RU2516276C1 - Способ контроля отверждения пропитанной изоляции обмоток электротехнических изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности к контролю качества пропитанной изоляции электротехнических изделий, и может быть использовано для контроля процесса отверждения пропитанной изоляции обмоток электротехнических изделий. Согласно изобретению, предварительно подготавливают партию образцов пропиточного состава, с различными, отличающимися от образца к образцу, степенями высушенности, и у каждого из упомянутых образцов снимают зависимость диэлектрической проницаемости от частоты электромагнитного поля. По снятым зависимостям выбирают две частоты измерения, одна из которых f₁ лежит в дисперсионной области не отвержденного изоляционного пропиточного состава, а другая - f₂ в оптической области не отвержденного изоляционного пропиточного состава. Затем, используя снятые для образцов частотные зависимости, строят график зависимости степени высушенности пропиточного состава от отношения диэлектрических проницаемостей $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

, где ε_пс(f₁) ε_пс(f₂) - диэлектрические проницаемости пропиточного состава, измеренные на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно. После этого у каждой из контролируемых обмоток измеряют на выбранных двух частотах емкости относительно корпуса до пропитки C_дп(f₁) и C_дп(f₂), и емкости у тех же обмоток после их пропитки и сушки C_пп(f₁) и C_пп(f₂), и по результатам измерений вычисляют отношение $$\frac{{\text{lgε}}_{\text{пс}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right)}{{\text{lgε}}_{\text{пс}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right)}=\frac{{\text{lnC}}_{\text{пп}}{\text{(f}}_{\text{2}}\text{)}+{\text{ln[C}}_{\text{экв}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right)-{\text{C}}_{\text{дп}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right)\text{]}-{\text{lnC}}_{\text{дп}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right)-{\text{ln[C}}_{\text{экв}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right)-{\text{C}}_{\text{пп}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right)\text{]}}{{\text{lnC}}_{\text{пп}}{\text{(f}}_{\text{1}}\text{)}+{\text{ln[C}}_{\text{экв}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right)-{\text{C}}_{\text{дп}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right)\text{]}-{\text{lnC}}_{\text{дп}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right)-{\text{ln[C}}_{\text{экв}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right)-{\text{C}}_{\text{пп}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right)\text{]}}$$

, где $${\text{C}}_{\text{экв}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right)=\frac{{\text{2pSε}}_{\text{0}}{\text{ε}}_{\text{э}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right){\text{ε}}_{\text{к}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right)}{{\text{3[d}}_{\text{э}}{\text{ε}}_{\text{к}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right)+{\text{d}}_{\text{к}}{\text{ε}}_{\text{э}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right)}$$

, $${\text{C}}_{\text{экв}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right)=\frac{{\text{2pSε}}_{\text{0}}{\text{ε}}_{\text{э}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right){\text{ε}}_{\text{к}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right)}{{\text{3[d}}_{\text{э}}{\text{ε}}_{\text{к}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right)+{\text{d}}_{\text{к}}{\text{ε}}_{\text{э}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right)}$$

- эквивалентные емкости последовательно соединенных емкостей эмали и корпусной изоляции контролируемой обмотки на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно, p - количество пазов в магнитном сердечнике, в которые всыпана контролируемая часть обмотки; S - площадь паза; ε₀=8,854187·10^-12 - электрическая постоянная; ε_э(f₁), ε_э(f₂), - диэлектрические проницаемости эмалевой пленки провода обмотки на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно; ε_к(f₁), ε_к(f₂) - диэлектрические проницаемости корпусной изоляции на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля, соответственно; d_э - толщина эмалевой изоляции провода; d_к - толщина корпусной изоляции, после чего по вычисленной по результатам измерения величине $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

определяют из графика зависимости степени высушенности пропиточного состава степень высушенности пропиточного состава в каждой контролируемой обмотке. Предлагаемый способ обеспечивает достижение технического результата, состоящего в исключении необходимости измерения собственной емкости обмоток на трех частотах с применением эталонной индуктивности при одновременном обеспечении существенного упрощения его (способа) осуществления (реализации) за счет исключения необходимости изготовления и использования для контроля таких элементов, как стабилизатор тока, измеритель времени разогрева и измеритель приращения температуры обмоток в процессе их разогрева. 1 табл., 4 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к контролю качества пропитанной изоляции электротехнических изделий, и может быть использовано для контроля процесса отверждения пропитанной изоляции обмоток электротехнических изделий.

Известен способ контроля степени высыхания лакокрасочных материалов [1]. В соответствии с указанным способом контроль производят на специально подготовленных плоских образцах лакокрасочного материала. В соответствии с упомянутым ГОСТ 19007-73 выделяют 7 степеней высыхания.

Недостатком упомянутого способа является то, что он применим только на плоских, специально приготовленных образцах контролируемого лакокрасочного материала. В обмотках же электротехнических изделий, например в пропитанных обмотках электрических машин степень высыхания (отверждения) пропиточного лака или компаунда указанным способом определить невозможно. Между тем от степени отверждения пропиточного состава в обмотках зависят все качественные характеристики обмоток: их монолитность, механические и изоляционные свойства, теплоотвод из обмоток и их влагостойкость. Поэтому контроль степени отверждения пропиточного изоляционного состава в обмотках имеет важную практическую ценность.

Известен способ контроля степени отверждения пропиточного состава в обмотках [2].

Упомянутый способ контроля отверждения пропитанной изоляции обмоток электрических машин, при котором проводят периодическое измерение электрических параметров обмотки и по их. взаимосвязи определяют степень отверждения, при этом в качестве электрических параметров используют резонансную частоту f₁ собственно обмотки, резонансную частоту f₂ обмотки с включенной последовательно эталонной катушкой индуктивности и резонансную частоту f₃ обмотки с включенной параллельно той же эталонной катушкой, величину индуктивности которой определяют из выражения

$$L_{э}=L\frac{C_2{f}_1^2}{C_1{f}_2^2}$$

где L - индуктивность обмотки;

C₁ - собственная емкость обмотки на частоте f₁;

f₂ - частота, выбираемая в дисперсной области не отвержденного изоляционного пропиточного состава;

C₂ - собственная емкость обмотки на частоте f₂. Степень отверждения определяют пропиточной изоляции, вычисляемого по формуле, в которой использую значения упомянутых трех частот.

Недостатком указанного способа является то, что собственная емкость обмоток, а, следовательно, и значения всех трех измеренных частот зависят не только от того, насколько высох пропиточный состав в контролируемых обмотках, но и т степени насыщенности полостей обмотки пропиточным составом, определяемой коэффициентом пропитки, а также от расположения витков в обмотке. Поэтому точность определения степени отверждения указанным способом низка.

Известен также способ контроля отверждения пропитанной изоляции, описанный в [3].

Способ-прототип заключается в измерении электрического параметра контролируемой обмотки на двух частотах, одна из которых лежит в дисперсионной области не отвержденного изоляционного пропиточного состава, а другая - в оптической области не отвержденного изоляционного пропиточного состава, причем в процессе контроля, через пропитанную обмотку пропускают стабилизированный ток, производят измерение напряжения на ней в момент подключения источника стабилизированного тока к обмотке и повторно, по истечении заданного времени, затем по результатам измерений определяют массу пропиточного состава в обмотке по соответствующему выражению, причем в качестве электрического параметра изоляции используют собственную емкость обмотки C_1э, измеряемую на частоте, лежащей в оптической области не отвержденного изоляционного состава, и собственную емкость той же обмотки C_2э - на частоте, лежащей в дисперсионной области не отвержденного изоляционного состава. По результатам проведенных измерений определяют коэффициент К, по которому определяют степень отверждения по выражению $$К=\left(\frac{{С}_1{}_{Э}}{{С}_{2э}}\right)\frac{d_1{V}_0}{m}$$

, где V_o - объем полостей непропитанной обмотки, d₁ - плотность сухого изоляционного пропиточного состава., m - масса пропиточного состава в обмотке.

Недостатком способа прототипа является его сложность, связанная с необходимостью разогрева обмотки стабилизированным источником тока, с измерением изменения напряжения на обмотке в процессе ее разогрева, с измерением времени разогрева обмотки, а также с измерением собственных емкостей контролируемых обмоток.

Технической задачей, на которую направлено изобретение, является упрощение способа.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе контроля отверждения пропитанной изоляции обмоток электротехнических изделий, заключающимся в измерении электрического параметра контролируемой обмотки на двух частотах, одна из которых f₁ лежит в дисперсионной области не отвержденного изоляционного пропиточного состава, а другая частота f₂ - в оптической области не отвержденного изоляционного пропиточного состава, предварительно подготавливают партию образцов пропиточного состава, с различными, отличающимися от образца к образцу, степенями высушенности, и у каждого из упомянутых образцов снимают зависимость диэлектрической проницаемости от частоты электромагнитного поля, затем после выбора двух частот измерения, одна из которых f₁ лежит в дисперсионной области не отвержденного изоляционного пропиточного состава, а другая f₂ в оптической области не отвержденного изоляционного пропиточного состава, используя снятые для образцов частотные зависимости, строят график зависимости степени высушенности пропиточного состава от отношения диэлектрических проницаемостей $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

, где ε_пс(f₁) ε_пс(f₂) - диэлектрические проницаемости пропиточного состава, измеренные на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно, затем у каждой из контролируемых обмоток измеряют на выбранных двух частотах емкости относительно корпуса до пропитки C_дп(f₁) и C_дп(f₂) и емкости у тех же обмоток после их пропитки и сушки С_пп(f₁) и С_пп(f₂), затем по результатам измерений вычисляют отношение $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

, по формуле

$$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}=\frac{\ln C_{пп}(f_2)+\ln [C_{экв}\left(f_2\right)-C_{дп}\left(f_2\right)]-\ln C_{дп}\left(f_2\right)-\ln [C_{экв}\left(f_2\right)-C_{пп}\left(f_2\right)]}{\ln C_{пп}(f_1)+\ln [C_{экв}\left(f_1\right)-C_{дп}\left(f_1\right)]-\ln C_{дп}\left(f_1\right)-\ln [C_{экв}\left(f_1\right)-C_{пп}\left(f_1\right)]}$$

.

где $$C_{экв}\left(f_1\right)=\frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{к}\left(f_1\right)}{3[d_{э}{\epsilon }_{к}\left(f_1\right)+d_{к}{\epsilon }_{э}\left(f_1\right)}$$

, $$C_{экв}\left(f_2\right)=\frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_2\right){\epsilon }_{к}\left(f_2\right)}{3[d_{э}{\epsilon }_{к}\left(f_2\right)+d_{к}{\epsilon }_{э}\left(f_2\right)}$$

- эквивалентные емкости последовательно соединенных емкостей эмали и корпусной изоляции контролируемой обмотки на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно, p - количество пазов в магнитном сердечнике, в которые всыпана контролируемая часть обмотки; S - площадь паза; ε₀=8,854187·10^-12 - электрическая постоянная; S - площадь паза; ε_э(f₁), ε_э(f₂) - диэлектрические проницаемости эмалевой пленки провода обмотки на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно; ε_к(f₁), ε_к(f₂) - диэлектрические проницаемости корпусной изоляции на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно; d_э - толщина эмалевой изоляции провода; d_к - толщина корпусной изоляции, после чего по вычисленной по результатам измерения величине $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

определяют из графика зависимости степени высушенности пропиточного состава от отношения диэлектрических проницаемостей $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

степень высушенности пропиточного состава в каждой контролируемой обмотке.

На фиг.1 представлено сечение обмотки в одном из пазов. Сечение обмотки состоит из проводов обмотки 1, покрытых слоем эмали 2, корпусной изоляции 3, поверхности паза 4, воздушных полостей между поверхностью - обмотки и корпусной изоляцией 5 и воздушных полостей между корпусной изоляцией и поверхностью паза 6, магнитный сердечник (корпус) 7.

На фиг.2 изображены емкости обмотки относительно корпуса, которым является магнитный сердечник статора электрической машины, представленные в виде слоистого плоского конденсатора до пропитки (фиг.2А) и после нее (фиг.2Б). На фиг.2А и фиг.2Б введены те же обозначения, что и на фиг.1., только на фиг.2Б вместо позиций 5 и 6 введены позиции 8 и 9, так как воздушные полости обмотки 5 и 6, после пропитки и сушки частично заполняются пропиточным составом. В связи с этим позициями 8 и 9 обозначены те же полости 5 и 6, но заполненные статистически распределенными по этим полостям частицами пропиточного состава.

На фиг.3 представлены зависимости диэлектрической проницаемости образцов пропиточного состава КП-34 с различными степенями высушенности, снятые при температуре 20°C, от частоты электромагнитного поля.. На фиг.4. представлен график зависимости степени высушенности пропиточного состава от отношения диэлектрических проницаемостей $$\frac{{\epsilon }_2\left(f_2\right)}{{\epsilon }_1\left(f_1\right)}$$

, измеренных на выбранных частотах измерения f₂ и f₁ соответственно. Фиг.1 и фиг.2, фиг.3, фиг.4 служат для пояснения сущности изобретения.

Сущность способа заключается в следующем.

Обмотка электрической машины, размещенная в пазы магнитного сердечника представляет собой слоистую систему (см. фиг.1). Так как толщина d_э эмалевой изоляции 2 провода 1, толщина d_к корпусной изоляции 3, и суммарная толщина d_в воздушных полостей между поверхностью - обмотки и корпусной изоляцией 5 и воздушных полостей между корпусной изоляцией и поверхностью паза 6 пренебрежительно малы и составляет несколько микрон, то емкость обмотки относительно корпуса можно с пренебрежительно малой погрешностью представить в виде слоистого плоского конденсатора (см. фиг.2).

Покажем, как по измерениям емкостей обмотки относительно корпуса до пропитки и после нее моно определить степень высушенности пропиточной изоляции обмотки.

В соответствии с ГОСТ 19007-73 различают семь степеней высушенности, которые определяют по прилипанию промокательной бумаги к плоскому, специально подготовленному образцу. Недостатком упомянутого способа является то, что он применим только на плоских, специально приготовленных образцах контролируемого лакокрасочного материала. В обмотках же электротехнических изделий, например в пропитанных обмотках электрических машин степень высыхания (отверждения) пропиточного лака или компаунда указанным способом определить невозможно. Поэтому для реализации контроля степени отверждения пропиточного состава в обмотках необходимо было найти взаимосвязь между степенью высушенности пропиточного состава, определяемыми по ГОСТ 19007-73, с электрическими параметрами, которые можно было бы измерять непосредственно в контролируемых обмотках. Как показали исследования таким параметром, по которому можно судить о степени высушенности пропиточного состава в обмотках является диэлектрическая проницаемость пропиточного состава.

На фиг.3. приведены зависимости диэлектрической проницаемости образцов пропиточного изоляционного состава от степени высушенности специально подготовленных по ГОСТ 19007-73 образцов пропиточного состава, от частоты электромагнитного поля, снятые при температуре 20°C. Как следует из фиг.3. частотные зависимости пропиточного состава имеют две характерные области: область А, в которой наблюдается явно выраженная зависимость диэлектрической проницаемости от частоты, и область Б, где зависимость диэлектрической проницаемости от частоты электромагнитного поля отсутствует. Область А обычно условно называется дисперсионной, а область Б - оптической. При отверждении (сушке) компаундов частотная зависимость диэлектрической проницаемости выполаживается, а затем практически исчезает. Если выбрать две частоты измерения диэлектрической проницаемости пропиточного состава, одна из которых f₁ лежит в дисперсионной области, а другая частота f₂ - в оптической области, то используя зависимости, приведенные на фиг.3., можно представить график зависимости степени высушенности пропиточного состава от отношения диэлектрических проницаемостей $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

, измеренных на выбранных частотах измерения f₂ и f₁ соответственно (см. фиг.4). При этом, если каким-то образом измерить $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

, в контролируемой обмотке, то можно, используя график, представленный на фиг.4. определить степень высушенности пропиточной изоляции в упомянутой контролируемой обмотке.

Рассмотрим, как найти отношение $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

, в контролируемой обмотке.

Если до пропитки измерить емкость C_дп(f₁) обмотки относительно магнитного сердечника на частоте f₁, в соответствии с фиг.2, в эту емкость можно представит в виде суммы трех емкостей, соединенных последовательно

$$\frac{1}{C_{дп}\left(f_1\right)}=\frac{1}{C_{э}\left(f_1\right)}+\frac{1}{C_{к}\left(f_1\right)}+\frac{1}{C_{в}},\left(\text{1}\right)$$

где C_э(f₁) - емкость слоя эмальизоляции на частоте f₁; C_к (f₁) - емкость слоя корпусной изоляции на частоте f₁; C_в(f₁) - суммарные емкости воздушных слоев 5 и 6 (фиг.2А). В общем случае, диэлектрическая проницаемость эмали и диэлектрическая проницаемость корпусной изоляции может иметь зависимость от частоты. Поэтому обозначим диэлектрические проницаемости эмали и корпусной изоляции на частоте f₁ соответственно ε_э(f₁) и ε_к(f₁).

С учетом введенных обозначений для плоского конденсатора можно записать

$$C_{э}\left(f_1\right)=\frac{2}{3}p\times \frac{{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_1\right)S}{d_{э}}\left(\text{2}\right)$$

,

$$C_{к}\left(f_1\right)=\frac{2}{3}p\times \frac{{\epsilon }_0\epsilon {\left(f_1\right)}_{к}S}{d_{к}}\left(\text{3}\right)$$

,

$$C_{в}=\frac{2}{3}p\times \frac{{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}S}{d_{в12}}\left(\text{4}\right)$$

,

где p - количество пазов в магнитном сердечнике статора; $$\frac{2}{3}p$$

- количество пазов в магнитном сердечнике статора, в которые всыпана контролируемая обмотка ε_в - диэлектрические проницаемость воздуха, ε₀=8,854187817·10^-12 электрическая постоянная; C_в - суммарная емкость воздушных слоев 5 и 6 (фиг.2). Подставив выражения (2), (3), (4), в формулу (1), и учитывая, что диэлектрическая проницаемость воздуха ε_в=1, можно записать

$$\frac{1}{C_{дп}\left(f_1\right)}=\frac{3d_{э}}{2p{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{0}S}+\frac{3d_{к}}{2p{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}\left(f_1\right)S}+\frac{3d_{в}}{2p{\epsilon }_{0}S},\left(\text{5}\right)$$

Из выражения (5) следует

$$\begin{array}{l}{d}_{в}=\frac{2}{3}pS{\epsilon }_0[\frac{1}{C_{дп}\left(f_1\right)}-\frac{3d_{э}}{2p{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_1\right)S}-\frac{3d_{к}}{2p{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}\left(f_1\right)S}]=\\ \frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{к}\left(f_1\right)-3C_{дп}[d_{э}{\epsilon }_{к}\left(f_1\right)+d_{к}{\epsilon }_{э}\left(f_1\right)]}{3{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{к}\left(f_1\right){С}_{дп}\left(f_1\right)},\left(\text{6}\right)\end{array}$$

После пропитки и сушки обмоток объемы полостей 5 и 6 частично заполняются пропиточным составом, имеющим измеренную на частоте f₁ диэлектрическую проницаемость ε_п (f₁) (см. фиг.2Б). Так как пропиточный состав не полностью заполняет объемы полостей 8 и 9, а статистически распределен по этим полостям, то в упомянутых полостях образуется бинарная статистическая смесь, состоящую из частиц пропиточного состава и частиц воздуха, с диэлектрической проницаемостью ε*(f₁). Диэлектрическая проницаемость бинарной смеси ε*(f₁) подчиняется распределению Лихтенеккера-Ротера [3], в соответствии с которым можно записать

$$\ln \epsilon *\left(f_1\right)=\frac{V_{пс}}{V_0}\ln {\epsilon }_{п}\left(f_1\right)+\frac{V_0-V_{пс}}{V_0}\ln {\epsilon }_{в}\left(\text{7}\right)$$

,

где V₀ - объем полостей 5 и 6 в обмотке (фиг.2 A) V_пс - объем, который занимают частицы пропиточного состава в слоях 8 и 9; V_O-V_пс - объем воздуха в слоях 8 и 9; ε*(f₁) - диэлектрическая проницаемость статистической смеси в слоях 8 и 9.

Учитывая, что диэлектрическая проницаемость воздуха ε_в=1, выражение, a lnε_в=0, выражение (7) можно записать в виде

$$\ln \epsilon *\left(f_1\right)=\frac{V_{пс}}{V_0}\ln {\epsilon }_{п}\left(f_1\right)={К}_{пр}\ln {\epsilon }_{п}\left(f_1\right)\left(\text{8}\right)$$

.

В выражении (8) отношение $$\frac{V_{пс}}{V_0}$$

есть не что иное, как коэффициент пропитки К_пр объемов полостей 8 и 9, характеризующий степень заполнения объема полостей V₀ пропиточным составом.

Если после пропитки и сушки измерить на частоте f₁ емкость у той же контролируемой обмотки относительно корпуса C_пп(f₁) и учесть, что пропиточный состав, диэлектрическая проницаемость которого ε_п(f₁) статистически распределился по объемам полостей 8 и 9 (фиг.2Б), то емкость С_пс(f₁) слоев 8 и 9 можно представить выражением

$$C_{пс}\left(f_1\right)=\frac{2}{3}p\times \frac{{\epsilon }_0\epsilon *\left(f_1\right)S}{d_{в}}\left(\text{9}\right)$$

,

Подставив в уравнение (5) вместо C_в, величину C_пс(f₁) можно записать выражение для емкости обмотки относительно корпуса после пропитки и сушки С_пп(f₁) в виде

$$\frac{1}{C_{пп}}=\frac{3d_{э}}{2p{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_1\right)S}+\frac{3d_{к}}{2p{\epsilon }_0{\epsilon }_{к}\left(f_1\right)S}+\frac{3d_{в}}{2p{\epsilon }_0\epsilon *\left(f_1\right)S},\left(\text{10}\right)$$

Из соотношения (10) найдем выражение для величины зазора зазоры d_в

$$d_{в}=\epsilon *\left(f_1\right)[\frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{к}\left(f_1\right)-3{С}_{пп}\left(f_1\right)[d_{э}{\epsilon }_{к}\left(f_1\right)+d_{к}{\epsilon }_{э}\left(f_1\right)]}{3{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{к}\left(f_1\right){С}_{пп}\left(f_1\right)}]\left(\text{11}\right)$$

.

Так как после пропитки и сушки зазоры 8 и 9 (фиг.2Б) в контролируемой обмотке не изменились, и остались равны зазором 5 и 6 (фиг.2А) в непропитанной обмотке, то можно приравнять правую часть выражения (6), к правой части выражения (11), получим

$$\begin{array}{l}\epsilon *\left(f_1\right)[\frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{к}\left(f_1\right)-3{С}_{пп}\left(f_1\right)[d_{э}{\epsilon }_{к}\left(f_1\right)+d_{к}{\epsilon }_{э}\left(f_1\right)]}{3{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{к}\left(f_1\right){С}_{пп}\left(f_1\right)}]=\\ =\frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{к}\left(f_1\right)-3{С}_{дп}[d_{э}{\epsilon }_{к}\left(f_1\right)+d_{к}{\epsilon }_{э}\left(f_1\right)]}{3{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{к}\left(f_1\right){С}_{дп}\left(f_1\right)}\left(\text{12}\right)\end{array}$$

,

Из соотношения (12), ε*(f₁) и, преобразовав полученное выражение, запишем

$$\epsilon *\left(f_1\right)=\frac{{С}_{пп}\left(f_1\right)[{С}_{экв}\left(f_1\right)-{С}_{дп}\left(f_1\right)]}{{С}_{дп}\left(f_1\right)[{С}_{экв}\left(f_1\right)-{С}_{пп}\left(f_1\right)]}\left(\text{13}\right)$$

,

где $${С}_{экв}=\frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{к}\left(f_1\right)}{3[d_{э}{\epsilon }_{к}\left(f_1\right)+d_{к}{\epsilon }_{э}\left(f_1\right)}\left(\text{14}\right)$$

- эквивалентная емкость последовательно соединенных емкостей эмали и корпусной изоляции на частоте f₁.

Выразим из соотношения (8) коэффициент пропитки К_пр, получим

$${К}_{пр}=\frac{\ln \epsilon *\left(f_1\right)}{\ln \epsilon *\left(f_1\right)}\left(\text{15}\right)$$

,

Подставив в выражение (15) значение ε*(f₁) из соотношения (13) получим

$${К}_{пр}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}\times \ln \frac{C_{пп}\left(f_1\right)[{С}_{экв}\left(f_1\right)-{С}_{дп}\left(f_1\right)]}{{С}_{дп}\left(f_1\right)[{С}_{экв}\left(f_1\right)-{С}_{пп}\left(f_1\right)]}\left(\text{16}\right)$$

.

Произведя аналогичные преобразования для емкостей контролируемой обмотки на частоте электромагнитного поля f₂ можно показать, что

$${К}_{пр}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}\times \ln \frac{C_{пп}\left(f_2\right)[{С}_{экв}\left(f_2\right)-{С}_{дп}\left(f_2\right)]}{{С}_{дп}\left(f_2\right)[{С}_{экв}\left(f_2\right)-{С}_{пп}\left(f_2\right)]}\left(\text{17}\right)$$

Так как значение коэффициента пропитки должно оставаться неизменным, независимо от того на какой частоте измерения производились измерения соответствующих параметров обмотки, то можно приравнять правые и левые части выражений (16) и (17), получим

$$\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}\times \ln \frac{C_{пп}\left(f_1\right)[{С}_{экв}\left(f_1\right)-{С}_{дп}\left(f_1\right)]}{{С}_{дп}\left(f_1\right)[{С}_{экв}\left(f_1\right)-{С}_{пп}\left(f_1\right)]}=\frac{1}{\ln {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}\times \ln \frac{C_{пп}\left(f_2\right)[{С}_{экв}\left(f_2\right)-{С}_{дп}\left(f_2\right)]}{{С}_{дп}\left(f_2\right)[{С}_{экв}\left(f_2\right)-{С}_{пп}\left(f_2\right)]}\left(\text{18}\right)$$

Из формулы (18) следует

$$\begin{array}{l}\frac{\ln \epsilon \left(f_2\right)}{\ln \epsilon \left(f_1\right)}\{\ln C_{пп}\left(f_1\right)+\ln [C_{экв}\left(f_1\right)-{С}_{дп}\left(f_1\right)]-\ln {С}_{дп}\left(f_1\right)-\ln [C_{экв}\left(f_1\right)-{С}_{пп}\left(f_1\right)]\}=\\ =\ln C_{пп}\left(f_2\right)+\ln [C_{экв}\left(f_2\right)-{С}_{дп}\left(f_2\right)]-\ln {С}_{дп}\left(f_2\right)-\ln [C_{экв}\left(f_2\right)-{С}_{пп}\left(f_2\right)].\left(\text{19}\right)\end{array}$$

Так как натуральный логарифм связан с десятичным логарифмом соотношением lnN=a×lgN, где а≅2,30259 - постоянная величина, то справедливо равенство $$\frac{\ln {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\ln {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}=\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}\left(\text{20}\right)$$

.

Выразим из формулы (19) с учетом формулы (20) отношение $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

$$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}=\frac{\ln C_{пп}\left(f_2\right)+\ln [C_{экв}\left(f_2\right)-C_{дп}\left(f_2\right)]-\ln C_{дп}\left(f_2\right)-\ln [C_{экв}\left(f_2\right)-C_{пп}\left(f_2\right)]}{\ln C_{пп}\left(f_1\right)+\ln [C_{экв}\left(f_1\right)-C_{дп}\left(f_1\right)]-\ln C_{дп}\left(f_1\right)-\ln [C_{экв}\left(f_1\right)-C_{пп}\left(f_1\right)]}\left(\text{21}\right)$$

.

Таким образом, измерив емкость контролируемой обмотки относительно корпуса на двух выбранных частотах f₁ и f₂ до пропитки C_дп(f₁), C_дп(f₂) и после пропитки и сушки C_пп(f₁) C_пп(f₂), а также измерив значения диэлектрических проницаемостей эмалевой ε_э(f₁), ε_э(f₂) корпусной изоляции ε_к(f₁), ε_к(f₂) на тех же упомянутых частотах f₁ и f₂, и вычислив из конструктивных обмоточных данных величины С_экв(f₁) и С_экв(f₂) можно рассчитать по выражению (21) отношение $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

и по графику, приведенному на фиг.4 определить степень высушенности каждой контролируемой обмотки.

Следует отметить, что при контроле любых однотипных обмоток однотипных обмоток величины ε_э(f₁), ε_э(f₂), ε_к(f₁), ε_к(f₂) измеряются лишь один раз на тех же упомянутых частотах f₁ и f₂, и также один раз рассчитываются из конструктивных обмоточных данных величины C_экв. После этого у всех контролируемых обмоток измеряются емкости относительно корпуса на двух выбранных частотах до пропитки и после нее, и затем, используя соотношение (21) и график, приведенный на фиг.4, определяют степень высушенности пропиточного состава в каждой контролируемой обмотке.

Если значения диэлектрических проницаемостей эмали и корпусной изоляции на двух выбранных частотах f₁ и f₂ одинаковы, т.е. ε_э(f₁)=ε_э(f₂)=ε_э, ε_к(f₁)=ε_к(f₂)=ε_к, что наиболее часто распространено на практике, тогда также равны друг другу величины емкости обмоток относительно корпуса до пропитки, измеренные на упомянутых частотах С_дп(f₁)=С_дп(f₂)=С_дп, и равны друг другу величины С_экв(f₁)=С_экв(f₂)=С_экв.

В этом случае отпадает необходимость измерять емкость каждой контролируемой обмотки до пропитки дважды на каждой из выбранных частот f₁ и f₂, а достаточно измерить упомянутую емкость только на одной из выбранных частот. При равенстве ε_э(f₁)=ε_э(f₂)=ε_э, ε_к(f₁)=ε_к(f₂)=ε_к существенно упрощается и формула (21) Которую можно записать в виде

$$\begin{array}{l}\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}=\frac{\ln C_{пп}\left(f_2\right)+\ln (C_{экв}-C_{дп})-\ln C_{дп})-\ln [C_{экв}-C_{пп}\left(f_2\right)]}{\ln C_{пп}\left(f_1\right)+\ln (C_{экв}-C_{дп})-\ln C_{дп})-\ln [C_{экв}-C_{пп}\left(f_1\right)]}=\\ =\frac{\ln C_{пп}\left(f_2\right)-\ln [C_{экв}-C_{пп}\left(f_2\right)]+A}{\ln C_{пп}\left(f_1\right)-\ln [C_{экв}-C_{пп}\left(f_1\right)]+A}\left(\text{22}\right)\end{array}$$

,

где $$A=\ln \left(C_{экв}-{С}_{дп}\right)-\ln C_{дп}=\ln \frac{C_{экв}-{С}_{дп}}{{С}_{дп}}$$

Пример. По заявляемому способу осуществлялся контроль степени отверждения пропиточного состава в 3-х пропитанных обмотках статоров двигателя типа 4А112М. Обмотки статоров пропитывались струйным методом компаундом КП-34, и после пропитки сушились.

Предварительно перед контролем подготавливали партию образцов компаунда КП-34 по ГОСТ 19007-73, с различными, отличающимися от образца к образцу, степенями высушенности, и у каждого из упомянутых образцов снимали зависимость диэлектрической проницаемости от частоты электромагнитного поля. Снятые зависимости приведены на фиг.3. Выбирали две частоты измерения: одну частоту f₁=1000 Гц, лежащую в дисперсионной области частотной зависимости компаунда КП-34, а вторую частоту f₂=10 кГц - в оптической области не отвержденного изоляционного пропиточного состава КП-34. Затем, после выбора двух частоты измерения, используя снятые для образцов частотные зависимости, строили график зависимости (фиг.4) степени высушенности пропиточного компаунда КП-34 от отношения диэлектрических проницаемостей $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

, где ε_пс(f₁) ε_пс(f₂) диэлектрические проницаемости пропиточного состава, измеренные на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно.

Затем у непропитанных обмоток измеряли емкости относительно корпуса на двух выбранных частотах C_дп(f₁) и C_дп(f₂), во всех случаях для каждой контролируемой обмотки одинаковыми, т.е. C_дп(f₁)=C_дп(f₂)=C_дп. Выявленное равенство послужило основанием для того, чтобы считать, что для всех контролируемых обмоток справедливы равенства: ε_э(f₁)=ε_э(f₂)=ε_э, ε_к(f₁)=ε_к(f₂)=ε_к, и С_экв(f₁)=С_экв(f₂)=С_экв. Полученные результаты показали, что для оценки степени отверждения пропиточного состава в каждой из контролируемых обмоток можно использовать формулу (22).

Затем у каждой из контролируемых обмоток измеряли на выбранных двух частотах емкости относительно корпуса после их пропитки и сушки C_пп(f₁) и C_пп(f₂), и по результатам измерений вычисляли отношение $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

по формуле $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}=\frac{\ln C_{пп}\left(f_2\right)-\ln [C_{экв}-C_{пп}\left(f_2\right)]+A}{\ln C_{пп}\left(f_1\right)-\ln [C_{экв}-C_{пп}\left(f_1\right)]+A}\left(\text{22}\right)$$

,

где $$C_{экв}\left(f_1\right)=C_{экв}\left(f_2\right)=C_{экв}=\frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}}{3[d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э}]}$$

, - эквивалентные емкости последовательно соединенных емкостей эмали и корпусной изоляции контролируемой обмотки на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно, p=36 - количество пазов в магнитном сердечнике, в которые всыпана контролируемая часть обмотки; S=0,5375×10^-2 м² - площадь паза; ε₀=8,854187·10^-12 электрическая постоянная; ε_э=3,85 - диэлектрическая проницаемость эмалевой пленки провода обмотки на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля; ε_к=5,92 - диэлектрические проницаемости корпусной изоляции на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно; d_э=0,7×10^-3 м - толщина эмалевой изоляции провода; d_к=1×10^-3 м - толщина корпусной изоляции. Расчетная постоянная величина C_экв, которую использовали для оценки степени отверждения всех контролируемых обмоток, была равна $${С}_{экв}=\frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}{\epsilon }_{к}}{3(d_{э}{\epsilon }_{к}+d_{к}{\epsilon }_{э})}=\frac{2\times 36\times \mathrm{1,402}\times {10}^{-2}\times \mathrm{8,854187817}\cdot {10}^{-12}\times \mathrm{3,85}\times \mathrm{5,92}}{\mathrm{23,982}\times {10}^{-3}}=\mathrm{8493,73}пФ$$

После чего по вычисленной величине $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

определяли из графика зависимости (фиг.4) степени высушенности пропиточного состава от отношения диэлектрических проницаемостей $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

степень высушенности пропиточного состава в каждой контролируемой обмотке.

$$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}=\frac{\ln C_{пп}\left(f_2\right)-\ln [C_{экв}-C_{пп}\left(f_2\right)]+A}{\ln C_{пп}\left(f_1\right)-\ln [C_{экв}-C_{пп}\left(f_1\right)]+A}$$

Результаты измерений и расчетов сведены в таблицу 1.

Таблица 1
№	Сдп, пФ	Спп(f1), пФ	Спп(f2), пФ	А	$$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$	Степень высушенности
1	1660	2410	2241,9	1,415	0,796	5
2	1590	2380	2160,4	1,468	0,73	4
3	1630	2425	2255,3	1,438	0,8	5

Как следует из таблицы 1 все три обмотки имеют 4 или 5 степень высушенности, т.е. являются недосушенными, что является показателем их низкого качества. Поэтому для повышения качества обмоток нужно пересмотреть режимы и время их сушки.

Таким образом, заявляемый способ по сравнению со способом-прототипом существенно упрощен в реализации, так как не требует изготовления и применения для контроля стабилизатора тока, измерителя времени разогрева и измерителя приращения температуры обмоток в процессе их разогрева, а также исключает необходимость измерения собственной емкости обмоток на трех частотах с применением эталонной индуктивности.

Список использованной литературы

1. Материалы лакокрасочные. Метод определения времени и степени высыхания. ГОСТ 19007-73. Госстандарт России..

2. А.с. №1647473. Способ контроля отверждения пропитанной изоляции обмоток электрических машин. / Г.Б. Смирнов, С.Ш. Щерб, В.Ф. Дунаф. - Опубл. 07.05.91. Бюл. №17.

3. А.с. №1647776. Способ контроля отверждения пропитанной изоляции и устройство для его осуществления. / Г.В. Смирнов, В.Ф. Дунаф, А.Ю. Гладырев. - Опубл. 07.05.91. Бюл. №17. - (прототип).

Claims (1)

1. Способ контроля отверждения пропитанной изоляции обмоток электротехнических изделий, заключающийся в измерении электрического параметра контролируемой обмотки на двух частотах, одна из которых f₁ лежит в дисперсионной области не отвержденного изоляционного пропиточного состава, а другая частота f₂ - в оптической области не отвержденного изоляционного пропиточного состава, отличающийся тем, что предварительно подготавливают партию образцов пропиточного состава, с различными, отличающимися от образца к образцу, степенями высушенности, и у каждого из упомянутых образцов снимают зависимость диэлектрической проницаемости от частоты электромагнитного поля, затем после выбора двух частоты измерения, одна из которых f₁ лежит в дисперсионной области не отвержденного изоляционного пропиточного состава, а другая f_{2 -} в оптической области не отвержденного изоляционного пропиточного состава, используя снятые для образцов частотные зависимости, строят график зависимости степени высушенности пропиточного состава от отношения диэлектрических проницаемостей $$\frac{{\text{lgε}}_{\text{пс}}\left({\text{f}}_{\text{2}}\right)}{{\text{lgε}}_{\text{пс}}\left({\text{f}}_{\text{1}}\right)}$$

   

   , где ε_пс(f₁) ε_пс(f₂) - диэлектрические проницаемости пропиточного состава, измеренные на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно, затем у каждой из контролируемых обмоток измеряют на выбранных двух частотах емкости относительно корпуса до пропитки C_дп(f₁) и C_дп(f₂), и емкости у тех же обмоток после их пропитки и сушки C_пп(f₁) и C_пп(f₂), затем по результатам измерений вычисляют отношение $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}=\frac{\ln C_{пп}(f_2)+\ln [C_{экв}\left(f_2\right)-C_{дп}\left(f_2\right)]-\ln C_{дп}\left(f_2\right)-\ln [C_{экв}\left(f_2\right)-C_{пп}\left(f_2\right)]}{\ln C_{пп}(f_1)+\ln [C_{экв}\left(f_1\right)-C_{дп}\left(f_1\right)]-\ln C_{дп}\left(f_1\right)-\ln [C_{экв}\left(f_1\right)-C_{пп}\left(f_1\right)]}$$

   

   , где $$C_{экв}\left(f_1\right)=\frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_1\right){\epsilon }_{к}\left(f_1\right)}{3[d_{э}{\epsilon }_{к}\left(f_1\right)+d_{к}{\epsilon }_{э}\left(f_1\right)}$$

   

   , $$C_{экв}\left(f_2\right)=\frac{2pS{\epsilon }_0{\epsilon }_{э}\left(f_2\right){\epsilon }_{к}\left(f_2\right)}{3[d_{э}{\epsilon }_{к}\left(f_2\right)+d_{к}{\epsilon }_{э}\left(f_2\right)}$$

   

   - эквивалентные емкости последовательно соединенных емкостей эмали и корпусной изоляции контролируемой обмотки на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно, p - количество пазов в магнитном сердечнике, в которые всыпана контролируемая часть обмотки; S - площадь паза; ε₀=8,854187·10^-12 - электрическая постоянная; S - площадь паза; ε_э(f₁), ε_э(f₂), - диэлектрические проницаемости эмалевой пленки провода обмотки на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно; ε_к(f₁), ε_к(f₂) - диэлектрические проницаемости корпусной изоляции на частотах f₁ и f₂ электромагнитного поля соответственно; d_э - толщина эмалевой изоляции провода; d_к - толщина корпусной изоляции, после чего по вычисленной по результатам измерения величине $$\frac{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_2\right)}{\lg {\epsilon }_{пс}\left(f_1\right)}$$

   

   определяют из графика зависимости степени высушенности пропиточного состава степень высушенности пропиточного состава в каждой контролируемой обмотке.

Images