Способ контроля качества пропитки обмоток электротехнических изделий и устройство для его осуществления

Способ контроля качества пропитки обмоток электротехнических изделий и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле технологических процессов пропитки обмоток электрических машин. Цель изобретения - повь1шение достоверности результатов контроля -достигается тем, что разогрев пропитанных обмоток производят на нескольких промежутках времени с одновременным увеличением количества точек контроля превышения температуры над температурой окружающей среды, после чего производят расчет локальных коэффициентов пропитки. Реализация изобретения позволит повысить точность отбраковки 3- фектных обмоток на ранних этапах их и' отовления. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.слс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 R 31/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4765393/21 (22) 01.12.89 (46) 15.02.92, Бюл, М 6 (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Г.В. Смирнов, Г.Г. Зиновьев, А.Ю. Гладырев и В.В. Носов (53) 621.317(088.8) (56) Барембо К.Н. и др. Сушка, пропитка и компаундирование обмоток электрических машин. М.: Энергия, 1967, с. 105.

Авторское свидетельство СССР

1Ф 1270730, кл, G 01 R 31/06, 1985. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПРОПИТКИ ОБМОТОК ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле технологических процессов пропитки обмоток электрических машин.

Известен способ определения массы изоляционного вещества в пропитанных обмотках электротехнических изделий, заключающийся so взвешивании статора с обмоткой до и после пропитки у высушенных обмоток. Массу изоляционного вещества в пропитанных обмотках определяют по разности весов.

Недостатками способа являются высокая трудоемкость, обусловленная необходимостью двойного измерения веса статора с обмоткой до и после-пропитки, низкая точность определения массы изоляционного

„, ЫЛ„„1712904 А1 (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле технологических процессов про. питки обмоток электрических машин. Цель изобретения — повышение достоверности результатов контроля — достигается тем, что разогрев пропитанных обмоток производят на нескольких промежутках времени с одновременным увеличением количества точек контроля превышения температуры над температурой окружающей среды, после чего производят расчет локальных коэффициентов пропитки. Реализация изобрете я позволит повысить точность отбраковки зфектных обмоток на ранних этапах их и": отовления. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил. вещества в пропитанных обмотках, так как вес его много меньше веса всего статора с обмоткой и измерить его с высокой точностью на фоне веса всего изделия затруднительно. Кроме того, изоляционное вещество в процессе пропитки помимо обмотки оседает и на элементах конструкции, что также снижаетточность контроля. Невозможность определения распределенности пропиточного состава по обмотке снижает достоверность и информативность контроля.

Известен также способ определения массы изоляционного вещества в пропитанных обмотках электротехнических изделий, при помощи которого появляется возможность точно определить массу изоляционного вещества в обмотках и тем самым

1712904

10 р0 ь улл (фр и 1

U ln с„, 15

55 осуществлять контроль качества пропитки.

Способ заключается в том, что через пропитанную обмотку пропускают постоянный стабилизированный ток и одновременно измеряют падение напряжения на пропитанной обмотке. Затем повторно производят измерение падения напряжения на пропитанной обмотке через заданный промежуток времени, По результатам измерений массу изоляционного вещества в пропитанной обмотке определяют из выражения где t — заданный промежуток времени;

Суд — удельная теплоемкость пропиточного изоляционного вещества;

Седл — удельная-теплоемкость материала провода;

pro — удельное сопротивление материала провода обмотки при температуре 20 С;

d — плотность материала провода обмотки;

a — температурный коэффициент сопротивления провода обмотки;

4p — длина провода обмотки;

4 — постоянный стабилизированный ток;

U>n — первоначальное падение напряжения на обмотке;

Uz< — падение напряжения на обмотке через заданный промежуток времени t.

Недостатком указанного способа является то, что с помощью его невозможно определить распределенность пропиточного состава по обмотке, что снижает информативность и достоверность контроля качества пропитки.

Известны весы, которые можно использовать для измерения массы изоляционного вещества в пропитанной обмотке.

Недостатками весов являются высокая погрешность и невозможность определения распределенности изоляционного вещества по обмотке, что снижает достоверность и информативность контроля.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения массы изоляционного вещества в пропитанных обмотках электротехнических изделий, по которому можно осуществлять контроль качества пропитки обмоток.

Устройство состоит из стабилизатора тока, синхронизатора, блока компенсации, источника постоянного напряжения и блока регистрации.

При этом выход источника постоянного напряжения соединен с входом стабилизатора тока и выходом синхронизатора. Первый выход синхронизатора соединен с запускающим входом стабилизатора тока.

Выход стабилизатора тока соединен с первым зажимом для подключения объекта измерения и выходом блока компенсации.

Выход блока компенсации соединен с входом блока регистрации, запускающий вход которого соединен с вторым входом синхронизатора. Второй зажим для подключения объекта измерения соединен с общей шиной, при этом синхронизатор содержит генератор эталонных импульсов, выход которого через ключевой элемент соединен со счетным входом счетчика, Каждый из выходов счетчика соединен с соответствующим входом дешифратора, каждый из выходов которого соединен с соответствующим неподвижным контактом многопозиционного однополюсного переключателя.

Подвижный контакт однополюсного переключателя соединен с первым входом формирователя непосредственно и через соответствующий конденсатор — с входом сброса счетчика, через соответствующий конденсатор — с R-входами первого и второго RS-триггеров, S-вход первого RS-триггера через соответствующий резистор соединен с общей шиной и через однополюсный выключатель — с зажимом, являющимся входом синхронизатора. Выход первого RS-триггера является первым выходом синхронизатора и соединен через соответствующую CR-цепь с управляющим входом генератора расширенных импульсов, выход которого через соответствующую

CR-цепь соединен с S-входом второго RSтриггера, выход которого соединен с вторым входом формирователя и с управляющим входом ключевого элемента, R-входы счетчика, первого и второго RSтриггеров соединены соответственно через соответствующий резистор с общей шиной.

Выход формирователя является вторым выходом синхронизатора.

Недостатком известного устройства является невозможность определения распределенности изоляционного пропиточного состава по обмотке, что снижает достоверность и информативность контроля качества пропитки.

Целью изобретения является повышение информативности и достоверности контроля качества пропитки путем определения распределенности изоляционного пропиточного состава по обмотке.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля качества пропитки обмоток электротехнических иэделий, заключающемся в разогреве пропитанных

1712904

il = Л /Л, К<эР.i- ИСКОМЫЙ ЛОКаЛЬНЫй КОэффИЦИЕНт пропитки в I-й контролируемой точке обмотки;

5 К11=В - Mt;

Мг1= В К;

Na> = M>;

<ч41 = R4;

20

"»=(F ç D)(R R ) Pç М "(P >D)M<

< Рэ< (F p +Э Py+() (й2< <3} С 2 <ч< Р3 >

25 р(4> (P +D)(R2+ R )C2RR>+P>CR Rz<-R )x (F Р, a} (Р Р,.ОР, )(Р,+R,)c, a P» 4 R+ 2< мэ э мэм ко

+ Ф

9эД 5э Ък(< 5э

3 1< 5э а

° с=в аа<<< а((((гк Ра к «<Эк Х "Р + N4<<

40 где U>p< падение напряжения на обмотке в момент начала ее разогрева;

a — температурный коэффициент сопротивления материала провода;

T«x — исходная температура обмотки в 45 момент начала разогрева;

< э — постоянный стабилизированный ток;

R = RogM а4И L«)- электрическое сопротивление элементарного участка прово- 50 да обмотки;

RosM — электрическое сопротивление провода обмотки;

N — число пазов магнитного сердечника;

Le — длина полувитка обмотки; 55 а — ширина элементарного участка, определяемая толщиной пластины магнитного сердечника; обмоток путем пропускания через них стабилизированного постоянного тока в течение заданного промежутка времени t>, одновременном измерении падения напряжения на контролируемой обмотке в начале разогрева и по истечении заданного промежутка времени t< ее разогрева и определении.массы изоляционного вещества по результатам измерений, продолжая разогревать контролируемую обмотку по истечении заданного промежутка времени tt контролируют превышение температуры над окружающей средой и равноудаленных друг от друга и находящихся на одинаковом расстоянии от кромки паза точках, расположенных на зубце магнитного сердечника, и при достижении контролируемым превышением температуры эталонной величины Тф регистрируют моменты времени t>, t2, ... t<, в которые превышения температуры дости-, гают значения в соответствующих контролируемых точках, причем в каждый из моментов времени t>, tz, „., tn регистрируют падение напряжения на обмотке Uo и по результатам измерений рассчитывают значение локального коэффициента пропитки в каждой из контрольных точек из выражения а (0о(а(() J«

-ТФ=), Rэ

U«< oC

М, h""""Р + R4

Ф

М2(Мэ <("р +М4 << " + MG) M g,< ср, Ъ.

М q>< "P. М q«"P

В "а + <о, + « <2=(A Рг < В)-<.(кг+(<э) С2К2М<+ М< ) i «2гм(А Рг+ 6) )(Яг+К ДКСг К +И);

"эг=(Р Рг+D)

Р2 (Р Pz+D Р +()(а г R ) c2 M< Р

N42 =(FP,+D}(Rz+ к,) С2Рг R+ R2 (Ri 2+(э) х (РР2 Э) (Р Pztppz+(}(Rg< R С R Ч

"<эм(А., s) ((Rz R )cz М, Р М,); р(22 (A Р,< Ь)((Я2+К,)К С, Р, <- );

М2=-(Я Рэ) ° С2, 2

Мэ- 6 С2 (Rz+ Ry) M, - А ™< >

M4=26(:2(R24R2)R М, ZARM<-АМ<(Rz+R3)7

Мэ™ В Сгк (RziR2)-AR -АК(<<2+ кэ) М2- С2 M<(R2+ R>);

М7 R 2Ф2 3) а м, (п(<ааааа м ;ам ;(аа <ä(с,.м,1< (<ь э

Mq =(R+ Rgt Йэф(4+ @С2 М,-F.Ì,-(К,+ Й,) . .с,м, (э(а, аа(саа.м,.ааа,.М, 2 «5э

-D(R2 Rü)C2 R, М<-(кг Rç} C2 2R V); а о (к+Кг+Кэ)Р((4+ э) С, К М;2Г 4М + (2 з)С2 «4 W< (к2<Рэ) Cz RM 1.(Ф

g ((4< Э) С2К4-FR„ (R2< Ö Сг К j;

1712904 м„.(IVER а1(аф, Цс,и,-и,-(в,,(с, R)>

p=o;

-I) 33 - 4 .

Ра= 2F

-g ..Я"--

Р =:> з=

4м ки ц1

+ + i(g 5> «u oç (ст >

+ кп .ep (- Р ег, 5

Ь где дэм- толщина эмалевой изоляции провода;

Аэм- теплопроводность эмали; д„„-.толщина корпусной изоляции;

Яки — теплопроводность корпусной из6ляции; д; — расстояние от кромки паза до- i-й точки; д — эквивалентный воздушный промежуток;

Яс — теплопроводность пропиточного состава; .

А — теплопроводность воздуха;

Кпр.ср = m/(pc Vo) инт8гральный коэффициент пропитки обмотки;

pc — плотность изоляционного вещества;

Vo — объем воздушных полостей в обмотке;

Sý = П а — площадь элементарного участка;

П вЂ” периметр паза, А

7

А = В1(йг + Вз)Сг;

В = R1+ R2+ RS;

D = (R1 + R2 + ВЗ) C1 + (R2 + RS) C2, F = k1(R2+ Вз) С1 С2 — коэффициенты, определяемые из тепловой схемы для интегрального коэффициента пропитки обмотки

Knp.cp. при подаче на вход схемы стабилизированной мощности Ро>

R г = дстф ст SP тепловое сопротивление элементарного участка стали магнитного сердечника от i-й точки до поверхности (спинки) магнитного сердечника; дст = — (Dí D„) "и- д1 — раССтсяНИЕ

2 от. i-й точки до поверхности магнитного сердечника; .

D8H — внутренний диаметр магнитного сердечника;

Ьп —. высота паза;

äi — расстояние от кромки паза до i-й точки;

4 — теплопроводность стали;

Кз = 1/ф . S+ тепловое сопротивление потерь с поверхности элементарного участка магнитного сердечника в окружающую среду;

Р- коэффициент теплоотдачи; л DH ° а

$1 = „. — площадь поверхности охлаждения элементарного участка магнитного сердечника;, DH — внешний диаметр магнитного сердечника;

Суд.ст — удельная теплоемкость стали; р,т — плотность стали, Vст — объем элементарного участка магнитного сердечника от i-й точки до поверхности магнитного сердечника, C1= См+ Сзм+ Ски+ Ci+ Суд.с Кпр.cp Voi теплоемкость элементарногоучастка обмотки до i-й точки для интегрального коэффициента пропитки;

См — теплоемкость провода обмотки, заключенного в элементарном участке;

Сэм — теплоемкость эмали провода элементарного участка;

Сии — теплоемкость корпусной изоляции элементарного участка обмотки;

С(— теплоемкость стали элементарного участка магнитного сердечника от кромки паза до тчки i;

Суд.c — удельная теплоемкость изоляционного вещества;

Voi — объем .воздушных полостей элементарного участка обмотки;

С2 = Суд.ст /Эс(Чст — удЕЛЬНая ТЕПЛОемкость стали магнитного сердечника;

/ос — плотность стали;

V T — объем элементарного участка магнитного сердечника от i-й точки до поверхности магнитного сердечника;

А1 = К1!(Вг + R3)C2 . и В1 = В11 + Вг + ВЗ коэффициенты, определяемые из тепловой схемы для коэффициента пропитки i-го элементарного участка, t — время.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля качества пропитки обмоток электротехнических изделий, содержащее источник постоянного напряжения, выход которого соединен с входом стабилизатора тока и выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с запускающим входом стабилизатора тока, выход которого соединен с первым зажимом для подключения объекта измерения и входом блока регистрации, запускающий вход которого соЕдинен с вторым выходом

1712904

10 синхронизатора, второй зажим для подкл ючения объекта измерения соединен с общей шиной, дополнительно введены датчики температуры, пороговые устройства, схема совпадения и вычислительный блок, причем датчики температуры соединены с входами пороговых устройств, выходы пороговых устройств соединены с входами формирователя импульсов, с входами схемы совпадения и информационной шиной вычислительного блока. Выход схемы совпадения соединен с входом синхронизатора. Один выход блока регистрации соединен с информационной шиной вычислительного блока. Другой выход блока регистрации соединен с входом записи вычислительного блока. Один из выходов синхронизатора соединен с информационной шиной вычислительного блока. В качестве датчиков температуры используют диоды, а каждое пороговое устройство содержит компаратор и термокомпенсирущий диод, причем каждый датчик температуры соединен с одним входом компаратора, а термокомпенсирующий диод— с вторым входом компаратора, Синхронизатор содержит генератор эталонных импульсов, выход которого через ключевой элемент соединен со счетным входом счетчика, каждый из выходов которого соединен с соответствующим входом дешифратора, каждый из выходов которого соединен с соответствующим неподвижным контактом многопозиционного однополюсного переключателя, подвижный контакт ко торого соединен с первым входом формирователя. S-вход первого RS-триггера через соответствующий резистор соединен с общей шиной и через однополюсный переключатель с зажимом, являющимся входом синхронизатора. Выход первого RSтриггера является первым выходом синхронизатора и соединен через соответствующую RC-цепь с управляющим входом генератора расширенных импульсов, выход которого через соответствующую RC-цепь соединен с $-входом второго

RS-триггера, выход которого соединен с вторым входом формирователя и управляющим входом ключевого элемента. Выход формирователя является вторым выходом синхронизатора.

Ф

В синхронизатор дополнительно введен счетчик времени, причем вход счетчика времени подключен к выходу ключевого элемента, а R-выходы счетчика и RS триггеров через RC-цепи соединены с выходом схемы совпадения. Выходы счетчика времени подключены к информационной шине вычислительного блока, 50 соединен с входом стабилизатора 3 тока.

Первый выход синхронизатора 2 соединен с запускающим входом стабилизатора 3 тока, выход которого соединен с первым зажимом для подключения объекта измерения 1 и входом регистрирующего устройства 4.

Запускающий вход регистрирующего устройства 4 соединен с входом формирователя 26 импульсов. Второй зажим для подключения объекта измерения L соединен с общей шиной, Датчики температуры

221, ...,22л соединены с входами пороговых

Известен способ определения поперечной теплопроводности обмоток, в котором измеряют температуру в и точках с по- мощью температурных датчиков, которые

5. размещают по линии, расположенной по наружной стороне металлическсй трубки. Этот способ измерения служит для точного определения средней температуры поверхности трубки, по величине которой определяется

10 эквивалентная поперечная теплопроводность пучка проводов, нагреваемых током, Измерение температуры в и равноудаленных точках на зубцах магнитного сердечника производится для того, чтобы

15 измеритьлокальные коэффициенты пропитки, по которым появляется возможность огределить распределенность изоляционна, пропиточного состава вдоль пазовой част:. обмотки, что позволяет повысить информ; .

20 тивность и достоверность контроля качест ва пропитки.

На фиг, 1 приведен участок контролируемой пазовой обмотки; на фиг. 2 — тепловая картина зубца макета статора, снятая с ис25 пользованием тепловизора TB-03, обмотка которого неравномерно пропитана компаундом КП-34 (усреднен н ый коэффи циент пропитки обмотки макета в данном случае составлял Knp.cp, = 0,46); на фиг. 3 — тепловая

30 картина зубца статора, снятая с испол ьзо::анием тепловизора ТВ-03, обмотка кото; го пропитана только в одном пазу (усредн:нный коэффициент пропитки обмоток макетов К р.gp, = 0,46); на фиг. 4 — графики

35 зависимости изменения температуры обмотки и зубца в l-x точках, равноудаленных от кромки паза и расположенных на зубце макета статора, от времени разогрева, тепловая картина которого изображена на фиг.

40 3; на фиг. 5 — эквивалентная электротепловая схема элементарного 1-го участка обмотки; на фиг. 6 — структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 7 — зависимость локального коэффициента от длины

45 паза.

Устройство для контроля качества про. питки {фиг. 6) состоит из источника 1 постоянного напряжения, выход которого

1712904

50

55 устройств 24t, ..., 24я. Выходы пороговых устройств 241, ..., 24л соединены с входами формирователя 26 импульсов, входами схемы 27 совпадения и информационной шиной вычислительного блока 28. Выход схемы 27 совпадения соединен с входом синхронизатора 2. Один выход. блока 4 регистрации соединен с информационной шиной вычислительного блока 28. Другой выход блока 4 регистрации соединен с входом записи вычислительного блока 28, Один из выходов синхронизатора 2 соединен с информационной шиной вычислительного блока 28.

Синхронизатор 2 содержит генератор б эталонных импульсов, выход которого через ключевой элемент 7 соединен со счетным выходом счетчика 8, каждый из выходов которого соединен с соответствующим входам дешифратора 9, каждый из выходов которого соединен с соответствующим неподвижным контактом многопозиционного однополюсного переключателя 10. Подвижный контакт переключателя 10 соединен с первым входом формирователя 11. Вход S

RS-триггера 14 через резистор 16 соединен с общей шиной и через однополюсный переключатель "Пуск" — с зажимом, являющимся входом синхронизатора 2. Выход

RS-триггера 14, являющийся первым выходом синхронизатора 2, соединен через RCцепь 17 с управляющим входом генератора

18 расширенных импульсов, выход которого через RC-цепь 19 соединен с S входом RSтриггера 15, выход которого соединен с вторым входом формирователя 11 и управляющим входом ключевого элемента

7. Счетчик 5 времени подключен к выходу ключевого элемента 7, R-входы счетчика 8 и

RS-триггеров 14 и 15 через соответствующие RC-цепи С12, R20 и С13, R21 соединены с выходом схемы 27 совпадения.- Выходы счетчика 5 времени подключены к информационной шине вычислительного: блока 28.

На фиг. 1 изображен фрагмент сечения обмотки и зубца статора. В пазовую часть обмотки входит провод, покрытый слоем эмали, эквивалентный воздушный промежуток равный сумме эквивалентных воздушных зазоров в межвитковой изоляции, между обмоткой и корпусной изоляцией и между корпусной изоляцией и поверхностью паза, а также слой корпусной изоляции. Магнитный сердечник, зубец которого представлен на фиг. 1, состоит из листов стали, разделенных друг от друга изоляционными прослойками.

Если обмотку разогревать электрической мощностью Ро, то тепло из нее начина5

35 ет распространяться в окружающую среду и пакет железа магнитного сердечника.

Поскольку теплопроводность меди, из которой изготовлен провод обмотки, на три порядка выше теплопроводности изоляци-. онных д,м, д,, дк (фиг. 1) прокладок, то перепадом температуры вдоль провода обмотки можно пренебречь и считать ее в любой. момент времени разогрева t во всех точках провода одинаковой и равной То (t).

Так как, продольный градиент провода пренебрежительно мал, то тепло в процессе разогрева начинает распространяться от провода обмотки к пакету стали статора. В силу того, что теплопроводность изоляционных прослоек между листами стали магнитного сердечника (фиг. I) более чем на два порядка меньше теплопроводности стали, то тепловое сопротивление прослойки R« много больше теплового сопротивления стальноголиста R T. По отмеченной причине поток тепла из провода обмотки в магнитный сердечик отводится через элементарные боковые поверхности паза, образованные листами стали, а отводом тепла в изоляционные прокладки между листами стали можно пренебречь.

В процессе переходного теплового режима температура провода обмотки То (t) непрерывно изменяется. Если на двух произвольных стальных пластиках статора выделить две точки i и j, удаленные на одинаковое расстояние от, кромки паза дст., то температура в этих точках при переходном тепловом режиме Ti (t) и Ti (t) также изменяется во времени, Пусть локальный участок обмотки, примыкающий к пластине зубца с точкой i, лучше пропитан, чем участок, примыкающий к точке j. Тогда первый участок обмотки будет в меньшей степени теплоизолирован от магнитного сердечника, чем второй, Поэтому теплоотвод из обмотки в пластину с точкой j будет хуже, чем теплоотвод в пластину с точкой i, В результате этого в любой момент времени разогрева обмотки температура в точке i будет выше, чем температура в точке j.

Иными словами, каждая из стальных пластин зубца статора является своеобразным датчиком, тепловая картина которого позволяет сделать вывод о качестве пропитки обмотки в зоне, примыкающей к данной пластине.

Наглядным подтверждением этого являются тепловые картины на зубцах статора, представленные на фиг. 2 и 3. Эти картины были получены с помощью тепловизора Т0-3 на макетах статоров электродвигателей. Макеты представляли собой

1712904

1/4 часть статора, в два паза которых была всыпана обмотка. Обмотки макетов были пропитаны компаундом КП-34 неодинаково. Обмотка, тепловая картина которой представлена на фиг. 2, была пропитана только в одном пазу, другой же паз был непропитан.

У макета, тепловая картина которого приведена на фиг. 3, была пропитана обмотка в обоих пазах, но только до половины пазов, Усредненные коэффициенты пропитки обеих обмоток, представленных на фиг. 2 и фиг. 3, определенные по способу-прототипу, были одинаковы и равны Клр.ср, - 0,46.

Тепловая картина на зубцах макетов была снята как в переходном тепловом режиме (на каждой фотографии изображение макета справа), так и в стационарном тепловом режиме (на каждой фотографии вид слева).

Из фиг. 2 и 3 следует, что в тех частях обмотки, которые пропитаны, теплоотвод в пластины магнитного сердечника лучше (эти части на фиг. 2 и 3 имеют светлый цвет), а в тех частях обмоток, которые были не пропитаны, теплоотвод в пластины магнитного сердечника хуже (эти части на фиг. 2 и 3 имеют темный фон).

Из фиг. 2 и 3 следует, что тепловые картины как в переходном, так и в стационарных режимах аналогичны друг другу.

Таким образом, как это следует из фиг.

2 и 3, при одинаковых усредненных коэффициентах пропитки, знание численного значения этих величин является недостаточным для характеристики качества пропитки. Для повышения информативности и достоверности контроля качества пропитки необходимо также иметь сведения о распределенности пропиточного состава по обмотке.

Выделим элементарный участок обмотки с точкой i (фиг, 1) и рассмотрим процесс распространения тепла в этом участке от провода обмотки в магнитный сердечник.

Электрический ток, протекая через провод обмотки, вызывает его разогрев. При этом тепловой поток распространяется через слой эмали провода, слой пропиточного состава в зазоре между обмоткой и корпусной изоляцией, слой корпусной изоляции, слой пропиточного состава в зазоре между корпусной изоляцией и поверхностью паза, слой стали до точки i, слой стали от точки I до спинки магнитного сердечника. Тепловой поток со спинки статора рассеивается в окружающую среду и представляет собой потери на конвекцию и излучение.

Все перечисленные слои обладают конечной теплопроводностью и теплоемкостью. Закон изменения температуры в точке

I зависит от закона изменения температуры

5 в проводе обмотки и значений тепловых сопротивлений и теплоемкостей перечисленных слоев.

Если выделить второй произвольный элементарный участок обмотки, примыкаю10 щий к пластине с точкой J, то для этого участка величины тепловых сопротивлений и теплоемкостей слоя эмали, корпусной изоляции и стали до точки J будут адекватны тем же параметрам на участке, примыкающем к

15 пластине с точкой i.

Постоянное, не зависящее от пропитки тепловое сопротивление R для участков й! будет равно;

R = Вэм + Вки + RcgI, (1)

20 где R3M, Яки, Кш — тепловые сопротивления слоя эмали, корпусной изоляции и стали до точки i.

Величина постоянного для произволь ных участков I u j обмотки теплового сопро25 тивления R может быть найдена через теплопроводности и геометрические размеРы слоев выражением —; — + " — +; —, . (2)

30 где д,м, д и, д — толщины слоя эмали, корпусной изоляции и слоя стали до точки I. эм, Аси, Жт -теплопроводности эмали, корпусной изоляции и слоя стали до точки i;

$э = П а — площадь элементарного уча35 стка;

П вЂ” периметр паза; а — ширина элементарного участка, определяемая толщиной пластины магнитного сердечника.

40 Различными для участков i и / будут тепловые сопротивления слоев между обмоткой и корпусной изоляцией, между корпусной изоляцией и поверхностью паза, а также эквивалентного слоя межвитковых

45 полостей. Величину теплового сопротивления этих слоев REMI можно записать в виде д +%+да д псм!

)(с

4мI э 4мI

50 где д1, д2, дз — эквивалентные толщины слоев между обмоткой и корпусной изоляцией,между корпусной изоляцией и поверхностью паза, межвитковых полостей;

Я„-м — эквивалентная теплопровод55 ность статистической смеси воздуха и пропиточного состава; д = д1 + д2 + дз — толщина эквивалентного воздушного зазора;

16

1712904

Это сопротивление RcMl различно для разных элементарных участков обмотки, пропитанных неодинаково.

В соответствии с выражением Лихтенеккера-Ротера для теплопроводности статистической смеси справедливо выражение

Ы",„,=к„,"en, (1-y,„,,)e . ®

Где Кпр1 коЭффиЦиЕнт пРОпитки i-го локального участка обмотки;

it, 4 — теплопроводности пропиточного состава и воздуха.

С учетом выражений (3) и (4) можно записать р... (5) см.1 rp „р, „ð., 5 с в

Постоянная для участков1и) эквивалентная теплоемкость будет определяться соотношением

С = См + Сэм +Ски + Сст. ; См = mnp Суд.м, (6) где Сэм = Аэм рэм . Суд.м Яэ, Ски =

= дки .рки .Суд.ки Se С,т =дст рст Суд.ст

«Яэ — эквивалентные теплоемкости меди провода, слоев эмали, корпусной изоляции, стали до точки i; р„, р„, р„- плотности эмали, корпусной изоляции, стали;

Суд.эм, Суд.ки, Суд.ст, Суд, м удел ь н ые теплоемкости эмали, корпусной изоляции, стали и меди;

m p — масса меди провода в элементарном участке.

Различными для участков! и будут эквивалентные теплоемкости слоев

äl, д2, дз . Обозначив теплоемкость этих слоев через Ссмь можно записать

CcMi = д рс Ss Кпрл, (7) где рс — плотность сухого остатка пропиточного состава.

Обозначим через йст и Сст тепловые сопротивление и теплоемкость слоя стали от точки i до спинки статора,,а через R>— сопротивление тепловых потерь за счет излучения и конвекции со спинки статора в окружающую среду. С учетом введенных обозначений величины Вст, Сст, Я будут равны соответственно:

Rcr = R2= дст (8) т $э

Сст = С2 = Суд.ст Рст ст (9)

Я=аз= р — -"— ;, (10) где S> — площадь поверхности охлаждения элементарного участка магнитного сердечника;

P — коэффициент теплоотдачи.

Введен обозначения

R1 = R + TcMi (11) 55 (0, tj — U)n)(1 +a Т.,„— 20) U)n a

Разность температур ЛТ;(т) обмотки и любого локального i-го участка в момент

С1 = С+ Ссм! ° (12)

Для определения законов изменения температуры обмотки To(t) и температуры в точке i зубца статора T>(t) необходимо осу5 ществить расчет теплового переходного процесса.

При расчете теплового переходного процесса следует учесть, что. в процессе контроля измеряется средняя температура

10 провода обмотки To(t), которая определяется усредненным коэффициентом пропитки, и температура Тф в l-x точках на пластинах зубца статора, которая определяется локальным коэффициентом пропитки К.

15 Графики снимали следующим образом.

Обмотку разогревали стабилизированным током io. В различные моменты времени разогрева определяли среднюю температуру провода обмотки То() и температуру в ло20 кальных i-x точках на зубце статора.

Среднюю температуру провода обмот-, ки в различные моменты времени ее разогрева определяли методом сопротивления, для чего измеряли падение напряжения на

25 ней в различные моменты времени разогрева. В момент подключения к обмотке источника стабилизированного тока (t = О) температура обмотки То равнялась температуре окружающей среды тис„которая в

30 общем случае отличается от 20 С. Если измерить в этот момент времени величину падения напряжения на обмотке U >, то можно записать

01п — lo R2O

Р (13) где R2o — сопротивление провода обмотки при Тп =20 С; а- температурный коэффициент сопротивления материала провода обмотки.

40 Для любого произвольно выбранного момента времени tl разогрева обмотки будет справедливо выражение

=(To(l) — 20 ), (14)

1о В2О . а

45 где uo(t;) — падение напряжения на обмотке в момент времени ti ee разогрева стабилизированным током Io.

Используя выражения (13) и (14), можно получить значение превышения температуры обмотки над окружающей средой в любой момент времени ti ее разогрева

1712904

+яз

Z2(P)—

А Р+В (17) <

A. P+B (18) FP +o< +! (26) времени тк была равна разнице между средней температурой обмотки То(1к) и температурой Ti(ty) в локальном 1-м участке зубца макета.

В схеме на фиг. 5 учтено, что закон изменения температуры To(ty) известен. Этот закон определяется из аналогичной схемы при усредненном коэффициенте пропитки

Кпр.ср только на вход этой схемы подана стабилизированная мощность P»(t). Расчет переходного процессе в схеме, приведенной на фиг. 5, осуществим в операторной форме.

Комплексные сопротивления этой схемы в операторной форме определяются соотношениями:

-7 (p) R2+Rg

С2 (R2 + R3) С! P +((!

B = R1+ R2+ яз;

F = R1(R2+ яз)С1Сг;

D =(R1+ яг+ яз)С +(яг+ яз)С.

Закон изменения средней температуры обмотки в операторной форме определяется выражением

FP +DP+1

Po .а где Роэ „„. (— мощность, выделяемая в

М -в элементарном участке обмотки;

Ро — мощность подводимая в обмотке;

L« — средняя длина полувитка обмотки;

Р— оператор.

Комплексное сопротивление элементарного участка обмотки Z з(Р) при введе1 нии в формулы (11) и (12) вместо значения усредненного коэффициента пропитки значение локального коэффицента пропитки

Кор.t будет равно

Z з(Р)- г

F1 P +D1 Р+1 где A1 = R1i (Яг + Яз)Сг, В1 = R1i + Я2 + Яз, F1 = R1i (Яг + Яз)С11 С2;

01 = (Я1!+ Я2+ Яз)С1!+(Яг+ Яз)С2.

Ток 121(аналог тепловой мощности), протекающий через сопротивление яы (фиг. 5), в операторной форме можно представить соотношением

5 (Р) о

А1- P+B1 Дег1(Р) яг+яз С, p+

Температуру в I-й точке зубца статора

"0 определяют по формуле

Т (Р) = 121(Р) Z2 (Р), . (22)

Я2+Яз яг+яз С2 Р+1

Подставив в выражение (22) значения величин I21(P) и Z2 (P), получим р) Роэ АР+В . Я2+ЯЗ

Fp2+Dp+1 A1P+B1

Разность температур между обмоткой и

20 i-й точкой зубца ЛТ(Р) будет равна:

ЛТ(Р) = То(Р) — Т,(P) =

Роэ . АР+В А1Р+я1! . (24)

Р Р Рг+ГР+1 A1Р+В1

Воспользовавшись обратным преобра25 зование Хевисайда для выражения (24), получим

ГВ R<,,( (AV,.e» A P,+Ме ", (25) р„

P„((FP„+D)(A P„+8 )+(FPк ))Р!<+<) "

35 Значения корней Рк определяются по формулам: — о и Б -

Р12 = 2F

Рз=

В1, 40 А1

Величина Роэ в формуле (25) равняется

Роэ=l î Яэ (27) где яэ — электрическое сопротивление элементарного участка провода обмотки.

45 Разность температур между обмоткой и локальным участком ЛТ<(1) можно представить B виде выражения

ЛTi(t) = To(ti ) — Тисх Тф, (28) где Тф- заданное превышение температуры

50 в локальном участке на зубце статора над температурой окружающей среды.

Воспользовавшись выражениями (15), (27) и (28) и подставив их в выражение (25), получим

L(<<(<1 U «) L1<

„, P,((FP„.В1(ДР„ В, +(FP, О „.(ДД) 19

1712904

5

15

25

Если в выражение (29) подставить выражения для Rli, А1, В1, в которые входят значения локальных коэффициентов пропитки, то это выражение можно преобразовать к виду (о(М п j (ЬК(Тие 2ОЛ 2 к »

t кк " "" +Й2к Р„ е"

< к "Зк " к + 4к м, ь"" .,1

М2(Мз % " +М4 4 " +Ms) Мбф»Р"+Мт I е

4 ЪХ»р.1+ M %2Ê»Ðl M %Ê"Р"8 +M

8

Используя выражение (30) и результаты измерений определяют в каждой из контролируемых точек локальные коэффициенты пропитки Клр.l, GTposiT 38$MGNMQGTb Kgp.l QT длины паза (фиг. 7) и отбраковывают обмотку в случае, если одно из значений полученной зависимости является меньше эталонного значения Кпр.мин.

Таким образом, определив по способупрототипуусредненные коэффициенты пропитки, иэмЕРив вРЕмЕна т1, t2, ..., Ц ... тк, пРи которых в точках 1, 2,... I, ... К, на зубце статора достигается заданное фиксированное значение превышения температуры

ЛТф над окружающей средой, а также измерив температуру окружающей среды Тисх и падения напряжения на обмотке U<(t<), Uo(t2)... Uo(tl)..., Uo(tg) в указанные времена и подставив измерительные значения в формулу (29), можно определить коэффициенты пропитки локальных участков Кпр., т.е. Определить распределенность пропиточного состава по обмотке. Если в какой-либо точке количество этого состава меньше некоторого эталонного значения Кпр.мин, обмотку отбраковываютт.

Программа для решения уравнения (29) или (что одно и то же) выражения (30) отноСИТЕЛЬНО Клр.l ПРИВЕДЕНа В ПРИЛОЖЕНИИ 1.

Используя фиг. 6, рассмотрим работу предлагаемого устройства.

Контролируемая обмотка подсоединяется к выходу стабилизатора 3 тока и входу блока регистрации. При нажатии кнопки

"Пуск" на S-вход RS-триггера 14 поступает сигнал от источника 1 питания. На выходе

RS-триггера 14 появляется положительный потенцил, включающий источник 3 стабилизированного тока. Стабилизированный ток

4, протекая через обмотку, ее разогревает, вследствие чего напряжение на ней увеличивается. Одновременно с этим напряжение RS-триггера 14 включает генератор 18, на выходе которого появляется импульс за30

55 держки. Задним фронтом этого импульса запускается RS-триггер 15 и по фронту этого сигнала срабатывает ключевой элемент 7, через него начинают проходить от генератора 6 импульсы эталонной частоты. Эти импульсы поступают на счетчик 8 и через него в дешифратор 9. Одновременно по переднему фронту сигнала с RS-триггера 15 срабатывает формирователь 11 и на вход формирователя 26 импульсов поступает сигнал, запускающий блок 4 регистрации. Блок

4 регистрации измеряет напряжение на обмотке U» в момент начала разогрева. По окончании измерения блок 4 регистрации