Индикатор КЗ-витков в катушках с ферромагнитными магнитопроводами
К. МОРОЗ Радио №1/2014 ст.45
Предлагаемый индикатор разрабатывался для проверки на наличие короткозамкнутых витков (КЗ) обмоток различных электротехнических устройств трансформаторов, машин постоянного и переменного тока, магнитных усилителей и т. д. Для уменьшения материальных затрат их магнито проводы нередко изготавливают из магнитомягких материалов с относительно большими удельными потерями. По этой причине зачастую невозможно получить достоверную информацию о наличии КЗ-витков традиционным способом — по срыву колебаний маломощного генератора [1—3], который возможен не только из-за наличия КЗ-витков, но и из-за потерь на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе. Принцип действия предлагаемого устройства основан на регистрации реакции контура ударного возбуждения, образованного встроенным конденсатором и проверяемой катушкой на импульс напряжения: если коротко- замкнутых витков нет, то при подключении к ней заряженного конденсатора в контуре возникают затухающие колебания, а если такие витки есть, — апериодические.
Схема индикатора изображена на рис. 1 Он содержит конденсатор С2, который совместно с проверяемой катушкой L* образует контур ударного возбуждения; коммутатор на сборке полевых транзисторов VT1, работой которого управляют кнопкой SB1; RS-триггер на элементах микросхемы D01, служащий для подавления дребезга контактов кнопки, формирователь импульсов на полевом транзисторе VT2 и двоичный счётчик на микросхеме DD2. Светодиод HL1 индицирует состояние счётчика «два и больше».
Устройство работает следующим образом После включения питания на выходе RS-триггера (вывод 4 элемента DD1.2) устанавливается уровень лог. 0, поэтому транзистор VT1.1 открыт, a VT1.2 закрыт. Через открытый транзистор VT1.1 конденсатор С2 заряжается до напряжения источника питания. Поскольку оно больше порогового напряжения транзистора VT2, последний открывается, соединяя вход СР счётчика DD2.1 с общим проводом. Триггеры счётчика при включении питания устанавливаются в произвольное состояние.
Для проверки катушки индуктивностиLx, подключённой к зажимам Х1 и Х2, нажимают и удерживают в этом состоянии кнопку SB1. При этом RS-триггер изменяет своё состояние — на выходе (вывод 4) элемента DD1.2 появляется уровень лог. 1. В момент переключения RS-триггера на выходе элемента DD1.3 (вывод 11) появляется короткий импульс, обнуляющий счётчики DD2.1 и DD2.2. Высоким уровнем на затворе закрывается транзистор VT1.1, отключая заряженный конденсатор С2 от источника питания, и открывается VT1.2, подключая параллельно ему проверяемую катушку. При отсутствии в ней коротко- замкнутых витков в контуре ЦС2 возникают затухающие гармонические колебания с частотой, зависящей от ёмкости и индуктивности его элементов. При перезарядке конденсатора С2 периодически открывается транзистор VT2, формируя импульсы, которые поступают на вход счётчика DD2.1. Как только амплитуда напряжения в контуре становится меньше порогового напряжения транзистора VT2, поступление импульсов на вход счётчика прекращается и как минимум на одном из выходов счётчика устанавливается уровень лог. 1, поэтому зажигается светодиод HL1, сигнализируя об исправности испытуемой катушки. После отпускания кнопки устройство возвращается в исходное состояние. Счётчик вновь обнуляется импульсом сброса с выхода элемента DD1.3.
При наличии в катушке короткозамкнутых витков на вход счётчика поступает только один импульс, и поскольку выход 1 (вывод 3) счётчика DD2.1 не подключён к элементу ИЛИ на диодах VD1—VD5, светодиод HL1 на него не реагирует. Цепь R3VD1 — VD4 защищает затвор транзистора VT2 от статического электричества.
К большинству деталей пробника особых требований не предъявляется: резисторы и конденсаторы могут быть любого типа, диоды — любые маломощные кремниевые, светодиод HL1 — любой, желательно повышенной яркости свечения. Главное требование к транзистору VT2 — малое пороговое напряжение. У транзисторов серии КП504 оно не выходит за пределы 0,6…1,2 В, поэтому можно применить транзистор с любым буквенным индексом Можно использовать транзистор КП505Г (у него пороговое напряжение 0,4. .0,8 В). Устройство собрано на фрагменте универсальной макетной платы размерами 50×30 мм. Для облегчения монтажа транзисторной сборки VT1 (она выпускается в корпусе SO-8 с шагом выводов 1,27 мм) изготовлена переходная плата. Для этого из макетной платы для микросхем с планарными выводами вырезан фрагмент (рис. 2), рассчитанный на монтаж четырёх выводов с шагом 1,27 мм. В фольге широкого печатного проводника с противоположной стороны фрагмента сделан разрез для создания зазора между выводами 5, 6 и 7, 8 сборки. Выводы переходной платы — отрезки лужёного медного провода диаметром 0,7 мм припаяны к получившимся площадкам под выводы 5—8 и впаяны в круглые площадки, которыми оканчиваются печатные проводники под выводы 1—4 Изогнув выводы переходной платы под нужным углом, её можно | смонтировать как параллельно основной плате, так и перпендикулярно к ней. Неиспользуемые входы микросхемы DD1 (выводы 8, 9) следует соединить либо с плюсовой линией питания, либо с общим проводом.
Собранное устройство вместе с батареей питания, составленной из четырёх соединённых последовательно элементов типоразмера ААА, помещают в корпус, в качестве которого удобно использовать пластмассовую мыльницу. Положение платы в корпусе фиксируют кусочками поролона, а половинки корпуса скрепляют одну с другой миниатюрными винтами-саморезами. Налаживания устройство не требует.
Как показала проверка, индикатор уверенно определяет наличие КЗ-витков в трансформаторах мощностью от нескольких ватт (трансформатор от сетевого адаптера) до нескольких киловатт (сварочный трансформатор), причём при подключении как к первичной, так и к вторичной( обмотке (КЗ-виток создавался искусственно, замыканием отрезка монтажного провода, пропущенного через окно маг- нитопровода). В устройствах с разветвлённой магнитной цепью (трёхфазных трансформаторах, магнитных усилителях и т. п.) необходимо проверять обмотки на каждом стержне. В машинах переменного тока в связи с различной пространственной ориентацией обмоток проверку следует производить также пообмоточно. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором в большинстве случаев можно проверять без разборки — по-видимому, воздушный зазор между ротором и статором создаёт достаточное магнитное сопротивление, ослабляющее влияние короткозамкнутых витков ротора (необходимость разборки возникала только в тех случаях, когда прибор показывал наличие КЗ-витков во всех обмотках). Тестировались двигатели самой разной конструкции и мощности — от маломощных однофазных (ЭДГ разных модификаций, КД-3,5) до трёхфазного импортного мощностью 3,5 кВт (от деревообрабатывающего станка). Коллекторные электродвигатели необходимо проверять при разных положениях якоря.
ЛИТЕРАТУРА
