Способ определения массы изоляционного вещества в пропитанных обмотках электротехнических изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле технологических процессов пропитки обмоток электрических машин, дросселей, трансформа;торов или диагно9тики их технического состояния. Целью изобретения является повышение точности определения массы за счет использования зависимости эквивалентной теплоемкости обмотки от массы пропитанного состава в ней. Согласно данному способу 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, а определение массы изоляционного вещества в пропитанной обО 9 мотке осуществляют по формуле. Реализация данного способа осуществля (П ется устройством за счет введенных с стабилизатора 3 тока, синхронизатора 2, блока 4 компенсации. Кроме того, устройство содержит источник 1 постоянного напряжения и блок 5 регистрации . 2 с., 2 з.п. ф-лы. 2 ил. ю 1 о О9

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„SU„„1270730 g G 01 R 31/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3911021/24-2)

:(22) 10.06.85 (46) )5.11.86. Бюл. ¹ 42 (7)) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Г.В.Смирнов, К,Г.Пугачев и b.Â.Íoñoâ (53) 621.317.3 (088.8) (56) Патент Великобритании № 1098738, кл. G 01 R 7/00, опублик.

1966. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ ИЗОЛЯЦИОННОГО ВЕЩЕСТВА В ПРОПИТАННЫХ ОБМОТКАХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле технологических процессов пропитки обмоток электрических машин, дросселей, трансформа,торов или диагностики их техническо-. го состояния. Целью изобретения является повышение точности определения массы за счет использования зависимости эквивалентной теплоемкости обмотки от массы пропитанного состава в ней. Согласно данному способу 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, а определение массы изоляционного вещества в пропитанной об мотке осуществляют по формуле. Реа- 3 лизация данного способа осуществляется устройством за счет введенных стабилизатора 3 тока, синхронизатора

2, блока 4 компенсации. Кроме того, Р устройство содержит источник 1 постоянного напряжения и блок 5 регистрации. 2 с., 2 з и. ф лы. 2 ил. Ю

1?707

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле технологических процессов пропитки обмоток электрических машин, дросселей, трансформаторов или диагностики их технического состояния.

Целью изобретения, .является повы-, шение точности определения массы за счет использования зависимости экви-.10 валентной теплоемкости обмотки от массы пропитанного состава в ней.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего

1 предлагаемый способ; на фиг.2 — эпю- 15 ры напряжений, поясняющие работу устройства.

До пропитки эквивалентная теплоемкость обмотки определяется теплоемкостью провода обмотки. При пропитке происходит вытеснение воздуха из пор и капилляров обмотки, заполнение их пропиточным составом, в результате чего эквивалентная теплоемкость ее возрастает.

Эквивалентная теплоемкость обмотки С „ может быть определена по формуле

9 экь пТ где Q — энергия, вошедшая на разогрев обмотки;

67 — изменение температуры обмотки в результате ее разогрева энергией Q„

Эквивалентную теплоемкость обмотки можно также представить в виде произведения масс компонентов обмотки на их удельные теплоемкости.

До пропитки теплоемкость обмотки определяется массой пронода и равна (2) (3) С„=С „+ С,тпрр, где С щ„- эквивалентная теплоемкость пропитанной обмотки;

С вЂ” удельная теплоемкость пропиточного состава; тп — масса пропиточного состава.

1 99kkS 9 С "ш„ где C „ — эквивалентная теплоемкость непропитанной обмотки;

С, — удельная теплоемкость материала провода обмотки," тп — масса провода обмотки.

После пропитки обмотки эквивалентная теплоемкость изменится и станет равной

3О 2

Зная эквивалентные теплоемкости обмотки до,и после пропитки, а также удельную теплоемкость пропиточного состава, из выражения (3) можно определить массу пропт«точного состава тп:= =" "-- — 2- -" -з- . (4)

С, С = --1Ч э . 1 йТ (5) <- . Ял-.

"Экпч г (б) Подставляя эти выражения в выражение (3), получим

1 г Ят

° gz T (7) Греющую энергию к контролирующим обмоткам можно подводить различными способами„ например, путем пропускания электрического тока через контролируемую обмотку в течение некото-, рого определенного времени t . Однако под действием протекающего тока будет изменяться во времени температура обмотки, вследствие этого будет изменяться сопротивление обмотки, что влечет за собой изменение во времени протекающего тока и напряжения на обмотке.

Для регистрации энергии, вошедшей на разогрев обмотки, необходимо непрерывно контролировать ток, напряжение .и время, а затем соответствующим образом обрабатывать полученные результаты, что усложняет контроль и снижает точность. Наиболее просто осуществлять контроль, если для разогрева обмотки использовать постоянный стабилизированный ток 3, . Обозначим через О, напряжение на пропитанной обмотке в момент включения тока Д на обмотку, а через 0 напЭквивалентную теплоемкость обмотки можно определить согласно выражению (1) путем подвода к ней греющей энергии и измерения приращения температуры обмотки. Пусть в непропитанную

1 обмотку подводится греющая энергия и обмотка изменяет свою температуру на величину пТт, а в .пропитанную обмотку подводится энергия Q> и температура обмотки изменяется HB величину Лi.. Тогда согласно выражению (1) эквивалентные теплоемкости непропитанной и пропитанной обмоток будут равны

1270730 4 рева обмотки t током Зо сопротивление обмотки станет равным

Величина R равна

Ц2

1

=т

2р 1 + al(7 — 20) (16) ряжение на пропитанной обмотке по истечении времени 6 протекания тока через обмотку. Пусть контроль пропитки пройсходит при комнатной температуре Т = 20 С. Тогда сопротивление обмотки в момен" подвода к ней стабилизированного тока равно 2р . Если комнатная температура равна Т и отличается от Т = 20 С, то сопро-тивление

= 12. (1 + о1 лТД (14)

Из выражения (14) можно определить приращение температуры о1 R2р (15) 20 (8) Кроме того, R = f — Р п ур 2Р (9) 25 где Р— удельное сопротивление про) 2О вода; — длина провода в обмотке;

$ — сечение провода обмотки .

Умножив числитель и знаменатель 50 выражения (9) на плотность меди d и длину провода l np, получим

2о го $ 5Q го ш

) (10)

Из выражения (10) следует, что и ,„= „а (11) 2р

Подставив в выражение ()I) выражение (8), получаем

m g -п — - . (12) аТ

2О Ц„

Поскольку удельная теплоемкость провода известна и равна С,, то умножив левую и правую части выражения ()2) на С,, получим

С = С,ш,= С,- — — —" (13)

1„. dI, 2O экЬУ 1 2 U .1п

Таким образом, необходимость изме-50 рений непропитанной обмотки отпадает.

Разброс С„„ от одной обмотки к другой однозначно связан с величиной

Ц1ц . Значение С можно найти, пользуясь выражением (13), по первому измерению напряжения в пропитанной обмотке в момент подвода к ней тока j По истечении времени разогПоскольку измеряется величина на обмотке U в момент t = О вклю lq

15 чения в нее тока I, а величина тока I, стабильна и известна, то величина R может быть выражена по

20 закону Ома как

Годставив выражения (8) и (16) в (l5), получим

Ц2 Ц2

То Io U2ë — U4q Т

W (U,„ /Т. ) U„, Энергия,1вошедшая на разогрев обмотки, равна

Io U>n + Io Ugu Io (1121+ Ц д ., z 2 2 (18j

Теплоемкость пропитанной обмотки согласно выражению (6). с учетом ()7) и (18) равна

Q2 "Т и (Цл + Ц2и ) Цлн

С „ кв ьТ 2(Цг U ) (19) Подставив выражения (13) и (19) в (4), получим о Ш а.С 2Л,.

"<Х о (Ц + п (20) Таким образом, зная длину провода обмотки 1„, подведя к обмотке стабилизированный ток J в течение и сделав два измерения напряжения на обмотке; в момент подвода тока 1о и по истечении времени t,,по выражению (20) определяют массу пропиточ.ного состава в обмотке. Однако в течение времени t,ïîäâoäà энергии в обмотку часть подведенной энергии диссипирует в корпус железа обмотки и окружающую среду, Это может привести к погрешностям в измерении массы пропиточного состава по выражению (20), так как эквивалентная теплоемкость обмотки будет завьппена (на разогрев обмотки тратится только часть . энергии Я) . Для исключения потерь тепла из обмотки в окружающую среду и пакет железа изделия необходимо

S 12707 обеспечить тепловую изоляцию обмотки. Это можно достичь правильным выбором времени разогрева обмотки

Известно, что если время подвода энергии к любому телу подчиняется неравенству й-а 0,13 i, то потери теп ла из этого тела не превышают 17..

Постоянная времени разогрева обмотки определяется согласно выражению 10 где С,, — эквивалентная теплоем:— кость обмотки

S - поверхность охлаждения обмотки коэффициент теплоотдачи, В данном. способе необходимо одновременно контролировать три параметра: ток З,, время t и напряжение 2О

0„ - в момент включения в обмотку тока à ()gp — по истечении времени

Поэтому,реализация1 способа с помощью известных устройств достаточно сложна и приводит к погрешности измерения 2S массы изоляционного состава.

Устройство, реализующее способ, :позволяет значительно снизить погрешности массы изоляционного состава.

Устройство содержит источник 1 посщ тоянного напряжения, синхронизатор 2, стабилизатор 3 тока,. блок 4 компенсации, блок 5 регистрации.

Выход источника 1 постоянного напряжения соединен с входом стабилизатора

3 тока и с входом синхронизатора 2, первый выход которого соединен с запускающим входом стабилизатора 3 тока. Выход стабилизатора 3 тока соединен с первым зажимом для подключения объекта измерения (обмотки) и с входом блока 4 компенсации, выход которого соединен с входом блока 5 регистрации. Запускающий вхоц блока

5 регистрации соединен с вторым выходом синхронизатора 2. Второй зажим для подключения объекта измере;ния (обмотки) соединен с общим выводом устройства.

Синхронизатор 2 содержит генератор 6 эталонных импульсов, выход которого через ключевой элемент 7 соединен со счетным входом счетчика 8, каждый из выходов которого соединен с соответствующим входом дешифрато- Ю ра. Каждый выход дешифратора 9 соединен с соответствующим неподвижным контактом многопозиционного переключателя 10, подвижнь1й контакт которого соединен с первым входом формирователя 11 непосредственно, через соответствующий конденсатор 12 — с входом сброса счетчика 8, через соответствующий конденсатор 13 с R-входами первого 14 и второго 15 RSтриггеров, S-вход первого RS-триг1 гера 14 через соответствующий резистор 16 соединен с общей шиной и через однополюсный выключатель — с зажимом, являющимся входом синхронизатора 2, Выход первого RS-триггера

14 является первым выходом синхронизатора 2 и соединен через соответствующую CR-цепь 17 с управляющим входом генератора 18 расширенных импульсов, выход которого через соотФ ветствующую CR-цепь 19 соединен с

S-входом второго RS-триггера 15, выход которого соединен с вторь|м входом формирователя 11 и с управляющим входом ключевого элемента 7, R-входы счетчика 8, первого 14 и второго 15 RS-триггеров соединены соответственно через соответствующие резисторы 20 и 2! с общей шиной. Выход формирователя 1! является вторым выходом синхронизатора 2, Блок 4 компенсации содержит сумматор, выполненный на операционном усилителе .22, первый вход которого соединен через соответствующий ре": зистор 23 с выходом источника 24 ° опорного напряжения и с одним из выводов соответствующего резистора 25, другой вывод которого является входом блока 4 компенсации, Второй вход операционного усилителя 22 через соответствующий резистор 26 соединен с общей шиной. Выход операционного усилителя 22 является выходом блока 4 компенсации, Устройство работает следующим образом.

Контролируемая обмотка подсоединяется к выходу стабилизатора 3 тока и входу блока 4 компенсации, При нажатии выключателя "Пуск" на Sвход RS-триггера 14 поступает сигнал от источника 1 питания (фиг.2,, эпира Q.). На выходе RS-триггера 14 появляется положительный потенциал (фиг,2, эпюра + )„ включающий стабилизатор 3 тока. Стабилизированный ток, протекающий через обмотку, разогревает ее, вследствие чего напряжение на обмотке (),,т изменяется в со- ответствии с эпюрой на фиг,2. Од1270 новреме»»о с этим напряжение с выхода RS-триггера 14 включает генератор 18, на выходе которого появляется импульс длительностью t,(фиг.2, эпюра 6 ), равной длительности переходного процесса в обмотке. Указанный импульс исключает. ошибки в измерении напряжения 1„„ »а обмотке в момент включения стабилизатора 3 тока, По истечении времени, задним фронтом импульса с генератора 18 расширенных импульсов запускается RS-триггер 15 и на его входе появляется сигнал (фиг.2, эпюра ) . .По фронту этого сигнала срабатывает ключевой элемент

7, и через него начинают проходить от генератора 6 импульсы эталонной частоты (фиг.2, эпюра д ). Эти им— пульсы поступают H счетчик 8 и через него — в дешифратор 9. Одновременно щ с этим по переднему фронту сигнала с RS-григгера 15 срабатывает формиро-." ватель 11 (фиг 2, эпюра ж) и на запускающий вход блока 5 регистрации по"тупает соответствующий сигнал, По 25 этому сигналу блок 5 регистрации включается на первое измерение. Напряжение 1-1,„ с обмотки поступает на вход блока 5 регистрации через блок

4 компенсации, включающий сумматор на операционном усилителе 22 и ис— точник 24 опорного напряжения с по— лярностью, противоположной полярности напряжения на обмотке. На выходе сумматора в начальный момент разог35 рева обмотки напряжение близко к нулю, а затем по мере разогрева обмотки изменяется в соответствии с эпю— рой Ц„фиг,2. По истечении заданного интервала времени й2, которое определяется положением переключателя

10, на выходе дешифратора 9 формируется импульс запуска блока 5 регистрации для второго измерения напряжения U „. После окончания второго измерения формируется импульс .началь- . 45 ной установки, подготавливающий устройство для очередного измерения напряжения на обмотке, Затем по формуле (20) определяется масса изоляционного вещества в пропитанной обмотке..

Изобретение повьш ает точность измерения по сравнению с электромагнитными весами и значительно упрощает способ измерения массы изолчцион- 55 ного вещества в пропитанных обмотках за счет того, что исключается необходимость проведения измерений

7ЗО 8 в непропитанной катушке, Масса изоляционного вещества определяется при этом только путем операций измерения у пропитанной обмотки. формула изобретения

1. Способ определения массы изоляционного вещества в пропитанных обмотках электротехнических изделий, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения массы, через пропитанную обмотку пропускают постоянный стабилизированный ток и одновременно измеряют падение напряжения на пропитанной обмотке, повторно производят измерение падения напряжения на пропитанной обмотке через заданный промежуток времени, а определение массы изоляционного вещества в пропитанной обмотке осуществляют по формуле с о < (Ugn+

С . 2(U2< Uin )

1 о о С, а ю1

1) п где t — заданный промежуток времени;

С вЂ” удельная теплоемкость пропиточного изоляционного вещества3

С вЂ” удельная теплоемкость мате1 ри ал а пр овода;

1 — удельное сопротивление маго териала провода обмотки при 20ОС; плотность материала провода обмотки; с(— температурный коэффициент .;сопротивления провода обмотки — длина провода обмотки, — постоянный стабилизирован ный ток;

U„„ — первоначальное падение напряжения на обмотке;

U — падение напряжения на об2П мотке через заданный промежуток времени

2, Устройство для определения массы изоляционного вещества в пропитанных обмотках электротехнических изделий, содержащее источник постоянного напряжения и блок регистрации, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что в устройство введены стабилизатор тока, синхронизатор, блок компенсации, причем выход источника постоянного

1270730

4, Устройство по п,2, о т л и ч а20 ю щ е е с я тем, что блок компенсации содержит сумматор, первый вход которого соединен через соответствующий резистор с выходом источника опорного напряжения и с одним иэ

25 выводов соответствующего резистора, другой вывод которого является входом блока компенсации, второй вход операционного усилителя через соответствующий резистор соединен с обЗ0 щей шиной, выход операционного усилителя является выходом блока компенсации и соединен через соответствующий резистор с выходом источника опорного напряжения. Редактор M,Áàíäóðà

Техред И.Попович

Корректор А. Обручар

Заказ 6240/49

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная,4 напряжения соединен с входом стабили— затора тока и с входом синхронизатора, первый выход которого соединен с запускающим входом стабилизатора тока, выход которого соединен с первым зажимом для подключения объекта измерения и с входом блока компенсации, выход которого соединен с входом блока регистрации, запускающий вход которого соединен с вторым выходом 10 синхронизатора, второй зажим для подключения объекта измерения соединен с общей шиной.

3. Устройство по п.2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что синхрони- 15

sатор содержит генератор эталонных импульсов, выход которого через ключевой элемент соединен со счетным входом счетчика, каждый иэ выходов которого соединен с соответствующим входом дешифратора, каждый из выходов которого соединен с соответствующим неподвижным контактом многопозиционного однополюсного переключателя, подвижный контакт которого соецинен с первым входом формнрователя непосредственно и через соответствующий конденсатор — с входом сброса счетчика, через соответствующий конденсатор с R-входами первого и второго

RS-триггеров, . S-вход nepaoro RSтриггера 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, вы- ход которого через соответствующую

CR-цепь соединен с S-входам второго

RS-триггера, выход которого соединен с вторым входом формирОвателя и с управляющим входом. ключевого элемента, R-входы счетчика, первого и второго RS-триггеров соединены соответственно через соответствующий резистор с общей шиной, выход формирователя является вторым выходом синхронизатора.