RU2396571C1

RU2396571C1 - Diagnostic method of inductive windings

Info

Publication number: RU2396571C1
Application number: RU2009101595/28A
Authority: RU
Inventors: Валентин Иванович Богданов (RU); Валентин Иванович Богданов; Владимир Валентинович Богданов (RU); Владимир Валентинович Богданов; Евгений Борисович Степаненко (RU); Евгений Борисович Степаненко
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2010-08-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: comparison scheme by means of which the method is implemented includes three-phase transformer with variable voltage of secondary windings connected as per delta circuit. To the first line conductor of secondary winding of transformer there connected is the tested inductive winding, to the second line conductor - electric comparison circuit, and to the third line conductor of the secondary winding of transformer there connected through current indicator is ammetre to the connection point of inductive winding and electric comparison circuit. Operating condition of the tested inductive winding is judged by the current absent from the third line conductor.

EFFECT: enlarging diagnostic possibilities and reducing power consumptions during diagnostic of inductive windings with relatively high active resistance at nominal currents and more, at which non-obvious failures of windings can occur.

3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для определения неисправного состояния (диагностики) индуктивных обмоток электрических машин, а также трансформаторов, пускозащитной аппаратуры, обмоток устройств автоматики и электроники.The present invention relates to the field of electrical engineering and can be used to determine the malfunctioning state (diagnostics) of inductive windings of electric machines, as well as transformers, start-up equipment, windings of automation and electronics devices.

Диагностика электротехнических устройств, содержащих индуктивные обмотки, заключается в основном путем измерения и расчета электрических параметров - полного, активного и реактивного сопротивлений, индуктивности и добротности.Diagnostics of electrical devices containing inductive windings consists mainly of measuring and calculating electrical parameters - total, active and reactive resistances, inductance and quality factor.

Эти параметры можно рассчитать на основе измерений с помощью измерительного комплекта К-505 и его модификаций напряжения U, тока I и активной мощности тока Р и далее по формулам определяютThese parameters can be calculated on the basis of measurements using the K-505 measuring kit and its modifications of voltage U, current I and active power P, and then determine by formulas

Z=U/I, Ом - полное сопротивление,Z = U / I, Ohm - impedance,

R=Р/1²=Zcosφ, Ом - активное сопротивление,R = P / 1 ² = Zcosφ, Ohm - active resistance,

X=Zsinφ, Ом - реактивное сопротивлениеX = Zsinφ, Ohm - reactance

Cosφ=P/S - коэффициент мощности тока,Cosφ = P / S - current power factor,

φ=arcosφ - угол сдвига фаз между током и напряжением.φ = arcosφ is the phase angle between the current and voltage.

Диагностика индуктивных обмоток электротехнических устройств различного назначения с помощью измерительного комплекта типа К-505 в натурных условиях не является оперативной с достаточной разрешающей способностью. Измерительный комплект не является прибором сравнительной оценки непосредственно электрических параметров заведомо исправной индуктивной обмотки и аналогичной испытуемой. Этот метод позволяет оценить состояние, например, обмоток электродвигателя при их значительных (ощутимых) нарушениях не на начальных стадиях.Diagnostics of inductive windings of electrical devices for various purposes using a measuring kit of the K-505 type in full-scale conditions is not operational with sufficient resolution. The measuring set is not a device for a comparative evaluation of directly electrical parameters of a known-good inductive winding and a similar test one. This method allows you to assess the condition, for example, of the motor windings with their significant (tangible) violations not at the initial stages.

Необходимость раннего выявления неисправного состояния индуктивных обмоток электродвигателей, используемых в приводах компрессоров, размещенных в неразборных корпусах бытовых и торговых холодильных агрегатах, связана, прежде всего, с их длительной безаварийной эксплуатацией. Поэтому в условиях цеха перед установкой ремонтного или нового электродвигателя в корпус герметичного холодильного компрессора проводится их диагностика.The need for early detection of the malfunctioning state of the inductive windings of electric motors used in compressor drives located in non-separable cases of household and commercial refrigeration units is connected, first of all, with their long trouble-free operation. Therefore, in a workshop, before installing a repair or new electric motor in the housing of a hermetic refrigeration compressor, they are diagnosed.

Натурная (внецеховая) диагностика обмоток электропривода бытовых и торговых холодильных агрегатов и кондиционеров выполняется малыми предприятиями сервиса по заявкам заказчиков. Разнообразие электроприводов холодильной техники достаточно велико. Их основные электрические параметры значительно отличаются: по напряжению от 127 до 380 В, по мощности тока от 0,18 кВт до 5,5 кВт, по номинальной силе тока от 1,3 А до 7 А, по коэффициенту мощности тока от 0,65 до 0,86, что соответствует углу сдвига фаз между током и напряжением, не превышающим 60° (Холодильные компрессоры. Справочник, М.: Легкая промышленность, 1981, 280 с.).Full-scale (non-workshop) diagnostics of the electric windings of household and commercial refrigeration units and air conditioners is carried out by small service enterprises at the request of customers. A variety of electric refrigeration equipment is quite large. Their main electrical parameters differ significantly: by voltage from 127 to 380 V, by current power from 0.18 kW to 5.5 kW, by nominal current strength from 1.3 A to 7 A, by current power factor from 0.65 up to 0.86, which corresponds to the phase angle between the current and voltage not exceeding 60 ° (Refrigeration compressors. Handbook, M .: Light industry, 1981, 280 S.).

При таком разнообразии электроприводов холодильных агрегатов оперативная их диагностика в натурных условиях (у заказчика) может быть выполнена прибором (устройством) сравнения, в котором используется легко перестраиваемая по сопротивлению электрическая цепь сравнения.With such a variety of electric drives of refrigeration units, their on-line diagnostics in full-scale conditions (at the customer's place) can be performed by a device (device) of comparison, in which an electric comparison circuit is easily tuned for resistance.

Наиболее распространенными приборами сравнения, предназначенными для измерения параметров элементов электрических цепей, являются электрические мосты постоянного и переменного тока (С.М. Нижний. Мосты переменного тока. - М. - Л., Энергия, 1966, 128 с.). Мосты имеют диагональ питания и диагональ нагрузки, в которую включают сравнивающее устройство (СУ) или показывающий прибор. В зависимости от режима работы диагонали нагрузки различают электрические мосты уравновешенные, неуравновешенные и квазиуравновешенные. В последних уравновешивание моста осуществляется по одной из составляющих комплексного полного сопротивления - модулю, фазе, активной или реактивной. Достигается это путем применения специальных сравнивающих устройств - детекторов частотных фазовых, амплитудных (Электротехнический справочник в 3-х Т, Y1, под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова и др. - М.: Энергия, 1980, - 520 с., стр.183-186).The most common comparison instruments for measuring the parameters of elements of electric circuits are electric bridges of direct and alternating current (S. M. Nizhny. Bridges of alternating current. - M. - L., Energy, 1966, 128 pp.). Bridges have a power diagonal and a load diagonal, which include a comparison device (SU) or indicating device. Depending on the mode of operation of the load diagonal, there are balanced, unbalanced and quasi-balanced electric bridges. In the latter, the balancing of the bridge is carried out according to one of the components of the complex impedance - the module, phase, active or reactive. This is achieved through the use of special comparative devices - phase, amplitude frequency detectors (Electrical reference book in 3 T, Y1, under the general editorship of MEI professors V.G. Gerasimov et al. - M .: Energy, 1980, - 520 s. ., pp. 183-186).

Большая часть мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров индуктивных обмоток, работают при малых величинах токов (мосты Р50-1, УМ-3, Р556, ИИН-4). Мост ИИН-ЗМ предназначен для лабораторных и цеховых измерений параметров индуктивных обмоток с магнитопроводом и без него. Токи небольшой величины в измерительных схемах мостов делают их малоприемлемыми для раннего выявления неисправного состояния обмоток в электроприводах компрессоров. Кроме этого мосты имеют большой вес от 20 до 60 кг и высокую цену.Most of the AC bridges designed to measure the parameters of inductive windings operate at low currents (bridges P50-1, UM-3, P556, IIN-4). The IIN-ZM bridge is intended for laboratory and workshop measurements of the parameters of inductive windings with and without a magnetic circuit. Small currents in measuring circuits of bridges make them unacceptable for early detection of a faulty state of windings in compressor electric drives. In addition, bridges have a large weight of 20 to 60 kg and a high price.

Наиболее близким по своей сути способ диагностики индуктивных обмоток, принятый за прототип, путем сравнения их полных сопротивлений, измеренных с помощью трехфазной электрической цепи, показан на фиг.1 (Патент на изобретение: RU 2336535 С1, МПК G01 31/06, 20.10.2008, бюл. № 29).The most intrinsically closest diagnostic method for inductive windings, adopted as a prototype, by comparing their impedances measured using a three-phase electric circuit, is shown in Fig. 1 (Patent for invention: RU 2336535 C1, IPC G01 31/06, 10/20/2008 Bulletin No. 29).

Электрическая схема, показанная на фиг.1, с помощью которой реализуется способ прототипа, содержит: амперметр 1 и испытуемую индуктивную обмотку 2, соединенные последовательно с электрической цепью сравнения 3, содержащей активное 4 и реактивное емкостное 5 с переменными величинами сопротивления, трехфазный трансформатор 6 с регулируемым напряжением вторичных обмоток, соединенных по схеме звезда с нулевым проводником; линейный проводник 7 (фаза В) вторичной обмотки трансформатора 6 подключен к свободному концу испытуемой индуктивной обмотки 2 с амперметром 1, линейный проводник 8 (фаза С) вторичной обмотки трансформатора 6 подключен к свободному концу электрической цепи сравнения 3; вывод нейтрального (нулевого) проводника 9 вторичной обмотки трансформатора 6 подключен через сравнивающее устройство-амперметр 10 к узлу соединения электрических цепей 2 и 3. Линейный проводник 11 (фаза А) вторичной обмотки трансформатора 6 не используется.The electrical circuit shown in figure 1, with which the prototype method is implemented, contains: an ammeter 1 and a test inductive winding 2 connected in series with an electric comparison circuit 3 containing an active 4 and a reactive capacitive 5 with variable resistance values, a three-phase transformer 6 s regulated voltage of the secondary windings connected in a star circuit with a neutral conductor; the linear conductor 7 (phase B) of the secondary winding of the transformer 6 is connected to the free end of the test inductive winding 2 with an ammeter 1, the linear conductor 8 (phase C) of the secondary winding of the transformer 6 is connected to the free end of the comparison circuit 3; the output of the neutral (zero) conductor 9 of the secondary winding of the transformer 6 is connected through a comparison device-ammeter 10 to the junction of the electrical circuits 2 and 3. The linear conductor 11 (phase A) of the secondary winding of the transformer 6 is not used.

Измерения по способу прототипа осуществляют следующим образом. В обесточенной измерительной схеме устройства отключают электрическую цепь сравнения 3 от линейного проводника 8 вторичной обмотки трехфазного трансформатора 6, устанавливают регулятор напряжения вторичных обмоток в нулевое положение. Подключают к линейному проводнику 7 вторичной обмотки трансформатора 6 измерительной схемы одну из заведомо исправных обмоток одно- или трехфазного электродвигателя компрессора холодильника или кондиционера. Подключают схему устройства к трехфазной сети, регулятором устанавливают такую величину вторичного напряжения, при которой возникает номинальная величина тока в заведомо исправной обмотке 2 электродвигателя, отсчитываемая по амперметру 1. Далее обесточивают измерительную схему, подключают электрическую цепь сравнения 3 к линейному проводнику 8 вторичной обмотки трансформатора 6, вновь подключают сеть, изменяют величины сопротивления резистора 4 и емкости конденсатора 5 до тех величин, при которых ток в нулевом проводнике 9, равный геометрической сумме векторов токов в линейных проводниках 7 и 8 измеряемый амперметром 10, не станет равным нулю. Полученные величины сопротивления резистора 4 и емкости конденсатора 5 цепи сравнения 3 записывают в базу данных. База данных и элементы цепи сравнения 3 используются при диагностических работах в условиях заказчика. При диагностике способом прототипа электрических обмоток с относительно большим активным сопротивлением, например, электрических машин малой мощности тока, неизбежно возникают значительные потери мощности тока как в испытуемых индуктивных обмотках, так и во вторичных обмотках измерительного трансформатора соединенных по схеме звезда с нулевым проводником. Это является недостатком способа прототипа.Measurement by the method of the prototype is as follows. In the de-energized measuring circuit of the device disconnect the comparison circuit 3 from the linear conductor 8 of the secondary winding of the three-phase transformer 6, set the voltage regulator of the secondary windings to the zero position. Connect to the linear conductor 7 of the secondary winding of the transformer 6 of the measuring circuit, one of the known-good windings of a single or three-phase electric motor of the compressor of the refrigerator or air conditioner. The device circuit is connected to a three-phase network, the regulator sets the magnitude of the secondary voltage at which a nominal current value appears in a known-good motor winding 2, measured by ammeter 1. Next, the measurement circuit is de-energized, the comparison circuit 3 is connected to the linear conductor 8 of the secondary winding of transformer 6 , reconnect the network, change the resistance values of the resistor 4 and the capacitance of the capacitor 5 to those values at which the current in the neutral conductor 9, equal to the geome -parameter vectors the sum of currents in the linear conductors 7 and 8 is measured by an ammeter 10, does not become zero. The obtained values of the resistance of the resistor 4 and the capacitance of the capacitor 5 of the comparison circuit 3 are recorded in the database. The database and elements of the comparison circuit 3 are used for diagnostic work in the customer's conditions. When diagnosing by way of a prototype method of electric windings with relatively high active resistance, for example, electric machines of low current power, significant losses of current power inevitably occur both in the tested inductive windings and in the secondary windings of the measuring transformer connected by a star circuit with a neutral conductor. This is a disadvantage of the prototype method.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение возможности и уменьшение энергетических затрат при диагностике индуктивных обмоток с относительно большим активным сопротвлением, например, электродвигателей малой мощности тока и с ограниченным количеством доступных для подключения к сети проводников.The objective of the proposed technical solution is to expand the capabilities and reduce energy costs in the diagnosis of inductive windings with relatively high active resistance, for example, electric motors of low current power and with a limited number of conductors available for connection to the network.

Поставленная цель достигается тем, что электрическая схема, показанная на фиг.2, с помощью которой реализуется способ, содержит испытуемую индуктивную обмотку 2, соединенные последовательно с электрической цепью сравнения 3, содержащей активное 4 и реактивное емкостное 5 с переменными величинами сопротивления, трехфазный трансформатор 6 с регулируемым напряжением вторичных обмоток, соединенных по схеме треугольник, линейный проводник 7 вторичной обмотки трансформатора 6 подключен к свободному концу испытуемой индуктивной обмотки 2, линейный проводник 8 вторичной обмотки трансформатора 6 подключен к свободному концу электрической цепи сравнения 3; линейный проводник 9 вторичной обмотки трансформатора 6 подключен через сравнивающее устройство-амперметр 1 к узлу соединения электрических цепей 2 и 3.This goal is achieved in that the electrical circuit shown in figure 2, with which the method is implemented, contains the test inductive winding 2, connected in series with the electrical comparison circuit 3, containing active 4 and reactive capacitive 5 with variable resistance values, three-phase transformer 6 with adjustable voltage of the secondary windings connected in a triangle pattern, the linear conductor 7 of the secondary winding of the transformer 6 is connected to the free end of the tested inductive winding 2, the line ny conductor 8 secondary winding transformer 6 is connected to the free end 3 of electrical comparison circuit; the linear conductor 9 of the secondary winding of the transformer 6 is connected through a comparison device-ammeter 1 to the node connecting electrical circuits 2 and 3.

Измерения по предлагаемому способу осуществляют следующим образом. В обесточенной измерительной схеме устройства отключают цепь сравнения 3 от линейного проводника 8 вторичной обмотки трехфазного трансформатора 6, устанавливают регулятор напряжения вторичных обмоток в нулевое положение. Подключают к линейному проводнику 7 вторичной обмотки трансформатора 6 измерительной схемы одну из заведомо исправных обмоток одно- или трехфазного электродвигателя, например, компрессора холодильника или кондиционера. Подключают схему устройства к трехфазной сети, регулятором устанавливают такую величину вторичного напряжения, при которой возникает номинальная величина тока в заведомо исправной обмотке 2 электродвигателя, отсчитываемая по амперметру 1. Далее обесточивают измерительную схему, подключают электрическую цепь сравнения 3 к линейному проводнику 8 вторичной обмотки трансформатора 6, вновь подключают сеть, изменяют величины сопротивления резистора 4 и емкости конденсатора 5 до тех величин, при которых ток в линейном проводнике 9, измеряемый амперметром 1, не станет равным нулю. Полученные величины сопротивления резистора 4 и емкости конденсатора 5 цепи сравнения 3 записывают в базу данных. База данных и элементы цепи сравнения 3 используются при диагностических работах в условиях заказчика. Электрическая цепь сравнения позволяет отказаться от объектов сравнения заведомо исправных обмоток электроприводов компрессоров однотипных холодильных агрегатов при диагностических работах в условиях заказчика.Measurement by the proposed method is as follows. In the de-energized measuring circuit of the device, the comparison circuit 3 is disconnected from the linear conductor 8 of the secondary winding of the three-phase transformer 6, the voltage regulator of the secondary windings is set to zero. One of the known-good windings of a single or three-phase electric motor, for example, a compressor of a refrigerator or an air conditioner, is connected to the linear conductor 7 of the secondary winding of the transformer 6 of the measuring circuit. The device circuit is connected to a three-phase network, the regulator sets the magnitude of the secondary voltage at which a nominal current value appears in a known-good motor winding 2, measured by ammeter 1. Next, the measurement circuit is de-energized, the comparison circuit 3 is connected to the linear conductor 8 of the secondary winding of transformer 6 , reconnect the network, change the resistance values of the resistor 4 and the capacitance of the capacitor 5 to those values at which the current in the linear conductor 9, measured mpermetrom 1, is zero. The obtained values of the resistance of the resistor 4 and the capacitance of the capacitor 5 of the comparison circuit 3 are recorded in the database. The database and elements of the comparison circuit 3 are used for diagnostic work in the customer's conditions. The electrical comparison circuit allows you to abandon the objects of comparison of known-good windings of electric drives of compressors of the same type of refrigeration units during diagnostic work in the customer's conditions.

Сущность предлагаемого способа диагностики индуктивных обмоток наглядно можно продемонстрировать с помощью векторной диаграммы напряжений и токов, показанной на фиг.3.The essence of the proposed method for the diagnosis of inductive windings can clearly be demonstrated using the vector diagram of voltages and currents, shown in figure 3.

При соединении вторичных обмоток трансформатора по схеме треугольника векторная диаграмма трехфазных напряжений симметрична с углом сдвига фаз, равным 120°. Вектор полного тока I_AB в испытуемой обмотке 2 отстающий относительно вектора напряжения, т.к. он имеет индуктивный характер. Вектор полного тока I_АС в электрической цепи сравнения 3 опережающий относительно вектора напряжения, т.к. он имеет емкостный характер.When connecting the secondary windings of the transformer according to the triangle scheme, the vector diagram of the three-phase voltages is symmetrical with a phase angle of 120 °. The total current vector I _AB in the tested winding 2 is lagging relative to the voltage vector, because it has an inductive character. The total current vector I _AC in the electrical comparison circuit 3 is ahead of the voltage vector, because It has a capacitive character.

Любому полному току l_AB, соответствующему полному сопротивлению конкретной индуктивной обмотки 2, можно подобрать с помощью резистора 4 и конденсатора 5 электрической цепи сравнения такую величину полного тока I_AC, вектор которого опережает вектор напряжения, при котором линейный ток I_A в проводнике 9 окажется равным нулю (линейный ток I_A по первому закону Кирхгофа равен разности токов I_AB и I_АС). Это возможно в том случае, если векторы полных токов I_AB=I_AC совпадают по направлению и расположены в одном секторе векторов напряжений U_AB и U_AC. По известным величинам активного сопротивления резистора 4 и емкости конденсатора 5 легко рассчитать составляющие полного сопротивления индуктивной обмотки 2, если такая необходимость возникает.Any total current l _AB corresponding to the total resistance of a specific inductive winding 2 can be selected using a resistor 4 and a capacitor 5 of the electrical comparison circuit such a value of the total current I _AC , whose vector is ahead of the voltage vector at which the linear current I _A in conductor 9 is equal zero (the linear current I _A according to the first Kirchhoff law is equal to the difference between the currents I _AB and I _AC ). This is possible if the full current vectors I _AB = I _AC coincide in direction and are located in the same sector of the voltage vectors U _AB and U _AC . From the known values of the active resistance of the resistor 4 and the capacitance of the capacitor 5, it is easy to calculate the components of the impedance of the inductive winding 2, if such a need arises.

На практике у всех электродвигателей встроенных электроприводов компрессоров холодильников и кондиционеров угол сдвига фаз между векторами тока и напряжения при номинальных токах меньше 60°. Поэтому активное сопротивление, следует из векторной диаграммы, в электрической цепи сравнения невелико и малые потери мощности тока в этой цепи.In practice, all electric motors of built-in electric drives of refrigeration and air conditioning compressors have a phase angle between the current and voltage vectors at rated currents less than 60 °. Therefore, the active resistance, follows from the vector diagram, is small in the electrical comparison circuit and small losses of current power in this circuit.

Таким образом, предлагаемое техническое решение способа расширяет возможности диагностики индуктивных обмоток электродвигателей электроприводов на ранних стадиях, когда такие нарушения чаще всего проявляются при деформациях обмоток от нагрева их токами равных или более номинальных при меньших энергетических затратах. Соединение вторичной обмотки трехфазного трансформатора треугольником, в отличие от соединения звездой, при равных линейных токах, позволяет изготовить вторичную обмотку из проводников с меньшей площадью сечения.Thus, the proposed technical solution of the method expands the diagnostic capabilities of inductive windings of electric motors of electric drives in the early stages, when such violations are most often manifested when the windings are deformed by heating them with currents of equal or more nominal at lower energy costs. The connection of the secondary winding of a three-phase transformer with a triangle, in contrast to the connection with a star, with equal linear currents, allows you to make a secondary winding of conductors with a smaller cross-sectional area.

Claims

A method for diagnosing inductive windings, which consists in comparing the impedance of the tested inductive winding with the impedance of the same type of inductive winding at the rated current, comparing the impedance of the inductive winding under test, when it is connected to the linear conductor of the first phase of the secondary winding with an adjustable voltage of a three-phase transformer, to a linear conductor the second phase of the secondary winding with an adjustable voltage of this transformer is connected electrically The comparison circuit, the total resistance of which is equal to the total resistance of a working coil of the same type, and which contains a series-connected resistor with a variable resistance value and a capacitor with a variable value of capacitance, and by the absence of current in the current indicator connected to the connection node of the inductive winding and the comparison circuit, are judged about the working condition of the tested winding, characterized in that the secondary winding with an adjustable voltage of a three-phase transformer is connected according to the triangle circuit, and linear second conductor of the third phase of the transformer secondary winding is connected across the lamp current to the connection node inductive winding and comparison circuit.