Приборы для проверки обмотки на электроциркулярке. Испытания электродвигателей: методы, оборудование и важность тестирования

Что такое электродвигатель и как он работает. Почему необходимо проводить испытания электродвигателей. Какие основные методы используются для тестирования электромоторов. Какое оборудование применяется при проверке электродвигателей.

Электродвигатели: принцип работы и области применения

Электродвигатели — это устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую работу. Они используются повсеместно: от бытовой техники до промышленного оборудования и электромобилей. Принцип работы электродвигателя основан на взаимодействии магнитных полей и электрического тока.

Основные компоненты электродвигателя включают:

• Статор — неподвижная часть с обмотками
• Ротор — вращающаяся часть с магнитами или обмотками
• Подшипники
• Вал
• Корпус

При подаче электрического тока на обмотки статора создается вращающееся магнитное поле. Оно взаимодействует с магнитным полем ротора, заставляя его вращаться. Это вращение передается на вал двигателя, который и совершает полезную работу.

Необходимость проведения испытаний электродвигателей

Почему так важно тестировать электродвигатели? Есть несколько ключевых причин:

1. Обеспечение безопасности эксплуатации
2. Контроль качества при производстве
3. Выявление скрытых дефектов
4. Оценка эффективности и производительности
5. Определение остаточного ресурса

Регулярные испытания позволяют своевременно выявлять проблемы и предотвращать выход двигателя из строя. Это особенно важно для ответственных применений, где отказ электродвигателя может привести к серьезным последствиям.

Основные методы тестирования электродвигателей

Существует несколько основных методов проверки электродвигателей:

1. Измерение сопротивления обмоток

Этот метод позволяет выявить обрывы и межвитковые замыкания в обмотках. Измерения проводятся с помощью прецизионного омметра. Отклонение сопротивления от номинального значения сигнализирует о проблемах.

2. Проверка сопротивления изоляции

Измеряется сопротивление между обмотками и корпусом двигателя. Низкое сопротивление указывает на пробой изоляции. Для теста используются мегаомметры.

3. Испытание повышенным напряжением

На обмотки подается напряжение, превышающее номинальное. Это позволяет выявить слабые места в изоляции. Важно не превышать допустимые значения во избежание повреждения двигателя.

4. Измерение вибрации

Повышенная вибрация может свидетельствовать о проблемах с подшипниками, дисбалансе ротора и других механических неисправностях. Используются специальные виброметры.

5. Анализ токов и напряжений

Измерение и анализ форм токов и напряжений позволяет оценить состояние обмоток, выявить асимметрию фаз и другие электрические проблемы. Применяются анализаторы электропривода.

Специализированное оборудование для тестирования электродвигателей

Для проведения комплексных испытаний электродвигателей используется специализированное оборудование:

• Измерители сопротивления обмоток (микроомметры)
• Мегаомметры для проверки изоляции
• Установки для испытания повышенным напряжением
• Анализаторы вибрации
• Тепловизоры
• Анализаторы электропривода
• Стенды для проверки рабочих характеристик

Современные системы диагностики электродвигателей часто объединяют несколько методов тестирования в одном приборе, что повышает эффективность и скорость проверки.

Испытание электродвигателей на стадии производства

Контроль качества при производстве электродвигателей включает несколько этапов тестирования:

1. Проверка материалов и комплектующих
2. Контроль параметров обмоток до установки в корпус
3. Испытания собранного двигателя на холостом ходу
4. Проверка под нагрузкой
5. Тепловые испытания
6. Виброакустические измерения

Каждый этап позволяет выявить возможные дефекты на ранней стадии. Это обеспечивает высокое качество готовой продукции и снижает риск отказов в процессе эксплуатации.

Периодичность тестирования электродвигателей в процессе эксплуатации

Как часто нужно проводить диагностику электродвигателей в процессе их работы? Это зависит от нескольких факторов:

• Тип и мощность двигателя
• Условия эксплуатации
• Критичность применения
• Рекомендации производителя

Общие рекомендации по периодичности тестирования:

• Небольшие двигатели общего применения: раз в 6-12 месяцев
• Средние и крупные промышленные двигатели: каждые 3-6 месяцев
• Двигатели в ответственных применениях: ежемесячно или чаще
• Двигатели в тяжелых условиях эксплуатации: еженедельно

Кроме того, внеплановое тестирование проводится при обнаружении отклонений в работе двигателя или после аварийных ситуаций.

Современные тенденции в диагностике электродвигателей

Развитие технологий привело к появлению новых методов диагностики электродвигателей:

1. Онлайн-мониторинг

Системы непрерывного контроля позволяют отслеживать состояние двигателя в режиме реального времени. Это дает возможность выявлять проблемы на ранней стадии и предотвращать аварийные ситуации.

2. Анализ больших данных

Использование алгоритмов машинного обучения для анализа большого объема данных о работе двигателя позволяет прогнозировать возможные неисправности и оптимизировать обслуживание.

3. Беспроводные технологии

Применение беспроводных датчиков упрощает процесс сбора данных и позволяет контролировать труднодоступные двигатели.

4. Интеграция с системами управления

Объединение систем диагностики с системами управления технологическими процессами позволяет автоматически корректировать режимы работы двигателя при обнаружении отклонений.

Экономическая эффективность регулярного тестирования электродвигателей

Многие предприятия задаются вопросом: оправданы ли затраты на регулярное тестирование электродвигателей? Давайте рассмотрим экономические аспекты:

Преимущества регулярной диагностики:

• Снижение риска внезапных отказов
• Уменьшение времени простоя оборудования
• Оптимизация затрат на обслуживание
• Увеличение срока службы двигателей
• Повышение энергоэффективности

Потенциальные потери при отказе от тестирования:

• Затраты на аварийный ремонт
• Убытки от простоя производства
• Преждевременная замена двигателей
• Повышенное энергопотребление

Исследования показывают, что затраты на регулярную диагностику в среднем в 5-10 раз меньше, чем потенциальные убытки от незапланированных простоев и аварийных ремонтов.

Заключение

Регулярное и качественное тестирование электродвигателей — ключевой фактор обеспечения их надежной и эффективной работы. Современные методы и оборудование позволяют выявлять проблемы на ранней стадии, предотвращая серьезные поломки и простои. Инвестиции в диагностику окупаются за счет снижения эксплуатационных расходов и увеличения срока службы оборудования.

Испытания электродвигателей | Hioki

Знакомство с электродвигателями и причины, по которым необходимы испытания электродвигателей

Обзор

Электродвигатели используются в различных областях, включая бытовую технику, промышленное оборудование и электромобили (EV), что делает их неотъемлемой частью наша повседневная жизнь. Эти силовые устройства используют взаимодействие магнитного поля и тока для создания вращательного движения. Специализированные измерительные приборы необходимы для проверки электродвигателей, например, в процессах проектирования, разработки и производства.
В этой статье представлены основные методы тестирования электродвигателей и объясняется необходимость тестирования.

Что такое электродвигатель?

Электродвигатели, использующие вращательное движение, используются в самых разных областях, начиная от электрических изделий и заканчивая электромобилями (EV) и промышленным оборудованием. Электродвигатели можно разделить на категории в зависимости от типа источника питания, который их приводит в действие, как двигатели постоянного тока или двигатели переменного тока.

Кроме того, электродвигатели имеют множество названий (включая двигатели постоянного тока, бесщеточные двигатели постоянного тока, шаговые двигатели, двигатели переменного тока, синхронные двигатели и асинхронные двигатели) в зависимости от их назначения, принципов работы, источника питания, конструкции и характеристик.
Электродвигатели преобразуют электрическую энергию во вращательное усилие. Магниты участвуют во вращении электродвигателей. Когда ток течет по катушке, намотанной на железный сердечник, она становится магнитом. Этот тип магнита известен как электромагнит, и он действует как магнит только при протекании тока. Как и обычные магниты, электромагниты имеют северный полюс и южный полюс, а электродвигатели используют силы, заставляющие магнитные полюса притягиваться и отталкиваться друг от друга.

Зачем нужны испытания электродвигателей?

Как было сказано выше, электродвигатели играют чрезвычайно важную роль в различных электрических изделиях, электромобилях и промышленном оборудовании. Кроме того, это чрезвычайно точные устройства, в состав которых входят такие компоненты, как провода, изоляторы, сердечники и постоянные магниты. Таким образом, их производительность, эффективность и безопасность зависят от их конструкции и характеристик. Следовательно, необходимо проводить тщательные испытания, чтобы проверить состояние электродвигателей.

Методы испытаний электродвигателей, которые необходимо знать: проектирование и разработка

Измерение динамических характеристик электродвигателя работа мотора. После измерения функция высокоскоростного расчета сигнала прибора используется для расчета мощности и эффективности двигателя, а также выходной мощности инвертора, а его функция отображения X-Y используется для отображения этих результатов.

Измерение вибрации крутящего момента двигателя

Крутящий момент и вибрация электродвигателя измеряются устройством памяти HiCorder для анализа поведения двигателя во время работы. Функционал прибора для расчета БПФ используется для выполнения частотного анализа с целью выявления непредвиденных частотных составляющих, в том числе резонансных явлений, которые вызваны собственной частотой вибрации двигателя и механизма, а также вибрациями во время работы.

Измерение угла поворота резольвера

Резольверы используются в качестве датчиков для точного измерения углового положения электродвигателей. Двигатели используются в сложных условиях в течение длительного периода времени в суровых условиях, в том числе в промышленном оборудовании, сервоприводах и электромобилях. Сигналы возбуждения и выходные сигналы резольвера измеряются памятью HiCorder, а функция расчета формы волны прибора используется для расчета угла поворота резольвера. Этот угол и его взаимосвязь с другими сигналами можно проанализировать, чтобы отрегулировать последовательность управления двигателем.
Поскольку производители стремятся расширить модельный ряд электромобилей, они должны повысить энергоэффективность управления двигателем, сделав соответствующие алгоритмы более точными.

Методы испытаний электродвигателей, которые необходимо знать: производственные процессы

Измерение сопротивления обмоток электродвигателей

Проверить наличие обрыва проводки можно путем измерения сопротивления обмоток электродвигателей. Если эти измерения производить с помощью высокоточного измерителя сопротивления, производители также могут обнаружить погрешности в толщине провода и количестве витков.

Измерение индуктивности катушки двигателя

В этом тесте измеряется индуктивность обмотки. Таким образом, производители могут проверить фазовый баланс, рабочие характеристики двигателя, неравномерность вращения и согласованность между драйвером и электродвигателем.

• Измеритель LCR IM3536

• Измеритель LCR IM3523

Измерение сопротивления изоляции и испытание на выдерживаемое напряжение электродвигателя и обмотки

Изготовители проводят испытания сопротивления изоляции и испытание на выдерживаемое напряжение. Испытав изоляцию во время досмотра при транспортировке, можно обеспечить высокий уровень безопасности.

Наблюдение за частичным разрядом во время испытаний на выдерживаемое напряжение

Случаи частичного разряда можно обнаружить, наблюдая за формами тока и напряжения во время испытаний на выдерживаемое напряжение. Частичные разряды могут привести к пробою изоляции. Проверяя наличие таких разрядов, производители могут выявить скрытые дефекты катушек.

Проверка на короткое замыкание в обмотках двигателя

Этот процесс помогает производителям обнаруживать нарушения изоляции (короткие замыкания) и ухудшение характеристик обмоток двигателя. Путем количественной оценки форм отклика во время такого тестирования можно обнаруживать дефекты с более высоким уровнем точности, чем это возможно с помощью обычных методов.

Заключение

В качестве силовых устройств, которые используют взаимодействие магнитных полей и тока для создания вращательного движения, электродвигатели используются для питания различных устройств, от бытовых приборов до крупных промышленных машин. Поскольку производительность, эффективность и безопасность электродвигателей зависят от их конструкции и характеристик, производители все чаще подвергают их всесторонним испытаниям.

Как насчет проведения тестов, используя методы тестирования, представленные в этой статье?

Applications

How to Use

Related Products

• Memory HiCorder MR6000
• Resistance Meter RM3545
• Resistance Meter RM3548
• LCR Meter IM3536
• LCR Meter IM3523
• Insulation Tester ST5520
• Impulse Winding Tester ST4030A

Испытание на перенапряжение | Образование и обучение

Образование и обучение по системам диагностики двигателей

Обзор

Испытание на перенапряжение — это метод проверки диэлектрической прочности изоляции в обмотках. Эти обмотки могут быть соленоидами, тороидами, трансформаторами или обмотками другого типа, например, в электродвигателях. Этот метод включает в себя подачу на обмотку импульса тока с быстрым нарастанием, который вызывает переход напряжения между соседними витками провода. Если это индуцированное напряжение достаточно велико, чтобы преодолеть слабую изоляцию, между проводами образуется дуга. Эта дуга улавливается оборудованием для испытаний на перенапряжение и отображается для оператора.

Перед тем, как перейти к другим приложениям, будет подробно объяснена техника. Опять же, перенапряжение включает в себя подачу на обмотку или катушку импульса тока с быстрым нарастанием. Глядя на основное уравнение для напряжения на катушке (ниже), напряжение на клеммах катушки пропорционально скорости изменения тока во времени. Индуктивность катушки есть константа пропорциональности.

(где L = индуктивность, i — ток, t — время. Член di/dt — скорость изменения тока во времени).

Проще говоря, подайте импульс на обмотку, и на клеммах появится напряжение. При испытаниях на перенапряжение мы всегда измеряем

напряжение вместо тока, чтобы не превысить некоторое напряжение пробоя какой-либо другой изоляции в обмотке

.



Наведенное напряжение от импульса тока (который наблюдается на зажимах обмотки) фактически распределяется по всем

виткам обмотки. Например, если обмотка состоит из 100 витков, а наблюдаемое напряжение на клеммах равно 1000 вольт, то

напряжение между витками составляет 10 вольт… в простом мире.

В действительности распределение напряжения будет неравномерным, как показано выше. Подробнее об этом позже.

Если напряжение на поврежденной витковой изоляции в катушке достаточно высокое, то образуется дуга. Согласно минимальному принципу пробоя Пашена

, напряжение на витках должно быть выше 375 В, а катушки должны быть расположены достаточно близко друг к другу для образования дуги. Когда возникает эта дуга, форма волны помпажа изменяется, как будет обсуждаться позже.

Что такое изоляция поворота?

Изоляция витков — это изоляционный материал, разделяющий витки провода в обмотке. На приведенном ниже рисунке показаны различные типы изоляции

в поперечном сечении фасонно намотанной катушки. На иллюстрации изоляция витка состоит из

1. эмалевого покрытия на самой жиле провода – это первичная изоляция витка,

2. дополнительного слоя изоляции вокруг эмали (обозначена на рисунке Strand Insulation) – это дополнительный ход

изоляция,

3. и еще один слой изоляции вокруг пучка проводников, который образует «проводник катушки» – эта изоляция

изолирует отдельные фасонные катушки друг от друга, а также изолирует фасонную обмотку от стального сердечника – это

— общая изоляция витка на иллюстрации

В этом примере 4 квадратных проводника соединены параллельно, чтобы получить

мощность катушки, необходимую для конструкции. Эти 4

проводника часто называют «четверкой в ​​руке». Когда

заканчиваются на конце катушки, все 4 проводника

соединяются вместе в одной и той же точке пайкой или

пайкой.

Изоляция витков в беспорядочно намотанных катушках представляет собой эмалевую пленку

на самом проводе.

В конце дня проверка на перенапряжение направлена ​​на выявление поврежденной или сгоревшей изоляции витков. Пример поврежденной изоляции

показан на трех фото ниже.



На третьем фото ниже также видно, где смола не полностью пропитала форму намотанных проводников катушки. В конце концов изоляция витка

полностью вышла из строя, что позволило двум соседним обмоткам сделать «сварной дефект».

Что делает импульс пульсации?

Хороший вопрос: что создает импульс, подаваемый на обмотку? Ответ: конденсатор заряжается до

высокого напряжения, а затем включается на витки обмотки – см. иллюстрацию ниже. Когда переключатель замыкается, заряд

хранится на конденсаторе, течет в обмотки двигателя. Поток тока идет от нулевого ампера до пикового ампера

, что дает высокую скорость изменения тока — di/dt — которая создает противо-ЭДС/напряжение. При умножении на индуктивность катушки

это значение di/dt дает нам напряжение на катушке.

Когда переключатель замкнут, напряжение на катушке будет представлять собой осциллирующую синусоиду, показанную ниже.

В идеальном мире без потерь эта синусоида будет работать вечно и исчезнет с правой стороны этой страницы (и через всю комнату, из

дверь и через улицу.) В действительности есть некоторое сопротивление в проводниках катушки, некоторые потери в стальном сердечнике и некоторое сопротивление, встроенное в сам импульсный тестер. В результате получается затухающая синусоида – см. ниже – вместо непрерывной звенящей синусоиды, показанной выше.



Кратко о том, как работает тестер перенапряжения:

1. конденсатор заряжается внутри тестера и
2. затем подключается к обмотке,
3. напряжение на обмотке измеряется и отображается на экране тестера .

На приведенном ниже рисунке кривые напряжения и тока размещены вместе на одном графике. Примечание: именно та маленькая точка на графике тока

, где ток изменяется от нуля до некоторого значения, вызывает результирующее индуктивное напряжение / противоЭДС на обмотке

. Почти все оборудование для испытаний на перенапряжение на рынке показывает только напряжение. Однако настоящим активным агентом является ток.

Ниже приведены не простые иллюстрации, а скриншот испытания на перенапряжение между двумя клеммами трехфазной

Обмотка двигателя.

Здесь напряжение возрастает от нуля примерно до 2100 В, а затем напряжение «вылетает» примерно на 2 цикла, прежде чем снова упасть до

нуля. Весь этот процесс звонка занимает около 50 микросекунд — очень короткий промежуток времени.

Начальное повышение напряжения является важным параметром. Чем быстрее время нарастания напряжения, тем выше будет напряжение между витками

, что и является целью испытаний на перенапряжение. Время нарастания на приведенном выше снимке экрана составляет около 150 наносекунд (150 нс).

Если на обмотку подается более медленный импульс, скажем, с временем нарастания 1000 нс, на

клеммах обмотки будет индуцироваться гораздо меньшее напряжение. Итак, одной из ключевых особенностей тестера импульсных перенапряжений является быстродействующий переключатель. Типичное время переключения составляет

от 100 нс до 400 нс. Это значение времени нарастания является параметром, указанным в стандартах (IEEE, IEC и т. д.). Подробнее о стандартах

позже.

Соотношение областей ошибок

Прежде чем перейти к более подробному описанию различных типов тестирования пульсаций, алгоритм отношения областей ошибок должен быть равен

объяснил. Рассмотрим два сигнала F1(i) и F2(i). Формула EAR:

На самом деле эта формула суммирует площадь между двумя волновыми формами (числитель) и делит ее на площадь

только одной из волновых форм. Графически формула сводится к иллюстрациям ниже. «A3» — это область между двумя кривыми

:

«A2» — это область под второй волной.

Таким образом, число EAR — это отношение двух областей A3/A2 или площади серой области, деленное на красную область:

Алгоритм EAR используется как при сравнительном тестировании, так и при последовательном тестировании. При сравнительном тестировании два сравниваемых сигнала

проходят через вычисление EAR, чтобы получить число, представляющее разницу в форме двух сигналов

. Если два сигнала идентичны, расчет EAR дает «ноль». Если есть небольшая разница, разница

, которую вы едва заметите, EAR дает ~4%. Если есть действительно заметная разница, EAR будет +10% или больше.

Типы испытаний на перенапряжение

Существует три способа испытания обмотки на перенапряжение:

1. Сравнительное испытание
2. Обнаружение дуги
3. Испытание частичным разрядом

Сравнительное испытание2 путем сравнения формы импульса с некоторой опорной формой волны. Этот эталонный сигнал может исходить от заведомо исправной катушки, идентичной обмотки или другой обмотки в том же устройстве, что и в трехфазном двигателе или трансформаторе. Пример сравнительного испытания трехфазного статора показан на снимке экрана ниже. Здесь эталонный сигнал является первым из трех сигналов, найденных при тестировании между отведениями 1 и 2 (от фазы A до фазы B). Форма волны, полученная при выполнении точно такого же теста между отведениями 2 и 3 (от фазы B до фазы C), сравнивается с первой формой волны. Аналогично, кривая теста отведения 3 к отведению 1 (фаза C — фаза A) также сравнивается с первой формой волны.

В приведенном выше сравнительном тесте действительно присутствуют три сигнала, но два из них расположены друг над другом (два сигнала под желтой кривой). Ясно, что эти две формы волны очень похожи и «хорошо сравниваются». Третий сигнал значительно отличается от двух других. Таким образом, эта форма волны не очень хорошо сравнивается.

Причиной этой ситуации является то, что статор имеет концентрическую обмотку, где две из трех обмоток физически меньше, чем третья обмотка. Концентрические обмотки часто изготавливают так, что последняя обмотка, вставленная в сердечник, немного больше по размеру, чтобы ее концевые витки можно было намотать на ранее вставленные катушки. Это перекрытие позволяет последней обмотке очищать ротор.
Если обмотка была обмоткой внахлестку, то все три формы волны должны лежать друг над другом.

Вот почему сравнительные тесты на перенапряжение настолько успешны. Однако следует понимать, что только обмотки, подобные трехфазным статорам, намотанным внахлестку, можно успешно сравнивать друг с другом. Если есть какая-то разница в обмотках, например, разные размеры катушек или разное окружение сердечника, хорошее надежное сравнение невозможно.

Основная идея сравнительного тестирования заключается в использовании эталонного сигнала для определения того, что другая катушка с нарушенной изоляцией изготовлена ​​неправильно.

Обнаружение дуги витка-витка

Обнаружение дуги витка-витка — это применение теста на перенапряжение, при котором испытательное напряжение начинается с низкого значения, например напряжения сети, и плавно увеличивается до максимального напряжения для обмотки.

Пример: для нового трехфазного двигателя на 480 В испытание начинается с 500 В и доходит до 3300 В при увеличении испытательного напряжения приблизительно на 25 В при каждом приложенном скачке напряжения.

Если испытательное напряжение достигает значения, при котором поврежденная изоляция витка позволяет образовать дугу между соседними витками в катушке, тогда форма волны при более высоком напряжении сдвинется влево по сравнению с предыдущей формой волны при более низком испытательном напряжении.

На приведенном выше снимке экрана показано дуговое замыкание на виток при напряжении около 1000 В. В этом примере испытательное импульсное напряжение медленно увеличивалось до тех пор, пока не было достигнуто напряжение, вызывающее искрение в обмотке. При возникновении этой неисправности осциллограмма смещалась влево. Разница в площади между дугообразным сигналом и предыдущим «хорошим» сигналом показана красным цветом, что позволяет нам легко увидеть его невооруженным глазом. Конечно, компьютер может присвоить этой красной области число, которое можно использовать для качественной оценки того, насколько форма волны изменилась.

На приведенном выше снимке экрана показан еще один пример, в котором сдвиг присутствует, но не так значителен, как в предыдущем примере. Тем не менее, тест на перенапряжение может четко показать сдвиг формы волны и дать нам количественную оценку различий.

Коммерческие термины для этого типа теста: «от пика до пика EAR» или «от импульса к импульсу EAR». Аббревиатура обоих этих терминов — «ppEAR». Этот метод включает в себя запуск испытания на перенапряжение при низком напряжении, скажем, при рабочем напряжении для обмотки, а затем постепенное повышение испытательного напряжения до тех пор, пока не будет достигнуто окончательное испытательное напряжение для обмотки. Иллюстрация техники показана ниже. Здесь все формы сигналов показаны на одном графике. Вы можете видеть, что тест начинается с 1000 В для первого сигнала, затем увеличивается на 500 В для сигнала 1500 В, снова увеличивается на 500 В для сигнала 2000 В, снова увеличивается на 500 В для сигнала 2500 В и т. д. Этот метод просмотра последовательных импульсов Вот почему этот тест иногда называют тестом «от импульса к импульсу EAR».

Расчет уша будет проведен для

Формы 1000 В и 1500 В

Тволны 1500 В и 2000 В. ниже.

Как обсуждалось выше, сдвиг может быть довольно незначительным — такие небольшие сдвиги можно легко пропустить, просто наблюдая за изменением формы сигнала на глаз (как это было принято при использовании ручных тестеров перенапряжения).

Часто осциллограммы скачут очень сильно, как показано в примере ниже. Даже выздоравливающий алкоголик сможет увидеть показанный здесь сдвиг.

Чтобы сделать ситуацию еще более интересной, на графике ppEAR могут быть небольшие «акульи зубы», что также указывает на повреждение изоляции. Графики ppEAR должны быть плавными, потому что тестовое оборудование точно контролирует увеличение напряжения с фиксированными шагами. Если на графиках ppEAR начинают появляться пики, тестер говорит нам о проблеме с изоляцией.

Скачок с проверкой частичного разряда

Как описано выше, проверка с перенапряжением работает путем создания напряжения между витками провода. Если между проводами есть пустота и напряжение между витками достаточно велико, то газ внутри пустоты разрушается. Когда этот газ распадается, он излучает радиоволны от десятков килогерц до многих гигагерц. Эта радиоволна, которую часто называют просто «РЧ» для радиочастоты, улавливается цепями в испытательном оборудовании.

Ниже показан снимок экрана, на котором показан PD при скачке напряжения в работе. Нечеткая красная линия на оси нулевого напряжения — это выход приемника ЧР. Небольшой переходный процесс, наблюдаемый сразу после переднего фронта импульса перенапряжения, является частичным разрядом. Примечание: эти небольшие пустоты в изоляции излучают очень небольшое количество энергии, поэтому необходима очень чувствительная система для наблюдения за радиочастотной энергией от пробоя пустот.

Зачем измерять частичный разряд?

Сегодня (февраль 2021 г. ) около ½ или более производимых сегодня асинхронных двигателей переменного тока используются с частотно-регулируемым приводом (ЧРП). Эти приводы VFD позволяют управлять двигателем с заданной скоростью или даже с заданным крутящим моментом. Все двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (двигатели постоянного тока с постоянными магнитами) работают с частотно-регулируемым приводом. (Кроме того, большинство двигателей постоянного тока также работают со специальным типом привода, в котором используются многие из тех же принципов, что и в приводе VFD для двигателей переменного тока/постоянного постоянного тока.)

Принцип работы частотно-регулируемого привода заключается в синтезе синусоидальной волны заданной частоты для управления двигателем. Например, если приложение должно работать со скоростью около 1600 об/мин, 4-полюсный двигатель должен работать с синусоидой частотой около 53 Гц. Типичными приложениями двигателей с приводом от частотно-регулируемого привода являются приводы в действие конвейерных лент или вентиляторов и насосов.

К сожалению, в процессе синтеза синусоиды определенной частоты привод создает скачки напряжения, которые подаются на двигатель тысячи раз в секунду. Таким образом, даже несмотря на то, что привод может синтезировать синусоидальную волну, например, при номинальном напряжении 410 В, в форме волны напряжения могут быть пики, в 2-3 раза превышающие линейное напряжение, или 820-1230 В.

Было бы полезно обсудить, почему существуют эти выбросы. Большинство приводов синтезируют синусоиду с помощью метода, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). По сути, электронный переключатель подключает обмотку к напряжению постоянного тока, но только на короткие промежутки времени. Если требуется более высокое напряжение, то обмотка дольше остается подключенной к постоянному напряжению. Если требуется меньшее напряжение, обмотку подключают на более короткий период. Таким образом, можно сказать, что работа по созданию более высокого или более низкого напряжения выполняется путем простого контроля количества времени, в течение которого переключатель включен или выключен, что легко сделать в цифровом мире.

Ниже показан сигнал переключения ШИМ.

Имейте в виду, что количество включений и выключений переключателей составляет примерно 100 раз за цикл, а не 10 или около того, как показано на рисунке.

Теперь о большой проблеме: переключение больших токов на обмотки/катушки индуктивности приводит к ситуации, когда каждый фронт включения или выключения имеет большое превышение, то есть на каждом фронте переключения возникает небольшой всплеск напряжения, как показано на рисунке. ниже:

Если эти выбросы напряжения достаточно велики, чтобы пробить небольшие пустоты в изоляции (изоляция грунтовой стены или изоляция витка), то изоляция вокруг пустоты достаточно быстро съедается разрядом. Без пустот в изоляции вероятность частичного разряда в ширине очень мала. Так что стоит присмотреться к пустотам утеплителя.

Изоляционные пустоты

Пустоты — это маленькие пузырьки или другие формы, которые вообще не имеют изоляции. Фото пустот в эпоксидной смоле показано ниже.

Несмотря на то, что показаны только круглые пустоты, эти пустоты могут принимать любую форму. Часто между слоями ленты имеются пустоты в виде намотанных витков или участки в хаотично намотанной обмотке, где смола просто вытекает из области между жилами провода.

Муфта ротора

Примером ненадежной ситуации сравнения является установка ротора в трехфазном двигателе. Из-за неравного

количества пазов в роторе и статоре некоторые фазные обмотки «увидят другой ротор». Из-за этой разницы

сравнение собранного мотора скорее всего не получится. Есть исключения, например, когда в двигателе находится сильно перекошенный ротор

. Пример соединения ротора показан на снимке экрана ниже. Здесь все три формы волны сдвинуты друг относительно друга на большую величину.

Три кривых выше относятся к тому же статору из предыдущего снимка экрана, но вал ротора был повернут на

120 градусов перед испытанием 2-3 и дополнительно на 120 градусов для испытания 3-1.

Скорее всего, желтый тест 3-1 был ~10 градусов отклонен от 120 градусов, поэтому его форма волны немного смещена по сравнению с другими.

Фото ниже иллюстрирует ситуацию. Обратите внимание на расстояние между пазами в статоре по сравнению с расстоянием между стержнями на роторе

и

. Они не то же самое.

В некоторых местах вокруг воздушного зазора стержни ротора идеально совпадают с пазами статора (что обеспечивает действительно хорошую магнитную

связь между обмотками статора в этом конкретном пазу и стержнем ротора), а в других местах зубец ротора будет

точно над пазом статора, что дает совершенно другую магнитную связь. Эта разница в магнитной связи является причиной того, что

формы сигналов для трех фаз различны.

Отраслевые стандарты

Поскольку испытания на перенапряжение существуют уже почти столетие, существует несколько хорошо зарекомендовавших себя стандартов испытаний. Такие организации, как IEEE, IEC, NFPA и EASA, включили в свои стандартные документы тестирование перенапряжения. Испытание на перенапряжение, безусловно, является установленным, общепризнанным и общепринятым методом проверки обмоток. Стандарты испытаний предписывают испытательные напряжения, используемые для испытаний на перенапряжение, минимальное необходимое время нарастания и степень изменения формы волны. В приведенной ниже таблице показаны некоторые испытательные напряжения, используемые при испытаниях на перенапряжение.

Распределение перенапряжения

Как упоминалось в начале этой статьи, импульс тока, протекающий по обмотке, создает напряжение от витка к витку. Как показано

на рисунке ниже, в идеальном мире витковое напряжение будет одинаковым между соседними витками провода в катушке. Часто

раз термин, используемый для описания напряжений внутри катушки, называется «распределение напряжения».

В действительности витковое напряжение не одинаково для каждого витка обмотки и фактически является довольно нелинейным. Эта нелинейность равна

по нескольким причинам:

1. Материалы индуктора, особенно железный сердечник, не являются линейными. Физическое поведение материалов само по себе

нелинейно, что приводит к некоторым нелинейностям в межвитковом распределении напряжения.

2. Время нарастания импульса тока очень быстрое, что приводит к ситуации, когда

фронт волны тока проходит через катушку. Это означает, что через одну катушку может проходить импульс тока

, в то время как его соседняя катушка еще не подозревает о наличии импульса тока. Другими словами, мы должны думать о

проводников в катушке как о линиях передачи, а длина фронта волны тока меньше, чем длина

проводников, которые образуют петли провода в катушке.



На рисунке ниже показан пример импульса 1000 В, подаваемого на 100-витковую катушку. Вместо того, чтобы иметь 10 В на виток

между петлями, существует ряд различных напряжений, при этом на первом витке наблюдается большее напряжение, чем на других витках.

Вместо того, чтобы просто смотреть на иллюстрации, давайте посмотрим на реальные размеры. На рисунке ниже показаны измеренные напряжения на каждом витке катушки во время испытания на перенапряжение 60-витковой обмотки трехфазного асинхронного двигателя на 6,9 кВ. Форма волны каждого отдельного оборота измерялась и записывалась.

Расстояние по вертикали между осциллограммами равно напряжению между витками. Помните, напряжение — это «потенциальная разница

» между двумя физическими точками в пространстве. На рисунке ниже показано, что понимается под разностью потенциалов.

Вычитание осциллограмм друг из друга показывает изменение напряжения между витками в зависимости от времени при прохождении импульса через обмотку

. Этот процесс вычитания сигналов друг из друга показан графически на иллюстрации ниже.

На приведенном выше графике показано не только «разность потенциалов» напряжения между витками. Первое, что следует отметить, это напряжение виток-виток

выше на первых нескольких витках обмотки по сравнению с другими витками в обмотке.