Содержание
Измерение сопротивления двигателя — Блог Режимщика
Как известно, обычный мультиметр не может нормально измерить сопротивление порядка 1 ома и ниже. Такое сопротивление имеют измерительные шунты и … обмотки двигателей. И не мудрено. Длина провода одной обмотки двигателя мощностью 260 Вт составляет всего-лишь 30 см.
Что есть сопотивление двигателя?
Лично у меня сразу возник этот вопрос. Ведь оттуда торчит 3-4 провода (4-й средняя точка звезды). Ответ лежит на поверхности — это сопротивление между любыми двумя проводами (для 3х проводных). Обычно мотают 3 обмотки и соединяют в общем случае либо в звезду, либо в треугольник. На самом деле вариантов тьма тьмущая, но смысл один — сопротивление обмоток, соединенных в треугольник меньше, чем соединеных в звезду. Поэтому для них нужно меньшее напряжение, а ток получается выше. А мы помним, что момент пропорционален току. Чтобы не перегревать обмотки их соединяют в звезду, но при этом падает мощность, поэтому повышают напряжение. Также, двигатели «со звездой» в 1.73 раза крутятся медленнее чем «с треугольником» при одинаковом напряжении. Схему выбирают в зависимоти от нужного момента и требуемой скорости вращения при заданном напряжении. Подробнее неплохо расписано тут.
Как и чем измерять?
И здесь нам опять поможет закон Ома R = U/I. В зависимости от диаметра провода обмотки (которую, обычно, видно), можно прикинуть максимальный ток и отсюда определить максимальное напряжение источника питания. В моем случае имеется двигатель с неизвестными параметрами. На глазок, диаметр провода 0.5 мм, тогда по табличке определяем примерное сопротивление R=0,1 Ом на 1 м, а также длительно допустимый ток не более Iдоп = 1А. В моторе 12 зубьев, т.е. по 4 зуба на обмотку. Можно очень примерно прикинуть кол-во витков и средний диаметр зуба чтобы грубо вычислить длину провода. При соединении в звезду на 2 обмотки в моем моторе больше 1 м вряд-ли влезет, поэтому в первом приближении буду ориентироваться на величину сопротивления 0,1 Ом.
Далее вспомним про кратность пускового тока порядка K = 7 для переменного тока, а для постоянного импульсного можно вполне взять K = 10 (это почти наобум, но с хорошим запасом — см. список в конце статьи). Отсюда делаем вывод, что при измерении сопротивления нужно обеспечить кратковременный ток около I = Iдоп*K = 1*10 = 10А. Это значит, что нам нужно подать напряжение U = I*R = 10 * 0,1 = 1В. Довольно маленькое напряжение при довольно большом токе. Выбор пал на пару оставшихся в живых Ni-Cd аккумуляторов от шуруповерта. Они обеспечивают большой ток разряда при номинальном напряжении 1.2В. В прошлый раз я измерил их внутреннее сопротивление и получил 0.13 и 0.22 Ома соответственно. Остальные 10 штук совсем дохлые. Соединенные параллельно они должны дать около I = U/(Re+R) = 1.2/(0.13*0.22/(0.13+0.22) + 0.1) = 6.6 А. Не много, но ничего мощнее под рукой не оказалось. Если под рукой нет подходящего источника питания можно попробовать подобрать токоограничивающий резистор достаточной мощности чтобы погасить на себе излишки. Если есть источник 5В (например, компьютерный БП обычно дает 12А и более), то в моем случае потребуется шунт Rш = U/I — R = 5/10 — 0.1 = 0.4 Ом. Найти такое сопротивление будет не просто, тем более что оно должно быть мощностью 40W или хотябы кратковременно пропускать такую мощность. Можно посмотреть в сторону ламп накаливания…
Ну а дальше все просто. Кратковременно подключаем нашу батарею к любым двум выводам двигателя. Быстро замеряем напряжение и ток. Делим одно на другое и получаем искомое сопротивление.
Само собой, для измерения я задействовал свой приборчик на Arduino. Честно говоря, изначально именно для этого измерения он и был собран.
Перед измерением хорошенько накачал аккумуляторы. Батарея выдала аж 20 мОм, видимо немного раскачались. А измеренное сопротивление нашего подопытного бесколлекторного двигателя 112 мОм оказалось очень близким к прикидочному и косвенно подтвердило предположение о соединении обмоток в звезду. Так что способ подсчета кол-ва витков также работает, но тут нет гарантии, что намотка не проводилась жгутом из нескольких проводов, да и при малом диаметре и большой плотности навивки подсчитать кол-во витков бывает очень затруднительно.
Зачем вообще это надо?
Знать сопротивление нужно чтобы исходя из диаметра проводов обмоток определить допустимую электрическую мощность двигателя или если проще, то какое максимальное напряжение можно подать на двигатель чтобы он не перегрелся. В современных двигателях постоянного тока все чаще применяют неодимовые магниты (привет, электрокары). Известны случаи построения кулибиными ветрогенераторов мощностью до 5 кВт с использованием этих магнитов. Но есть и недостаток — при температуре выше 90°С он теряет свои суперсвойства, поэтому контроль нагрева таких двигателей очень важен, а значит важно знать сопротивление обмоток.
Тут конечно еще много неизвестных. Нужно определить максимальный ток провода при импульсном питании. Есть такие данные:
1А — 0.05мм, 3А — 0.11мм, 10А — 0.25мм, 15А — 0.33мм,
20А — 0.4мм, 30А — 0.52мм, 40А — 0.63мм, 50А — 0.73мм,
60А — 0.89мм, 70А — 0.92мм, 80А — 1.00мм, 90А — 1.08мм, 100А — 1.16мм
Вроде бьются с моими параметрами, но откуда они я пока не разбирался. Похоже на ток плавкого предохранителя, т.е. прям край-край. Если руководствоваться ими, то в моем случае диаметр 0,4мм «по меди» даст 20А, а мощность при 3S Li-Po батареии составит P = 3*3,7*20 = 222 Вт; при 4S составит P = 4*3,7*20 = 296 Вт. Какое максимальное напряжение можно подать зависит от теплового баланса, т.е. от условий охлаждения, а это посчитать уже проблематично — проще измерить, но это, возможно, тема отдельной статьи.
P.S.
Лично мне измерение сопротивления моего двигателя помогло убедиться в том, что найденные в интернете характеристики мотора, внешне похожего на мой, заслуживают доверия. Его заводские характеристики: ток без нагрузки 0.4А, максимальный ток 22 А, мощность 260 Вт (механическая в соответствии с ГОСТ Р 52776-2007). А в другом месте нашел, что у подобного мотора сопротивление 0.119 Ом, что в принципе, близко к моим результатам.
Купон на 15% скидку на радиоуправляемые игрушки на Алиэкспресс.
|
Почему мы измеряем сопротивление обмотки трансформатора?
Введение
Измерение сопротивления обмотки трансформатора имеет принципиальное значение для следующих целей:
- Расчеты I 2 R составляющей потерь в проводниках.
- Расчет температуры обмотки в конце цикла температурных испытаний.
- В качестве основы для оценки возможного ущерба в полевых условиях.
Трансформаторы подвержены вибрации. Проблемы или неисправности возникают из-за плохой конструкции, сборки, обращения, плохих условий эксплуатации, перегрузки или плохого обслуживания. Измерение сопротивления обмоток гарантирует правильность соединений, а измерение сопротивления указывает на отсутствие серьезных несоответствий или обрывов. Многие трансформаторы имеют встроенные отводы. Эти краны позволяют увеличивать или уменьшать соотношение на доли процента. Любое изменение отношения связано с механическим перемещением контакта из одного положения в другое. Эти переключения ответвлений также проверяются во время испытания сопротивления обмотки.
Независимо от конфигурации (звезда или треугольник) измерения выполняются фаза к фазе. Сравнения проводятся, чтобы определить, сопоставимы ли показания. Целью испытания является проверка грубых различий между обмотками и обрывов в соединениях. Испытания не проводятся для дублирования показаний изготовленного устройства, которое было испытано на заводе в контролируемых условиях и, возможно, при других температурах.
Характеристики трансформатора
Трансформатор — это пассивное устройство, способное накапливать и отдавать ограниченное количество энергии. Все трансформаторы используют магнитный материал для формирования магнитных полей, которые действуют как среда для передачи энергии. Связь между магнитным полем и электрическими цепями, с которыми оно взаимодействует, играет важную роль в описании работы устройства. Магнитный материал определяет размер и возможности оборудования и вводит ограничения из-за насыщения и потери производительности.
Трансформатор состоит из двух или более обмоток, связанных между собой взаимным магнитным полем. Эти обмотки представляют собой катушки проводов и катушки индуктивности. Характеристики трансформатора теперь можно анализировать с помощью простых формул. Напряжение на катушке индуктивности пропорционально скорости изменения тока через нее во времени.
В = L di/dt
Следует также отметить, что резкое изменение тока индуктора также требует резкого изменения энергии, запасенной в индукторе, а это резкое изменение энергии требует в этот момент бесконечной мощности; бесконечная мощность не существует в реальных приложениях. Нельзя допускать, чтобы ток дросселя мгновенно перескакивал с одного значения на другое. Если будет предпринята попытка разомкнуть физический индуктор, через который протекает конечный ток, на переключателе возникнет дуга. Это полезно в системе зажигания автомобиля, но никому не хочется наблюдать при проверке обмоток трансформатора.
Энергия, запасенная в индукторе с циркулирующим током, может быть представлена формулой:
Вт (т) = 1/2 л 2 л,
где,
w(t) = Энергия как функция времени,
I = ток в амперах,
L = индуктивность в генри
Прежде чем требуемый испытательный ток сможет протекать через обмотку, это требование к энергии должно быть удовлетворено. Это означает, что потребуется некоторое время, прежде чем можно будет провести измерение. Это требование времени относится только к времени зарядки. Перед проведением измерения необходимо дать дополнительное время для стабилизации тока.
Общее время, необходимое для снятия показаний, ограничено задержкой по времени между подачей постоянного тока и моментом, когда намагниченность сердечника становится стабильной. В зависимости от размера и конструкции трансформатора время испытаний может быть очень коротким для небольших трансформаторов или очень длительным для более крупных трансформаторов с высокой индуктивностью.
Испытательное оборудование
До появления современного цифрового электронного оборудования использовался мост Кельвина. Батарейки, выключатели, гальванометры, амперметры и регулировочные ползунки использовались для измерения сопротивления трансформатора. Регуляторы тока были сконструированы и вставлены между батареей и мостом. Входное напряжение на стабилизатор 12 В постоянного тока от автомобильной аккумуляторной батареи обеспечивало переменные ступенчато выходные токи, соответствующие максимальному номинальному току моста на наиболее применяемых на трансформаторах диапазонах. Регулятор тока увеличил как скорость, так и точность показаний моста. Приблизительное наличие 11 В использовалось для ускорения начального нарастания тока и снижалось примерно до 5 В непосредственно перед тем, как был достигнут выбранный ток и началось регулирование.
Когда началось регулирование, ток был практически постоянным, несмотря на индуктивность обмоток и колебания напряжения батареи или сопротивления выводов.
Время тестирования значительно сократилось за счет использования современных контрольно-измерительных приборов на базе микропроцессоров. Прямые показания доступны с цифровых счетчиков с автоматической индикацией, показывающей, когда доступно хорошее измерение. На некоторых тестерах доступны два измерительных канала, что позволяет проводить два измерения сопротивления одновременно.
Осторожно: Из-за огромного количества энергии, которое может накапливаться в магнитном поле, перед отсоединением измерительных проводов от тестируемого трансформатора следует принять меры предосторожности. Никогда не отсоединяйте провода во время процесса тестирования и всегда давайте достаточно времени для полной разрядки тестируемого трансформатора. Для разрядки больших трансформаторов может потребоваться несколько минут. Сегодня большинство новых тестеров сопротивления обмоток имеют индикаторы, которые показывают, когда безопасно отсоединять провода.
Принципы работы
Основная идея состоит в том, чтобы подавать постоянный ток через измеряемую обмотку, а затем считывать падение напряжения на этой обмотке.
Приборы для электрических испытаний пропускают постоянный ток через обмотку и внутренний эталонный токовый шунт. После измерения обоих падений постоянного напряжения выполняется расчет сопротивления, и его значение отображается на передней панели прибора. Этот метод позволяет не учитывать сопротивление выводов, поскольку показания не зависят от тока. Кроме того, не потребуется никаких коэффициентов умножения при изменении текущих диапазонов.
Источник постоянного тока должен быть очень стабильным. Формула для постоянного напряжения на трансформаторе приведена ниже:
В = I * R + (L di/dt)
где,
В = напряжение на обмотке трансформатора
I = постоянный ток через обмотку трансформатора
R = сопротивление обмотки трансформатора
L = индуктивность обмотки трансформатора
ди/дт = изменение значения тока (пульсация)
Предположим, что тестер имеет очень стабильный источник тока (т. е. отсутствие пульсаций), тогда di/dt равно нулю, а L di/dt становится равным нулю.
Устройство переключения ответвлений
Переключатели ответвлений делятся на два типа: под нагрузкой и без нагрузки. Устройство РПН позволяет изменять передаточное отношение во время работы трансформатора. Это означало бы, что передаточное отношение трансформатора может быть изменено, пока мощность все еще проходит через него. Наиболее распространенным примером устройства РПН этого типа является регулятор напряжения.
Устройство РПН
При тестировании устройств РПН прибор необходимо оставлять включенным при переходе от РПН к РПН. Это позволяет оператору проводить измерения очень быстро, не разряжая и не перезаряжая трансформатор при каждом ответвлении. Тестер сопротивления обмотки должен балансироваться после каждого переключения ответвлений.
Если кран неисправен (открыт) или если есть хотя бы часть времени, когда цепь разомкнута, тестер сопротивления обмотки автоматически переходит в цикл разрядки. Это дает оператору четкое указание на возможную неисправность в устройстве РПН. В этом состоянии разомкнутой цепи испытательный комплект не повредит трансформатор.
Обесточенный переключатель ответвлений
Этот тип устройства РПН требует, чтобы устройство РПН разряжалось между переключениями РПН. Для замены отводов трансформатор должен быть выведен из эксплуатации.
Тестер сопротивления по-прежнему будет работать с этим переключателем, но измерение должно быть остановлено и перезапущено между переключениями ответвлений.
Безопасность
Хотя некоторые виды диагностики трансформатора могут быть выполнены без обесточивания трансформатора, измерение сопротивления обмотки к ним не относится. Для обеспечения максимальной безопасности работника от трансформатора должны быть отсоединены как высоковольтные, так и низковольтные провода. Желательно, чтобы между зажимами трансформатора и линиями высокого и низкого напряжения был видимый разрыв. Прибор для измерения сопротивления обмотки должен быть должным образом заземлен во время испытания. Также рекомендуется во время измерения заземлить одну сторону испытуемой обмотки.
Заключение
Трансформаторы
являются очень надежными устройствами, которые могут служить в течение длительного времени, если их регулярно обслуживать и обслуживать. Отказы трансформаторов, если они случаются, обычно носят серьезный характер, что может потребовать дорогостоящего ремонта и длительного простоя. Лучшая страховка от выхода из строя трансформатора – обеспечить его правильную установку и техническое обслуживание.
Убедитесь, что проверка сопротивления обмотки включена при проверке трансформатора. Хорошо записывайте найденные значения сопротивления и сравнивайте их с предыдущими показаниями на наличие отклонений.
Чтобы загрузить эту статью в формате .pdf, войдите в систему и перейдите по следующей ссылке. Литература и авторские права указаны в оригинальном документе.
1 сентября 2022 г.
ИСПЫТАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБМОТКИ ТРАНСФОРМАТОРА
Каждый трансформатор будет испытан для определения его технических характеристик с помощью некоторых испытаний, таких как типовые испытания , стандартные испытания, специальные испытания.
На заводе основные цели этого теста следующие:
- Расчет I 2 Р Потери в трансформаторе.
- Расчет температуры обмотки в конце испытания трансформатора на повышение температуры.
- В качестве стандарта для оценки возможных повреждений в полевых условиях.
Проводится на объекте с целью выявления аномалий из-за ослабления соединений, повышенного сопротивления контактов в переключателях ответвлений, обрыва жил жил, высоковольтных выводов и вводов.
Мостовой метод измерения сопротивления обмотки
Мостовой метод i s основан на сравнении известного сопротивления с неизвестным сопротивлением. Когда токи, протекающие через плечи мостовой схемы, уравновешиваются, показания гальванометра показывают нулевое отклонение, что означает, что в уравновешенном состоянии через гальванометр не будет протекать ток.
Очень маленькое значение сопротивления (в миллиомах) может быть точно измерено методом моста Кельвина , тогда как для более высоких значений применяется метод измерения сопротивления мостом Уитстона. При мостовом методе измерения сопротивления обмоток погрешности сведены к минимуму.
Сопротивление, измеренное мостом Кельвина,
m измерение сопротивления обмотки трансформатора , кроме методики измерения сопротивления.
Измерение сопротивления производится с помощью моста Уитстона,
Процедура измерения сопротивления обмотки трансформатора
Для обмотки , соединенной звездой , измерение сопротивления должно выполняться между нейтральной клеммой и линией.
Для автотрансформаторов , соединенных звездой , измерение сопротивления стороны ВН проводится между клеммой IV и клеммой ВН, затем между нейтралью и клеммой IV.
Для обмоток , соединенных треугольником, сопротивление обмотки должно быть измерено между парами линейных клемм. Как и при соединении треугольником, измерение сопротивления отдельной обмотки не может быть выполнено отдельно, сопротивление каждой обмотки должно рассчитываться по следующей формуле:
Сопротивление на обмотку = 1,5 × измеренное значение
Измерение сопротивления выполняется при температуре окружающей среды, а затем преобразуется в сопротивление при 75 o C для всех практических целей сравнения с указанными расчетными значениями, предыдущими результатами и диагностика.
Сопротивление обмотки при стандартной температуре 75 o C
Где,
R t = Сопротивление обмотки при температуре t
t = Температура обмотки
Обычно обмотки трансформатора покрыты бумажной изоляцией и погружены в изоляционную жидкость, поэтому невозможно измерить фактическую температуру обмотки обесточивающего трансформатора во время измерения сопротивления обмотки трансформатора . Разработана аппроксимация для расчета температуры обмотки в этих условиях следующим образом:
Температура обмотки = средняя температура изоляционного масла
Среднюю температуру изоляционного масла следует измерять через 3-8 часов после отключения трансформатора и когда разница между температурами нижнего и верхнего масла становится менее 5 o C.
Можно выполнить измерение сопротивления с помощью простого метода вольтметра-амперметра, измерителя моста Кельвина или комплекта для автоматического измерения сопротивления обмотки (омметр, предпочтительно комплект на 25 ампер).
Предостережение для метода вольтметр-амперметр: Ток должен быть менее 15% от номинального тока обмотки. Если оно больше, нагрев обмотки вызывает неточность и тем самым изменяет ее температуру и сопротивление.
Примечание : Сопротивление обмотки трансформатора должно быть измерено на каждом ответвлении.
Вольтамперный метод измерения сопротивления обмоток
Измерение сопротивлений обмотки трансформатора может быть выполнено вольтамперным методом. В этом методе к обмотке прикладывается испытательный ток и измеряется соответствующее падение напряжения на обмотке.
По простому закону Ома
т.е. R x = V ⁄ I, определить значение сопротивления можно легко.
Процедура вольтамперного метода измерения сопротивления обмоток
- Перед измерением температура обмотки должна быть равна температуре ее масла. Трансформатор должен находиться в выключенном состоянии без возбуждения не менее 3-4 часов.
- Измерение выполняется с помощью DC
- Полярность намагничивания сердечника должно быть постоянным, чтобы свести к минимуму ошибки наблюдения во время всех показаний сопротивления.
- Для защиты выводов вольтметра от высоких напряжений, которые могут возникнуть при включении и выключении токовой цепи, он должен быть независим от токоподводов
- Показания снимаются после того, как напряжение и ток станут установившимися значениями.
В некоторых случаях на это уходит несколько минут в зависимости от импеданса обмотки.
- Испытательный ток должен быть менее 15 % номинального тока обмотки. Если оно больше, нагрев обмотки вызывает неточность и тем самым изменяет ее сопротивление.
- Для выражения сопротивления необходимо указать значение сопротивления вместе с соответствующей температурой обмотки во время измерения. Как мы уже говорили ранее, после пребывания в выключенном состоянии в течение 3-4 часов температура масла будет равна температуре обмотки. Температура масла во время испытаний принимается как среднее значение температур нижнего и верхнего масла трансформатора.
- Для трехфазной обмотки , соединенной звездой, измеренное сопротивление между двухпроводными клеммами трансформатора будет в 2 раза больше сопротивления на фазу.
- Для трехфазной обмотки , соединенной треугольником, измеренное сопротивление между двухлинейными клеммами трансформатора будет меньше, чем сопротивление на фазу.
Добавить комментарий