RU210968U1 - Device for monitoring the insulation resistance of the windings of an asynchronous electric motor - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам диагностики изоляции электродвигателей. Устройство контроля сопротивления изоляции обмоток асинхронного электродвигателя, содержащее коммутационный и измерительный блоки, один ввод коммутационного блока силовыми цепями последовательно подключен к измерительному блоку, к другому вводу подключена силовая цепь с последовательно установленным управляемым термопредохранителем с возможностью подключения к нему исследуемого объекта; измерительный блок соединен с одной стороны сигнальной цепью с сигнальным элементом, с другой - измерительной цепью с блоком коммутации, имеющим ввод для подключения к нему исследуемого объекта, в отличие от прототипа, измерительный блок включает в себя контур питания, измерительный контур, преобразовательный контур и сигнальный контур, соединенные между собой измерительной цепью, в измерительном контуре установлен широтно-импульсный модулятор, имеющий шесть выводов, три из которых заземлены, четвертый вывод соединен с понижающим трансформатором напряжения, пятый - через резистор с операционным усилителем, расположенными в контуре, питания, шестой вывод соединен с диодным мостом, расположенным в измерительном контуре. Исследуемым объектом является асинхронный электродвигатель. Техническим результатом использования полезной модели является повышение точности в распознании дефектов при измерении сопротивления изоляции обмоток асинхронных электродвигателей, в частности выявления конкретного дефектного участка обмотки.The utility model relates to measuring technology, in particular to devices for diagnosing the insulation of electric motors. A device for monitoring the insulation resistance of windings of an asynchronous electric motor, containing a switching and measuring units, one input of the switching unit is connected in series to the measuring unit by power circuits, a power circuit is connected to the other input with a controlled thermal fuse installed in series with the possibility of connecting the object under study to it; the measuring unit is connected on one side by a signal circuit with a signal element, on the other hand, by a measuring circuit with a switching unit having an input for connecting the object under study to it, unlike the prototype, the measuring unit includes a power circuit, a measuring circuit, a converter circuit and a signal circuit connected to each other by a measuring circuit, a pulse-width modulator is installed in the measuring circuit, which has six leads, three of which are grounded, the fourth lead is connected to a step-down voltage transformer, the fifth - through a resistor with an operational amplifier located in the circuit, power supply, the sixth lead connected to a diode bridge located in the measuring circuit. The object under study is an asynchronous electric motor. The technical result of using the utility model is to increase the accuracy in detecting defects when measuring the insulation resistance of the windings of asynchronous electric motors, in particular, identifying a specific defective section of the winding.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам диагностики изоляции обмоток электродвигателей.The utility model relates to measuring technology, in particular to devices for diagnosing the insulation of electric motor windings.

Известен способ диагностики изоляции обмоток статора асинхронного электродвигателя (патент на изобретение РФ RU 2615021 С1, МПК G01R 31/00 опубликовано 03.04.2017), сущность которого заключается в отслеживании изменения сопротивления изоляции через соотношение полных сопротивлений обмоток статора, а также через ток утечки на корпус электродвигателя при подаче на обмотку статора напряжения после его отключения от питающей сети.A known method for diagnosing the insulation of the stator windings of an asynchronous electric motor (patent for the invention of the Russian Federation RU 2615021 C1, IPC G01R 31/00 published on 04/03/2017), the essence of which is to track the change in insulation resistance through the ratio of the total resistances of the stator windings, as well as through the leakage current to the housing electric motor when voltage is applied to the stator winding after it is disconnected from the mains.

Недостатком описанного аналога является неудобство в эксплуатации, высокая стоимость, невысокая точность, поскольку значения полных сопротивлений определяются косвенным путем при помощи измеренных токов и напряжений на обмотках статора.The disadvantage of the described analogue is the inconvenience in operation, high cost, low accuracy, since the values of the impedances are determined indirectly using the measured currents and voltages on the stator windings.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является микроконтроллерное устройство диагностики изоляции термоэлектрического мата (патент на полезную модель РФ RU 176973 U1, МПК Н05В 3/36 опубликовано 06.02.2018), содержащее коммутационный и измерительный блоки, один ввод коммутационного блока силовыми цепями последовательно подключен к измерительному блоку, к другому вводу подключена силовая цепь с последовательно установленным управляемым термопредохранителем с возможностью подключения к нему исследуемого объекта; измерительный блок соединен с одной стороны сигнальной цепью с сигнальным элементом, с другой - измерительной цепью с блоком коммутации, имеющим ввод для подключения к нему исследуемого объекта.The closest in technical essence to the claimed technical solution is a microcontroller device for diagnosing the insulation of a thermoelectric mat (patent for a utility model of the Russian Federation RU 176973 U1, IPC N05V 3/36 published on 02/06/2018), containing a switching and measuring units, one input of the switching unit by power circuits in series connected to the measuring unit, a power circuit with a sequentially installed controlled thermal fuse is connected to the other input with the possibility of connecting the object under study to it; the measuring unit is connected on one side by a signal circuit to the signal element, on the other hand, by a measuring circuit to the switching unit, which has an input for connecting the object under study to it.

Недостатком известного устройства является неточность в распознании дефектов при измерении сопротивления изоляции обмоток асинхронных электродвигателей.The disadvantage of the known device is the inaccuracy in the recognition of defects when measuring the insulation resistance of the windings of asynchronous motors.

Задачей полезной модели является повышение точности в распознании дефектов при измерении сопротивления изоляции обмоток асинхронных электродвигателей.The objective of the utility model is to improve the accuracy in detecting defects when measuring the insulation resistance of the windings of asynchronous electric motors.

Указанная цель достигается тем что, устройство контроля сопротивления изоляции обмоток асинхронного электродвигателя, содержащее коммутационный и измерительный блоки, один ввод коммутационного блока силовыми цепями последовательно подключен к измерительному блоку, к другому вводу подключена силовая цепь с последовательно установленным управляемым термопредохранителем с возможностью подключения к нему исследуемого объекта; измерительный блок соединен с одной стороны сигнальной цепью с сигнальным элементом, с другой - измерительной цепью с блоком коммутации, имеющим ввод для подключения к нему исследуемого объекта, в отличие от прототипа, измерительный блок включает в себя контур питания, измерительный контур, преобразовательный контур и сигнальный контур, соединенные между собой измерительной цепью, в измерительном контуре установлен широтно-импульсный модулятор, имеющий шесть выводов, три из которых заземлены, четвертый вывод соединен с понижающим трансформатором напряжения, пятый - через резистор с операционным усилителем, расположенными в контуре питания, шестой вывод соединен с диодным мостом, расположенным в измерительном контуре. Исследуемым объектом является асинхронный электродвигатель.This goal is achieved by the fact that the device for monitoring the insulation resistance of the windings of an asynchronous electric motor, containing switching and measuring units, one input of the switching unit is connected in series with power circuits to the measuring unit, a power circuit is connected to the other input with a series-installed controlled thermal fuse with the ability to connect the object under study to it ; the measuring unit is connected on one side by a signal circuit with a signal element, on the other hand, by a measuring circuit with a switching unit having an input for connecting the object under study to it, unlike the prototype, the measuring unit includes a power circuit, a measuring circuit, a converter circuit and a signal circuit connected to each other by a measuring circuit, a pulse-width modulator is installed in the measuring circuit, which has six leads, three of which are grounded, the fourth lead is connected to a step-down voltage transformer, the fifth - through a resistor with an operational amplifier located in the power circuit, the sixth lead is connected with a diode bridge located in the measuring circuit. The object under study is an asynchronous electric motor.

Контур питания служит для питания измерительного контура устройства контроля изоляции напряжением 5 В и 12 В.The power circuit is used to power the measuring circuit of the insulation monitoring device with a voltage of 5 V and 12 V.

Широтно-импульсный модулятор, расположенный в измерительном контуре, обеспечивает плавный пуск преобразователя и поддерживает выходное напряжение на стабильном уровне.The pulse-width modulator, located in the measuring circuit, provides a smooth start of the converter and maintains the output voltage at a stable level.

Преобразовательный контур напряжения преобразовывает из 12 В постоянного тока в 500 В постоянного тока для осуществления замера сопротивления изоляции.The voltage converter circuit converts from 12 VDC to 500 VDC for insulation resistance measurement.

Измерительный контур усиливает потенциал утечки операционным усилителем при замере сопротивления изоляции.The measuring circuit amplifies the leakage potential with an operational amplifier when measuring the insulation resistance.

Сигнализационный контур из усиленного сигнала потенциала утечки, методом сравнения потенциалов на операционных усилителях индуцирует показания состояния сопротивления изоляции измеряемого объекта тремя светодиодами разного цвета: красный - сопротивление изоляции измеряемого объекта ниже допустимого предела; желтый - сопротивление изоляции измеряемого объекта подходит к допустимому пределу; зеленый - сопротивление изоляции измеряемого объекта выше допустимого предела.The signal circuit from the amplified signal of the leakage potential, by comparing potentials on operational amplifiers, induces indications of the state of the insulation resistance of the measured object by three LEDs of different colors: red - the insulation resistance of the measured object is below the permissible limit; yellow - the insulation resistance of the measured object is approaching the permissible limit; green - the insulation resistance of the measured object is above the allowable limit.

Устройство контроля сопротивления изоляции обмоток асинхронного электродвигателя работает следующим:The device for monitoring the insulation resistance of the windings of an asynchronous electric motor works as follows:

В контуре питания переменное напряжение 220 В приходит на первичную обмотку понижающего трансформатора через предохранитель. Со вторичной обмотки переменное напряжение потенциалом 12 В выпрямляется диодным мостом и поступает на линейный стабилизатор напряжения для формирования потенциала +5 В для питания операционных усилителей. Также после диодного моста выпрямленное напряжение +12 В поступает на повышающий преобразователь, преобразующий из +12 В постоянного напряжения +500 В постоянного напряжения для осуществления замеров сопротивления изоляции.In the power circuit, an alternating voltage of 220 V comes to the primary winding of the step-down transformer through a fuse. From the secondary winding, an alternating voltage with a potential of 12 V is rectified by a diode bridge and fed to a linear voltage regulator to form a +5 V potential to power operational amplifiers. Also, after the diode bridge, the rectified voltage of +12 V is supplied to a boost converter, which converts from +12 V DC to +500 V DC to measure insulation resistance.

В преобразовательном контуре собран преобразователь на +500 В постоянного напряжения. С выхода микросхемы широтно-импульсного модулятора сигнал поступает на двухтактный усилитель на транзисторах, где усиливается для лучшего управления силовым транзистором. Силовой транзистор управляет в однотактном режиме повышающим трансформатором напряжения на ферритовом броневом сердечнике.A converter for +500 V DC voltage is assembled in the converter circuit. From the output of the pulse-width modulator microcircuit, the signal is fed to a push-pull transistor amplifier, where it is amplified for better control of the power transistor. The power transistor controls a step-up voltage transformer on a ferrite armor core in single-cycle mode.

Ток на повышающий трансформатор поступает через резистор для ограничения тока насыщения повышающего трансформатора. Выход трансформатора завязан на однополупериодный выпрямитель на диоде и конденсаторе. Параллельно конденсатору выпрямителя подключен резистор для обеспечения холостого тока потребления прибора и для работы схемы преобразования напряжения. Выход преобразователя напряжения +500 В поступает на испытуемый напряжением объект через ограничительный резистор.The step-up transformer receives current through a resistor to limit the saturation current of the step-up transformer. The output of the transformer is tied to a half-wave rectifier based on a diode and a capacitor. A resistor is connected in parallel with the rectifier capacitor to provide idle current consumption of the device and to operate the voltage conversion circuit. The +500 V voltage converter output is fed to the voltage tested object through a limiting resistor.

В измерительном контуре усилитель потенциала собран на операционном усилителе по схеме не инвертирующего усилителя напряжения. Потенциал утечки поступает на сглаживающий конденсатор, нагрузочный резистор для обеспечения выделения на резисторе напряжения, соответствующему определенному сопротивлению испытуемого объекта, рассчитываемого по закону Ома. Усиленный сигнал с выхода неинвертирущего операционного усилителя, поступает на сглаживающий конденсатор, а далее на сигнализационный контур, который собран на трех светодиодах: красном, желтом и зеленом, и трех операционный усилителях, включенных по схеме компаратора напряжения.In the measuring circuit, the potential amplifier is assembled on an operational amplifier according to the scheme of a non-inverting voltage amplifier. The leakage potential is supplied to a smoothing capacitor, a load resistor to ensure that a voltage is allocated across the resistor corresponding to a certain resistance of the object under test, calculated according to Ohm's law. The amplified signal from the output of the non-inverting operational amplifier is fed to a smoothing capacitor, and then to the signal circuit, which is assembled on three LEDs: red, yellow and green, and three operational amplifiers connected according to the voltage comparator circuit.

Во время технологического перерыва или по мере надобности, когда необходимо убедиться в электробезопасном состоянии изоляции обмоток асинхронного электродвигателя, обслуживающий персонал с помощью коммутационного блока обесточивает асинхронный электродвигатель. Затем также через коммутационный блок организует подачу стабильного преобразованного напряжения на силовые цепи измерительного блока для его питания. Одновременно с этим через коммутационный блок обслуживающий персонал подключает измерительные цепи измерительного блока одним концом на обмотку отдельно взятой фазы асинхронного электродвигателя, другим - на корпус электродвигателя для последующей индикации состояния уровня изоляции. По сигнальному элементу можно судить о состоянии изоляции. Если горит зеленый светодиод - сопротивление изоляции в норме. Если горит желтый светодиод - сопротивление изоляции в предотказовом состоянии. Если горит красный светодиод - сопротивление изоляции ниже допустимого предела, следует немедленно остановить эксплуатацию асинхронного электродвигателя.During a technological break or as needed, when it is necessary to verify the electrically safe state of the insulation of the windings of the asynchronous motor, the operating personnel, using a switching unit, de-energizes the asynchronous motor. Then, also through the switching unit, it organizes the supply of a stable converted voltage to the power circuits of the measuring unit to power it. At the same time, through the switching unit, the service personnel connects the measuring circuits of the measuring unit with one end to the winding of a single phase of the asynchronous motor, and the other end to the motor housing for subsequent indication of the state of the insulation level. The signal element can be used to judge the state of the insulation. If the green LED is on, the insulation resistance is OK. If the yellow LED is on, the insulation resistance is in a pre-failure state. If the red LED is on - the insulation resistance is below the permissible limit, you should immediately stop the operation of the asynchronous electric motor.

Для работы асинхронного электродвигателя в нормальном режиме обслуживающий персонал через коммутационный блок отключает измерительные цепи измерительного блока от отдельно взятой фазы электродвигателя и одновременно с этим обесточивает силовые цепи питания измерительного блока. Затем через коммутационный блок обслуживающий персонал подает питающее напряжение сети на асинхронный электродвигатель.To operate the asynchronous motor in normal mode, the operating personnel, through the switching unit, disconnects the measuring circuits of the measuring unit from a single phase of the electric motor and at the same time de-energizes the power supply circuits of the measuring unit. Then, through the switching unit, the operating personnel supplies the mains voltage to the asynchronous electric motor.

Подключение устройства контроля сопротивления изоляции обмоток асинхронного электродвигателя происходит поочередно к каждой фазе электродвигателя. Это позволяет выявить дефектную фазу с точки зрения электробезопасности всего асинхронного двигателя. Сигнализационный блок с индикаторами в виде светодиодных ламп определяет уровень состояния изоляции обмоток электродвигателя.The connection of the device for monitoring the insulation resistance of the windings of an asynchronous electric motor occurs in turn to each phase of the electric motor. This makes it possible to identify a defective phase from the point of view of the electrical safety of the entire induction motor. The signaling unit with indicators in the form of LED lamps determines the level of the state of the insulation of the motor windings.

Таким образом, устройство контроля сопротивления изоляции обмоток асинхронного электродвигателя позволяет выявить дефектную фазу обмотки асинхронного электродвигателя с точки зрения электробезопасности его работы, в частности, выявления конкретного дефектного участка обмотки.Thus, the device for monitoring the insulation resistance of the windings of an asynchronous electric motor makes it possible to identify a defective phase of the winding of an asynchronous electric motor from the point of view of the electrical safety of its operation, in particular, to identify a specific defective section of the winding.

Техническим результатом использования полезной модели является повышение точности в распознании дефектов при измерении сопротивления изоляции обмоток асинхронных электродвигателей.The technical result of using the utility model is to increase the accuracy in detecting defects when measuring the insulation resistance of the windings of asynchronous electric motors.

Claims (1)

Устройство контроля сопротивления изоляции обмоток асинхронного электродвигателя, содержащее коммутационный и измерительный блоки, один ввод коммутационного блока силовыми цепями последовательно подключен к измерительному блоку, к другому вводу подключена силовая цепь с последовательно установленным управляемым термопредохранителем с возможностью подключения к нему исследуемого объекта; измерительный блок соединен с одной стороны сигнальной цепью с сигнальным элементом, с другой - измерительной цепью с блоком коммутации, имеющим ввод для подключения к нему исследуемого объекта, отличающееся тем, что измерительный блок включает в себя контур питания, измерительный контур, преобразовательный контур и сигнальный контур, соединенные между собой измерительной цепью, в измерительном контуре установлен широтно-импульсный модулятор, имеющий шесть выводов, три из которых заземлены, четвертый вывод соединен с понижающим трансформатором напряжения, пятый - через резистор с операционным усилителем, расположенными в контуре питания, шестой вывод соединен с диодным мостом, расположенным в измерительном контуре.A device for monitoring the insulation resistance of windings of an asynchronous electric motor, containing a switching and measuring units, one input of the switching unit is connected in series to the measuring unit by power circuits, a power circuit is connected to the other input with a controlled thermal fuse installed in series with the possibility of connecting the object under study to it; the measuring unit is connected on one side by a signal circuit with a signal element, on the other hand, by a measuring circuit with a switching unit having an input for connecting an object under study to it, characterized in that the measuring unit includes a power circuit, a measuring circuit, a converter circuit and a signal circuit , interconnected by a measuring circuit, a pulse-width modulator is installed in the measuring circuit, which has six leads, three of which are grounded, the fourth lead is connected to a step-down voltage transformer, the fifth - through a resistor with an operational amplifier located in the power circuit, the sixth lead is connected to diode bridge located in the measuring circuit.