RU2589762C1

RU2589762C1 - Microcontroller device for diagnosis of turn insulation of electric motor winding with megohmmeter function

Info

Publication number: RU2589762C1
Application number: RU2015120508/28A
Authority: RU
Inventors: Елена Артуровна Вахтина; Александр Витальевич Вострухин; Шалико Жораевич Габриелян; Ладислав Ноздровицкий; Зузана Палкова; Лукаш Томашик
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-07-10

Abstract

FIELD: measuring equipment; electricity.

SUBSTANCE: invention relates to devices for quality control of insulation, characterised by its breakdown voltage, and can be used in apparatus for diagnosing state of insulation of asynchronous electric motor with squirrel-cage rotor. Micro controller device for diagnostics of turn insulation of electric motor winding with function of megohmmeter contains microcontroller 1 (MC 1), voltage divider 2, controlled reference voltage source 3, first switch 4, indicator 5, DC voltage source 6, diagnosed motor winding 7, second switch 8, reference inductance 9, semiconductor diode 10 and capacitor 11. Second output of DC voltage source 6 is connected to first outputs of tested electric motor winding 7 and reference inductance 9, which second outputs are connected to second output of second key 8, which can be either in the "lower" position connecting tested winding 7, or in "upper", when reference inductance 9 and semiconductor diode 10 anode are switched on, which cathode is connected to first plate of capacitor 11. First output of second switch 8 is connected to second outputs of first switch 4 and voltage divider 2. Control terminal of first switch 4 is connected to MC 1, control input of reference voltage source 3 is connected to output of pulse-width modulator MC 1, output of reference voltage source 3 is connected to first input of analogue comparator of MC 1, second input of analogue comparator of MC 1 is connected to middle output of voltage divider 2, which first extreme lead is connected to first outputs of first switch 4 and DC voltage source 6, as well as to second plate of capacitor 11. Indicator 5 is connected to output of MC 1 appropriate port. Measured insulation resistance is connected to capacitor 11 plates.

EFFECT: broader functional capabilities of device for diagnostics of turn insulation of electric motor winding due to insulation resistance measurement, id est implementation of megohmmeter functions.

1 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано для построения средств диагностики всех видов изоляции электродвигателя: межвитковой, межобмоточной, между обмоткой и корпусом, а также измерения сопротивления изоляции.The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for monitoring the quality of insulation, characterized by its breakdown voltage, and can be used to build diagnostic tools for all types of insulation of the electric motor: inter-turn, inter-winding, between the winding and the housing, as well as measuring insulation resistance.

Уровень техникиState of the art

В результате старения изоляции обмотки асинхронного двигателя снижается ее пробивное напряжение и сопротивление, что в свою очередь ведет к внезапному отказу двигателя. Для своевременного предупреждения повреждения изоляции необходима ее диагностика, т.е. контроль качества (состояния) межвитковой изоляции.As a result of aging of the insulation of the winding of an induction motor, its breakdown voltage and resistance are reduced, which in turn leads to a sudden failure of the motor. To timely prevent damage to the insulation, its diagnosis is necessary, i.e. quality control (condition) of interturn isolation.

Известно устройство для измерения емкости и диэлектрических потерь конденсаторного датчика, содержащее микроконтроллер (МК), индикатор, два генератора, времязадающие RC-цепи генераторов. В качестве одного емкостного элемента применен конденсаторный датчик, между обкладками которого находится изоляционный материал. МК в определенной последовательности с помощью управляемых ключей подключает известные по сопротивлению резисторы времязадающих RC-цепей, измеряет постоянную времени RC-цепей и рассчитывает сопротивление изоляционного материала, значение которого выводит на индикатор (см. пат. РФ №2258232, кл. G01R 27/26).A device is known for measuring the capacitance and dielectric loss of a capacitor sensor, comprising a microcontroller (MK), an indicator, two generators, timing RC circuits of the generators. A capacitor sensor is used as one capacitive element, between the plates of which there is an insulating material. MK in a certain sequence with the help of controlled keys connects the known resistors of timing RC circuits, measures the time constant of RC circuits and calculates the resistance of the insulation material, the value of which is displayed on the indicator (see Pat. RF No. 2252532, class G01R 27/26 )

Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности: устройство не позволяет контролировать состояние межвитковой изоляции индуктивностей.A disadvantage of the known solution is limited functionality: the device does not allow to control the state of interturn isolation of inductances.

Известно микроконтроллерное устройство для диагностики изоляции обмотки асинхронного двигателя, содержащее источник постоянного напряжения, МК, индикатор, ключ, управляемый источник опорного напряжения, делитель напряжения и обмотку электродвигателя, причем индикатор подключен к МК, вывод управления ключом подключен к МК, первый вывод ключа подключен к первой клемме источника постоянного напряжения, вторая клемма источника постоянного напряжения подключена к первому выводу обмотки электродвигателя, второй вывод которой подключен ко второму выводу ключа, вход управления управляемого источника опорного напряжения подключен к широтно-импульсному модулятору (ШИМ) МК, крайние выводы делителя напряжения подключены к выводам ключа, средний вывод делителя напряжения подключен к первому входу аналогового компаратора МК, ко второму входу которого подключен выход управляемого источника опорного напряжения (см. пат. РФ №2428707, кл. G01R 27/26).A microcontroller device for diagnosing insulation of the winding of an induction motor is known, which contains a constant voltage source, MK, indicator, key, a controlled reference voltage source, voltage divider and motor winding, the indicator connected to MK, the key control terminal connected to MK, the first terminal of the key connected to the first terminal of the DC voltage source, the second terminal of the DC voltage source is connected to the first terminal of the motor winding, the second terminal of which is connected to about the second key output, the control input of the controlled reference voltage source is connected to the pulse width modulator (PWM) MK, the extreme ends of the voltage divider are connected to the key terminals, the middle output of the voltage divider is connected to the first input of the MK analog comparator, to the second input of which the controlled output reference voltage source (see US Pat. RF No. 2428707, class G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность измерения - устройство не имеет образцовой (эталонной) индуктивности для проведения его поверки.A disadvantage of the known solution is the low accuracy of the measurement - the device does not have an exemplary (reference) inductance for conducting its verification.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя, содержащее источник постоянного напряжения, микроконтроллер, индикатор, первый управляемый ключ, второй ключ, делитель напряжения, управляемый источник опорного напряжения, диагностируемую обмотку электродвигателя и образцовую индуктивность, причем индикатор подключен к микроконтроллеру, вывод управления первым управляемым ключом подключен к микроконтроллеру, первый вывод этого же ключа подключен к первой клемме источника постоянного напряжения, вторая клемма источника постоянного напряжения подключена к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя и образцовой индуктивности, вход управления управляемого источника опорного напряжения подключен к выходу микроконтроллера, крайние выводы делителя напряжения подключены к выводам первого управляемого ключа и первому выводу второго ключа, второй вывод которого имеет два положения - «верхнее» и «нижнее» для подключения вторых выводов диагностируемой обмотки электродвигателя и образцовой индуктивности, средний вывод делителя напряжения подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, к первому входу которого подключен выход управляемого источника опорного напряжения (см. пат. РФ №2546827, кл. G01R 27/26).The closest in technical essence to the claimed technical solution and adopted by the authors for the prototype is a microcontroller device for diagnosing inter-turn insulation of an electric motor winding, containing a constant voltage source, a microcontroller, an indicator, a first controlled key, a second key, a voltage divider, a controlled reference voltage source, a diagnosed electric motor winding and an exemplary inductance, the indicator being connected to the microcontroller, the control terminal being the first controlled to is connected to the microcontroller, the first output of the same key is connected to the first terminal of the DC voltage source, the second terminal of the DC voltage source is connected to the first terminals of the diagnosed motor winding and the model inductance, the control input of the controlled reference voltage source is connected to the output of the microcontroller, the extreme terminals of the voltage divider are connected to the terminals of the first managed key and the first terminal of the second key, the second terminal of which has two positions - “top” and lower "for connecting second terminals diagnosed motor winding inductance and exemplary, average output voltage divider is connected to the second input of the microcontroller analog comparator, to the first input of which is connected the output steered reference voltage source (see. US Pat. RF №2546827, class G01R 27/26).

Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности: устройство не позволяет измерять сопротивление изоляции между обмотками и между обмоткой и корпусом.A disadvantage of the known solution is limited functionality: the device does not allow measuring the insulation resistance between the windings and between the winding and the casing.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей устройства диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя за счет организации измерения сопротивления изоляции, т.е. реализации функций мегомметра.The technical result that can be achieved using the present invention is to expand the functionality of the diagnostic device interturn insulation of the motor winding by organizing the measurement of insulation resistance, i.e. implementation of the megohmmeter functions.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра, содержащее источник постоянного напряжения, микроконтроллер, индикатор, первый ключ, второй ключ, диагностируемую обмотку электродвигателя, образцовую индуктивность, управляемый источник опорного напряжения и делитель напряжения, причем индикатор подключен к микроконтроллеру, вывод управления первого ключа подключен к микроконтроллеру, первый вывод первого ключа подключен к первой клемме источника постоянного напряжения, вторая клемма источника постоянного напряжения подключена к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя и образцовой индуктивности, вход управления управляемого источника опорного напряжения подключен к выходу микроконтроллера, крайние выводы делителя напряжения подключены к выводам первого ключа, средний вывод делителя напряжения подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, к первому входу которого подключен выход управляемого источника опорного напряжения, второй вывод первого ключа подключен к первому выводу второго ключа, второй вывод второго ключа подключен ко второму выводу диагностируемой обмотки электродвигателя, третий вывод второго ключа подключен ко второму выводу образцовой индуктивности, введены полупроводниковый диод и конденсатор, причем ко второму выводу образцовой индуктивности подключен анод полупроводникового диода, катод которого подключен к первой обкладке конденсатора, вторая обкладка которого подключена ко второй клемме источника постоянного напряжения.The technical result is achieved by the fact that in a microcontroller diagnostic device for inter-turn insulation of an electric motor winding with a megohmmeter function, comprising a constant voltage source, a microcontroller, an indicator, a first key, a second key, a diagnosed electric motor winding, an exemplary inductance, a controlled reference voltage source and a voltage divider, the indicator connected to the microcontroller, the control output of the first key is connected to the microcontroller, the first output of the first key is connected to the first terminal of the DC voltage source, the second terminal of the DC voltage source is connected to the first terminals of the diagnosed motor winding and the model inductance, the control input of the controlled reference voltage source is connected to the output of the microcontroller, the extreme terminals of the voltage divider are connected to the terminals of the first key, the middle terminal of the voltage divider is connected to the second the input of the analog comparator of the microcontroller, to the first input of which the output of the controlled source is connected about voltage, the second output of the first key is connected to the first output of the second key, the second output of the second key is connected to the second output of the diagnosed motor winding, the third output of the second key is connected to the second output of the model inductance, a semiconductor diode and capacitor are introduced, and connected to the second output of the model inductance the anode of a semiconductor diode, the cathode of which is connected to the first capacitor plate, the second plate of which is connected to the second terminal of the constant voltage source zheniya.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного устройства диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра.The drawing shows a structural diagram of a microcontroller device for diagnosing inter-turn insulation of an electric motor winding with a megohmmeter function.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра содержит МК 1, делитель напряжения 2, управляемый источник опорного напряжения 3, первый ключ 4, индикатор 5, источник постоянного напряжения 6, диагностируемую обмотку электродвигателя 7, второй ключ 8, образцовую индуктивность 9, полупроводниковый диод 10 и конденсатор 11.A microcontroller device for diagnosing interturn insulation of an electric motor winding with a megohmmeter function contains MK 1, a voltage divider 2, a controlled voltage reference 3, a first key 4, an indicator 5, a constant voltage source 6, a diagnosed electric motor winding 7, a second key 8, an exemplary inductance 9, a semiconductor diode 10 and capacitor 11.

Второй вывод источника постоянного напряжения 6 подключен к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя 7 и образцовой индуктивности 9, вторые выводы которых соединяются со вторым выводом второго ключа 8, который может находиться либо в «нижнем» положении - подключается диагностируемая обмотка 7, либо в «верхнем» - включаются образцовая индуктивность 9 и анод полупроводникового диода 10, катод которого соединен с первой обкладкой конденсатора 11. Первый вывод второго ключа 8 подключен ко вторым выводам первого ключа 4 и делителя напряжения 2. Вывод управления первого ключа 4 подключен к МК 1, вход управления источника опорного напряжения 3 подключен в выходу широтно-импульсного модулятора (не показан) МК 1, выход источника опорного напряжения 3 подключен к первому входу аналогового компаратора (не показан) МК 1, ко второму входу аналогового компаратора МК 1 подключен средний вывод делителя напряжения 2, первый крайний вывод которого соединен с первыми выводами первого ключа 4 и источника постоянного напряжения 6, а также со второй обкладкой конденсатора 11. Индикатор 5 подключен к выходу соответствующего порта МК 1.The second terminal of the DC voltage source 6 is connected to the first terminals of the diagnosed winding of the electric motor 7 and the model inductance 9, the second terminals of which are connected to the second terminal of the second switch 8, which can either be in the "lower" position - the diagnosed winding 7 is connected, or in the "upper" - turn on the model inductance 9 and the anode of the semiconductor diode 10, the cathode of which is connected to the first plate of the capacitor 11. The first output of the second key 8 is connected to the second terminals of the first key 4 and the divider voltage 2. The control output of the first switch 4 is connected to MK 1, the control input of the reference voltage source 3 is connected to the output of the pulse-width modulator (not shown) MK 1, the output of the reference voltage 3 is connected to the first input of the analog comparator (not shown) MK 1 , to the second input of the analog comparator MK 1 is connected the middle terminal of the voltage divider 2, the first extreme terminal of which is connected to the first terminals of the first switch 4 and the constant voltage source 6, as well as with the second lining of the capacitor 11. Indicator 5 p dklyuchen to the output of the corresponding port of the MC 1.

Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя с функцией мегомметра работает следующим образом.A microcontroller device for diagnosing interturn insulation of an electric motor winding with a megohmmeter function works as follows.

МК 1 устанавливает с помощью внутреннего широтно-импульсного модулятора (не показан) на выходе управляемого источника опорного напряжения 3 заданный уровень опорного напряжения и замыкает ключ 4. Ключ 8 находится в «верхнем» положении, т.е. включена образцовая индуктивность 9. По цепи: второй вывод источника постоянного напряжения 6, индуктивность 9, ключ 4, первый вывод источника постоянного напряжения 6 протекает нарастающий ток. В определенный момент МК 1 размыкает ключ 4, на выводах индуктивности 9 возникает ЭДС самоиндукции, которая приложена к делителю напряжения 2. Если напряжение на выходе делителя превысит опорное, то аналоговый компаратор МК 1 поменяет на выходе логический уровень, по этому сигналу МК 1 оценивает значение амплитуды ЭДС самоиндукции. В образцовой индуктивности отсутствуют дефекты в межвитковой изоляции, и значение ЭДС самоиндукции будет максимальным. Это значение запоминается МК.MK 1 sets using the internal pulse-width modulator (not shown) at the output of the controlled reference voltage source 3 a predetermined reference voltage level and closes the key 4. The key 8 is in the "upper" position, i.e. an exemplary inductance 9 is switched on. On the circuit: the second output of the constant voltage source 6, inductance 9, switch 4, the first output of the constant voltage source 6, an increasing current flows. At a certain moment MK 1 opens the key 4, self-induction EMF appears on the inductance 9, which is applied to the voltage divider 2. If the voltage at the output of the divider exceeds the reference voltage, then the analog comparator MK 1 will change the logic level at the output, according to this signal, MK 1 estimates the value EMF amplitudes of self-induction. In the model inductance, there are no defects in the interturn isolation, and the value of the self-induction EMF will be maximum. This value is remembered by MK.

Далее ключ 8 переводится в «нижнее» положение, т.е. подключена диагностируемая обмотка электродвигателя. По цепи: второй вывод источника постоянного напряжения 6, обмотка электродвигателя 7, ключ 4, первый вывод источника постоянного напряжения 6 протекает нарастающий ток. В определенный момент МК 1 размыкает ключ 4, на выводах индуктивности 7 возникает ЭДС самоиндукции, которая приложена к делителю напряжения 2. Если межвитковая изоляция содержит дефекты, снижающие значение пробивного напряжения, а также обладает малым сопротивлением, то часть энергии, запасенной в индуктивности после размыкания ключа 4, рассеется в виде тепла на сопротивлениях межвитковой изоляции. В этом случае ЭДС самоиндукции будет ниже значения, установленного с помощью образцовой индуктивности, и аналоговый компаратор не поменяет логический уровень на выходе.Next, the key 8 is translated into the "lower" position, i.e. the diagnosed motor winding is connected. According to the circuit: the second output of the constant voltage source 6, the winding of the electric motor 7, switch 4, the first output of the constant voltage source 6 flows increasing current. At a certain moment MK 1 opens the key 4, self-induction EMF appears on the inductance 7 terminals, which is applied to voltage divider 2. If the inter-turn insulation contains defects that reduce the breakdown voltage and also has low resistance, then part of the energy stored in the inductance after opening key 4, will be dissipated in the form of heat on the interturn insulation resistances. In this case, the self-induction EMF will be lower than the value set using the model inductance, and the analog comparator will not change the logic level at the output.

Затем МК 1 переходит к следующему циклу измерения амплитуды ЭДС самоиндукции. МК 1 снижает напряжение на выходе управляемого источника опорного напряжения 3 и вновь замыкает ключ 4, цикл повторяется до тех пор, пока МК 1 не определит значение амплитуды ЭДС самоиндукции, которое выводит на цифровой индикатор 6. По значению амплитуды ЭДС самоиндукции производится оценка состояния изоляции.Then MK 1 proceeds to the next cycle of measuring the amplitude of the self-induction EMF. MK 1 reduces the voltage at the output of a controlled reference voltage source 3 and closes the key 4 again, the cycle is repeated until MK 1 determines the value of the amplitude of the EMF of self-induction, which is displayed on digital indicator 6. The value of the amplitude of the EMF of self-induction evaluates the insulation state.

Реализация функции мегомметра осуществляется следующим образом.The implementation of the megohmmeter function is as follows.

Измеряемое сопротивление изоляции подключается к обкладкам конденсатора 11 (на чертеже измеряемое сопротивление не показано). Ключ 8 находится в «верхнем» положении, т.е. включена образцовая индуктивность 9. МК 1 периодически замыкает/размыкает ключ 4, на выводах индуктивности 9 возникают импульсы ЭДС самоиндукции, которая приложена к делителю напряжения 2, а также к аноду полупроводникового диода 10 и ко второй обкладке конденсатора 11. Конденсатор 11 заряжается под действием положительных импульсов ЭДС самоиндукции до определенного значения. Если контролируемое сопротивление изоляции, к которой приложено напряжение конденсатора 11, имеет высокое значение, то напряжение конденсатора 11 будет равно максимальному значению амплитуды импульсов ЭДС самоиндукции. Это значение напряжения МК1 фиксирует, используя ранее описанный алгоритм измерения ЭДС самоиндукции. Если контролируемое сопротивление изоляции, к которой приложено напряжение конденсатора 11, имеет низкое значение, то напряжение конденсатора также будет иметь низкое значение. Таким образом, напряжение на конденсаторе, приложенное к контролируемой изоляции, будет определяться значением сопротивления контролируемой изоляции. Так как МК 1 измеряет напряжение на конденсаторе 11, то по определенному алгоритму МК 1 определяет значение сопротивления контролируемой изоляции, таким образом, реализуется функция мегомметра.The measured insulation resistance is connected to the plates of the capacitor 11 (the measured resistance is not shown in the drawing). Key 8 is in the “upper” position, i.e. the model inductance 9 is turned on. MK 1 periodically closes / opens the key 4, self-induction EMF pulses appear on the terminals of the inductance 9, which is applied to the voltage divider 2, as well as to the anode of the semiconductor diode 10 and to the second lining of the capacitor 11. The capacitor 11 is charged under the action of positive EMF pulses of self-induction up to a certain value. If the controlled insulation resistance to which the voltage of the capacitor 11 is applied is high, then the voltage of the capacitor 11 will be equal to the maximum value of the amplitude of the self-induction EMF pulses. This voltage value MK1 fixes using the previously described algorithm for measuring the emf of self-induction. If the controlled insulation resistance to which the voltage of the capacitor 11 is applied is low, the capacitor voltage will also be low. Thus, the voltage across the capacitor applied to the controlled insulation will be determined by the resistance value of the controlled insulation. Since MK 1 measures the voltage across the capacitor 11, according to a certain algorithm MK 1 determines the value of the resistance of the controlled insulation, thus, the function of the megohmmeter is realized.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество - расширены функциональные возможности устройства диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя за счет организации измерения сопротивления изоляции, т.е. реализации функций мегомметра.The invention compared with the prototype and other known solutions has the advantage of expanding the functionality of the diagnostic device inter-turn insulation of the motor winding by organizing the measurement of insulation resistance, i.e. implementation of the megohmmeter functions.

Claims

A microcontroller device for diagnosing interturn insulation of an electric motor winding with a megohmmeter function, comprising a constant voltage source, a microcontroller, an indicator, a first key, a second key, a diagnosed electric motor winding, an exemplary inductance, a controlled reference voltage source and a voltage divider, the indicator being connected to the microcontroller, the control terminal of the first the key is connected to the microcontroller, the first output of the first key is connected to the first terminal of the constant voltage source I, the second terminal of the DC voltage source is connected to the first terminals of the diagnosed motor winding and the model inductance, the control input of the controlled reference voltage source is connected to the output of the microcontroller, the extreme terminals of the voltage divider are connected to the terminals of the first key, the middle terminal of the voltage divider is connected to the second input of the analog comparator of the microcontroller , to the first input of which the output of a controlled reference voltage source is connected, the second output of the first key under It is connected to the first output of the second key, the second output of the second key is connected to the second output of the diagnosed motor winding, the third output of the second key is connected to the second output of the model inductance, characterized in that a semiconductor diode and capacitor are introduced into it, and the anode is connected to the second output of the model inductance a semiconductor diode, the cathode of which is connected to the first capacitor plate, the second plate of which is connected to the second terminal of the DC voltage source.