Устройство для определения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов статора и ротора электрической машины

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ МАГНИТОПРОВОДОВ СТАТОРА И РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащее измерительный магнитопровод, установленный , концентрично проверяемому и снабженный двумя аксиально расположенными парами зубцов с обмотками возбуждения и сигнальными обмотками. переключатель, узел измерения относительного углового расположения измерительного и проверяемого магнитопроводов и индикатор, включенный в цепь сигнальных обмоток через переключатель , отличающееся тем, что, с целью расширения возможностей его использования и сокращения времени измерения, измерительный магнитопровод снабжен дополнительным зубцом с обмоткой возбуждения и сигнальной обмоткой, при этом пары зубцов измерительного магнитопровода смещены относительно одна другой, а зубцы скошены на угол, равный углу скоса зубцов проверяемого магнито провода, причем дополнительный зубец .смещен вдоль расточки измерительного магнитопровода относительно двух пар .зубцов, а его сигнальная обмотка подключена к индикатору через переключатель .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

-РЕСПУБЛИН

4(51) G 01 R 31/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3651037/24-07 (22) 05.10.83 (46) 15.03.85. Бюл. № 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (72) Ю.M. Зиненко, Э.А. Нокалн, О.К. Епифанов и А.А. Шенгер (53) 621.313(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 472426, кл. Н 02 К 15/16, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 584399, кл. Н 02 К 15/02, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 1018066, кл. G 01 R 31/34, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ

МАГНИТОПРОВОДОВ СТАТОРА И РОТОРА

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащее измерительный магнитопровод, установленный концентрично проверяемому и снабженный двумя аксиально расположенными парами зубцов с обмотками возбуждения и сигнальными обмотками, „„SU„„1145312 A переключатель, узел измерения относительного углового расположения измерительного и проверяемого магнитопроводов и индикатор, включенный в цепь сигнальных обмоток через переключатель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения возможностей его использования и сокращения времени измерения, измерительный магнитопровод снабжен дополнительным зубцом с обмоткой возбуждения и сигнальной обмоткой, при этом пары зубцов измерительного магнитопровода смещены относительно одна другой, а зубцы скошены на угол, равный углу скоса зубцов проверяемого магнитопровода, причем дополнительный зубец ,смещен вдоль расточки измерительного магнитопровода-относительно двух пар .зубцов, а его сигнальная обмотка подключена к индикатору через переключатель.

11453

Изобретение относится к информационным электрическим машинам высокой точности (вращающимся трансформаторам, фазовращателям, датчикам передачи и преобразования угла), применяемым в системах автоматики и вычислительной техники, и может найти применение при контроле геометрических размеров их зубцовых зон.

Известно устройство для определе- 10 ния несимметрии расположения зубцов магнитопровода электрической машины, содержащее измерительный магнитопровод, установленный концентрично про веряемому с обмоткой возбуждения и д снабженный парой зубцов с сигнальными обмотками, узел измерения относительного углового расположения магнитопроводов и нуль-индикатор, включенный в цепь, сигнальных обмоток 11.щ

Недостатками этого устройства является низкая точность определения неравномерности расположения зубцов: с помощью устройства принципиально невозможно измерить шири- 2$ ну пазов и угла скоса зубцов проверяемого магнитопровода.

Известно устройство для определения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов статора и рото- ЗО ра электрической машины, содержащее измерительный магнитопровод, установленный концентрично проверяемому и снабженный парой зубцов с обмоткой возбуждения и сигнальными обмот- З ками, узел измерения относительного углового расположения магнитопроводов и индикатор, включенный в цепь сигнальных обмоток 523.

Недостатком указанного устройства 46 является длительное время измерения несимметрии расположения и угла скоса зубцов магнитопровода электрической машины, Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов статора и ротора электрической машины, содержащее измерительный магнитопровод, установ-$0 ленный концентрично проверяемому и снабженный двумя аксиально расположенными парами зубцов с обмотками возбуждения и сигнальными обмотками, переключатель, узел измерения относи- Я тельного углового расположения измерительного и,проверяемого магнитопроводов и индикатор, включенный

12 3 в цепь сигнальных обмоток через переключатель (3).

Недостатками такого устройства являются принципиальная невозможность определения ширины пазов проверяемого магнитопровода ввиду отсутствия конструктивных элементов и обмоток, позволяющих осуществить измерение ширины пазов, низкая точность определения оси зубца вследствие контроля оси скошенного паза прямоугольными зубцами и длительное время определения несимметрии расположения и угла скоса зубцов магнитопровода электрической машины. Последнее объясняется тем, что при контроле несимметрии расположения и угла скоса бузцов магнитопровода электрической машины возможно лишь последовательное измерение указанных геометрических размером. При аксиально расположенных парах зубцов для определения угла скоса зубцов проверяемого магнитопровода необходим относительный поворот нижней пары зубцов измерительного магнитопровода и проверяI емого магнитопровода на угол, равный углу скоса, что определяет большую длительность времени контроля, особенно при большом числе контролируемых зубцов (напрнмер, 3000-500).

Цель изобретения — расширение возможностей использования устройства и сокращение времени измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов статора и ротора электрической машины, содержащем измерительный ьагнитопровод, установленный концентрично проверяемому, и снабженный двумя аксиально расположенными парами зубцов с обмоткамИ возбуждения и сигнальными обмотками, переключатель, узел измерения относительного углового расположения измерительного и проверяемого магнитопроводов и индикатор, включенный в цепь сигнальных обмоток через переключатель, измерительный магнитопровод снабжен дополнительным зубцом с обмоткой возбуждения и сигнальной обмоткой, при этом пары зубцов измерительного магнитопровода смещены одна относительно другой, а зубцы скошены на угол, равный углу скоса зубцов проверяемого магнитопровода, причем дополнительный зубец смещен

1145312 4 ки !6 Up, подключаемое к нуль-индикатору 1О через переключатель 11 в положении 17. Обе пары зубцов 4 и 5 ь. (фиг. 2 и 7) смещены одна относитель" но другой и расположены параллельно оси 18-18, а зубцы обеих пар 4 и 5 смещены, и их оси 19-19 и 20-20 параллельны оси 18-18. При этом ось б- 18-18 смещена, а оси 19-19 и 20-20

10 скошены относительно оси 21-21 врак щения проверяемого магнитопровода 1 б- на угол, равный углу скоса зубцов

<Ыс (фиг. 2) проверяемого магнито "3 провода т-15 Дополнительный зубец 14 (фиг. 2), расположенный на измерительном магнитопроводе 1 с обмотками 15 возбуждения и сигнальной 16 (фиг. 4), имеет ширину (b ) меньше ширины контролируемого паза (Ь„) 22 (см, фиг. 5 и 6). Ось дополнительного зубца 23-23 параллельна оси 24-24 контролируемого паза 22 (фиг. 5 и 6). При этом осевая длина зубца 14 (фиг. 5) выполнена меньше осевой длины паза (1;„) проверяемого магнитопровода 2 статора 25 {фиг. 5} и больше осевой длины паза проверяемого магнитопровода 2 ротора 26 (фиг. 6).

55 вдоль расточки измерительного магнитопровода относительно двух пар зуб цов, а его сигнальная обмотка подклю чена к индикатору через переключател

На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 — измерительный маг нитопровод и выполненные на нем зуб цы для измерения ширины пазов, несим метрии расположения и угла скоса зу цов проверяемого магнитопровода; на фиг. 3 — электрическая схема обмото и схема укладки обмоток двух пар зу цов измерительного магнитопровода; на фиг, 4 — то же для дополнительно го зубца; на фиг. 5 и 6 — схема соо ношения длины зубцов измерительного магнитопровода при измерении ширины пазов проверяемых магнитопроводов статора и ротора соответственно; на фиг. 7 — проверяемый магнитопровод (ротор) со схемой определения угла скоса зубцов; на фиг. 8 — то же, со схемой определения ширины пазов; на фиг. 9 — график зависимости выходного напряжения сигнальной обмотки от относительного угла поворота проверяемого магнитопровода и зубца измерительного магнитопровода.

Устройство для определения геомет рических размеров зубцовой зоны маг.,нитопроводов статора и ротора электрической машины содержит измерительный магнитопровод 1, устанавливаемый концентрично проверяемому магнитопроводу 2. Иагнитопроводы 1 и 2 при контроле устанавливаются в узел 3

35 измерения, относительного углового расположения магнитопроводов, например, на оптическую делительную головку типа ОДГ-10 (ГОСТ 9016-59).

Измерительный магнитопровод

40 снабжен двумя парами зубцов 4 и 5, на каждой из которых расположены катушечные обмотки 6 и 7 возбуждения, запитываемые напряжениями воз, буждения П8 и Us и встречно соедй=

2 3 ненными сигнальными обмотками 8 и 9

U и U, подключаемыми к нуль-инди2 Э катору 10 через переключатель 11 в положении 12 и 13.

Измерительный магнитопровод 1 также снабжен дополнительным зубцом

14, на котором расположены катушечная обмотка 15 возбуждения, которая запитывается напряжением возбуждения П, и катушечная сигнальная

< 9 обмотка 16, с которой снимается выходное напряжение сигнальной обмотОпределение геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов

2 статора 25 и ротора 26 электрической машины производится следующим образом.

При измерении угла скоса и несимметрии расположения зубцов проверяемого магнитопровода 2 на обмотки возбуждения 6 и 7 пар зубцов 4 и 5 (фиг. 1 и 2) подается напряжение возбуждения переменного тока. Разворотом проверяемого магнитопровода 2 статора 25 (фиг. 5 и 6) с помощью узла 3 измерения (см. фиг.6) добиваются минимального по величине напряжения на сигнальных обмотках 9 пары зубцов 5, подключаемых к индикатору 10 через переключатель 11 в положении 13 (фиг. 6), чему соответствует нулевое положение пары зубцов 5, показанное на фиг.. 7 заштрихованными верхними ромбами. Это положение является отсчетным, нулевым, положением шкалы узла 3 измерения.

При равенстве Ко„ < =,Ы „(где ц(угол смещения пар зубцов 4 и 5 измеряемого магнитопровода 1 (фиг. 7) величина напряжения сигнальных обмоток 8 (фиг. 3) пары зубцов 4 при

11453 установке переключателя 11 в положение 12 также минимальна, чему соответствует нулевое положение пары зубцов 4, аналогичное расположению пары зубцов 5. На фиг, 7 изображен когда 44« и«« 0 А«,з . В этом случае величина напряженйя сигнальных обмоток 8 пары зубцов 4 не будет минимальной и, соответственно, положение пары зубцов 4 отличается от 10 нулевого на угол с«,, „„- центральный > угол между действительным нулевым положением второй пары зубца 4 и расчетным. Тогда разворотом с помощью узла 3 измерения (см. Фиг. 1) прове- 1э ряемого магнитопровода 2 на угол (фиг. 7) добиваются нулевого положения пары зубцов 4. Далее по шкале узла 3 измерения определяется угол („ „д, Угол скоса зубцов проверяемого М магнитопровода 2 статора 25 (фиг. 5) определяют, рассматривая подобные прямоугольные треугольники NNP u шпр (Фиг. 7), для которых можно за- писать соотношение Я

%f4 ма (1)

PN Р"

Учитывая, что сторона Ий пронорЛЯ с6 циональна а сторона 30

160 ск

gag np, PN = 1" рп 1 — а, 180О соотношение (1) имеет вид ь eL ск.5 ск. нр е (г1 . зз и соответственно 01 с«р с с с«HA (см. Фиг. 7), где с с„н„- действительный центральный угол между нулевым положением пар зубцов 4 и 5, 4в ск,пр - расчетный центральный угол между нулевымн положениями пар зубЦОв 4 и 5. ТОГДа д = с(, - (.ц д,нп

Следовательно, с учетом соотношения (2) и уравнения, (3) угол скоса зубца проверяемого магнитопровода 2 стато» ра 25 равен с с„, н„- с „„„) с"ск.э.„ Е» (<)

Если "ск ъ с ни, то Формула (4) имеет внд

55 (Ы +а сн.нб 4. нн )

Ck. 5.2 $-a

12 6

Таким образом, в общем виде о с« определяется с учетом формул (4) и (5) как (ск.нп- *. нп) о с„.з = „ (йl где "+" соответствует случаю ес и с с„н„,, а — — c »«© "c«.з с ск и

В случае сС „ = о Формула (6) имеет вид

oL (Т) с« ° &э е

Таким образом, при определении с „ необходимо измерить сс4.„н который в пределе равен отклонению угла скоса контролируемого зубца и исчисляется единицами угловых минут. (В устройстве-прототипе необходимо определение угла скоса пазов путем поворота проверяемого магнитопровода на десятки угловых градусов, что определяет большую длительность времени контроля).

Определение несимметрии расположения осей зубцов проверяемого магнитопровода целесообразно проводить с использованием предлагаемого устройства по следующей формуле À.н ; д.нн, (««S-" <1+ +<. + . (3) где Ы„,> - "угол между двумя соседними зубцами проверяемого магнитопровода 2;

Ы1 — текущее значение угловой координаты контролируемой оси i-го зубца проверяемого магнитопровода 2, изме-. ренной при нулевом положении верхней пары зубцов измерительного магнитопровода 1;

Й; „ — текущее значение угловой координаты контролируемой оси предыдущего зубца от (i-1)-го; — номер контролируемого зубца проверяемого магнитопровода 2.

Это позволяет повысить точность определения несимметрии расположения зубцов проверяемого магнитопровода 2, так как в этом случае контролируется максимальная длина оси зубца. Кроме того, пары зубцов измерительного маг1

:нитопровода 1 скошены на угол, равный углу скоса зубцов проверяемого

11453 12 магнитопровода 2, что обеспечивает более точное определение оси контролируемого зубца в результате ис- ключения магнитных потоков рассеяния, возникающих при контроле пря- 5 моугольными зубцами измерительного магнитопровода 1 скошенных зубцов . проверяемого магнитопровода 2, и приближение метода контроля к реальным электромагнитным процессам, про-. 10 исходящим в электрической машине.

При измерении угла скоса пазов и несимметрии расположения пазов проверяемого магнитопровода 2 с использованием предлагаемого устройства осуществляется параллельное измерение указанных геометрических размеров зубцовой зоны электрической машины, что существенно (в несколько раз) сокращает время контра- 20 ля.

Определение ширины пазов проверяемого магнитопровода 2 осуществляется, путем разворота измерительного магнитопровода 1 (или проверяемого магнитопровода 2), на котором расположен дополнительный зубец 14 с обмоткой 15 возбуждения и сигнальной обмоткой 16 относительно проверяемого магнитопровода 2 (см. фиг.9). ЗО

На фиг. 9 изображен паз проверяемого магнитопровода:.2 статора 25, относительно которого перемещается дополнительный зубец 14. При этом ось

24-24 паза магнитопровода 2 статора

25 всегда параллельна оси 23-23 дополнительного зубца 14. Дополнительный зубец 14 поворотом измерительного магнитопровода 1, на котором он установлен, устанавливается на краю зубца4О магнитопровода 2 статора 25, как показано на фиг. 7, при подключении сигнальных обмоток 16 через переключатель 11, установленный в положение 17, к индикатору 10 (фиг. 1), и 45 это положение (нулевое) является началом отсмета, устанавливаемого по шкале узла 3 измерения. При подаче Бз на обмотки 15 (фиг. 1) с сиг4 нальных обмоток 16 снимается выходное напряжение U, пропорциональное с магнитному потоку, созданному обмоткой возбуждения 15 дополнительного зубца 14, проходящему как через площадь перекрытия зубцом 14 зубца маг- g5 нитопровода 2 статора 25, так и через близлежащие плоскости поверхности магнитопровода 2 статора 25, „УВ

Ь36о

1 (Э) где Р— наружный внутренний) ди-! аметр по зубцам проверяемого магнитопровода 2.

Следовательно, при перемещении измерительного магнитопровода 1 с дополнительным зубцом 14, на котором расположены обмотка 15 возбуждения и сигнальная обмотка 16, относительно проверяемого магкитонровода 2 производится определение по двум минимальным значениям выходного напряжения сигнальных обмоток угловых координат положений кромок проверяввиду наличия краевых эффектов и потоков рассеяния, которые незначительны по сравнению с основным магнитным потоком, проходящим через указанную площадь перекрытия. Величина

П при нулевом положении является

С максимаотной (фиг. 9, график зависимости Ц = f(d,д ). При относ-;тельном

% перемещении зубца 4 и магнитопровода 2 статора 25 от нулевого положения к Х положению (фиг. 9).происходит уменьшение Пс вследствие умень+ шения площади перекрытия зубцом 14 зубца магнитопровода 2 статора 25.

При дополнительном перемещении зубца 14 в положения II III,IV (фиг.9) происходит уменьшение до минимума а, затем увеличение U . Угол д с4 ° (фиг. 9) между двумя (начальным ot и конечным Ь) минимальными величинами Пс, соответствующими начальному и конечному значениям "нулевой" площади перекрытия зубца 14 зубцов магнитопровода 2 статора 25, и определяет центральный угол кромок контролируемого паза относительно оси вращения и обоих магнитопроводов, Тогда угловая ширина контролируемого паэао(,я определяется как (фиг.9)

63 360 П Ф 3 - 4 4 )) 1

7 где с — угловая ширина дополнитель3 наго зубца 14; — линейная ширина дополнительного зубца 14;

33 — диаметр измерительного магнитопровода 1 по дополнительному зубцу 14, а линейная ширина паза Ь„ магнито проводоа 2 статора 25 определится как

1145312 емого паза и вычисляется по формуле (Ь) действительная линейная ширина паза..

С целью приближения метода определения b> к реальным электромагнитным процессам, происходящим в электричес.кой машине, и повышения достоверности определения Ь осевая длина зубца

14 (фиг. 5 и 6) выполнена меньшей осевой длины паза 22 при контроле проверяемого магнитопровода 2 статора 25 и большей — при контроле проверяемого магнитопровода 2 ротора 26.

Ширина зубца 14 (фиг. 5, 6 и 9) выполняется меньшей ширины контролируемого паза 22, так как в противном случае невозможно определить координаты начальных значений "нулевой" площади перекрытия, т.е. координаты кромок проверяемого паза 22.

Ю

Таким образом, расширение технологических возможностей, заключающееся в контроле ширины пазов 22 проверя- емого магнитопровода 2, определяется тем, что измерительный магнитопровод »

1 предлагаемого устройства для измерения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов 2 статора 25 и ротора 26 электрической машиныснабжен дополнительным зубцом 14 с обмоткой 15 возбуждения и сигнальной обмоткой 16, ширина которого меньше ширины контролируемого паза 22, а осевая длина меньше осевой длины паза 22 проверяемого магнитопровода

2 статора 25 и больше — проверяемого З магнитопровода 2 ротора 26, а сокращение времени измерения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов 2 ротора 26 и статора 25 электрической машины, заключающееся в проведении параллельных измерений угла скоса и неравномерности расположения зубцов и ширины пазов 22 проверяемого магнитопровода 3 и в сокращении времени контроля угла скоса пазов, определяется тем, что пары зубцов измерительного магнитопровода 1 смещены относительно одна другой, а зубцы скошены на угол, равный углу скоса зубцов (Ыс».q) проверяемого магнитопровода 2, который определяетСк.3 Я где oL«, „.— действительный центральный угол между нулевыми положениями пар зубцов;

1О о д,н — центральный угол между действительным нулевым положением второй пары зубцов и расчетным; — длина проверяемого и измерительного магнитопроводов; полусумма длин зубцов каждой пары, причем дополнительный зубец 14 с обмоткой 15 возбуждения и сигнальной обмоткой 16 конструктивно выполнен на измерительном магнитопроводе 1 раздельно от двух пар зубцов 4 и 5, а сигнальная обмотка 16 дополнительного зубца 14 подключена к индикатору 10 через переключатель 11.

Предлагаемое. устройство позволяет повысить точность измерения несимметрии расположения осей зубцов вследствие того, что производится определение на максимальной длине оси зубца проверяемого магнитопровода 2 обоими парами зубцов измерительного магнитопрвоода 1, в тс время как и устройстве-прототипе только одной парой, и исключаются дополнительные магнитные потоки рассеяния, возникающие при контроле прямоугольными зубцами измерительного магнитопровода 1 скошенных зубцов проверяемого магнитопровода 2, в результате смещения пар зубцов измерительного магнитопровода 1 относительно одна другой и скоса зубцов на угол, равный углу скоса зубцов (dq<,g) проверяемого магнитопровода 2.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет повысить достоверность и объективность определения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов 2 ротора 26 и статора 25 электрической машины в результате приближения методов контроля к реальным электромагнитным процессам, происходящим в электрической машине, что достигается применением для измерений геометрических размеров электромагнитных методов контроля и выполнением зубцов измерительного магнитопровода 1, соответствующих цо длине и ширине, например, зубцами магнитопровода 2 статора 25

У при измерении геометрических размеров зубцовой зоны проверяемого магнитопровода 2 ротора 26.

11 11453

Применение предлагаемого устройства позволит автоматизировать контроль геометрических размеров эубцовой зоны магнитопроводов статора и ротора электрических машин, что 5 решит задачу пооперационного конт роля при изготовлении электрических машин высокой точности.

Предлагаемое устройство мокет быть применено как при проведении 10 научно-исследовательских работ, так н при серийном и массовом производстве информационных электрических машин.

При этом время контроля сокращается в 3-5 раз, а точность возрастает в

12

1,2-2 раза по сравнению с прототипом.

Кроме того, с помощью предлагаемого устройства, в связи с его высокой точностью и быстродействием, осуществляется анализ источников погрешности при выполнении геометрических размеров зубцовой зоны с целью их уменьшения и исключения. Это приведет к дальнейшему увеличению точности вращающихся трансформаторов, фаэовращателей, датчиков передачи и преобразования угла и т.п., что в свою очередь скажется на увеличении точности счетно-решающих и автоматических приборов.

Фиг.!

1145312

1145312

1145312

Составитель В. Никоноров

РедактоР Л. ВеселовскаЯ ТехРед >,Кузьма

Корректор А. Тяско

Подписное

Филиал ППП "Патент",. r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1166/34 Тираж 748

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5