фиг.2 изображена эквивалентная схема включения резонансного контура.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 is an electrical diagram of a device that implements a method for determining short-circuited turns in electrical windings, and Fig. 2 shows an equivalent circuit for including a resonant circuit.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения изменяющейся частоты, измеритель 2 напряжения, измеритель 3 тока, вычислитель 4 добротности и дисплей 5. Генератор 1, измеритель 2 напряжения, измеритель 3 тока соединены с вычислителем 4 добротности, в качестве которого может быть использован микропроцессор. Вычислитель 4 соединен с дисплеем 5. Генератор 1 синусоидального напряжения изменяющейся частоты, измеритель 2 напряжения, измеритель 3 тока, вычислитель 4 добротности и дисплей 5 могут быть конструктивно объединены в виде единого измерительного прибора, например измерителя добротности Е4-11 (Е4-13) или измерителя имметанса Е7-20.The device contains a generator 1 of a sinusoidal voltage of varying frequency, a voltage meter 2, a current meter 3, a Q factor calculator 4 and a display 5. A generator 1, a voltage meter 2, a current meter 3 are connected to a Q factor calculator 4, which can be used as a microprocessor. The calculator 4 is connected to the display 5. The generator 1 of a sinusoidal voltage of variable frequency, the voltage meter 2, the current meter 3, the quality factor calculator 4 and the display 5 can be structurally combined as a single measuring device, for example, the quality factor meter E4-11 (E4-13) or Immetance meter E7-20.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Производят контроль одновременно двух одинаковых электрических обмоток 6, 7, например, шагового двигателя. Обмотки 6, 7 располагают с образованием магнитной связи между ними. Например, размещают обмотки соосно и вблизи, с обеспечением механического контакта между каркасами, или, например, располагают обмотки на общем магнитопроводе и т.п. Два вывода 8, 9 обмоток 6, 7 соединяют между собой и подключают к общему проводу (заземляют). Генератор 1 подключают к выводу 10 обмотки 6. Измеритель 2 напряжения подключают к выводу 10 обмотки 6 и к выводу 11 обмотки 7. Измеритель 3 тока подключают к выводу 11 обмотки 7. Устанавливают частоту, например, 1 кГц и амплитуду напряжения, например, 1 В на выходе генератора 1 и поддерживают выбранные величины на постоянном уровне. Затем производят измерения добротности на установленной частоте. Ток генератора 1, проходя по обмотке 6, создает переменное магнитное поле, взаимодействующее с обмоткой 7. Магнитная связь обмоток 6, 7 характеризуется взаимной индуктивностью, которая обладает свойствами виртуального индуктивного элемента L_m, напряжение на котором измеряется измерителем 2, а ток, проходящий через него, - измерителем 3. Распределенная (паразитная) емкость C₁ между выводами 8, 10 обмотки 6 и распределенная (паразитная) емкость С₂ между выводами 9, 11 обмотки 7 соединены последовательно, подключены параллельно виртуальному индуктивному элементу L_m и образуют резонансный контур, что проиллюстрировано на эквивалентной схеме включения резонансного контура (фиг.2). Вычислитель 4 по сигналам генератора 1, измерителя 2 напряжения, измерителя 3 тока определяет величину добротности резонансного контура, которая отображается на дисплее 5. После этого дискретно изменяют частоту генератора 1 и находят частотный максимум добротности, подавая напряжение переменной частоты на обмотку 6. О дефектах в обмотке судят по частотному максимуму добротности резонансного контура проверяемых обмоток 6, 7. Если ни одна из катушек 6, 7 не содержит короткозамкнутых витков, то величина добротности будет близка к максимуму, а при наличии хотя бы одного короткозамкнутого витка в одной из обмоток 6, 7 величина добротности снизится в несколько десятков раз. Наличие в одной из обмоток 6, 7 короткозамкнутого витка представлено на эквивалентной схеме включения резонансного контура (фиг.2) в виде сопротивления потерь R_пот. Для обеспечения стабильности показаний измерения целесообразно проводить на частотах вблизи максимума добротности, например, при величинах добротности 0.4-0.7 от максимальной величины.They simultaneously control two identical electrical windings 6, 7, for example, a stepper motor. The windings 6, 7 are arranged to form a magnetic coupling between them. For example, windings are placed coaxially and close by, providing mechanical contact between the frames, or, for example, windings are placed on a common magnetic circuit, etc. Two terminals 8, 9 of the windings 6, 7 are connected to each other and connected to a common wire (ground). Generator 1 is connected to terminal 10 of winding 6. Voltage meter 2 is connected to terminal 10 of winding 6 and to terminal 11 of winding 7. Current meter 3 is connected to terminal 11 of winding 7. Set the frequency, for example, 1 kHz and the voltage amplitude, for example, 1 V at the output of the generator 1 and maintain the selected values at a constant level. Then make measurements of the quality factor at the set frequency. The current of the generator 1, passing through the winding 6, creates an alternating magnetic field interacting with the winding 7. The magnetic coupling of the windings 6, 7 is characterized by mutual inductance, which has the properties of a virtual inductive element L _m , the voltage at which is measured by meter 2, and the current passing through it - meter 3. The distributed (parasitic) capacitance C ₁ between the terminals 8, 6 and 10 windings distributed (parasitic) capacitance C ₂ between the terminals 9, 11 of the winding 7 connected in series, are connected in parallel to the virtual inductance L _m th element and form a resonance circuit, which is illustrated in the equivalent circuit of the resonance switching circuit (2). Calculator 4 from the signals of the generator 1, voltage meter 2, current meter 3 determines the value of the Q factor of the resonant circuit, which is displayed on display 5. After that, the frequency of the generator 1 is discretely changed and the frequency maximum of the Q factor is found, applying a voltage of variable frequency to the winding 6. About defects in the winding is judged by the frequency maximum of the quality factor of the resonance circuit of the tested windings 6, 7. If none of the coils 6, 7 contains short-circuited turns, then the value of the quality factor will be close to the maximum, and there is at least one closed loop in one of the windings 6, 7 Q value drops to a few dozen times. The presence in one of the windings 6, 7 of a short-circuited coil is shown on the equivalent circuit of the resonant circuit (figure 2) in the form of loss resistance R _sweat . To ensure the stability of the readings, it is advisable to carry out measurements at frequencies near the maximum Q factor, for example, with Q factors of 0.4-0.7 of the maximum value.

Claims

A method for determining short-circuited turns in electrical windings, at which a voltage of varying frequency is applied, the parameters of the resonant circuit of the windings are measured and judged about the presence of short circuits by the frequency maximum of the measured parameter, characterized in that the voltage of the changing frequency is applied to one of the windings, while the resonant circuit is formed between two windings by creating a magnetic connection between them and grounding the two leads of the windings, and as a measured parameter the resonant About the circuit use the quality factor.