Устройство для измерения неравномерности воздушного зазора электрической машины
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МА1ЧИНЫ с зубчатым ротором и трехЛазной обмоткой на статоре , содержащее трехфазный источник питания, блок установки напряжения, блок коммутации фаз статорной обмотки , блок фильтров, настроенных на частоту зубцовой гармоники, преобразователь , схему возведения в квадрат , сумматор-накопитель, программный блок в вице узлов временного управления, управления блоком коммутации фаз и сумматором-накопителем, а также первый и второй индикаторы контроля,при этом один вход блока коммутации подключен непосредственно к трехфазному источнику питания, а другой через блок установки .напряжения соединен с выводами двух фаз трехЛазного источника питания, один из выходов блока коммутации снабжен клеммами для подключения к статорной обмотке испытуемой машины, а другой выход подключен к последовательно соединенным блоку фильтров, преобразователю, схема возведения в квадрат и сумматору-накопителю, один из выходов програг много блока соединен с управляющим входом блока коммутации, а другой - с управляющим входом сумматора-накопителя, о т личающееся. тем, что, с целью повышения точности, устройство снабжено узлом управления блоком измерения среднего зазора в програм§ мном блоке, блоком деления, блоком измерения среднего зазора и функцио (Л нальным блоком, реализующим зависимость cyMNfrT квадратов ЭДС зубцовой гармоники от эксцентриситета ротора испытуемой мамины при различных значениях величины среднего воздушного зазора, причем вход блока измерения среднего зазора через блок коммутации соединен с испытуемой машиной, узел временного управления через узел управления блоком измерения среднего зазора соединен с управляю1дим входом блока измерения среднегозазора, вы ,ход блока измерения среднего зазора N3 соединен с входами Функционального блока, блока деления и с первым ин:л дикатором контроля, выход сумматора соединен с вторым входом функциональ ного блока, выход которого соединен с вторым входом блока деления, Btf ход блока деления соединен с вторым индикатором контроля.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) ц51) и 01 р 31/34
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ т:::" -=::. :- ".!". PlЛЯ
ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOlVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3587856/24-07 (22) 06.05.83 (46) 23.10.84. Бюл, Р 39 (72) И.З,Скрыпин, С,Н.Тихонравов и В.Б.финкельштейн (53) 621.313 (088.8) (56) 1.Авторское свидетелЬство СССР
Р 542409, кл. H 02 К 15/00, 1974.
2. "Techn, lit.-АЕБ- Telefunken",.
Р 3-4, Berlin 1969, с. 243-246.
3. Авторское свидетелвство СССР
)) 741380, кл. Н 02 К 15/16, 1980.
4. Авторское свидетельство СССР
)) 813603, кл. H 02 К 15/16, 1981.
5. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3496617/24-07, кл. 0 01 R 31/34, 1982, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВОЗДУ()НОГО ЗАЗОРА
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МА(1ИНЫ с зубчатым ротором и трехАаэной обмоткой на статоре, содержащее трехфазный источник питания, блок установки напряжения, блок коммутации фаз статорной обмотки, блок фильтров, настроенных на частоту зубцовой гармоники, преобразователь, схему возведения в квадрат, сумматор-накопитель, программный блок в вице узлов временного управления, управления блоком коммутации фаз и сумматором-накопителем, а также первый и второй индикаторы контроля,при этом один вход блока коммутации подключен непосредственно к трехфаэному источнику питания, а другой через блок установки .напряжения соединен с выводами двух фаз трехфазного источника питания, один из выходов блока коммутации снабжен клеммами для подключения к статорной обмотке испытуемой машины, а другой выход подключен к последовательно соединенным блоку фильтров, преобразователю, схема возведения в квадрат и сумматору-.накопителю, один иэ выходов программного блока соединен с управляющим входом блока коммутации, а другой — с управляющим. входом сумматора-накопителя, о т л и ч а ю щ е е с я. тем, что, с целью повышения точности, устройство снабжено узлом управления блоком измерения среднего зазора в программном блоке, блоком деления, блоком измерения среднего зазора и функциональным блоком, реализующим зависимость суммы квадратов ЭДС зубцовой гармоники от эксцентриситета ротора испытуемой машины при различных значениях величины среднего воздушного зазора, причем вход блока измерения среднего зазора через блок коммутации соединен с испытуемой машиной, узел временного управления через узел управления блоком измерения среднего зазора соединен с управляю(.им входом блока измерения среднего зазора, вы ход блока измерения среднего зазора соединен с входами функционального блока, блока деления и с первым индикатором контроля, выход сумматора соединен с вторым входом функциональ ного блока, выход которого соединен с вторым входом блока деления, вы» ход блока деления соединен с вторым индикатором контроля.
11?i) 25"
Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к электри-, ческим вращающимся машинам, и может быть использовано для косвенного контроля неравномерности воздушного зазора асинхронных электродвигателей с зубчатым ротором и трехфаэной обмоткой на статоре при эксплуатации электрических машин.
Известно устройство для косвенного контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного электродвигателя, содержащее блок питания, счетчик времени, блок измерения пускового тока, блок сравнения, причем на испытуемый электродвигатель и на счетчик времени подается пониженное и стабилизированное напряжение от блока питания, а током испытуемого электродвигателя питается блок из-. мерения пускового тока. Сигналы от счетчика времени и от блока измерения пускового тока поступают на входы блока сравнения и по величине времени разгона определяют неравно-. мерность воздушного зазора (1j .
Устройство имеет невысокую точность, так как на время разгона, кроме величины неравномерности воз-" душного зазора, влияет качество сма-ки подшипников и степень перекоса подшипниковых щитов.
Известно устройство для контроля неравномерности воздушного зазора, содержащее четыре выполненных из медного провода измерительные ка".Ушки для улавливания сигналов всего спект- 35 ра частот магнитного поля в зазоре, расположенных в пазах статора,. промежуточные трансформаторы для усиления сигналов измерительных катушек, фильтры верхних частот для отде.|ения сигнала поля пазов от остального спектра частот сигналов ма."нитного
=.îëÿ, блоки "paaíåHèÿ, схемы вычитания и суммирования c .игналов от диаметрально расположенных индуктивных катушек и схем деления разности сигналов с диаметрально расположенных индуктивных катушек на сигнал индуктивной катушки, индикаторы, фиксирующие величину неравномерности воздушного зазора машины во время ее работы, блок предупредительной сигнали-" зации о наличии предельного эксцентриситета и блок ограничения для ав=: томатического отключения машины при превышении величины неравномерности воздушного зазора нормативного эначения (2) .
Недостатком такого устройства является невозможность автоматизации процесса контроля и отбраковки злект-Я рических машин с завышенной неравномерностью воздушного зазора в усл;— .виях поточного производства из-за необходимости введения в паэы статора иэмерительных катушек.
Известно устройство для косвенного контроля неравномерности воздушного зазора электрических машины с зубчатым ротором и трехфазной обмоткой на статоре, содержащее блок питания, блок коммутации фаэ статорной обмотки, блок фильтров, настроенных на частоту зубцовой гармоники, схему возведения в квадрат„ блок запоминания,, сумматор, блок сравнения и индикатор контроля (3 .
Недостатком этого устройства является малая производительность при контроле в условиях поточного производства.
Известно устройство для косвенного контроля неравномерности воздушного зазора электрических вращающихся машин, содержащее блок питания, блок коммутации фаэ статорной обмотки и последовательно соединенные блок фильтров, настроенных на частоту эубцовой гармоники, схему вознедения в квадрат, блок запоминания, сумматор, блок сравнения и индикатор контроля, а также программный блок, выполненный в виде узла временного управления, соединенного с узлом измерения скорости, узлом управления блоком коммутации, узлом подклю ения блока запоминания, узлом включения схемы су:пирования и блока сравнения, причем выноды грограммного блока соедине-lcd с блоками коммутации фаз статорнсй обмотки и запоминания, схемой суммирования и блоком сравнения 4 .
Недостатком указанного устройства является снижение точности контроля за счет возможных колебаний и ассимметрии линейных напряжений трехфаэной сети.
Известно также устройство для косвенного контроля неравномерности воэдушного зазора электрической машины с зубчатым ротором и трехфазной об моткой на статсре, содержащее трехфазный источник питания, блок установки напряжения, блок коммутации фаз статорной обмотки, блок фильтров, настроенных на частоту зубцовой гармоники, преооразователь схемы возведения в квадрат, сумматор-накопитель, программный блок в виде узлов временного управления, управления блоком коммутации фаэ и сумматоромнакопителем, а также первый и второй индикаторы контроля, при этом один вход блока коммутации подключен к трехфазному источнику питания, а второй — через блок установки напряжения соединен с выводами двух фаэ трехфазного источника питания, один из его выходов снабжен клеммами для подключения к статорной обмотке испнгуемой машины, а другой подключен к последовательно соединенным блоку <фильтров, преобразователю аналог — код„ схеме возведения в.
1120257 квадрат, сумматору-накопителю, один из выходов программного блока соеди- нен с управляющим входом блока коммутации, а второй — с управляющим входом сумматора-накопителя (5) .
Недостатком известного устройства является снижение точности контроля при возможных изменениях величин среднего воздушного зазора при переходе от одной электрической машины к другой, так как сумма квадратов ЭДС зубцовой гармоники зависит не только от величины эксцентриситета, но и от значения среднего зазора. при незначительной неравномернос- 15 ти воздушного зазора и некотором уменьшении среднего зазора (даже в пределах допуска) может быть получено завышенное значение суммы квадратов ЭДС эубцовой гармоники и сделан 2{) неправильный вывод об увеличении эксцентриситета.
Цель изобретения — повышение точности контроля.
Поставленная цель достигается 25 тем, что в устройство для косвенного контроля неравномерности воздушного зазора электрической машины с зубчатым ротором и трехфазной обмоткой на статоре, содержащее трехФазный источник питания, блок установки напряжения, блок коммутации фаз статорной обмотки, блок Фильтров, настроенных на частоту эубцовой гармоники, преобразователь, схему возведения в квадрат, сумматор-накопитель, программный блок в виде узлов временного управления, управления блоком коммутации Фаз и сумматоромнакопителем, а также первый и второй индикаторы контроля, при этом 40 один вход блока коммутации подключен непосредственно к трехфазному источнику питания, а другой — через блок установки напряжения соединен с выводами двух Фаз трехфазного источника питания, один из выходов блока коммутации снабжен клеммами для подключения к статорной обмотке испытуемой мамины, а другой вывод подключен к последовательно соединенным блоку фильтров, преобразователю, схеме возведения в квадрат и сумматору-накопителю, один из выходов программного блока соединен с управляющим входом блока коммутации, а другой — с управляющим входом сумматора-накопителя, введены узел управления блоком измерения среднего зазора в программном блоке, блок деления, блок измерения среднего зазора и функциональный блок, реализующий зависимость сумми квадратов ЭДС зубцовой гармоники от эксцентриситета ротора испытуемой машины при различних значениях величины среднего воз-, душного зазора, причем вход блока ф5 измерения среднего зазора через блок коммутации соединен с испытуемой машиной, узел временного управления через узел управления блоком измерения среднего зазора соединен с управляющим входом блока измерения среднего зазора, выход блока измерения среднего зазора соединен с входами
4 функционального блока, блока деления с первым индикатором контроля, выход сумматора соединен с вторым входом фУнкционального блока, выход которого соединен с вторым входом блока деления, выход блока деления соединен с вторым индикатором контроля.
На Фиг.1 представлена структурная блок-схема предлагаемого устройства для измерения неравномерности воздушного зазора электрических машин; на фиг.2 — семейство кривых зависимости суммы квадратов ЭДС зубцовой гармоники от эксцентриситета при различных значениях среднего зазора.
Устройство содержит трехфазный источник 1 питания, выходы 2 — 4 трехФазного источника питания, блок 5 установки напряжения, блок б коммутации фаз статорной обмотки, первый, второй и третий выводные концы 7 — 9 статорной обмотки испытуемой электрической машины 10, блок 11. фильтров, настроенных на частоту зубцовой гармоники, преобразователь 12, схему 13 возведения в квадрат, сумматор-накопитель 14, блок 15 измерения среднего зазора, функциональный блок 1б, реализующий зависимость суммы квадратов ЭДС зубцовой гермоники от эксцентриситета ротора испытуемой машины при различных значениях величины среднего воздушного зазора, программный. блок 17, узел 18 управления блоком коммутации фаз статорной обмотки, узел 19 управления блоком измерения среднего воздушного зазора, узел 20 временного управления, узел 21 управления сумматором, первый 22 индикатор контроля, служащий для отражения информации об измерении величины средне» го воздушного зазора, блок 23 деления, второй индикатор 24 контроля для отражения информации о величине относительной неравномерности воздушного зазора.
В качестве измеряемого параметра, по изменению которого судят о наличии эксцентриситета, выбираетея сумма квадратов амплитуд зубцовых гармоник, измеренных в однофаэном режиме при последовательном отключении каждой из трех фаз статорной обмотки электрической машины. Повышение точности контроля осуществляется за счет учета влияния на измеряемый параметр реальной величины среднего воздушного зазора. Величина
1120257 суммы квадратов ЭДС эубцовой гармоники зависит не только от величины эксцентриситета Я (смещение оси ротора относительно оси статора1, но и от величины среднего воздушного зазора 3 . Степень неравномерности воздушного зазора принято оценивать величиной относительной неравномерности 1 = — . Эта величина норми-
E. ср 3Q руется ГОСТ-м и не должна превышать 0,1..
Таким образом, при возможном уменьшении среднего воздушного за,зора (даже в пределах допуска) изме- 15 ряемая величина суммы квадратов ЭДС эубцовой гармоники возрастает, и в результате может быть сделан неправильный вывод о завышенной неравнс-мерности воздушного зазора. И наобо- 7п рот, при увеличении среднего воэдушйого зазора величина суммы квадратов ЭДС зубцовой гармоники уменьшаЕтся и при значительном эксцентриситете испытуемая мащина может быть приз, нана годной. «
В предлагаемом устройстве указанные нежелательные явления, приводящие к снижению точности контроля, устраняктся, Я
Устройство работает следующим образом.
Цикл контроля начинается после подсоединения трех выводных концов 7 — 9 обмотки статора испытуемой электрической машины 10 к соответствующим выходам блока б коммутации
Фаз статорной обмотки и включения узла 20 временного управления программного, блока 17. В этот момент от 4О узла 20 временного управления через узел 18 управления блоком коммутации поступает команда в блок б коммутации, и трехйазное напряжение с линейных выходов 2 — 4 сети 1 подается на выводные концы 7 — 9 обмотки статора. Ротор электрической машины 10 приходит во вращение, после чего в блоке б коммутации по команде от узла 20 временного управления через узел 18 управления блоком коммутации происходит. отключение выводного конца 7 первой фазы обмотки статора от сети 1, переключение выводных концов 8 и 9 двух других фаз обмотки статора на однофазное питание от блока установки напряжения, в котором линейное напряжение сети понижается и стабилизируется. Выводной конец 7 отключенной первой фазы и выводной конец 8 в-орой Фазы обмот-60 ки статора подключаются к входу блока 11 Фильтров, настроенных на частоту зубцовой гармоники. Испытуемая машина 10 продолжает работать на хо-. лостом ходу в однофаэном режиме. Я
Сигнал зубповой частоты с выхода блока 11 фильтров поступает на вход преобразователя 12, где преобразуется в форму, удобную для дальнейшей обработки (например, в числовой код или постоянное напряжение). С выхода преобразователя 12 измеренный сигнал поступает в схему 13 возведения в квадрат, возводится в квадрат и фиксируется в блоке сумматора 14.
Затем от узла 20 временного управления через узел 18 управления блоком коммутации в блок б коммутации поступает команда, и выводные концы 7 и 8 обмотки статора отключаются от входа блока 11 фильтров, пониженное и стабилизированное однофазное напряжение от блока 5 установки напряжения переключается с выводных концов 8 и 9 обмотки статора на выводные концы 9 и 7, а выводные концы 8 и 9 подключаются к входу блока 11 фильтров.
Сигнал зубцовой частоты выделяется фильтрами блока 11 при отключении ст питания второй фазы обмотки статора и, пройдя последовательно через преобразователь 12 и квадра";ор 13, суммируется с ранее полученным значением квадрата амплитуды зубцовой гармоники в блоке сумматора 14.
Затем от узла 20 временного управления через узел 18 управления блоком коммутации в блок б коммутации поступает следующая команда. При этом выводные концы 8 и 9 обмотки статора отключаются от,входа блока 11 фильтров, однофаэное питание от блока 5 установки напряжения переключается с вывоцных концов 3 и 7 на выводные концы 7 и 8, а выводные концы 9 и 7 подключаются к входу блока 11 фильтров. Происходит выделение сигнаяа эубцовой частоты при отключенной третьей фазе обмотки статора в блоке 11 фильтров и его noczczymtqaa обработка в преобразователе 12 и квадраторе 13. С выхода квадратора 13 значение квадрата амплитуды измеренного сигнала поступает в сумматор 14.
По команде от узла 20 временного управления через узел 19 управления блоком измерения среднего зазора включается блок 15 измерения среднего зазора„ выходной сигнал которого пропорционален величине среднего воздушного знзора 8 р . Блок измерения среднего зазора может быть выполнен,. например, в виде любой схема измерения реактивной составляющей разного тока испытуемой машины, реали -.÷þûåé зависимость 4 р = I ei g где ip — реактивная составляющая фа=..ного тока, g - фаэный ток, g угол сдвига фаэ между током и напряжением в фазе.
1120257
При постоянстве фазного напряжения величина реактивной составляющей фазного тока зависит от величины среднего зазора и не зависит от эксцентриоитета. Таким образом, значение реактивной составляющей фаэного тока пропорционально величине сред него воздушного зазора.
Затем по команде из программного блока 17 через узлы управления блоком измерения среднего зазора 19 к 1С управления .сумматором 21 выходная величина сумматора 14, представляющая собой сумму квадратов ЭДС эубцовой гармоники, измеренных при последовательном отключении каждой кз 15 трех фаз обмотки статора, подается на первый вход Функционального блока 16. Одновременно из программного блока 17 через узел управления бло" ком 19 измерения среднего зазора поступает команда в блок 15 измерения среднего зазора, и выходной сигнал этого блока, пропорциональный величине среднего зазора, поступает на второй вход Функционального блока 16. Кроме того, выходная величина блока 16 измерения среднего зазора поступает на первый вход блока 23 деления и на первый индикатор 22 контроля, который отражает результат измерения среднего зазора.
Выходная величина функционального блока 16, пропорциональная эксцентриситету t, с учетом реального сред. него воздушного зазора 5 р поступает на второй вход блока 23 деления.
Выходной сигнал блока 23 деления, пропорциональный относительной неравномерности воздушного зазора (, поступает на второй индикатор 24 контроля, где фиксируются реэульта- 4О ты контроля.
Функциональный блох 16, реализую. щий зависимость суммы квадратов ЭДС зубцовой гармоники от эксцентриситета, при различных значениях среднего =.àýîðà может быть выполнен, например, в виде нелинейного функционального блока на базе операционного усилителя.
При этом диодно-резистивные цепочки .на входе операционного усили- теля, предназначенные для кусочнолинейной аппроксимации зависимости
F. z 1(), делаются перес траивае мьми нли набираю".ñÿ в виде нескольких матриц, подключение каждой из которых осуществляется в зависимости от значения сигнала, пропорцио кального среднему зазору $:p, подаваемого на второй вход функционального блока 16 с выхода блока 15 измерения среднего зазора.
Реализация такого функционал.ного блока осуществляется следующим образом. Для данного типа электродвигателя, который подвергается контролю, снимаются экспериментальные зависимости X E = f При уменьшении 5;р соответствующая кривая проходит вале предыду-. щей„ так как уменьшение среднего зазора приводит к росту амплитуды эубцовых гармоник поля. Каждая из голученных кривых реализуется прк помощи диодно-резкстивных цепочек. При подаче в функциональный блок 16 сигнала, пропорционального о,р, происходит выбор к подключенке к входу операционного усилителя соответствующих дкодно-реэкстивных цепочек. При поступлении на первый вход функ-ционального блока си".íàë- 1 Е „ с выхода блок- cóììàòîðà 14 его входва=. величина пропорциональна величине F с учетом конкретного 5„.р 1 спользовакке изобретенная по сравнению с базовым объектом (4) по=вышает точность контроля путем исключения влияния на результат разброса величины среднего воздушного зазора, обеспечивает дополнительную воэможность косвенного измерения реального среднего зазора,, повышает качество производимых к ремонтируемых электрических машин путем повышения точности контроля. 1120257 1120257 03 б,ми Составитель В.Н коноров Текред M.Teneр Корректор И.Муска Редактор P.Пицика Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 7734/33 Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж-35, Раутлская наб., д. 4/5
