RU2323448C2 - Method for monitoring of insulation of sheets of stator laminated cores in motors and generators and device for its realization - Google Patents
Method for monitoring of insulation of sheets of stator laminated cores in motors and generators and device for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2323448C2 RU2323448C2 RU2006107416/28A RU2006107416A RU2323448C2 RU 2323448 C2 RU2323448 C2 RU 2323448C2 RU 2006107416/28 A RU2006107416/28 A RU 2006107416/28A RU 2006107416 A RU2006107416 A RU 2006107416A RU 2323448 C2 RU2323448 C2 RU 2323448C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reference signal
- signal
- sensor
- core
- control unit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и предназначено для контроля состояния изоляции между листами электротехнической стали шихтованных сердечников статоров электрических машин.The invention relates to the field of electrical engineering and is intended to control the state of insulation between sheets of electrical steel of the charged cores of the stators of electric machines.
В России и за рубежом широко распространен электромагнитный способ контроля состояния изоляции между листами электротехнической стали шихтованных сердечников статоров электрических машин [1]. Способ состоит в том, что в испытуемом сердечнике с помощью намагничивающей обмотки, намотанной вокруг этого сердечника, создают кольцевой переменный магнитный поток с низким уровнем индукции (не более 0,1 Тл), устанавливают опорный сигнал равным сигналу индуктивного датчика-сканера, установленного на бездефектном месте расточки сердечника, после чего этим датчиком осуществляют сканирование поверхности расточки сердечника при неизменном опорном сигнале. При этом местные дефекты изоляции листов выявляют по сопоставлению сигнала датчика и опорного сигнала. В настоящее время используются три метода определения состояния изоляции по результатам сканирования: измерение составляющей сигнала датчика, находящейся под углом в 90 градусов по отношению к опорному сигналу (квадратурная составляющая) [1], измерение разности фаз между сигналом датчика и опорным сигналом [2], измерение дополнительных потерь на исследуемом участке по амплитуде сигнала датчика и разности фаз между сигналом датчика и опорным сигналом [3]. Все эти методы основаны на допущении, что при нарушении изоляции в теле сердечника образуется замкнутый контур (контур повреждения), активное сопротивление которого намного меньше индуктивного, что, в свою очередь, влечет за собой синфазность эдс, индуцированной в контуре повреждения кольцевым потоком, и порожденного ею тока.In Russia and abroad, the electromagnetic method of monitoring the state of insulation between sheets of electrical steel of the charged cores of the stators of electric machines is widespread [1]. The method consists in creating an annular alternating magnetic flux with a low level of induction (not more than 0.1 T) in the test core using a magnetizing coil wound around this core, setting the reference signal equal to the signal of the inductive sensor scanner mounted on a defect-free the location of the core bore, after which this sensor scans the surface of the core bore with a constant reference signal. In this case, local insulation defects of the sheets are detected by comparing the sensor signal and the reference signal. Currently, three methods are used to determine the insulation state from the results of scanning: measuring the component of the sensor signal at an angle of 90 degrees with respect to the reference signal (quadrature component) [1], measuring the phase difference between the sensor signal and the reference signal [2], measurement of additional losses in the studied area by the amplitude of the sensor signal and the phase difference between the sensor signal and the reference signal [3]. All these methods are based on the assumption that, in the event of insulation failure, a closed loop (damage loop) is formed in the core body, the active resistance of which is much less than inductive, which, in turn, entails the in-phase synchronization of the emf induced in the damage loop by the ring flow and generated by her current.
Данное допущение вполне справедливо в тех случаях, когда в сердечнике во время испытаний создают кольцевой поток промышленной частоты (50-60 Гц). Однако в последнее время с целью повышения точности и надежности обнаружения дефектов, а также с целью уменьшения мощности источника питания намагничивающей обмотки, проводят испытания сердечников на частоте, значительно превышающей промышленную (200-5000 Гц) [4]. При этом пренебрежение индуктивным сопротивлением и, как результат, сдвигом тока в контуре повреждения относительно породившей его эдс приводит к грубым ошибкам.This assumption is quite true in those cases when an annular flow of industrial frequency (50-60 Hz) is created in the core during testing. Recently, however, in order to increase the accuracy and reliability of defect detection, as well as to reduce the power of the magnetizing winding power supply, cores are tested at a frequency significantly higher than the industrial frequency (200-5000 Hz) [4]. In this case, neglecting the inductive resistance and, as a result, the current shift in the damage circuit relative to the emf that generated it leads to gross errors.
Указанные положения поясняются фиг.1, на которой приведена общепринятая схема испытательного устройства и векторной диаграммой (фиг.2). На фиг.1 обозначены:These positions are illustrated in figure 1, which shows the generally accepted diagram of the test device and the vector diagram (figure 2). Figure 1 marked:
1 - индуктивный датчик;1 - inductive sensor;
2 - намагничивающая обмотка;2 - magnetizing winding;
3 - источник опорного сигнала;3 - reference signal source;
4 - проверяемый сердечник;4 - checked core;
5 - регулируемый источник питания обмотки намагничивания;5 - adjustable power source of the magnetization winding;
6 - блок управления;6 - control unit;
7 - амперметр;7 - ammeter;
8 - внутренний корпус проверяемой машины;8 - the inner case of the tested machine;
9 - внешний корпус проверяемой машины;9 - the outer casing of the tested machine;
10 - компьютер.10 - computer.
Проверяемый сердечник 4 установлен на ребрах во внутреннем корпусе 8, который, в свою очередь, находится внутри внешнего корпуса 9. На сердечник наматывается обмотка намагничивания 2, питаемая от регулируемого источника переменного тока 5, и источник опорного сигнала 3, который может иметь различное устройство, а в данном случае представляет собой один контрольный виток. Выходы источника опорного сигнала 3 и индуктивного датчика 1, представляющего собой катушку на ферромагнитном или на немагнитном сердечнике, подключены к блоку управления 6, а через него - к компьютеру 10.The tested core 4 is mounted on the ribs in the inner case 8, which, in turn, is located inside the outer case 9. A magnetizing coil 2 is wound on the core, powered by an
При подаче с блока питания 5 напряжения повышенной частоты f на зажимы намагничивающей обмотки 2 по ней идет ток Iо (фиг.2, масштабы для наглядности не соблюдены), порождающий в проверяемом сердечнике 4 кольцевой магнитный поток Фо, часть которого Фso ответвляется в сердечник датчика 1. Поток Фso индуктирует в его обмотке эдс Eso. Если где-либо под датчиком изоляция между листами стали нарушена, то в этом месте образуется короткозамкнутый контур, который пронизывается потоком Фо (или его частью), наводящим в этом контуре эдс Ек. Если частота f равна промышленной (величины, относящиеся к промышленной частоте отмечены индексом 1, а относящиеся к повышенной частоте - индексом 2 и толстыми линиями), то указанная эдс порождает в контуре ток Iк1, который практически совпадает по фазе с эдс Ек. Ток Iк1, в свою очередь, порождает поток Фк1, часть которого Фsк1 замыкается через датчик 1. Поток Фsк1 наводит в нем эдс Esк1, находящуюся в квадратуре с эдс Eso. Вследствие этого вектор результирующей эдс датчика Es1 поворачивается на некоторый угол относительно вектора «бездефектной» эдс Eso и синфазной с ней эдс источника опорного сигнала Ео. В данном случае источником опорного сигнала служит контрольный виток 3. Этот виток пронизывается все тем же кольцевым потоком Фо, поэтому его эдс Ео совпадает по фазе с эдс Eso. Таким образом, квадратурная составляющая сигнала датчика пропорциональна току контура повреждения и поэтому она может служить критерием состояния сердечника, на чем и основаны вышеуказанные методы контроля сердечников.When a voltage of increased frequency f is applied from the
При подаче на обмотку возбуждения напряжения с повышенной частотой 500-5000 Гц векторная диаграмма существенно изменяется. Индуктивное сопротивление контура повреждения становится сравнимым с активным, а при расположении повреждения даже на незначительной глубине под поверхностью сердечника в несколько раз превосходит его. При этом ток контура Ik2 существенно отстает от породившей его эдс и он вместе с созданными им потоками Фk2 и Фsk2 (аналогами уже упоминавшихся потоков Фk1 и Фsk1) занимает положение, представленное на фиг.2 жирными стрелками. Соответственно отклоняется от вертикали та составляющая эдс датчика Esk2, которая является мерой тока повреждения Ik2, и результирующая эдс датчика занимает положение, обозначенное вектором Es2. Теперь уже ее квадратурная составляющая не может служить мерой состояния изоляции, и использование ее в качестве такой меры может привести к ошибочным заключениям. Исключение их и является целью настоящего изобретения.When applying voltage to the excitation winding with an increased frequency of 500-5000 Hz, the vector diagram changes significantly. The inductive resistance of the damage circuit becomes comparable with the active one, and when the damage is located even at a shallow depth below the surface of the core, it exceeds it several times. In this case, the loop current I k2 substantially lags behind the emf that generated it and, together with the fluxes Ф k2 and Ф sk2 created by it (analogues of the already mentioned flows Ф k1 and Ф sk1 ), it occupies the position shown in Fig. 2 by bold arrows. Accordingly, the component emf of the sensor E sk2 deviates from the vertical, which is a measure of the fault current I k2 , and the resulting sensor emf occupies the position indicated by the vector E s2 . Now its quadrature component cannot serve as a measure of the state of isolation, and using it as such a measure can lead to erroneous conclusions. Their exclusion is the purpose of the present invention.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, описанное в [5] (прототип). Здесь в сердечнике магнитопровода создают переменный кольцевой магнитный поток повышенной частоты. Сканирование рабочей поверхности производят индуктивным датчиком на немагнитном сердечнике (потенциометр Чаттока). Его сигнал с помощью фазочувствительного детектора разлагают на две составляющие: одну синфазную с опорным сигналом, другую - квадратурную. С помощью этих составляющих формируют выходной сигнал, по которому судят о состоянии изоляции в данном месте. Иными словами, здесь при питании намагничивающей обмотки повышенной частотой в основу контроля положено допущение о 90-градусном сдвиге между опорным сигналом и той составляющей сигнала датчика, которая вызвана дефектом изоляции листов, что, как было указано выше, уже не соответствует действительности.Closest to the proposed device is the device described in [5] (prototype). Here in the core of the magnetic circuit create an alternating ring magnetic flux of increased frequency. Scanning of the working surface is carried out by an inductive sensor on a non-magnetic core (Chattock potentiometer). Using a phase-sensitive detector, its signal is decomposed into two components: one in-phase with a reference signal, the other in quadrature. Using these components, an output signal is formed, which is used to judge the state of insulation in a given place. In other words, when supplying a magnetizing winding with an increased frequency, the control is based on the assumption of a 90-degree shift between the reference signal and that component of the sensor signal, which is caused by a sheet insulation defect, which, as mentioned above, is no longer true.
Предлагаемый способ контроля свободен от этого недостатка. При его использовании также в сердечнике магнитопровода создают переменный кольцевой магнитный поток повышенной частоты, устанавливают величину опорного сигнала равной по амплитуде и фазе величине сигнала датчика (безразлично, какой конструкции), установленного на бездефектое место в расточке сердечника, т.е. уравнивают эдс датчика Es0 и эдс источника опорного сигнала Е0 по величине и фазе, после чего производят сканирование рабочей поверхности индуктивным датчиком при неизменном опорном сигнале. При этом сигнал датчика включают встречно с опорным сигналом и эту разность подают на милливольтметр. Очевидно, что если в процессе сканирования при неизменной величине Е0 датчик окажется на месте нахождения дефекта, разностный сигнал будет как раз той эдс Esk2, которая является мерой дефекта.The proposed control method is free from this drawback. When it is also used, an alternating ring magnetic flux of increased frequency is created in the core of the magnetic circuit, the magnitude of the reference signal is set equal in amplitude and phase to the magnitude of the sensor signal (no matter what design) installed on a defect-free location in the core bore, i.e. equalize the emf of the sensor E s0 and the emf of the source of the reference signal E 0 in magnitude and phase, and then scan the working surface with an inductive sensor with a constant reference signal. In this case, the sensor signal is turned on with the reference signal, and this difference is applied to the millivoltmeter. It is obvious that if during the scanning process at a constant value of E 0 the sensor will be at the location of the defect, the difference signal will be exactly the emf E sk2 , which is a measure of the defect.
Для реализации этого способа предлагается устройство, схема которого представлена на фиг.3. Здесь обозначены:To implement this method, a device is proposed, the scheme of which is presented in figure 3. Indicated here:
11 - устройство регулирования опорного сигнала;11 - device for adjusting the reference signal;
12 - регулятор напряжения;12 - voltage regulator;
13 - фазовращатель;13 - phase shifter;
14 - устройство измерения напряжения.14 is a voltage measuring device.
Все остальные элементы установки аналогичны изображенным на фиг.1. Устройство регулирования опорного сигнала в данном случае выполнено в виде регулятора напряжения 12 и фазовращателя 13, соединенных последовательно. Выход источника опорного сигнала 3 подключен к входу устройства регулирования опорного сигнала, а выход этого устройства включен встречно с сигналом датчика 1, и этот разностный сигнал подан на устройство измерения напряжения 14, которым в простейшем случае может служить цифровой или аналоговый милливольтметр. При необходимости это устройство может иметь выход для подключения компьютера 10, используемый для визуализации, архивирования и документирования результатов контроля.All other installation elements are similar to those shown in figure 1. The control device for the reference signal in this case is made in the form of a
Контроль начинают с установки величины опорного сигнала: при включенной намагничивающей обмотке 2 датчик 1 устанавливают в расточке сердечника 4 на бездефектное место (место устанавливают несколькими пробами, если случайно датчик все же окажется на поврежденном участке, это выявится в процессе испытаний), регулированием амплитуды (с помощью регулятора напряжения 12) и фазы (с помощью фазовращателя 13) опорного сигнала сводят разностный сигнал к минимуму. После этого, не меняя установок регулятора напряжения и фазовращателя, проводят сканирование рабочей поверхности сердечника. При этом величина разностного сигнала в данном месте является характеристикой качества изоляции листов.The control begins with setting the value of the reference signal: when the magnetizing winding 2 is turned on,
Очевидно, что измерительная система будет тем чувствительнее к выявлению дефектов изоляции листов сердечника, чем точнее будет настроен минимум разностного сигнала при установке величины опорного сигнала. Теоретически он должен быть равен нулю, однако на практике он отличается от нуля из-за наличия в сигналах высших гармоник и окружающих помех. Поэтому целесообразно разностный сигнал от датчика 1 и источника опорного сигнала 3 подавать на устройство измерения напряжения 14 через фильтр 15, настроенный на пропускание только частоты выходного напряжения блока питания намагничивающей обмотки 5 (фиг.4).Obviously, the measuring system will be the more sensitive to the detection of defects in the insulation of the core sheets, the more accurately the minimum of the difference signal will be set when setting the value of the reference signal. Theoretically, it should be equal to zero, but in practice it differs from zero due to the presence of higher harmonics and ambient noise in the signals. Therefore, it is advisable to use the differential signal from the
В известных устройствах для контроля изоляции листов шихтованных сердечников статоров электрических машин путем создания в сердечниках кольцевого переменного магнитного потока с индукцией не более 0,1 Тл источником опорного сигнала 3 является либо особая катушка [1], либо датчик, полностью аналогичный датчику-сканеру [2], либо специальный виток, наматываемый на время испытаний вокруг ярма испытуемого сердечника [4, 5]. Однако вне зависимости от конструкции во всех случаях этот источник является дополнительным устройством, устанавливаемым на проверяемом сердечнике 4 и внешним по отношению к блоку управления 6, что увеличивает состав всего устройства контроля и повышает трудоемкость проведения испытаний. Метод, основанный на применении разностного сигнала, позволяет встроить источник опорного сигнала в блок управления 6. Схема устройства с таким встроенным источником опорного сигнала приведена на фиг.5.In known devices for monitoring the insulation of sheets of laminated cores of stators of electric machines by creating an alternating magnetic flux in the cores with an induction of no more than 0.1 T, the
Здесь 16 - встроенный источник опорного сигнала.Here 16 is the built-in reference source.
Встроенный источник опорного сигнала представляет собой маломощный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходу регулируемого источника питания обмотки намагничивания 5 параллельно с обмоткой намагничивания 2, а вторичная обмотка подключена к входу устройства регулирования опорного сигнала 11, сигнал с которого, как и в предыдущих случаях (фиг.3, 4), включен встречно с сигналом датчика 1. Очевидно, что и в данном случае перед началом сканирования поверхности проверяемого сердечника 4 должна производиться установка опорного сигнала, состоящая в выравнивании по амплитуде и фазе (с помощью устройства 11) опорного сигнала и сигнала датчика, установленного на бездефектном месте. При необходимости трансформатор 16 может быть заменен другими устройствами (например, оптронной парой), однако во всех случаях в целях безопасности целесообразно исключить гальваническую связь источника питания обмотки намагничивания со всеми измерительными цепями блока управления.The built-in reference signal source is a low-power transformer, the primary winding of which is connected to the output of the regulated power supply of the
Источники информацииInformation sources
1. Sutton J. EICID: an easier way to test stator cores. Electrical Review, 207, 1, July, 1980.1. Sutton J. EICID: an easier way to test stator cores. Electrical Review, 207, 1, July, 1980.
2. Патент на изобретение RU 2082274, 09.08.1994.2. Patent for invention RU 2082274, 08/09/1994.
3. Бутов А.В., Пикульский В.А., Поляков Ф.А., Шандыбин М.И. Электромагнитный метод выявления замыканий листов активной стали статора турбогенератора. «Электрические станции», 1998, №11.3. Butov A.V., Pikulsky V.A., Polyakov F.A., Shandybin M.I. The electromagnetic method for detecting faults in sheets of active steel of a stator of a turbogenerator. "Electric stations", 1998, No. 11.
4. Патент на изобретение RU 2195681, 04.06.2001.4. Patent for the invention RU 2195681, 04.06.2001.
5. Патент на изобретение GB 2382878, 04.12.2001.5. Patent for
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006107416/28A RU2323448C2 (en) | 2006-03-10 | 2006-03-10 | Method for monitoring of insulation of sheets of stator laminated cores in motors and generators and device for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006107416/28A RU2323448C2 (en) | 2006-03-10 | 2006-03-10 | Method for monitoring of insulation of sheets of stator laminated cores in motors and generators and device for its realization |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006107416A RU2006107416A (en) | 2007-09-20 |
RU2323448C2 true RU2323448C2 (en) | 2008-04-27 |
Family
ID=39453219
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006107416/28A RU2323448C2 (en) | 2006-03-10 | 2006-03-10 | Method for monitoring of insulation of sheets of stator laminated cores in motors and generators and device for its realization |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2323448C2 (en) |
-
2006
- 2006-03-10 RU RU2006107416/28A patent/RU2323448C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006107416A (en) | 2007-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5075628A (en) | Insulation monitoring system of a direct current power supply system | |
CA2800551C (en) | Method and apparatus for detecting a magnetic characteristic variable in a core | |
Sen et al. | Stator interturn fault detection in permanent-magnet machines using PWM ripple current measurement | |
JP4842275B2 (en) | Detection circuit for current measurement | |
US20110254562A1 (en) | Method and device for detecting short-circuits in the stator core of electric machines | |
Ghanbari et al. | A magnetic leakage flux-based approach for fault diagnosis in electrical machines | |
KR930010556A (en) | Electromagnetic Induction Tester and Inspection Method | |
US9146279B2 (en) | Method for detection of interlaminar sheet short circuits in the stator sheet core of electromachines | |
KR20130118393A (en) | Fault detection for laminated core | |
Hong et al. | Offline monitoring of airgap eccentricity for inverter-fed induction motors based on the differential inductance | |
US3443211A (en) | Magnetometer inspection apparatus for ferromagnetic objects | |
US6815957B2 (en) | Method and device for inspecting laminated iron cores of electrical machines for interlamination shorts | |
Lee et al. | Experimental study of inter-laminar core fault detection techniques based on low flux core excitation | |
Cuevas et al. | Non-invasive detection of winding short-circuit faults in salient-pole synchronous machine | |
RU2323448C2 (en) | Method for monitoring of insulation of sheets of stator laminated cores in motors and generators and device for its realization | |
US3496458A (en) | Method and apparatus for detecting and measuring cracks in metal structures | |
JPH11337590A (en) | Direct current detecting device | |
Xuan et al. | A novel air-gap monitoring system for large low speed hydro-generators | |
RU94029969A (en) | Method of and device for checking active-steel stampings of electrical machines for shorting | |
Hong et al. | Monitoring of airgap eccentricity for inverter-fed induction motors based on the differential inductance | |
KR102039268B1 (en) | An Alternating and Direct Current Detection Circuit | |
US1538383A (en) | Method and apparatus for locating faults in electrical cable systems | |
JP2606043Y2 (en) | Eddy current flaw detector | |
EP3413066A1 (en) | Detection of failures in the windings of an electrical machine | |
Bertenshaw | Analysis of stator core faults-a fresh look at the EL CID vector diagram |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110311 |