Способ контроля обмоток электромагнитных устройств

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для оперативного контроля состояния изоляции, в частности определения наличия межвитковых коротких замыканий при производстве катушек индуктивности, обмоток трансформаторов, дросселей, электромагнитов и других электромагнитных устройств.

Известны способы и устройства для определения короткого замыкания в электрических обмотках (патент РФ №2373547, МПК G01R 31/06, опубл. 20.11.2009 г.; №2413955, МПК G01R 31/06, опубл. 10.11.2009 г.; №2415446, МПК G01R 31/06, опубл. 27.03.2011п; №2419101, МПК G01R 31/06, опубл. 20.05.20011 г.; №2433417, МПК G01R 31/06, опубл. 10.11.2011 г.).

Известен способ контроля короткозамкнутых витков в электрических обмотках, в котором проверяемая обмотка устанавливается на магнитопровод в виде стержня, на котором размещены три катушки, две из которых соединены встречно и нагружены на потенциометр балансировки, разностный сигнал с которого усиливается усилителем, а третья обмотка, подключена к генератору синусоидального напряжения (патент РФ №2130193, опубл. 10.05.1999 г.)

К недостаткам вышеописанного способа и соответствующего устройства следует отнести невысокую чувствительность, обусловленную тем, что изменение магнитного потока, связанное с наличием короткозамкнутого витка (витков) происходит одновременно в обеих встречно включенных катушках, поскольку обе они расположены на одном и том же магнитопроводе и, поэтому, сильно связаны по магнитному потоку. Это приводит к взаимной компенсации изменений величины ЭДС, наводимых в катушках и, как следствие, уменьшению чувствительности. Кроме того, величина сигнала в существенной степени зависит от местоположения короткозамкнутых витков в испытуемой катушке. Для проведения процедуры контроля в этом способе необходимы возвратно-поступательные перемещения испытуемой катушки или магнитопровода с тремя катушками, что усложняет реализацию автоматической разбраковки.

Также известен способ экспресс-контроля обмоток электромагнитных устройств (см. патент №2373547, G01R 31/06 опубл. 20.11.2009 г.), заключающийся в том, что к обмотке электромагнитного устройства подключают последовательно или параллельно конденсатор, рассчитанный на резонансное состояние с испытуемой обмоткой при резонансе, соответственно, напряжений или токов. Подают напряжение от электрической сети переменного тока, измеряют угол сдвига фаз между током и напряжением и по величине угла сдвига судят о состоянии обмотки.

К недостаткам данного способа относится недостаточно высокая точность определения межвиткового замыкания, поскольку способ основан на сопоставлении угла сдвига фаз при резонансе. Данный способ применим лишь для испытаний идентичных обмоток, поскольку незначительные вариации индуктивности или омического сопротивления обмоток могут привести к ошибочным результатам. Также к существенным недостаткам данного способа следует отнести необходимость операции подключения испытуемых обмоток к измерительной схеме, необходимость подбора конденсаторов для достижения состояния резонанса токов или напряжений и достаточно большой набор оборудования

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предложенному изобретению является способ определения короткозамкнутых витков в электрических обмотках, в котором подают напряжение изменяющейся частоты, измеряют параметры резонансного контура, образованного испытуемой и контрольной обмотками и по частотному максимуму судят о наличии коротких замыканий (патент РФ №2305291, МПК G01R 31/06, опубл. 27.08.2007 г.).

В известном способе контроля электрических обмоток на короткое замыкание витков производят контроль одновременно двух одинаковых обмоток испытуемой и контрольной, расположенных с образованием магнитной связи между ними. Например, обмотки располагают соосно и вблизи, с обеспечением механического контакта между ними или располагают их на общем магнитопроводе.

К недостаткам известного способа относятся необходимость использования двух идентичных обмоток, одна из которых является образцовой, снижение достоверности контроля в случае, если не выполнены жесткие требования к их взаимному расположению, а также необходимость выполнения операции подсоединения испытуемой катушки к электроизмерительной схеме, и достаточно большой набор оборудования, включающий генератор, измеритель напряжения, измеритель тока, вычислитель добротности, дисплей.

Задачей настоящего изобретения является создание простого оперативного способа контроля качества обмоток электромагнитных устройств, с целью определения наличия межвитковых коротких замыканий или их отсутствия.

Техническим результатом, достигаемым при решении данной задачи является уменьшение времени контроля путем повышения технологичности за счет отсутствия монтажных и демонтажных операций по присоединению обмоток, обеспечение более высокой достоверности контроля с одновременным упрощением и уменьшением набора электроизмерительного и другого вспомогательного оборудования.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе контроля обмоток электромагнитных устройств, в котором переменное напряжение подают одновременно на две одинаковые обмотки, расположенные с образованием магнитной связи между ними, испытуемую обмотку помещают в пространство между двумя последовательно соединенными катушками и подают гармоническое напряжение постоянной частоты в диагональ сбалансированного RLC-моста, одно из плеч которого выполнено из двух последовательно соединенных катушек, сигнал со второй диагонали RLC-моста подают на регистрирующее устройство, по которому определяют наличие или отсутствие короткозамкнутых витков в испытуемой обмотке.

Новизна предлагаемого технического решения заключается в установке испытуемой обмотки в пространство между двумя последовательно соединенными катушками, в подаче гармонического напряжения постоянной частоты в диагональ сбалансированного RLC-моста, в одно из плеч которого включены две последовательно соединенные катушки, путем измерения напряжения со второй диагонали RLC-моста, определяют наличие или отсутствие короткозамкнутых витков в испытуемой обмотке.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства, реализующая заявленный способ контроля обмоток электромагнитных устройств, которая содержит две последовательно соединенные катушки 1, между которыми помещают испытуемую обмотку 4, и которые составляют одно из плеч RLC - моста, генератор гармонического сигнала 2, напряжение с которого подают на одну из диагоналей RLC-моста, регистрирующее устройство (например, вольтметр) 3, подключенное к другой диагонали RLC-моста.

Способ осуществляют следующим образом. Подключают генератор 2, катушки 1, вольтметр или другое регистрирующее устройство 3 к RLC-мосту, затем, с помощью переменных резисторов R₁ и R₂ производят балансировку моста по минимуму сигнала, регистрируемого вольтметром 3. Помещают испытуемую обмотку 4 в пространство между двумя последовательно соединенными катушками 1. Когда в испытуемой обмотке 4 отсутствуют короткозамкнутые витки, то при ее помещении в пространство между катушками 1, добротность последних практически не изменяется. При этом сигнал разбаланса, регистрируемый в диагонали RLC- моста минимален. В случае если имеется межвитковое замыкание в испытуемой обмотке 4, то при помещении ее в пространство между последовательно соединенными катушками 1, из-за хорошего потокосцепления, а, следовательно, и высокой индуктивной связи, происходит заметное уменьшение добротности катушек. В результате этого в диагонали RLC-моста возникает существенной величины сигнал разбаланса, свидетельствующий о наличии межвиткового замыкания.

К достоинствам предлагаемого способа обнаружения межвиткового замыкания следует отнести высокую чувствительность, исключение необходимости подсоединения исследуемых обмоток 4 к измерительному регистрирующему устройству. Это существенно упрощает процедуру испытаний и позволяет легко осуществлять их проведение в автоматическом режиме. Второе преимущество состоит в исключении необходимости точной фиксации испытуемой обмотки 4 относительно катушек 1. От того, в какой области испытуемой обмотки 4 локализовано межвитковое замыкание величина сигнала разбаланса RLC-моста зависит несущественно и всегда достаточна для однозначной идентификации замыкания. Также предлагаемый способ исключает необходимость использования магнитопровода для обеспечения потокосцепления между испытуемой обмоткой 4 и катушками 1, что позволяет одновременно исключить необходимость возвратно-поступательных перемещений катушек 1 друг относительно друга и существенно упростить автоматизацию процедуры контроля обмоток электромагнитных устройств.