Предлагаемый индикатор разрабатывался для проверки на наличие короткозамкнутых (КЗ) витков обмоток различных электротехнических устройств - трансформаторов, машин постоянного и переменного тока, магнитных усилителей и т. д. Для уменьшения материальных затрат их магнитопроводы 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 короткозамкнутых витков нет, то при подключении к ней заряженного конденсатора в контуре возникают затухающие колебания, а если такие витки есть, - апериодические.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

Схема индикатора изображена на рис. 1. Он содержит конденсатор С2, который совместно с проверяемой катушкой L_x образует контур ударного возбуждения; коммутатор на сборке полевых транзисторов VT1, работой которого управляют кнопкой SB1; RS-триггер на элементах микросхемы DD1, служащий для подавления дребезга контактов кнопки, формирователь импульсов на полевом транзисторе VT2 и двоичный счетчик на микросхеме DD2. Светодиод HL1 индицирует состояние счетчика "два и больше".

Устройство работает следующим образом. После включения питания на выходе RS-триггера (вывод 4 элемента DD1.2) устанавливается уровень лог. О, 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 счетчика DD2.1 с общим проводом. Триггеры счетчика при включении питания устанавливаются в произвольное состояние.

Для проверки катушки индуктивности L_x, подключенной к зажимам Х1 и Х2, нажимают и удерживают в этом состоянии кнопку SB1. При этом RS-триггер изменяет свое 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 счетчики DD2.1 и DD2.2. Высоким уровнем на затворе закрывается транзистор VT 1.1, отключая заряженный конденсатор C2 от источника питания, и открывается VT1.2, подключая параллельно ему проверяемую катушку. При отсутствии в ней короткозамкнутых витков в контуре L_xC2 возникают затухающие гармонические колебания с частотой, зависящей от емкости и индуктивности его элементов. При перезарядке конденсатора C2 периодически открывается транзистор VT2, формируя импульсы, которые поступают на вход счетчика DD2.1. Как только амплитуда напряжения в контуре становится меньше порогового напряжения транзистора VT2, поступление импульсов на вход счетчика прекращается и как минимум на одном из выходов счетчика устанавливается уровень лог 1, поэтому зажигается светодиод HL1, сигнализируя об исправности испытуемой катушки. После отпускания кнопки устройство возвращается в исходное состояние. Счетчик вновь обнуляется импульсом сброса с выхода элемента DD1.3.

При наличии в катушке короткозамкнутых витков на вход счетчика поступает только один импульс, и поскольку выход 1 (вывод 3) счетчика DD2.1 не подключен 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).

Рис. 2

Устройство собрано на фрагменте универсальной макетной платы размерами 50x30 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 четырех 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 луженого 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, ее 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 четырех соединенных 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), причем при подключении как к первичной, так и к вторичной обмотке (КЗ-виток создавался искусственно, замыканием отрезка монтажного провода, пропущенного через окно магнитопровода). В устройствах с разветвленной магнитной цепью (трехфазных 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 создает 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 трехфазного импортного мощностью 3,5 кВт (от деревообрабатывающего станка). Коллекторные электродвигатели необходимо проверять при разных положениях якоря.

Автор: К. Мороз