RU2436081C1 - Способ акустической диагностики изоляции обмоток асинхронного электродвигателя - Google Patents
Способ акустической диагностики изоляции обмоток асинхронного электродвигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2436081C1 RU2436081C1 RU2010129672/28A RU2010129672A RU2436081C1 RU 2436081 C1 RU2436081 C1 RU 2436081C1 RU 2010129672/28 A RU2010129672/28 A RU 2010129672/28A RU 2010129672 A RU2010129672 A RU 2010129672A RU 2436081 C1 RU2436081 C1 RU 2436081C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- insulation
- induction motor
- value
- acoustic
- stator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Abstract
Использование: для акустической диагностики изоляции обмоток асинхронного электродвигателя. Сущность: заключается в том, что генерируют синусоидальные электрические колебания заданной частоты, при этом частоту синусоидальных электрических колебаний выбирают равной 5 кГц, усиливают электрические колебания, прикладывают их к обмотке статора асинхронного электродвигателя так, чтобы в обмотке статора асинхронного электродвигателя протекал ток величиной 1 ампер, принимают акустические колебания с поверхности корпуса статора асинхронного электродвигателя, преобразуют их в электрические колебания, усиливают, сравнивают их со сгенерированными синусоидальными электрическими колебаниями, определяют коэффициент затухания принятых акустических колебаний в изоляции статора асинхронного электродвигателя, по величине коэффициента затухания определяют модуль упругости пропиточного материала изоляции статора асинхронного электродвигателя, по зависимостям модуля упругости от времени теплового старения изоляции определяют номинальное значение модуля упругости, затем как частное от деления номинального значения модуля упругости на значение модуля упругости определяют нормированное значение модуля упругости, по которому с учетом режима эксплуатации асинхронного электродвигателя судят об остаточном ресурсе асинхронного электродвигателя. Технический результат: обеспечение возможности прогнозирования остаточного срока службы асинхронного электродвигателя на разных этапах эксплуатации в различных условиях температуры, влажности и вибрации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для диагностики изоляции обмоток асинхронных электродвигателей.
Известен способ диагностики состояния изоляции асинхронного электродвигателя (АД) определением ее сопротивления, заключающийся в том, что к изоляционной конструкции прикладывают постоянное напряжение, измеряют через 15 и 60 с после подачи напряжения ток через изоляцию, по которому судят о степени ее неоднородности, и измеряют сопротивление изоляции в те же моменты времени (Мегомметры промышленные. [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - М., 2010. - Режим доступа: http://www.chauvin-arnoux.ru/MEGOMETERS.htm. - Загл. с экрана).
Основным недостатком этого способа является отсутствие возможности прогнозирования остаточного срока службы АД на разных этапах эксплуатации в различных условиях температуры, влажности и вибрации, так как при реализации способа невозможно достоверно установить степень старения изоляции, а следовательно, электрическую и механическую прочность и оставшийся ресурс работы, что обусловлено зависимостью сопротивления изоляции обмоток АД от температуры, увлажнения, характера изоляции, причем сопротивление изоляции обмоток АД может изменяться от 10 до 1000 раз.
Известен импульсный способ оценки изоляции, заключающийся в том, что заряжают конденсатор от напряжения высоковольтного трансформатора и разряжают на обмотку АД, измеряют тангенс угла диэлектрических потерь, по значению которого судят о степени старения изоляции (Системы диагностики изоляции. [Электронный ресурс]. - Электрон. дан. - М., 2010. - Режим доступа: http://www.pergam.ru. - Загл. с экрана).
Основным недостатком данного способа является отсутствие возможности прогнозирования остаточного срока службы АД на разных этапах эксплуатации в различных условиях температуры, влажности и вибрации вследствие зависимости токов в изоляции от ее увлажнения и ряда других факторов.
Известен способ диагностики состояния изоляции АД, при котором измеряют величины индекса поляризации (PI=Rпри t=600 сек/Rпри t=60 сек), коэффициент диэлектрической абсорбции (DAR=Rпри t=60 сек/Rпри t=30 сек), коэффициент диэлектрического разряда (DD=Iпри t=60 сек/U·Сиз), величины времени релаксации (τ=Rиз·Cиз) и по всем четырем параметрам судят о состоянии изоляции АД (Mohammed Hanif, Principles & Applications of Insulation Testing with DC. IEP-SAC Journal 2004-2005, p.57-63).
Недостатком данного способа является то, что совокупность результатов приводит к плохо интерпретируемой картине дальнейшего прогноза остаточного срока службы АД.
Известен способ испытания изоляции повышенным напряжением, при котором предварительно прогревают АД, подвергают проверке каждую цепь, подавая на нее повышенное напряжение промышленной частоты плавно или ступенчато от однофазного пробивного трансформатора. Результаты испытаний считают удовлетворительными, если в результате проверки не произошло пробоя изоляции (Зеленченко А.П. Устройства диагностики тяговых двигателей электрического подвижного состава. - М., 2002. - С.7).
Недостатком данного способа является то, что чрезмерно длительное приложение напряжения ведет к порче изоляции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения свойств изоляции электроустановки, по которому генерируют синусоидальные электрические колебания заданной промышленной частоты и определяют граничную частоту, на которой величина активного сопротивления изоляции становится равной величине омического сопротивления изоляции, измеряют на этой или большей частоте тангенс угла полных потерь и емкость изоляции, определяют активное сопротивление току абсорбции, абсорбционную емкость, тангенс угла абсорбции, тангенс угла диэлектрических потерь, тангенс угла абсорбции, тангенс угла омических потерь и судят по величинам активного сопротивления току абсорбции, абсорбционной емкости, тангенса угла абсорбции о свойствах низкочастотных поляризаций, по величине тангенса угла диэлектрических потерь - о диэлектрических свойствах изоляции, по величине тангенса угла омических потерь - о проводящих свойствах изоляции электроустановки на рабочем напряжении промышленной частоты (авторское свидетельство SU 1476406, МПК4 G01R 31/00).
Недостатком вышеописанного способа является отсутствие возможности прогнозирования остаточного срока службы АД на разных этапах эксплуатации в различных условиях температуры, влажности и вибрации по определяемым свойствам изоляции.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение прогнозирования остаточного срока службы АД на разных этапах эксплуатации в различных условиях температуры, влажности и вибрации.
Поставленная задача решается тем, что в способе акустической диагностики изоляции обмоток АД, при котором генерируют синусоидальные электрические колебания заданной частоты, согласно изобретению частоту синусоидальных электрических колебаний выбирают равной 5 кГц, усиливают электрические колебания, прикладывают их к обмотке статора АД, чтобы в обмотке статора АД протекал ток величиной 1 ампер, принимают акустические колебания с поверхности корпуса статора АД, преобразуют их в электрические колебания, усиливают, сравнивают их со сгенерированными синусоидальными электрическими колебаниями, определяют коэффициент затухания принятых акустических колебаний в изоляции статора АД, по величине коэффициента затухания определяют модуль упругости пропиточного материала изоляции статора АД, по зависимостям модуля упругости от времени теплового старения изоляции определяют номинальное значение модуля упругости. Затем как частное от деления номинального значения модуля упругости на значение модуля упругости определяют нормированное значение модуля упругости, по которому с учетом режима эксплуатации АД судят об остаточном ресурсе АД.
Кроме того, используют режимы эксплуатации АД при температурах изоляции 90°С, или 75°С, или 50°С.
Прогнозирование остаточного срока службы АД на разных этапах эксплуатации в различных условиях температуры, влажности и вибрации обусловлено следующей совокупностью операций по контролю состояния пропиточного материала изоляции в различных режимах эксплуатации в процессе теплового старения.
Частоту синусоидальных электрических колебаний выбирают равной 5 кГц, поскольку экспериментально установлено, что оптимальная частота синусоидального диагностического тока составляет 5 кГц и отклонение от нее приводит к большему затуханию звука.
Предложенный способ акустической диагностики изоляции обмоток АД поясняется чертежом, где на фиг.1 представлены графики 1, 2, 3 зависимостей модуля упругости Е от времени теплового старения τ изоляции системы ПЭТВ (провод) + КП-34 (компаунд); на фиг.2 приведено определение остаточного ресурса АД через изменение значения нормированного модуля упругости изоляционного материала в обмотке статора асинхронного двигателя Eнорм в процессе старения изоляции; на фиг.3 схематично изображено устройство для акустической диагностики изоляции обмоток АД, реализующее способ.
Кроме этого на чертеже дополнительно обозначено следующее:
- Eдоп 1, Eдоп 2, Eдоп 3 - предельно допустимые значения модуля упругости изоляции, после которых происходит ее пробой, полученные для соответствующих времен отказа τo1, τo2, τo3, АД;
- Eном - номинальное значения модуля упругости изоляции для графиков 1, 2, 3, полученное для τ=0;
- режимы эксплуатации: график 1 получен при температуре 90°С, 2 - при температуре 75°С, 3 - при температуре 50°С;
- Eнорм - текущее нормированное значение модуля упругости изоляционного материала в обмотке статора АД;
- τх1, τх2, τх3 - прогнозные оценки времени работы АД по состоянию изоляции при различных режимах эксплуатации;
- τo1, τo2, τo3 - прогнозные оценки времени эксплуатации АД в режимах эксплуатации в соответствии с графиками 1, 2, 3.
Предлагаемый способ реализуется в устройстве для акустической диагностики изоляции обмоток АД, которое содержит последовательно соединенные измерительную карту 4, усилитель 5, щиток 6 асинхронного электродвигателя, обмотку 7 статора АД, акустический преобразователь 8, усилитель 9. Выход усилителя 9 подсоединен ко входу измерительной карты 4, выход которой соединен с усилителем 5.
Устройство также содержит последовательно соединенные шину PCI 10, материнскую плату 11, программный пакет 12 и блок 13 задания значений λ, ρ, c, Eном и режимов эксплуатации. Вход шины PCI 10 соединен со вторым выходом измерительной карты 4. Измерительная карта 4 расположена на материнской плате 11.
Усилителем 5 выдается усиленный синусоидальный сигнал 14, а усилителем 9 - усиленный принимаемый сигнал 15.
Способ акустической диагностики изоляции обмоток АД осуществляют следующим образом.
Генерируют синусоидальные электрические колебания, частоту f которых выбирают равной 5 кГц.
Усиливают электрические колебания, прикладывают их к обмотке 7 статора АД так, чтобы в обмотке 7 статора АД протекал ток величиной 1 ампер, поскольку определение величины диагностического тока проводят исходя из нижеследующего.
Оценивают потери полезного сигнала в статоре на магнитострикционный эффект. Напряженность магнитного поля длинного провода с током определяют по формуле
где H - напряженность магнитного поля, А/м;
i - ток, А;
a - расстояние между проводниками паза обмотки статора, м
(Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. - М.: Наука, 1975. - С.156).
При синусоидальном диагностическом токе амплитудой порядка 1 А и усредненном расстоянии между проводниками паза обмотки статора a=10-3 м величина H≈1,6·102 А/м. При таком диагностическом токе и напряженности магнитного поля потерями акустической энергии на магнитострикцию можно пренебречь. При увеличении силы диагностического тока свыше 1 А магнитострикционный эффект начинает оказывать заметное влияние на полезный сигнал, следовательно, силу тока, пропускаемого через обмотки статора, устанавливают на уровне 1 А.
Принимают акустические колебания с поверхности корпуса статора АД, преобразуют их в электрические колебания, усиливают, сравнивают их со сгенерированными синусоидальными электрическими колебаниями. Определяют коэффициент затухания α акустических колебаний в изоляции АД.
По значению коэффициента затухания α определяют по формуле (2) модуль упругости Е пропиточного материала изоляции статора АД, поскольку известно, что модуль упругости Е изоляции в обмотке статора асинхронного двигателя зависит от параметров акустических колебаний в изоляции (Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. - М.: Химия, 1973. - С.10);
где ρ - плотность изоляции статора АД;
c - скорость распространения акустической волны в изоляции статора АД;
α - коэффициент поглощения акустических колебаний в изоляции статора АД;
λ - длина волны акустических колебаний;
π=3,14.
При этом величины c, f, λ связаны между собой соотношением
Плотность изоляции определяют из отношения ее массы к объему, а скорость - из следующего соотношения:
где z - импеданс (акустическое сопротивление) изоляции
(Крауткремер И. Ультразвуковой контроль материалов: справ. изд., пер. с нем / И.Крауткремер, Г.Крауткремер. - М.: Металлургия, 1991. - С.28).
В свою очередь импеданс можно найти по следующей формуле:
где p - акустическое давление, создаваемое звуком;
ν - колебательная скорость
(Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. - М.: Машиностроение, 1981. - С.27).
По зависимостям модуля упругости от времени теплового старения изоляции определяют номинальное значение модуля упругости Eном для конкретного режима, что основано на экспериментальных данных по модулю упругости Е различных типов изоляции в функции времени при тепловом старении асинхронных двигателей серии 4А мощностью 1,5 кВт (фиг.1). Эксперименты проводились до отказа АД (пробой изоляции).
Из соотношения между номинальным значением модуля упругости Eном, измеренным модулем упругости Е изоляционного материала в обмотке 7 статора АД и нормированным значением Eнорм модуля упругости определяют нормированное значение модуля упругости Eнорм для конкретного режима:
При этом при реализации способа используют режимы эксплуатации АД при температурах изоляции 90°С, или 75°С, или 50°С.
Определяют необходимые условия эксплуатации АД и по графику 1, или 2, или 3 определяют прогнозные оценки времени работы АД по состоянию изоляции при различных режимах эксплуатации τх1, τх2, τх3, находят остаточный ресурс τост1, τост2, τост3 работы АД в конкретных условиях эксплуатации по соотношениям
поскольку определение остаточного ресурса АД в процессе теплового старения изоляции приведено на фиг.2, которая получена из фиг.1 с учетом замены величины Е на Eнорм.
Для других типов изоляции и АД определение остаточного ресурса проводят аналогично.
Устройство для акустической диагностики изоляции обмоток АД работает следующим образом. В измерительной карте 4 генерируется синусоидальный электрический сигнал с частотой 5 кГц, который усиливается в усилителе 5, поступает на щиток 6, с него - на обмотку 7 статора. В обмотке 7 статора электрический сигнал преобразуется в акустический сигнал, который проходит последовательно через изоляцию провода, воздушный зазор и сталь статора.
Акустические колебания воспринимаются преобразователем 8 и преобразуются в нем в электрические колебания. Электрические колебания усиливаются в усилителе 9 и поступают в измерительную карту 4.
Программным пакетом 12 с учетом данных блока 13 определяются коэффициент затухания α, модуль упругости Е, номинальное значение модуля упругости Eном и нормированное значение модуля упругости Eнорм для конкретного типа изоляции. Программным пакетом 12 с учетом условий эксплуатации АД при температуре 90°С, 75°С или 50°С по экспериментальным графикам 1, 2, 3 (фиг.2) по изменению нормированного модуля упругости Eнорм изоляционного материала в обмотке статора асинхронного двигателя в процессе старения изоляции определяется остаточный ресурс работы АД τост1, τост2, τост3 по формулам (7-9).
Таким образом, предложенное изобретение позволяет осуществить прогнозную оценку ресурса работы АД на основе прогнозирования ресурса изоляции обмоток.
Claims (2)
1. Способ акустической диагностики изоляции обмоток асинхронного электродвигателя, при котором генерируют синусоидальные электрические колебания заданной частоты, отличающийся тем, что частоту синусоидальных электрических колебаний выбирают равной 5 кГц, усиливают электрические колебания, прикладывают их к обмотке статора асинхронного электродвигателя так, чтобы в обмотке статора асинхронного электродвигателя протекал ток величиной 1 А, принимают акустические колебания с поверхности корпуса статора асинхронного электродвигателя, преобразуют их в электрические колебания, усиливают, сравнивают их со сгенерированными синусоидальными электрическими колебаниями, определяют коэффициент затухания принятых акустических колебаний в изоляции статора асинхронного электродвигателя, по величине коэффициента затухания определяют модуль упругости пропиточного материала изоляции статора асинхронного электродвигателя, по зависимостям модуля упругости от времени теплового старения изоляции определяют номинальное значение модуля упругости, затем как частное от деления номинального значения модуля упругости на значение модуля упругости определяют нормированное значение модуля упругости, по которому с учетом режима эксплуатации асинхронного электродвигателя судят об остаточном ресурсе асинхронного электродвигателя.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют режимы эксплуатации асинхронного электродвигателя при температурах изоляции 90°С, или 75°С, или 50°С.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010129672/28A RU2436081C1 (ru) | 2010-07-15 | 2010-07-15 | Способ акустической диагностики изоляции обмоток асинхронного электродвигателя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010129672/28A RU2436081C1 (ru) | 2010-07-15 | 2010-07-15 | Способ акустической диагностики изоляции обмоток асинхронного электродвигателя |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2436081C1 true RU2436081C1 (ru) | 2011-12-10 |
Family
ID=45405693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010129672/28A RU2436081C1 (ru) | 2010-07-15 | 2010-07-15 | Способ акустической диагностики изоляции обмоток асинхронного электродвигателя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2436081C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535656C2 (ru) * | 2012-07-30 | 2014-12-20 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный инженерно-экономический институт (НГИЭИ) | Устройство для измерения израсходованного срока службы электрической изоляции |
RU2734279C1 (ru) * | 2019-12-09 | 2020-10-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ измерения вибрационных характеристик коллекторных электродвигателей и устройство для его реализации |
RU2746711C1 (ru) * | 2020-09-07 | 2021-04-19 | Акционерное общество "Научно-Технический Центр Эксплуатации и Ресурса Авиационной Техники" | Способ контроля текущего технического состояния и прогнозирования остаточного срока службы изоляции из поливинилхлоридного пластиката бортовых авиационных проводов |
CN115902623A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-04-04 | 睿动(山西)科技有限公司 | 一种无刷电机测试用的装置及其控制方法 |
-
2010
- 2010-07-15 RU RU2010129672/28A patent/RU2436081C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535656C2 (ru) * | 2012-07-30 | 2014-12-20 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный инженерно-экономический институт (НГИЭИ) | Устройство для измерения израсходованного срока службы электрической изоляции |
RU2734279C1 (ru) * | 2019-12-09 | 2020-10-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ измерения вибрационных характеристик коллекторных электродвигателей и устройство для его реализации |
RU2746711C1 (ru) * | 2020-09-07 | 2021-04-19 | Акционерное общество "Научно-Технический Центр Эксплуатации и Ресурса Авиационной Техники" | Способ контроля текущего технического состояния и прогнозирования остаточного срока службы изоляции из поливинилхлоридного пластиката бортовых авиационных проводов |
CN115902623A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-04-04 | 睿动(山西)科技有限公司 | 一种无刷电机测试用的装置及其控制方法 |
CN115902623B (zh) * | 2023-01-09 | 2023-05-30 | 睿动(山西)科技有限公司 | 一种无刷电机测试用的装置及其控制方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10962520B2 (en) | Method and device for determining and/or monitoring the breakdown voltage of a transformer oil | |
EP2283567B1 (en) | A method and a device for estimating the clamping force on a winding package of a transformer | |
RU2436081C1 (ru) | Способ акустической диагностики изоляции обмоток асинхронного электродвигателя | |
US20060279292A1 (en) | Method and apparatus for measuring a dielectric response of an electrical insulating system | |
RU2014107933A (ru) | Способ и устройство для выявления в онлайн-режиме ухудшения состояния изоляции электродвигателя | |
Baranski et al. | Selected diagnostic methods of electrical machines operating in industrial conditions | |
Babel et al. | Condition-based monitoring and prognostic health management of electric machine stator winding insulation | |
Leuzzi et al. | Analysis and detection of electrical aging effects on high-speed motor insulation | |
Stone et al. | Prediction of stator winding remaining life from diagnostic measurements | |
Rusu-Zagar et al. | Ageing and degradation of electrical machines insulation | |
KR101420273B1 (ko) | 진동 기반형 자가 발전기의 내구 성능 평가 시스템 및 진동 기반형 자가 발전기의 내구 성능 평가방법 | |
WO2016167067A1 (ja) | 樹脂の劣化計測センサおよび劣化計測システム | |
Chaganti et al. | Fiber optic acoustic sensor based on SMS structure with thin polymer diaphragm for partial discharge detection | |
Tsyokhla et al. | On-line monitoring of winding insulation health using high frequency common mode voltage from PWM | |
Smulko et al. | Acoustic emission for detecting deterioration of capacitors under aging | |
JP6164022B2 (ja) | 巻線機器の巻線層間絶縁診断方法 | |
Jia et al. | Evaluation of the degradation of generator stator ground wall insulation under multistresses aging | |
JP2010256348A (ja) | 巻線絶縁の劣化診断方法及び巻線絶縁の劣化診断装置 | |
Nelson et al. | Theory and application of dynamic aging for life estimation in machine insulation | |
Jensen et al. | A more robust stator insulation failure prognosis for inverter-driven machines | |
Hewitt et al. | An experimental assessment of the impact of high DV/DT SiC converters on insulation lifetime of electrical machines | |
Huang et al. | Experimental evaluation of conductor insulations used in e-mobility traction motors | |
KR101358038B1 (ko) | 몰드변압기의 권선 진동 분석방법 | |
Zoeller et al. | Insulation monitoring of three phase inverter-fed ac machines based on two current sensors only | |
Zoeller et al. | Insulation condition monitoring of traction drives based on transient current signal resulting from differential and common mode excitation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120716 |