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电机绕组热态绝缘电阻在线监测研究

作者: 发布时间:2020-01-17 12:20:26 阅读: 52 次

摘要:电机绕组的绝缘电阻在烘干过程中需要进行实时监测与跟踪,但绕组阻值过小,强电压检测容易造成击穿。本文研究了一种利用单片机的智能监测设备实现对绕组阻值的监测,具体从硬件如软件两方面对该监测仪进行了设计和介绍。

关键词:电机绕组;绝缘电阻;烘干;单片机;监测仪

 

为祛除电机生产过程中的潮气,提高电机的绝缘强度,需要对电机绕组进行绝缘处理,处理内容主要包括预烘、浸漆、烘干三个方面。在进行电机绕组烘干时,绕组的阻值会不断变化,为检测其变化温度,需要对其进行跟踪监测。由于该热态阻值较小,容易在检测过程中被击穿,故对于热态绝缘电阻的监测需要结合适当的兆欧表实现。本文就电机绕组的热态绝缘电阻在线监测仪进行了设计及研究。

1 绝缘电阻在线监测仪功能要求

绝缘检测仪应该能够产生稳定的高压直流电流,通常电压档位为500v/1000v两档。其次,该设备对阻值的测量应该具有准确、抗干扰性强等特点,故应该在该监测仪中加入A/D转换电路。再者,在线监测要求监测数据可以进行实时传输和查询,故该设备应该添加远程监控与存储设备,如PC机等。最后,监测的目的是进行数据实时监测和对非正常操作可以实现智能报警,甚至实现自动非线性补偿,故该设备应该具有电气自动化系统特点。

2 阻值检测仪硬件部分设计与实现

2.1 硬件系统组成

为满足上述功能及要求,具体硬件设计可以通过如下配件实现:由TL594为主的脉宽调制控制电路组成检测仪的高频高压电源模块,该模块可以提供500/1000V的直流电压;由ICL74135A/D转换芯片为主组成电压采样模块,该模块可以实现采样数据的数字化,其中量程自动切换模块主要由4662芯片构成,可以实现3MΩ到10GΩ的量程转换;处理器模块选用AT89S52单片机担任;电路其他部分还包括以串口通信模块、远程显示和控制模块、数据存储模块等。

通过上述模块之间的协同合作,可以实现电机绕组热态绝缘电阻在线监测。

2.2 电源模块电路

由上述可知,检测电路所能获得的电流值通常在毫安数量级,输出功率只有几瓦或者几十瓦。为改善这种情况,可以利用单片机对高频变压器选择的基准电压进行控制,使其可以输出500V/1000V两组电压,然后单片机通过控制电路确定4662的导通时间,进而获得稳定的输出电压。

该模块具体实现方式为:对输入交流电进行整流和滤波,获得稳定的直流电压,然后利用功率启动电路将该电压转变为交流方波电压,对该电压进行耦合和倍压整流获得所需直流电压。至于电压稳定度的调节,通过由高压输出电路、电流保护电路、输出电压控制电路等构成的反馈系统完成。

2.3 采样模块电路

采样模块主要是指兆欧表的采样网络,该模块为实现阻值监测的核心模块。可以采用电流-电压法,对电机绕组的漏电流在参考电阻上的压降来计算绝缘阻值。具体测试电路如图1所示,该电路采用双支路方式。

 

1 双支路电路兆欧表

电路中Rs为绕组的绝缘电阻;R0为参考电阻;其他电阻分别为电源内阻、保护电阻、比较电阻等。

由公式可知:

;;

通常,U0的分母项中Ri比其他三项的和都要大,故:

若忽略R0阻值,则有:

分析上式,可以看到,E对阻值的测量已经没有影响,故该电路可以获得更为的监测结果,且降低了之前为获得稳定电源电压所采取措施而产生的制作成本。

2.4 串口通信模块电路

为实现监测数据的传输,需要对监测仪表与上位机之间设置串口通信模块,该模块可以将上位机的控制信号和监测仪表的测量数据进行双向传递,实现两者的通信。

具体通信实现方式可以采用RS485的通信协议,但是由于单片机所采用的电平为TTL电平,与RS485所采用的电平信号不兼容,故两者之间还需要一个电平转换装置,为保证装换精度和准确度该装置可以选取为MAX485,该芯片为差分平衡型,具有较强的抗干扰能力,且检测电压更低为200mV,可用于长距离信号传输。通信帧结构和开关方式,可以参考RS485芯片手册。

3 阻值检测仪软件实现部分

对于软件部分可以利用组态王通用单片机HEX协议与串口通信芯片协议进行开发实现。

对于监测仪而言,具体软件程序流程如下:上电后兆欧表进行初始化,然后开放串口中断等待数据接收,当上位机发送与该监测仪端口地址相符的控制帧时,监测仪对该控制信号进行应答,确保两者之间的联通,然后等待命令操作帧的传入。获得操作命令后,开选定的高压值,并调用不同模块和数据进行阻值监测,并获得监测数据。在获得数据传输指令后,将存储在固定位置的监测数据按照一定的格式进行回传,实现与上位机的双工通信。

对于上位机而言,若想实现电机绕组的绝缘电阻阻值的测量,需要首先确定该监测部分的检测仪的物理地址,通过发送相应的地址获得监测仪的响应,然后判断响应是否正确,若正确发送开高压指令,等待监测仪操作完毕后发送完成信号,该次阻值检测过程结束。若想获得监测数据,需要发送相应指令给监测仪,该监测仪回传数据后,上位机可以对该数据进行进一步操作,如存储、显示、调控等。

总结

该方案可以实现电机绕组热态绝缘电阻阻值的在线监测,切具有电气自动化的特点,如可控性高、测量精度高、操作界面友好、扩展性能良好、可以根据需要进行自动测量和手动测量的切换、系统稳定等,具有很强的可实用性。

 

 

参考文献

[1] 廖娇,虎恩典,刘军峰.电机绕组热态绝缘电阻在线检测系统的设计[J].自动化与仪表,2010,25(9)

[2] 刘军锋,虎恩典,廖娇,董明,高永亮.电机绕组绝缘阻值在线监测系统的设计[J].仪表技术与传感器,2010(5)

[3] 徐俊刚,张立材.绝缘电阻在线检测研究[J].山西建筑,2008,34(4)

[4] 王祥,虎恩典,马金雷.电机绕组绝缘检测仪的设计[J].自动化与仪表,2009,24(10)