Датчик для контроля изоляции листов шихтованных сердечников электрических машин

 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для диагностики и контроля состояния изоляции между листами электротехнической стали сердечников статоров электрических машин переменного тока. Технический результат состоит в том, что предлагаемое устройство позволяет обеспечить простое и надежное выявление дефектов изоляции между листами сердечника вне зависимости от места расположения повреждений. Сущность изобретения заключается в следующем. Устройство для контроля изоляции листов шихтованных сердечников электрических машин представляет собой датчик в виде ферромагнитного сердечника с чувствительными элементами. При этом согласно изобретению часть или все чувствительные элементы расположены на сканирующих поверхностях сердечника. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для диагностики и контроля состояния изоляции между листами электротехнической стали шихтованных сердечников электрических машин электромагнитным методом.

Наиболее надежным и удобным способом контроля сердечников является испытание электромагнитным методом при низких (до 0,1 Тл) значениях индукции кольцевого потока. Известно устройство для контроля сердечников по этому методу [1]. В этом случае местные дефекты выявляются по величине и сдвигу фазы разности магнитных потенциалов между двумя соседними зубцами, определяемой датчиком - магнитным потенциометром Четтока (по существу - катушка без сердечника) при сканировании им рабочей поверхности сердечника. Дополнительные потери, вызванные замыканиями, рассчитываются по величинам разности магнитных потенциалов, намагничивающего тока, ЭДС контрольного витка, а также по сдвигам фаз между ними. Отсутствие ферромагнитного сердечника обуславливает низкий уровень сигнала, а следовательно, низкую чувствительность метода.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, описанное в [2] (прототип). Здесь в сердечнике магнитопровода также создается переменный кольцевой магнитный поток с низким значением индукции (до 0,1 Тл). Сканирование внутренней поверхности исследуемого сердечника производится датчиком с ферромагнитным сердечником, посредине которого размещается чувствительный элемент, в данном случае - катушка. Концы сердечника в процессе проверки своими сканирующими поверхностями проходят над поверхностью сердечника (конкретно - над поверхностями соседних зубцов), принимая на себя часть потока сердечника, вследствие чего в катушке датчика наводится ЭДС. Наличие дефекта в каком-либо месте определяется по разности фаз между ЭДС катушек сканирующего и опорного неподвижного датчиков. Опорный датчик имеет совершенно ту же конструкцию, что и сканирующий. Во время сканирования опорный датчик неподвижно располагается на каком-либо бездефектном участке рабочей поверхности сердечника. В этом случае чувствительность метода повышается по сравнению с [1], но не устраняется их общий недостаток - наличие зон нечувствительности, проявляющихся тогда, когда дефект расположен в зубце сердечника. В этом случае поток, созданный вихревыми токами в зубце с поврежденной изоляцией между листами, стремясь замкнуться по пути с наибольшей магнитной проводимостью, практически не проходит через катушку сканирующего датчика, вследствие чего от этого потока в ней не наводится ЭДС, что воспринимается системой измерения как отсутствие дефекта.

Частично нечувствительность метода [2] к дефектам в зубцовой зоне можно было бы устранить, проводя сканирование не только над зубцами, но и над пазами, но это удвоило бы время испытаний, что крайне нежелательно в условиях электростанций и промышленных предприятий.

Предлагаемое изобретение позволяет устранить этот недостаток. Конструктивная схема датчика в этом случае представлена на фиг.1.

Здесь 1 - ферромагнитный сердечник датчика; 2 - сканирующие поверхности сердечника датчика; 3 - первый чувствительный элемент датчика (катушка), располагающийся между сканирующими поверхностями; 4 - зубец исследуемого сердечника; 5 - ярмо исследуемого сердечника; 6 - эквивалентный контур протекания токов в месте повреждения изоляции в пазовой зоне; 7 - эквивалентный контур протекания токов в месте повреждения изоляции в зубцовой зоне; 8 - второй чувствительный элемент, располагающийся на сканирующей поверхности сердечника.

Выводы чувствительных элементов 3 и 8 подключены к соответствующим каналам системы измерения, которые регистрируют величину и фазу выходных ЭДС этих элементов. В процессе сканирования чувствительный элемент 3, реагируя на поток Ф_ka, контролирует состояние изоляции пазовой зоны сердечника, а элемент 8, расположенный на пути прохождения потока Ф_kz, - зубцовой. Таким образом, за один проход проверяется и пазовая, и зубцовая зоны.

Необходимо добавить, что чувствительными элементами могут быть не только катушки. Для этой цели могут служить любые элементы, реагирующие на изменение магнитного поля (элементы Холла, магниторезисторы, магнитодиоды). В частности, на фиг.2 представлен один из возможных вариантов датчика, у которого в качестве чувствительных элементов использованы элементы Холла, причем все они располагаются на сканирующих поверхностях сердечника.

Здесь 9, 10 - чувствительные элементы, контролирующие зубцовую зону; 11 - чувствительный элемент, контролирующий пазовую зону.

На фиг. 2 двойной чертой отмечены одноименные плоскости элементов Холла (если на одноименные входные токовые выводы датчиков Холла подано питание одинаковой полярности, а поток одинаково ориентирован относительно одноименных плоскостей датчиков, то на одноименных выходных холловских выводах появляется ЭДС одинаковой полярности). Величина и фаза ЭДС элемента 11 обрабатываются системой измерения аналогично ЭДС катушки датчика [2], а ЭДС элементов 9, 10 подаются на сумматор, как это показано на фиг.3.

На фиг.2: 12 - сумматор; 13 - источник питания;
C1, C2 - входные (токовые) выводы;
E1, E2 - выходные (холловские) выводы.

В результате такого включения ЭДС датчиков 9, 10 от потоков Ф_kz, вызванных повреждениями в зубцовой зоне, складываются, а ЭДС от потоков Ф_ka, вызванных повреждениями в пазовой зоне, вычитаются, вследствие чего результирующая ЭДС на выходе сумматора E_Σ практически характеризует состояние только зубцовой зоны. В итоге эта ЭДС в сочетании с ЭДС элемента 11 позволяет одновременно обследовать за один проход сканирующего датчика как пазовую, так и зубцовую зоны.

Использование элементов Холла и расположение их на сканирующих поверхностях сердечника позволяет легко регулировать расстояние между этими поверхностями, что существенно в условиях значительного разброса размеров испытуемых машин. Пример такого универсального датчика представлен на фиг.4.

На фиг.4: 14 - обойма;
15 - стопорный винт;
16, 17 - половины сердечника датчика.

Половины сердечника 16, 17 устанавливаются на величину зубцового деления испытуемого сердечника, после чего фиксируются в обойме 14 стопорным винтом 15.

Источники информации
1. Бутов А.В., Пикульский В.А., Поляков Ф.А., Шандыбин М.И. Электромагнитный метод выявления замыканий листов активной стали статора турбогенератора. Электрические станции, 1998, 11.

2. Патент РФ 2082274, кл. Н 02 К 15/00, 15/02, G 01 R 31/34, 1994 (прототип).

Формула изобретения

Датчик для контроля изоляции листов шихтованных сердечников электрических машин, содержащий ферромагнитный сердечник со сканирующими поверхностями и чувствительные элементы, отличающийся тем, что часть чувствительных элементов или все они располагаются на сканирующих поверхностях сердечника датчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4