Способ косвенного контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя

 

СПОСОБ КОСВЕННОГО КОНТРОЛЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, заключающийся в подключении двигателя к многофазной сети с последующим отключением всех фаз статорной обмотки и в. измерении ЭДС на фазах при выбеге ротора от номинальной скорости, о т личающийся тем, что,.с целью повышения точности при одновременном уменьшении времени контроля, перед отключением двигателя от сети измеряют напряжение на всех фазах, ток, коэффициент мощности и активное сопротивление обмотки, ЭДС измеряют одновременно во всех фазных обмотках непосредственно после отключения обмотки от сети, а контролируемый сигнал формируют в виде среднеквадратичной величины изменения реактивной составляющей скачка напряжения на фазах обмотки и по сопоставлению ее с (Л эталонной величиной, измеренной,при равномерном воздушном зазоре, судят о неравномерности воздушного зазора. а эо X эо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГосудАРстВенний номитет сссР

ПО ДЕЛАМ ИЗОВ ЕТЕНИй И ОТНРЫТИй

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3710449/24-07 (22) 20.01.84 (46) 23,07 ° 85. Бюл. N- 27 (72) Г.Г.Рогозин, Н.Г.Пятлина, В.И.Алексеев, Н.С.Лапшина и А.В.Рындин (71) Донецкий ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 621.313(088..8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 541246, кл. Н 02 К 15/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР .№ 900226, кл. Н 02 К 15/00, 1982. (54) (57) СПОСОБ КОСВЕННОГО КОНТРОЛЯ

НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, заключаю-щийся в подключении двигателя к многофазной сети с последующим отключе„„SU „„1168878 A (ЯИ G 01 К 31/34 нием всех фаз статорной обмотки и в измерении ЭДС на фазах при выбеге ротора от номинальной скорости, о т -. л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности при одновременном уменьшении времени контроля, перед отключением двигателя от сети измеряют напряжение на всех фазах, ток, коэффициент мощности и активное сопротивление обмотки, ЭДС измеряют одновременно во всех фазных обмотках непосредственно после отключения обмотки от сети, а контролируемый сигнал формируют в виде среднеквадра.тичной величины изменения. реактивной составляющей скачка напряжения на фазах обмотки и по сопоставлению ее с эталонной величиной, измеренной,lIpH равномерном воздушном зазоре, судят о неравномерности воздушного зазора.

1168878

40 = I,4.

45 ) 55

Изобретение относится к промьппленной электротехнике, в частности к способам косвенного контроля неравномерности воздушного зазора асинхронных двигателей.. 5

Цель изобретения — повышение точности при одновременном уменьшении времени контроля.

На чертеже представлена векторная диаграмма определения величины реак-,10 тивной составляющей скачка напряжения, измеренной при равномерном воздушном зазоре.

Способ осуществляется следующим образом. t5

Измеряют величину напряжения (Uo) тока (lc) и коэффициента мощности (соз ) подключенного к сети, по рабочей схеме питания асинхронного двигателя, отключают фазы обмотки ста щ тора от сети собственным коммутационным аппаратом, измеряют ЭДС фазных обмоток статора в момент отключения.

Последнюю операцию возможно осуществить аппаратурно с помощью автомати- 25 зированной системы сбора и регистрации информации, например, построенной на базе микро-ЭВИ "Электроника60" или светолучевого осциллографа, с последующей ручной обработкой осцил- 30 лограммы.

О неравномерности воздушного зазора судят по изменению среднеквадратичной величины реактивной составляющей скачка напряжения на выводах фаэ- ных обмоток статора двигателя в моЦ мент отключения (4П ) по сравнению с той же величиной, соответствующей

И равномерному зазору (dU<=0) ° Последняя из указанных величин для рассмат- Ар риваемого диагностического параметра (Е ьО (E)= „, 0)

40" может быть определена по векторной диаграмме с использованием выражения для реактивной составляющей скачка действующего значения напряжения

4u" =ли" =4u" -u за в

А> f О g,ß=Î С,<=0 о о где U — активная составляющая скачка напряжения, определяемая по величине ак тивного сопротивления обмотки статора

В качестве базовой характеристики используется зависимость предлагаемого обобщенного диагностического параметра от величины эксцентриситета при параллельном смещении оси расточки ротора относительно оси расточки статора. Указанная характеристика может быть определена на неподвижной машине, поскольку индуктивное сопротивление короткого замыкания, определяемое по данным опыта питания двух соединенных встречно фаз обмотки статора (х ), практически равно сверхпереходному индуктивному сопротивлению х", Следовательно, 40" = ? х" Ф? xÄ (3) Как следует из экспериментальных данных, обобщенный диагностический параметр (что особенно важно при контроле неравномерности воздушного зазора для двухполюсных асинхронных двигателей) не зависит от направления смещения осей расточек ротора и статора при одной и той же,величине смещения .(эксцентриситета). Это объясняется тем, что сопротивление короткого замыкания обмотки статора двухполюсных двигателей при постоянной величине смещения оси расточки ротора относительно оси расточки статора изменяется по закону к х +xé соэ 2 р (4) где хп, х — постоянная и переменная (гармоническая) составляющие индуктивного сопротивления, у — угол между направлением оси магнитного поля фазных обмоток статора и направлением смещения оси ротора относительно оси расточки статора.

Используемые при записи выражения (1) среднеквадратичные преобразования диагностических сигналов исключают влияние угла на величину обобщенного диагностического параметра индуктивного сопротивления короткого замыкания и соответственно на реактивную составляющую скачка наII а0, 3 1 пряжения в момент отключения двигателя от источника питания.

Выражение (1) может быть преобразовано к следующему виду

Иэ выражения (5) следует, что базовые характеристики обобщенных диагностических параметров AV (Е) и

Ф индуктивного сопротивления короткого замыкания Х+(E) определяемые при параллельном смещении оси ротора относительно оси расточки статора, идентичным. Этот вывод может быть распространен и на характерис-. тики работоспособности асинхронной машины, испольуемые при контроле равномерности воздушного зазора для определения максимально возможных величин эксцентриситета ротора, соответствующих измеренным значениям диагностических параметров.

Для осуществления контроля неравномерности воздушного зазора двигателей по предлагаемому способу определяют обобщенный диагностический параметр

4U ЙО + AU + йЦ, (6) сравнивают его с величиной этого параметра при равномерном воздушном зазоре .

168878 4 при f =100X, Х„„„=,43 Ом, Х,„®, =

=2,96 Ом, постоянная и переменная составляющие индуктивного сопротивления

Х„=0,5 (Х „ Х„„„)=2,635 Ом, Х. =0,5 .(Х -Х „)=0,205 Ом.

Расчет для другйх значений эксцентриситета производился аналогичным образом.

Величина тока при измерениях принималась равной току холостого хода двигателя, равному 5,9 А. Было, установлено,.что зависимость X„=f(i) в пределах от 0 до 5,9 А является ли15

В качестве нулевого уровня диагностического параметра примем величину минимального индуктивного сопротивления, не зависящую от стейени неравномерности воздушного зазора. При этом обобщенный диагностический параметр определяется с ис пользованием соотношением

Х (Е)=((« Ж)+ ХХ(«)С««Х(-х „«) +(««(E) «

25 ХХ(E)C««Х(Р-а« )-Х„„,J (Х«®) (Е)"

«a««(g-2ФО 1-к „„j )"=, - хх(е) . («!

При E-100X в соответствии с выражением (8) Х(Е)Е, -0,436 Ом.

Величины активного сопротивления обмотки статора и укаэанных индуктивных сопротивлений определяются по формулам — x= - — - (91 ,р, гъ

22 Z (т) и по его изменению, характеризуемо)му величиной П", судят о степени неравномерности воздушного зазора.

Пример . На неподвижном асинхронном двигателе типа А02-51-2 (10 кВт, 380 В, 19,4 А, cos g =0,89) по результатам опыта питания переменным током промышленной частоты каждой пары выводов, соединенной по схеме звезды обмотки статора, при изменении угла у и величины эксцентриситета f были получены усредненные значения максимальных и минимальных. значений индуктивного сопротивления короткого замыкания (на фазу обмотки статора), в частности, Выражение для обобщенной базовой

40 характеристики рассматриваемого асинхронного двигателя имеет следукиций вид х =0,390 Е -0,916E2+0,963Р (10)

2 Ос«ь

45 Относительная величина диагностического параметра при любом пространственном расположении ротора в расточке статора

2 5

x (E)= (... a,E(El+a E (Q) ««E (ф((QQ)

2 где а а а а — коэффициенты стео> 1 g, З пенного полинома, аппроксимирующего . базовую характеристику;

1168878

K(R) — значение эксцентриситета для

t --го радиального сечения расточки статора при 5 расстоянии между торцовыми листами стали магнитопровода, 10 равном L.

Выражение (11) использовалось для определения с помощью методов оптимизации минимальных значений обобщенного диагностического параметра при 15 всех возможных изменениях эксцентриситета в пределах его заданных максимальных значений в торцовых сечениях расточки статора. Полученная указанным образом зависимость 20

Йнин ®пкс) представляет собой характеристику работоспособности асинхронной машины при неравномерном воздушном зазо- 5 ре. В аналитической форме записи

+, 1383Е

„„„(y) =О, 0898Е-О, 1040 + (12)

Поскольку зависимость индуктивного сопротивления от тока в пределах изменения последнего от нуля до величины тока холостого хода является линейной, то значение Х „ определялось с использованием выражения

35 (6) по формуле о х (19 )

2 ивм о

ll0M3H auA,E-"мин о о, "мин о (и)

Было установлено, что ЭДС, обус45 ловленная влиянием остаточного намагничивания, не зависит от величины эксцентриситета и практически стабильно составляет 1,673 от номинального на50 пряжения асинхронного двигателя. В соответствии с выражением (13) для

=14,39 В, дП =14,35 В и 5У„"

=14,25 В, полученных с учетом указанного фактора при осциллографирова-55 нии процесса отключения от сети с помощью светолучевого осциллографа типа Н-115, имеем Хц Оу0175 OM.

По характеристике™(12) для Х цям

=0,0175 Ом определяем, что E „,ц, =

=0,24.

Испытуемый асинхронный двигатель не имеет признаков износа отдельных конструктивных элементов. Поскольку контроль неравномерности воздушного зазора прямым измерением невозможен, то принимая величину эксцентриситета равной максимально допустимой в процессе производства машины, т.е. 107., погрешность измерения неравномерности воздушного зазора может быть оценена в 14Х.

Использование автоматических средств регистрации и обработки исходных данных, например, микроЭВИ типа "Электроника-60M" позволяет повысить точность контроля неравномерности воздушного зазора не менее, чем в два раза.

Предложенный способ косвенного контроля неравномерности воздушного зазора асинхронных двигателей повышает точность контроля за счет перехода к диагностическому параметру, отражающему влияние высших гармонических колебаний магнитного поля в воздушном зазоре. Сверхпереходное индуктивное сопротивление имеет большую чувствительность к увеличению неравномерности воздушного зазора по сравнению с постоянной времени обмотки статора.

Носителем информации о диагностическом параметре известного способа и предлагаемого объекта служит одна и та же реакция (переходной процесс в роторе) на единичное возмущение по току статора (отключение асинхронного двигателя от сети).

При этом уменьшается время на контроль за счет исключения услбвия снижения напряжения на выводах асинхронного двигателя до 0,5 номинального значения.

Для определения начального значения ЭДС в предлагаемом способе экстраполируют 3-4 амплитудных значения кривой спадающего напряжения к начальному моменту времени.