автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Спектрально-импульсные методы контроля обмоток асинхронных двигателей

РГ6 од

I 1 ШОП '$93

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ Институт прикладной физики

. На правах рукописи

СУХОДОЛОВ Юрий Викторович

УДК 621.313.333

СПЕКТРАЛЬНО-ИМПУЛЬСНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ОБМОТОК АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05.11.13 — Приборы и методы контроля веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1993

Работа выполнена в Институте прикладной физики Академик наук Беларуси

Научный руководитель: лауреат премии СМ СССР, лауреат Государственной промни БССР, заслуженный изобретатель БССР, кандидат физико-математических наук Ц.А.Мельгуй

Официальные оппоненты: доктор технических наук '

A.Д.Покровский

(Московский энергетический институт) кандидат технических наук

B.ф.Сидяк

(Белорусская политехническая акаде£ая) Ведущая организация:. Оренбургский политехнический институт

Защита диссертации состоится "/У" 03 1393 г. в < т час. на заседании специализированного совета К ■ в Институте прикладно1[^зиЕЕ-^ШЬ-по-адресуТ^бб72. г.Иинск,

ШГ

С диссертацией назло ознакомиться в библиотеке Института прикладной фгаики АНБ*

Автореферат разослан " ' '

/ - 06

1993 г.

Ваш отзыв на автореферат в двух »кзешиярах, заверенный печать!), просим напрагить по вышеуказанному адресу.

Ученый секретарь специализированного п

совета, кандидат

физико-математических ¿М^-ч?" наук ^ И.А.Князев

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Акстальнорть работы. Маооовый характер производства асинхронных двигателей (они потребляют около 40 % всей производимой электроэнергии У I /) определяет необходимость повышения их качества. Среди дефектов асинхронных двигателей со всыпнши обмотками чаще встречаются витком в замыкания, на них приходится до ЭО % всех отказов / 2 /, другие дефекты обмоток являются развитием витковых замыканий. Такой высокий процент дефектности витко-эой изоляции объясняется конструктивными особенностями асинхронных электродвигателей до 100 КВт. имеющих в основном всыпную эбмотку из эмальпровода, тонкая ¿...оляцня которого нарушается ь процессе намотки катушек и укладки их в статор / 3 /• Залкнутыэ витки могут образовываться не только за счет разрушения изоляции в процессе изготовления, но и при совпадении сквозных дефектов провода.

Вопросы создания испытательных напряжений достаточно хорошо рассмотрены в многочисленных литературных источниках. Наибольшую проблему составляет измерительна,! задача - обнаружение витковых замыканий вне зависимооти от условий и процессов их возникновения.

Оценивать чувствительность метода в / 4 / предлагается по этношшшя фиксируемого параметра сигнала при наличии дофэктд к »тону до параметру для исправной обмотки, зтот параметр не харак-горизуот возможности метода обнаруживать зашсиутий виток. Как сказалось, известные методы контроля но дат стабильного результата, так как они разработаны без учота влияния на выходной ана-таэируемнй сигнал нестабильности испытательного сигнала и раз-Зроса параметров обмотки. Возникает ситуация, когда отноо^гель-ioe Изменение параметра выходного сигнала от ьиткового замыкания /ОНЫ20, чем разброо параметров исправной обпоткн в продолах до-iycm л изменения этого se параметра при некоррелированной от-'лонопиа цар-ауотроз непитательного сигнала, что приводат к )шабке.

Цель,рлботы. Цэльэ работы является разработка методов о ш-:окоЯ чувствительное: к витковому замыканию, одновременно ло-шолдашга узость или снизать влияние нестабильности параметров 1спытательного сигнала и разброса параметров обмотки па выходной ¡згнал.

В соответствии о поставленной целью формулируются задачи юслодования:

- проанализировать возможность устранения влияния амплитудно ностабильности испытательного импульса на параметры выходного сигнала путем представления последнего в виде последовательностей импульсов;

- исследовать влияние нестабильности временных параметров ио питательного сигнала на параметры выходного сигнала;

- разработать методы контроля обмоток, использующие унифицированное представление выходного сигнала в виде последовательно стой импульсов;

- разработать меры по снижению влияния разброса параметров обмоток на резул гаты контроля;

- разработать метода контроля обмоток, основанные на замене малочувствительной регистрации временных параметров сигналов, характеризующих состояние обмотки, регистрацией изменений параметров одной или нескольких гармоник;

- последовать возможности выбора временных параметров испита тально**» сигнала с целью увеличения чувствительности и обэспече ния безошибочности обнаружения дефектов;

- проанализировать возможности метода обнаруживать дефект;

- разработать автоматизированные средства контроля обмоток асинхронных двигателей.

Научная новизна работы. Разработан принцип контроля обмоток, основанный на замене малочувствительной регистрации измене ний временных параметров сигналов, характеризующих состояние об мотки, регистрацией изменений параметров одной или нескольких гармоник, обладающих максимальной чувствительно^'"?'" ч ртклрч^и -ш контролируемого параметра обмотки.

Разработана методика, исключающая влияние нестабильности амплитуды испытательного сигнала на регистрируемый параметр фиксируемого сигнала, за счет формирования из выходного сигнала представляыдего из себя затухающее колебание последовательности импульсов в моменты перехода через ноль колебания, а влияние не стабилщости частоты уменьшается за счет регистрации амплитуда гармоники, находящейся в области наименьшой чувствительности амплнтудаого спектра к вариациям частоты.

Решена задача исключения влияния на результаты контроля разброса параметров обмоток за счет формирования из выходного сигнала - затухающего колебания - двух прерывистых последовательностей импульсов.

Определен оптимальный для использования в контроле участок

частотных характеристик обмсГгок, для которого отношение относительного изменения одного из его значений при возникновении вит-кового замыкания к такому же изменению при отклонении параметров обмотки в пределах допуска было бы максимальным.

Разработаны принципы контроля, основанные на частотном совмещении области минимальной чувствительности амплитудного спектра испытательного сигнала к нестабильности его параметров о областью максимальной чувствительности АЧХ обмотки к дефектам.

Показана возможность подавления неикформативных гармоник в снимаемом сигнале путем соответствующего выбора временных параметров испытательного сигнала.

Получены аналитические выражения, позволяющие оценить методы контроля обмоток о позиции безошибочного обнаружения витково-го замыкания, учитывавшие нестабильность параметров испытательного сигнала и отклонения параметров исправных обмоток.

ррактлческая ценность, разработаны способы контроля обмотки на базе унифицированного представления выходного сигнала, рекомендованы временные параметры сигналов и номера гармоник, анализируемые для определения состояния обмотки, реализация этих способов возможна на базе используемых в промышленности генераторов испытательных импульсов.

разработаны способы, основанные на выборо временних параметров испытательного сигнала, с целью подавления неинформативннх гармоник в выходном сигнале и снижения влияния на наго неста-бильностей испытательного сигнала. Определен участок частотных характеристик обмоток, использование которого при реализации разработанных методов позволит получить наибольшую чувствительность.

Получен критерий оценки возможности метода обнаруживать замкнутый виток, что позволяет дать заключение о целесообразности использования для контроля обмотрк метода, предлагаемого для внедрения в производство.

Разработаны и внедрены приборы контроля оо/зоток с азтомг !-зироэая.чыч процессом измерения, используешю в ремонтных службах предприятий и при серийном производстве электрических машин.

На защиту выносятся:

1, Методы контроля обмоток, основанные на унифицированном представлении выходного сигнала.

2. Принцип контроля, основанный на частотном совмещении области минимальной чувствительности амплитудного спектра испкта-

тельного сигнала к нестабильности его параметров о областью максимальной чувствительности амплитудно-частотной характеристики обмотки к дефекта.!.

3. Методы контроля обмоток, основанные на выбора временных параметров испытательных сигналов.

4. Принципы определения возможности метода безошибочно обнаруживать витковое замыкание.

Апробация работы, основные результаты работы докладывались и обоуждались на:

- Ш Всесоюзной научно-твхничеокой конференции "Неразрушащие физические методы контроля", Свердловск, 1990!

- 9-ом Всесоюзном оовещании по физике и металлам, электротехнических сталей и сплавов, Минск, 1991;

- межвузовской научно-технической конференции "Современные методы а средотва электромагнитного контроля и тс применение в промыт, лности", Могилев, 1992;

. - республиканском научно-техническом семинаре "Импульсный магнитный метод контроля механических свойств сталей", Минск, 1991;

- заседании Ученого Совета Института прикладной физики Академии наук Боларуси;

- научном семинаре лаборатории магнитных методов контроля Института прикладной физики Академии наук Белар1СИ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и 8 тезисов докладов, получено 8 авторских свидетельств.

Структура и объем работы. Диосертахщя^сосхоит ид-введоиняу— ^¡^рй1_тлавг^шозншшяГ^писка литературы и приложений. Основное содержание изложено на 154 страницах машинописного текота, включая 41 рисунок, список литературы иэ 276 наименований. Приложение содержит II страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .

Во уводднии обоснована актуальность, дана общая характеристика работы и приведены положения, которые выносятся на защиту.

А первой главе дан обзор состояния вопроса, проанализированы существующие методы контроля, которые систематизированы и занесены в классификационную таблицу, определена чувствительность к витковому замыканию и приведена оценка возможности применения методов, поставлены задачи исследования.

Чувствительность метода контроля обмоток определена как от-

ношение относительного изменения регистрируемого параметра сигнала при замыкании одного витка к относительному изменению этого же параметр^ при максимально допустимых отклонениях параметров исправной обмотки.

Высокая чувствительность метода не гарантирует от ошибки при контроле, так как изменение параметра выходного сигнала из-за нестабильности параметров входного сигнала может быть зафиксировано как ложная информация о наличии дефекта или наоборот -об исправности дефектной обмотки.

Оценить возможность метода безошибочно обнаруживать зямюгу-тий виток можно о помощьв критв' я, в 064см случае определяемого как превышение относительного изменения регистрируемого параметра сигнала при замыкании одного витка над относительном изменением этого же параметра при максимально возможном изменении параметров исправной обмотки о учетом одновременього воздействия дестабилизирующих факторов на диагностический оигнал. Анализ существующих методик с использованием такого критерия дает возможность определить реальные рамки их применимости.

Существупцие методы обнаружения витковых замыканий обладают оамим разнообразным набором.признаков, среди которых наиболее обдими чвллются спектральный соотав входного сигнала и вид подачи сигнала в обмотку.

Спектральный состав входного сигнала определяет форму входного сигнала, позволяет выбрать соответствующий источник, оценить процессы, лежащие в ооново того или иного метода, и технологию обработки выходного сигнала.

Для контроля обмоток применяются три группы входит сигналов: монохроматические, о дискретным спектром и со сплошным спектром. При ото« ввиду многочисленности первой группы она подразделяется на три подгруппы: частотой 50 Ш. частотой более 50 Д н с частотой, изменяющейся в процессе измерения. Сигналы с дискретным спектром получили наибольшее распространение ороди пятодов контроля обмоток. Использование сигналов со салопным зпектпом предусматривает определение дефектов по форме выходьо-го сигнала, что снижает чувствительность контроля и но поэво-ад«п автоматизировать измерительный процесс.

Другим, определяющим дня контроля фактором, яиллэтея способ подачи сигнала в контролируемые обмотки фе и характер сое-¡деления их в изморительнув схеыу. По способу подачи методы подразделяются на два класса: контактные а бесконтактные. Контакт-

ние иэтоди - это те, в которых осуществляется алоктрический контакт выводов обмотки с источником сигнала и измерителем, обрабатывающим выходной сьгнал. Эти методы подразделяются на три группы.

В бесконтатных методах нет электрического контакта контролируемой обмотки с источником сигнала и измерителем. Сигнал подается и снимается посредством магнитной связи индуктора и датчика с обмоткой. Бесконтактные методы делятся на две группы: с раздельными датчиками для наведения ЭДС в обмотке и снятия сигнала и с совмещенными датчиками.

Описанные принципы систематизации лежат в основе классификационной таблицы. Структура таблицы такова: столбцы характеризуют методы по спектральному соотаву входного сигнала; строки характеризуют по способу подачи сигнала в обмотку и виду соединения фаз в измерительной схеме; в клетках указаны литературные источники, где описаны соответствующие методы. Контактные методы сводятся к девяти о; 1ам подачи сигнала в обмотку, бесконтактные - к двум.

На основании изучения состояния проблемы и основных тенденций развития методов контроля обмоток сформулированы задачи исследования.

Во второй главе проводится анализ возможностей унифицированного представления выходных сигналов в виде импульсных последовательностей и показаны методы контроля, разработанные на базе рассмотренных принципов.

Обнаружить дефект в обмотках можно, используя большинство известии* схем, но при соответствующей обработке выходного сигнала, обеспечивающей превышение относительного изменения фиксируемого параметра сигнала отвитково1Ю_аашкайЕяч!ад-ишшШйил ¿тса-же-парам0тра_от_неотабильностей испытательного сигнала и отклонения параметров обмотки в пределах допуска.

ворыы выходны.: сигналов при различных схемах контроля и видах объектов испытаний различна, что создает трудности при реализации метода в условиях производства, не позволяет унифицировать отдельные виды измерительных операций и использовать контрольно-измерительное оборудование общепромышленного применения. Устранить эти трудности можно, преобразовав выходной сигнал в сигнал стандартной формы, например, в последовательность прямоугольных импульсов, параметры которой коррелированы о чувствительными к витковым замыканиям параметрами выходного сигнала.

Использование в качестве параметра, по которому судят о состоянии обмотки, временного интервала мавду точками перехода че-

раз нулевое значение затухающих колебаний, позволяет исключить влияние нестабильности амплитуда непитательного сигнала и унифицировать выходной сигнал, представив его в виде последователь!;э-отей прямоугольных импульсов, удобных для дальнейшей обработки. Порядок и последовательность формирования унифицированных сигналов определяется конкретным видом обмотки.

реализовать полностью возможности метода позволяет спектральная обработка унифицированных сигналов, заключаплдлся в частотном совмещении первого нуля огибающей амплитудного ипактра суперпозиции двух импульсных последовательностей и области минимальной чувствительности к нестабильности временных параметров сигналов, это достигается соответствуацим выбором длительности унифицированного выходного сигнала и периодом следования испытательных импульсов. Наличие дефекта и его место определяются по уровню амплитуды гармоники, соответствующей нулю амплитудного спектра и соседних с ней гармоник. Непитательный импульсный сигнал подается на вкчод обмотка и корпус магнитопровода. фронтом импульса возбуядается высокочастотное затухающее колебание, формирование унифицированного сигнала - импульсной последовательности - из снимаемого затухыоцего колебания происходит в момент его возбуздения а второго перехода через нулевое значение, эту импульсную последовательность мохно представить как суперпозиции двух импульсных последовательностей, вторая из которых задержана по времени на , тогда амплитуда Г) -ой составляющей спектра суперпозиции определяется как

10.1=^1^11^1 ш

где В - емплктуда импульсов, Л - номер гармонической составлявшей , 'Г - длительность импульсов, ш - частота повторения импульсов, ¡1, - время задераки между импульсами.

В^ра^ение (I) показывает возможность опроделения изменения , вызванного появлением дефекта, по амплитуде одной из наиболее чувствительных составляющих спектра унифицированной ип-пудьзной иослвдоват9л>-ности. определение номера гармоники, обладаний миш^льпоЯ чувствительностью к нестабильности неинформа-тниних параметров £ , и> и Т , производятся путем анализа частных производи.« выраяеннл (I), в результате которого шее«

ю

Пш , удовлетвор тощее равенству £ = /

Ъ 3 2 Ч 2

2

Т_ Г

где Т * - период следования импульсов; А/ - 0,1,2,... ;

Пи. и ''12 • Ли - первые и вторые номера гармоник с мини-

мальной чувствительностью к £ и V ; Пш и Л* - номера гармоник с минимальной чувствительностью к ¿1) I .

Выражения (2) показывают, что несовпадение области минимальной чувствительности 1/п к о областями минимальной чувствительности к а Е , аТ и л Со позволяет добиться высокой чувствительности амплитуды регистрируемой гармоники к при ее нечувствительности к изменению лЕ и &Т и значительно снизить влияние а ¿о . Номер регистрируемой гармоники будет определяться в 8том случав как

разработанный для контроля многокатушечных обмоток метод предполагает преобразование выходного сигнала - затухающего колебания - в прерывистую последовательность прямоугольных импульсов. Испытательный импульс подается на вывод обмотки и корпус, в обмотке возбуждается затухающий колебательный процесс, фиксируемый по напряжению, пропорциональному протекающему по обмотке току. Временные интервалы между точками перехода колебательного процесса через ноль зависят от параметров и состояния обмотки. Часть затухающего колебания преобразуется в прерывистые последовательности прямоугольных импульсов. Для этого участка затухающих колебании соблюдается равенство временных интервалов между точками перехода через ноль, которое нарушается при возникновении ьиткового замыкания," причем нарушение это происходит между

первыми точками перехода через ноль. Поэтому в качество образца при контроле используются временные интервалы мавду точками ларе-хода через ноль ближе к-концу затухающего процесса.

Проанализирован спектральный состав прерывистых последовательностей импульсов о амплитудой £ , длительностью имлулъоэв <Г , периодом повторения пачек импульсов Т , временем задержки между соседними импульсами в пачке X

Комплексная амплитуда П -ой гармоники прерывистой последовательности импульсов определяется как сумма амплитуд V)" последовательностей импульсов

Ц=#|51ПП<вГ

ТТЛ

51П

грпшЧ

цп

ли>Т.

У

(3)

где оо в 2Т/Т - циклическая частота повторения импульсов. Нули о га баш,ей амплитудного спектра определяется выражениями

Т

и

Л»1 =

Т

тТ„

где

р »1,2.....

Найдена комплексная амплитуда Л -ой гармоники грерлвастей последовательности импульсов с нарушенным равенством между пульсами от номера " с " до номера " ". что соответствует сб-ыотко с витковым замыканием.

Рассмотрен случай нарушения равенства временных интервалов метод соедними импульсами для одного импульса с номером " С " иг» об.чого количества "т ", при этом наибольший интерес представляет не время задержки импульса от выбранного начала отсчета, а нарушение временного интервала между соседними импульсапи ¿¿¿с = С Т0 - • Выражение для комплексной амплитуды гармоники при одаоч аномальном ишульсе имеет вид

ц

-Ж

" тп

/5"ЬЗГ|

57Я птшЪ

2

31П то Т.

1

е

^¡т^е 2

¡П1С1

е (4)

Амплитуда гармоник о номерами П„ ( р « I, 2. 3, ...)

которые соответствуют положении нулей ь спектре на;:аруиенной прерывистой последовательности импульсов, определяется т.рия«-

Ш.1-

4Е \Г1Пп,их \Г1П п,ша1,с

зга

т (¡з)

Оно показывает возможность обнаружения нарушения равенства вре-моьнюс интерв;длов на л¿^ , вызванное витковым замыканием, по амплитуде гармоники с номером, соответствующим нулю амшштудного спектра образцовой прерывистой последовательности, которая может формироваться из конечного участка снимаемого затухающего колебания.

Анализ амплитудного спектра показывает, что уменьшения погрешностей от колебаний Е > Т и № можно добиться, задавая величину Т, путем выбора количества импульсов в пачке прерывистой последовательности и соответствующего нуля амплитудного спектрг для компенсации амплитудной погрешности номер нуля амплитудного спьктра

г.

Для компенсации погрешности от вариаций Г и ¿о

Изменение амплитуды регистрируемой гармоники из-аа вариаций, -мозет-бнтв-зафшсоировано как ложная информация о наличии дефекта или наоборот, об исправности дефектной обмотки, поэтому должно соблюдаться условие превышения относительного увеличения амплитуды регистрируемой гармоники при замыкании одного витка обмотки над относительным увеличением ¡этой же гармоники для исправной обмотки при одновременном воздействии дестабилизирующих факторов на £ , и и Г ,'с учетом разброса параметров исправной обмотки. Это условие превышения для методов с унифицированным представлением сигнала будет определяться следующим образом согласно выражению

к М' ' М А" ' 1 / [ ¿Ь ¿¡а ЛТ ]

где А и,) и л - изменение времени задержки между импульсами при возникновении замкнутого витка и при изменении паигшетров исправной обмотки в пределах допуска; /[Аз/ и /[/„„/ - амплитуда фиксируемой гармоники при витковом замыкании и исправной обмотка.

Применение методики с использованием сравниваемых прерывистых последовательностей импульсов, сформированных из одного затухающего колебания, позволяет получить более высокую чувствительность, величина которой ограничивается только влиянием на амплитуду регистрируемой гармоники нестабильностей параметров прерывистой последовательности.

Рекомендовано выбором номера регистрируемой гармоники и временных параметров выходного унифицированного импульсного сигнала скомпенсировать погрешность от нестабильности частоты следования его импульсов, которая также является частотой следования испытательных импульсов.

3 третьей главе проанализирована возможность подавления малочувствительных к дефектам гармоник с помощью выбора временны:: параметров испытательного сигнала, показана возможность автоматизации контроля, исследованы частотные характеристики резонансных схем контроля обмоток, разработаны методы контроля обмоток, основанные на использовании в качестве испытательного сигнала импульсных последовательностей со специально выбираемыми временными параметрами.

Исследование частотных характеристик схем контроля осуществлено с целью проведения оптимизационного выбора участка, обеспечивающего получение максимальной чувствительности параметров выходного сигнала к витковым замыканиям и минимальной чувствительности к отклонениям параметров обмотки, оптимизация заключается в нахождении участка частотной характеристики, для которого отношение относительного изменения одного из его значений' при возникновении виткового замыкания к такому же изменению при отклонении параметров обмотки в пределах допуска было бы максимальным.

Разработаны методы контроля, основанные на использовалии резонансна явлений в обмотке. Полученные АЧХ имеит явно вира&епны:: первый частотный максимум, величина которого в зависимости от схемы контроля а параметров обмотки увеличивается при витково.4 . замыкания от пяти до тридцати раз. Область первого частотного максимума является оптимальной для использования ее при контроле дефектов. Анализ фазочастотных характеристик показывает возможность контроля обмотки по величине первого максимума разиостл фи

двух снимаемых сигналов и но их разности 1раз на частоте первого перехода через ноль фазочастотной характеристики исправной обмотки .

Увеличение точности и обеспечение автоматизации контроля основано на замене малочувствительной регистрации изменений времен-них параметров сигналов, характеризующих поведение поврежденной обмотки, регистрацией'изменений параметров одной или нескольких гармоник, обладающих максимальной чувствительностью к отклонениям контролируемого параметра обмотки.

В качестве примера диагностического сигнала рассмотрен один из сигналов, используемых при испытании - последовательность прямоугольник импульсов. Величина амплитуды регистрируемой гармоники при известной АЧХ измерительной системы определяется как

х'да К (¿/Л) - коэффициент передачи измерительной схемы на частоте регистрируемой гармоники с номером П ; п к / //о - номер регистрируемой гармоники; - частота следования диагностических импульсов; £ с - частота гармонических колебаний, амплитудные изменения которых линейно связаны с изменением формы диагностических импульсов; £ - амплитуда диагностических импульсов;

Т - период следования импульсов; Г"- длительность импульсов.

Выракение (7) показывает возможность подавления малочувствительных к дефектам гармоник с помощью выбора временных параметров входного сигнала и путем частотного совмещения его амплитудного спектра с АЧХ схемы контроля. Соилдвшшиароиаводится~тшшм~обра-~~ _зШт—чтоби-ткЗяасга" минимальной чувствительности амплитудного спектра импульсной последовательности к нестабильности ее параметров соответствовала по частоте области мансимальной чувствительности АЧХ к дефектам. Выбор временных параметров Т и Т импульсной последовательности осуществляется таким образом, чтобы следующая за несущей информацию о дефекте гармоникой следовала гармоника, соответствующая нулю амплитудного спектра.

Временные параметры испытательной импульсной последовательности определяются выражениями

(?)

2г\т

где П„ - номер гармоники, обладающей минимальной чувствительностью к нестабильности параметров £ , j и Г импульсной последо- . вательности; jm и - нижняя и верхняя границы диапазона частот максимума для испытываемого ряда асинхронных двигателей.

Определение номера гармоники, обладающий минимальной чувствительностью к нестабильности параметров £ , / , Г импульсной последовательности предусматривает исследование динамических особенностей ее спектра путем анализа частных производных выражения для амплитуды гармонической составляющей.

Области минимальной чувствительности к вариациям /и Т совпадают и определяются выражениями, по которым находится номер информационной гармоники

. „ и 2^1 nm ~ Tin = Л/я - ¿Г/'

где /V = 0. Ii 2, ... - целое число. Минимум чувствительности амплитуды гармоники к вариациям амплитуды импульсной последовательности приходится на ноль амплитудного спектра

п -

cm~TT

■ Несовпадение областей минимальной чувствительности к изменениям В , Т и / определяет возможность уменьшения влияния нестабильности Ту / на амплитуду выделяемой гармоники.

Использование в качестве испытательного сигнала суперпозиции двух импульсных последовательностей открывает дополнительные возможности для достижения высокой чувствительности к витковому замыканию в обмотке.

Амплитуда П -ой гармоники суперпозиции двух импульсных последовательностей определяется выражением

ivLh&M^lh-^1! <*>

Номера гйрмоник, соответствующих нулям амплитудного спектра

<Г> ГГ»

> Pei = /V-~ 2. ... номер нуля)

i 2t\

регулируя период следования, длительность импульсов и время задержки, можно перемещать положение нулей амплитудного спектра,изменяя конфигурацию его огибающей и таким образом добиваться наибольшей чувствительности к витковому замыканию и снижать влияние на амплитуду регистрируемой гармоники неотабилыюсгеЛ параметров испытательного сигнала.

разработан способ, согласно которому первый максимум амплитудно-частотной характеристики путем изменения периода следования и длительности импульсов совмещается по частоте с гармоникой,расположенной мзкду первым и вторым нулем амплитудного спектра, далее увеличивая время задержки от нуля, совмещается ноль амплитудного спектра с частотным максимумом и определяется соответствующая ему гармоники, о осостоянии обмотки судят по ое амплитуде после переключения фаз обмотки и аналогичной настройки временных параметров испытательного сигнала. Для определения наличия дефекта и его вида используется в качестве диагностического сигнала суперпозиция двух разнополярных импульсных последовательностей. Амплитуда гармонической составляющей этого сигнала определяется выражением

Этот сигнал позволяет выбором длительности импульсов и времени задержки между импульсными последовательностями подавить без использования фильтров две следующие за наиболее чувствительными гармоники выходного сигнала. Задание периода следования импульсов определяет количество наиболее информативных 'гармоник в выходном сигнале при их частотном совмещении с областью максимальной чувствительности АЧХ обмотка к дефектам. .Несера гармоник, соответствующие нулям амплитудного спектр^, определяются следующими выра-

ТЁда Т^гЛ/и , и/ « I, 2, 3, ... .

Целососбразно в качестве информативных гарлоник выбрать первую и вторую, причем вторую совместить по частоте с максимумом АЧХ измерительной схемы при витковом замыкании б обмотке, тогда, как показал анализ, разность между значениями АЧХ для замыкания на корпус и ыежвитксвого замыкания на частоте первой гармоники будет превышать величину максимума АЧХ при гитковом эамшгании, что позволит распознать вид дефекта.

Выражение для максимума снимаемого сигнала, по которому судят о наличии и виде дефекта, получено в следующее виде

(10)

жениями:

где К (- коэффициент передачи измерительной схемы на частоте первой и второй гармоники. Учитывая необходимость уменьшения влияния на выходной сигнал нестабильности .параметров испытательного сигнала, получены следующие их значения

Т < _ Т т- _ л*

• 1 т" X

где Л„ - количество информационных гармоник, - верхняя граница интересующего ди.апазона частот для данного типа двигателей.

Рекомендуемые в настоящее время для испытания витковой изоляции радиоимпульсы рассмотрены нами с точки зрения обнаружения виткового замыкания. Как показали эксперименты, наибольшее изменение при появлении дефекта получает угол наклона спадающей части первого максимума АЧХ. Это изменение можно легко зафиксировать, выделяя из выходного сигнала сразу две близлежащие гармоники, соответствующие по частоте самому крутому участку АЧХ измерительной схемы с витковым замыканием в обмотке, сумма этих двух выделенных гармоник будет представлять из себя биения, по форме которых можно судить о равенстве амплитуд выделяемых гармоник и о состоянии обмотки. При отсутствии дефекта также будет наблюдаться незначительное неравенство этих гармоник, но оно*монет быть окомпенсиро-вако наклоном соответствующего участка .огибающей амплитудного спектра подаваемого сигнала. Этот участок следует выбирать из такого места, в пределах которого касательная к огибающей амплитудного спектра имеет нулевой или близкий к нему угол наклона, что соответствует гармонике Г) = {е / { ( - частота следования радиоимпульсов). Тогда частота заполнения радиоимпульса

где // и - частоты, соответствующие началу и концу падающего участка АЧХ измерительной схемы. Увеличение частоты на позволит компенсировать наклон частотной характеристики для исправной обМи..ш. В результате анализа выходного сигнала, представляющего аз себя балансно-модулзрованные колебания, выяснено, что наличие дефекта необходимо фиксировать по минимуму огибающей сигнала, который для исправной обмотки будет равен нулю.

Сценка возможности разработанных методов обнаруживать дефект произведена с помощью критерия, который в каздом конкретном случав будет иметь свой вид.

Критерий для метода, использующего в качестве испытательного

сигнала последовательность импульсов определяется следующим выражением

Ш+Ыйнр!

где IU.il - амплитуда регистрируемой гармоники при наличии внтко-вого замыкания, |[/ли| - наибольшая амплитуда регистрируемой гармоники при исправной обмотке для испытываемого типа асинхронных двигателей, 1л 1/ягут/ - абсолютная погрешность,' образующаяся иэ-за нестабильности параметров испытательного сигнала.

Метод, использующий в качеотве испытательного сигнала суперпозицию двух импульсных последовательностей, оценивается критерием в следующем виде

* к- ш(и и /в Й-1) ^ к,тшш* и 1

где ■ К/(А/У») - коэффициент передачи измерительной

схемы при одном замкнутом витке на частоте первой и второй гармоника; ¿К„ (А//,) = /Г„ (Л/У,) - И, (/•//«), Я„ (А/Л) и

(Л/Л) - наибольший и наименьший коэффициенты передачи для исправной обмотки контролируемого тепа двигателей.

Реализуемость метода, использующего в качестве испытательного сигнала последовательность радиоимпульсов, определена критерием в следующей форме <

где К,/(Л//,) и - модули коэффициента передачи гар-

моник с номером П, и /7, при ншшчш вкткового замыкания в обмотке, - абсолютная погрешность, образующаяся в результате некоррелированных изменений параметров £ , ^ н последовательности радиоимпульсов. .

В четвертой главе представлены приборы контроля обмотсх, разработанные на основе описанных методов и внедренные на предприятиях, эксплуатирующих а производящих асинхронные двигатели.

Для контроля с оток о разъединенными фазами разработаны приборы, используемые в ремонтных службах предприятий. Приборы

являются реализацией изобретений по а.с. Ji 1023259 и rf 1348752 и позволяют обнаруживать один замкнутый виток в асинхронных электродвигателях со всыпной обмоткой. Время контроля трехфазной обмотки о помощью автоматического прибора не превышает 3 с.

При производстве аоинхронных двигателей часто возникает необходимость контролировать обмотки с так называемым соединением фаз в "глухую звезду". Для предприятий, выпускающих однотипные электрические двигатели, был создан прибор на основании разработанной методики и защищенной а.с. Ji 1449943. Этот прибор позволяет обнаружить виткивое замыкание в трехфазной обмотке асинхронного микродвигателя вентилятора и используется в технологическом процессе серийного производства при пооперационном контроле.

Для предприятий, имеющих большой ассортимент выпускаемых или ремонтируемых электрических машин, был разработан прибор, обнаруживающий кроме витковою замыкания и другие дефекты, такие гак обрыв, неправильную маркировку фаз, заниженное сопротивление изоляции или пробой, межфазное замыкание. Порядок автоматически производимых контрольных операций следующий:

1. определение обрыва фаз;

2. измерение сопротивления изоляции;

3. обнаружение межвиткового и 'межфазного замыкания;

4. определение правильности маркировки фаз.

Все операции moi^t осуществляться'поочередно автоматически, либо каждая в отдельности.

Прибор обладает следующими основными техническими характеристиками:

- вид испытательного сигнала - последовательность прямоугольных импульсов;

- амплитуда испытательного сигнала в В - I25-IOOO ± 2 %\

- скважность импульсов - 3-6;

- частота следования прямоугольных импульсов в кШ - 10-30±1^;

- величина постоянного напряжения при измерении сопротивления изоляции в В - 500, 1000 ± 2 %;

- пор,ги при контроле сопротивления изоляции в МОм - 0.2; О.Е; 1.0; 2,0; 5,0; 20,0;

- время полного контроля в автоматическом режиме не более 3 с.

ЗАШЯЕНИЕ

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, сводятся к следующему.

1. Показана возможность представления выходного сигнала, являющегося затухающим колебанием, в виде унифицированного сигнала-суперпозиции двух последовательностей импульсов, что позволяет исключить влияние нестабильности амплитуды и уменьшить влияние нестабильности частоты испытательных импульсов на результаты контроля. Влияние нестабильности амплитуды исключается за очет формирования последовательностей импульсов в моменты перехода затухающего колебания через нулевое значение. На этих принципах разработан метод контроля обмоток.

2. Исследовано влияние нестабильности частоты на параметры выходного сигнала и выяснено, что ее можно уменьшить за счет регистрации амплитуды гармоники, находящейся в области наименьшей чувствительности амплитудного спектра к вариациям частоты.

3. Разработан метод контроля обмоток, основанный на формировании из выходного сигнала двух прерывистых импульсных последовательностей - образцовой и сравниваемой, что позволяет исключить влияние на результаты контроля разброса параметров обмотки. Влияние нестабильности параметров прерывистых последовательностей импульсов компенсируется выбором номера регистрируемой гармоники, соответствующей области минимальной чувствительности к 'Г и Ш .

4. Исследованы резонансные схемы контроля обмоток и их частотные характеристики, а также влияние на их максимум и форму_

возникновения виткгтпго замшшыия^шраявлтг-тптттшгш^ый учяптпгс частотных характеристик, для которого отношение относительного изменения одного из его значений при образовании виткового замыкания к такому же изменению при отклонении параметров обмотки в пределах допуска было бы максимальным.

5. Разработаны методы контроля, основанные на замене малочувствительной регистрации изменений временных параметров сигналов, характеризующих состояние обмотки, регистрацией изменений параметров одной или нескольких гармоник, обладавдих максимальной чувствительностью к отклонениям контролируемого параметра обмотки. Определены спектральг в составляющие сигнала, амплитуды которых, обладают наименьшей чувствительностью к изменениям параметров сигнала из-за нестабильности.

6. Разработаны метода контроля обмоток на наличие дефектов, основанные на подаче испытательных сигналов со специально вобран-

ними временными параметрами, что позволяет увеличить чувствительность и снизить погрешность от нестабильности параметров испытательных сигналов. Показана возможность подавления неииформатив--ных гармоник в снимаемом сигнале путем соответствующего Euöojja временных параметров испытательного сигнала. Определение вида дефекта осуществляется при использовании в качестве испытательного сигнала суперпозиции двух импульсных последовательностей.

7. Проанализированы возможности методов с унифицированным представлением выходного сигнала и с оптимизированным выбором временных параметров испытательных сигналов безошибочно обнаруживать дефекты. Получены аналитические выражения для критерия, позволяющего оценить разработанные методы с точки зрения обнаружения виткового замыкания.

8. Разработаны новые приборы контроля обмоток с разъодинен-Ни:.«] фазами и соединенными в звезду без Вььода от средней точка, позволяющие автоматизировать измерительный процесс. В основу приборов, предназначенных для предприятий, имеющих большой ассортимент ремонтируемых или производимых электрических машин, положены резонансные схемы контроля, в качестве испытательных сигналов используются последовательности импульсов. Для предприятий, производящих ограниченное количество наименований электродвигателей, разработан прибор, в котором витковые замыкания определяется но разовым соотношениям гармоник снимаемых сигналов.

ЦИТИРУЕМ ЛИТЕРАТУРА

1. Ермолин Н.П., Нерихин И.II. Надежность электрических маши. - JI.: Энергия, 1976. - 248 с.

2. Гольдберг О.Д. Испытания электрических машин. - М.:Высшая школа, 1990. - 255 с.

3. Заикин А.И., Пугачев К.Г., Бесперстов П-П. Прибор контроля повреаденности витковой изоляции как элемент информационно-советующей системы. //Автоматизация проектирования и производства в машиностроении. Тез.докл. Всес.научно-техн.совещ., Суздаль, 918 окт. - Владимир, 1989. - C.I5I-I52.

4. Liiiael К. tfindun^sschluberfassung an Kleiflmaachineiroiclclun-gen. //25 Int.Wiaa.Hollog. Ilmenau. - 1980. - Okt., H.2, Vortrag A2. - 3.117-120.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

I. Суходолов D-B. Унификация выходного сигнала при контроле

«.»¿."^ns.'^r C°M0T" стамк

«ÄT TTÜTSf'ssr v—

.B.. *at„„„ B.K. смололо, O.a. - „„^Д . fáa »-Д-.

сена. 1992. Могилев, I9S2. - С.64.

i WIlïïôri•> Tel"""' "

~0В.Д"ймдмм ' .I!?3' ™ «IH3I/06. Лев,.

1809. - « M«»»«® А.И. - она,, в Е.Ц. -

3. Способ

» -о.. а*»» м.. "«ÍTÄfc

-ïï: ínsr^s^sssr Т"

rt«: шТ1 «rr^rr- ~~

Шевеленко В.Д., Несмеянов В.А. - Опубл. в Б.И- - 1989. - й 10«

13. Мельгуй М.А., Суходолов Ю.В., Горегляд D.H. Спектрально-импульсный метод контроля обмоток электрических малин, //электромеханика. Изв.высш.учебн.завед. - 1992. - л Z- - С.52-59.

14. Суходолов В.В. Диагностика дефектов обмоток асинхронных двигателей. //Тез.докл.XU Всес.НТК "Неразрушандие физические методы контроля". 11-13 сент.1990, Свердловск. - Свердловск, 1990- С.31-32.

15. Суходолов В.В. ,"Шезеленхо В.Д. Автоматизация диагностики дефектов обмоток' асинхронных электродвигателей. //Механизация и автоматизация производства. - 1988- - № 12. - C.II-I4.

16. Способ диагностики замыканий в трансформаторе. А.с.1691788, СССР. МКИ C0IP 31/05. /Суходолов Ю.Б., Шилов A.A., Мельников А«И.

- Опубл. в Б.И. - 1991. - № 42.

17. Суходолов D.B.- Оптимизационное повышение чувствительности к витковым замыканиям. //Тез.докл.респ.научн.-техн.семин. "Импульсный магнитный метод контроля механических свойств сталей". Минск, 29-30 окт.1991. - Минск, 1991- - С.51-54.

18. Суходолов В.В., Горегляд D.H. Контроль качества изделий, содержащих магнитопровода из электротехнической стали. //Тез.докл.

9-го Всес.сов. по физике и мет. электротехн. ст. и сп. Минск,

10-I2 сент.1991. - Минск, 1991. - C.I17-II8.

19. Суходолов В.В. Автоматический цифровой прибор контроля обмоток фаз асинхронных двигателей. //Тез.докл.респ.научн.-техн. сем. "Импульсный магнитный метод контроля механических свойств сталей", Минск, 29-30 окт. 1991- - Минск, 1991- - С.46-50.

Подписало к печжтп/УЖЯФормат 60x841/16 Усл. пет, л. /у/6 Тираж //О эва Заказ ШШ Госзкономпданх Рещбаяхх Беларусь.