Исследование методов диагностирования межвитковой изоляции в обмотках якорей тяговых электрических машин локомотивов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

нання для еютровки локомотивiв. Восточно-европейский журнал передовых технологий № 31 2008 р. Стор7-10

Анотацн:

На практищ часто доводиться вир1шувати завдання, в яких ставиться питання про вщшукан-т найменшого чи найб1льшого значения деяких функцш у заданш обласп змши !х аргуменпв, як1 називаються оптим1зацшними або екстремальни-ми, а також завданнями на мшмум 1 максимум.

Задач1 геометричного програмування утво-рюють важливий клас, з ними постшно доводиться мати справу як у самш математищ, так 1 в И численних додатках, у першу чергу в економщ, плануванш виробництва, техшчному проектуван-т та шш.

На практике часто приходится решать задачи, в которых ставится вопрос об отыскании наименьших или наибольших значений некото-

рых функций в заданной области изменения их аргументов, которые называются оптимизационными или экстремальными, а также задачами на минимум и максимум.

Задачи геометрического программирования образуют важный класс, с ними постоянно приходится иметь дело как в самой математике, так и в ее многочисленных приложениях, в первую очередь в экономике, планировании производства, техническом проектировании и т. д.

In practice often have to solve problems in which the question of finding the smallest or largest values of certain functions in a given area change their arguments, which are called developed optimization or extreme, as well as tasks for minimum and maximum. Geometric programming tasks form an important class, with them constantly have to deal both in mathematics and in its many applications, especially in the economy, production planning, engineering design, etc

УДК 629.42: 621.333.024.047.38

КАПИЦА М. И., д.т.н., профессор (ДНУЗТ), ЛЯШУК В. М., к.т.н., доцент (ДНУЗТ).

Исследование методов диагностирования межвитковой изоляции в обмотках якорей тяговых электрических машин локомотивов

Постановка проблемы

В настоящее время существует оборудование, позволяющее определять меж-витковое короткое замыкание в обмотках якорей электрических машин постоянного тока [1, 2, 3, 4]. Но диагностировать пре-дотказное состояния изоляции вызывает определенные трудности.

Предлагается еще один вариант проведения диагностирования, основанный на измерении диэлектрических потерь в

изоляции обмоток якоря путем подачи измерительного напряжения высокой (звуковой) частоты. На измерения в большой степени оказывает влияние влажность изоляции, поэтому необходимо перед проведением диагностирования измерить ее известными методами [5].

Анал1з публжацш_

Предварительно производится общая оценка состояния изоляции обмотки по

методике измерения уровня возвратного напряжения [6, 7, 8, 9]. Измеряется сопротивление изоляции (при сопротивлении менее 40 МОм дальнейшие измерения не проводятся). Анализ состояния изоляции проводится по углу наклона касательной к началу кривой изменения уровня возвратного напряжения к его величине.

Диагностирование производится путем подачи переменного напряжения звуковой частоты через конденсатор, емкость которого совместно с индуктивностью обмотки якоря, при определенной частоте, вызывает резонанс напряжения. Величина испытательного напряжения на два порядка меньше рабочего. При нарушении изоляции (увеличения проводимости) обмотки якоря резонанс может возникнуть на другой частоте либо вообще не наступить. Схема подключения генератора к обмотке якоря приведена на рис. 1.

Рис.1. Схема подключения генератора к

обмотке якоря

и

Существует метод, когда параллельно к обмотке электрического аппарата подключают определённую емкость и на полученный контур подают прямоугольный импульс. По осциллограмме наблюдают характер затухания собственных колебаний. Если наблюдается 5-6 периодов, значит контур высокодобротный, а добротность контура определяется в первую очередь индуктивностью. Для определения места короткого замыкания применяются индуктивные датчики. По схеме построения индуктивные датчики можно разделить на одинарные и дифференци-

альные. Одинарный индуктивный датчик содержит одну измерительную ветвь, дифференциальный - две.

Постановка задачи

Исследовать и разработать возможные методы диагностирования нарушения межвитковой изоляции якорных обмоток тяговых электродвигателей с применением индуктивных датчиков.

Основной материал исследования

В дифференциальном индуктивном датчике при изменении параметра одновременно изменяются индуктивности двух одинаковых катушек, причем изменение происходит на одну и ту же величину, но с обратным знаком.

Как известно, индуктивность катушки:

Ь =

ЖФ I

(1)

Ток связан с магнитодвижущей силой соотношением:

I =

НЬ

Ж

(2)

откуда получаем:

Ь =

Ж

(3)

Ям = НЬ / Ф где м - магнитное сопро-

тивление индуктивного датчика.

Рассмотрим систему измерения на основе одинарного индуктивного датчика (рис. 2). В основу работы положено свойство дросселя с воздушным зазором, а именно, изменять свою индуктивность при изменении величины воздушного зазора.

Рис. 2. Использование одинарного индуктивного датчика по сравнению с маг-

Я

нитным сопротивлением воздушного зазора мв .

Система измерений состоит из маг-нитопровода 1 с обмоткой 2 и якоря ТЭД 3. На обмотку 2 через сопротивление на-

грузки

подается напряжение питания

переменного тока. Ток в цепи нагрузки определяется как:

I =

гд -

и

к

Ян + Гд ) + (®£)2

(4)

активное сопротивление

зазор достаточно мал и потоками рассеяния можно пренебречь, и пренебречь маг-

Я

нитным сопротивлением железа мж Приведем конечное выражение:

ивых

и„ Ян

(Ян + Гд )2 +

Г 0,4 -10-8 то ^ 2с ^ 25

.(5)

где дросселя;

Ь - индуктивность датчика. Так как активное сопротивление цепи величина постоянная, то изменение тока 1 может происходить только за счет изменения индуктивной составляющей

ХЬ = I ■ Ян

н , которая зависит от величины

воздушного зазора 5 .

Каждому значению 5 соответствует

определенное значение 1, создающего

падение напряжения на сопротивлении н

и = I ■ Я

: вых ~ н - представляет собой выходной сигнал датчика.

Можно вывести аналитическую за-

ивЪх = / (5)

В реальных устройствах активное сопротивление цепи намного меньше индуктивного, тогда выражение сводится к виду:

ив

5 -108 инЯн _ ^ _ -" 5 » Кд5

Ц^Ж с

ивъх = / (5)

(6)

Зависимость вЪ,х 4 7 имеет линейный характер (в первом приближении) (рис. 3). Реальная характеристика имеет вид (штрих-пунктирная линия (рис. 3)).

висимость

при условии, что

Рис. 3. Характеристика датчика

Отклонение от линейности в начале объясняется принятым допущением

Кмж <<< Кмв

При малых а магнитное сопротивление железа соизмеримо с магнитным сопротивлением воздуха.

Отклонение при больших а объясняются тем, что при больших ё КЬ становится соизмеримой с величиной активного сопротивления - н ° .

В целом рассмотренный индуктивный датчик имеет ряд существенных не-

достатков:

• не меняется фаза тока при изменении направления перемещения;

• при необходимости измерять в обоих направлениях перемещение нужно устанавливать начальный воздушный зазор и, следовательно, ток 1о, что неудобно;

• ток в нагрузке зависит от амплитуды и частоты питающего напряжения;

• в процессе работы датчика на якорь действует сила притяжения к маг-нитопроводу, которая ничем не уравновешивается, и значит вносит погрешность в работу датчика.

Система измерений на основе дифференциальных индуктивных датчиков (рис. 4) представляют собой совокупность двух нереверсивных датчиков и выполняются в виде системы, состоящей из двух магнитопроводов с общим якорем и двумя катушками. Для дифференциальных индуктивных датчиков необходимы два раздельных источника питания, для чего обычно используется разделительный трансформатор 5.

Рис. 4. - Дифференциальный индуктивный датчик Дифференциально-индуктивные датчики составляются из листов электро-

технической стали с магнитопроводом Ш-образной формы (на частотах выше 1000 Гц применяются железоникелевые сплавы - пермаллой) и цилиндрические, со сплошным магнитопроводом круглого сечения.

Выбор формы датчика зависит от конструктивного сочетания его с контролируемым устройством.

Для питания дифференциально-индуктивного датчика используют трансформатор 5 с выводом средней точки на вторичной обмотке. Между ним и общим концом обеих катушек включается прибор 4. Воздушный зазор 0,2-0,5 мм.

При среднем положении якоря, когда воздушные зазоры одинаковы, индуктивные сопротивления катушек 3 и 3' одинаковые, следовательно величины токов в катушках равны 11=12 и результирующий ток в приборе равен 0.

При небольшом отклонении якоря датчика в ту или иную сторону под действием контролируемой величины Х меняются величины зазоров и индуктивностей, прибор регистрирует разностный ток

11 12, он является функцией смещения якоря, которым, в данном случае является магнитопровод электрической машины, от среднего положения (постоянная составляющая). Разность токов регистрируется с помощью магнитоэлектрического прибора 4 (микроамперметра) с выпрямительной схемой В.

Характеристика индуктивного датчика имеет вид (рис. 5).

Рис. 5. Характеристика индуктивного датчика ов Полярность выходного тока остается неизменной независимо от знака измене-

ния полного сопротивления катушек. При изменении направления отклонения якоря от среднего положения меняется на противоположную (на 180°) фаза тока на выходе датчика. При использовании фазо-чувствительных выпрямительных схем можно получить индикацию направления перемещения якоря от среднего положения. Характеристика дифференциального индуктивного датчика с фильтром верхних частот (ФВЧ) имеет вид (рис. 6).

Ц ___

-►

Рис. 6. Характеристика дифференциального индуктивного датчика с ФВЧ

Информативная способность индуктивного датчика в значительной мере определяется его погрешностью преобразования измеряемого параметра в обмотке

якоря я .

Для локализации места, где изоляция имеет существенные отклонения диагностических параметров, измерительное напряжение подают на обмотку якоря по определенному алгоритму. Информацию получают с помощью индуктивного датчика уровня электромагнитного поля, который перемещается по окружности в непосредственной близости от пазов якоря (расстояние ограничено толщиной диэлектрической прокладки между датчиком и корпусом якоря).

Чтобы уровень испытательного напряжения не оказывал влияния на проведение измерений, используется мостовая схема.

Выводы

Таким образом, для определения степени нарушения изоляции секций якорных обмоток по предложенным методам, производится неразрушающий контроль состояния изоляции, а именно, определение места предполагаемого пробоя (разрушения) изоляции. Это позволит предотвратить возможность возникновения короткого замыкания, при эксплуатации тяговых электрических машин локомотивов.

Список литературы

1. Бессуднов Е. П. Обнаружение мест дефектов изоляции обмоток электрических машин постоянного тока /Е. П. Бессуднов - М.: Энергия, 1977. -120 с.

2. Каминский М. Л. Проверка и испытание электрических машин /М. Л. Каминский - М.: Энергия, 1977. -103 с.

3. Сахновский Н. Л. Испытание и проверка электрического оборудования /Н. Л. Сахновский - М.: Энергия, 1975. - 103 с.

4. Бажанов С. А. Профилактические испытания изоляции оборудования высокого напряжения /С. А. Бажанов, В. Ф. Воскресенский - М.: Энергия, 1977. - 288 с.

5. Гончаренко Г. М. Испытательные установки и измерительные устройства в лабораториях высокого напряжения /Г. М. Гончаренко - М.: Энергия, 1966 -326 с.

6. Боднар Б. С. Дiагностування та прогнозування стану iзолящi обмоток тя-

гових електродвигушв локомотивiв /Б. С. Боднар, М. I. Капща, В. М. Ляшук //Вюн. Схщноукр. нац. ун-ту iм. В. Даля. -Луганськ, 2002. - № 6(52). - С. 21-25.

7. Ляшук В. Устройство для оценки состояния изоляции обмоток тяговых электродвигателей локомотивов

/В. Ляшук, Я. Савич, М. Капица //Зб. наук. пр. Кшв. ун-ту економши i технологш трансп. Сер.: Транспорты системи i технологи. - К.: КУЕТТ, 2003. - Вип. 1-2. - С. 72-79.

8. Капща М. I. Як вщмовитись вщ передчасного руйнування iзоляцii тягових електричних машин локомотивiв тд час проведення випробувань /М. I. Капща, В. М. Ляшук, Д. В. Бобир /Зб. наук. пр. Кшв. ун-ту економжи i технологш трансп. Сер.: Транспорты системи i технологи. -К.: КУЕТТ, 2006. - Вип. 9. - С. 69-77.

9. Капща М. I. Неруйшвш методи контролю стану iзоляцii електричних машин та високовольтних силових кабелiв /М. I. Капща, Д. В. Бобир //Зб. наук. пр. ДонГЗТ. - 2007. - Вип. 12. - С. 127-138.

Аннотации

В статье рассмотрены методы неразрушаю-щего контроля состояния межвитковой изоляции якорных обмоток тяговых электрических машин локомотивов.

В статп розглянуто методи неруйтвного контролю стану мiжвитковоï iзолящï яшрних обмоток тягових електричних машин локомотивiв.

The article describes the methods of nondestructive testing of insulation armature windings of electrical machines traction locomotives.