Способ контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя

 

Изобретение позволяет повысить чувствительность и точность контроля . Способ включает в себя дополнительный разгон ротора до номинальной частоты вращения, повторньй выбег осуществляют при подключении статорной обмотки к многофазному источнику питания с тем же порядком следования фаз, что и у сети. При токе ротора, равном нулю, измеряют время останова, а об изменении неравномерности воздушного зазора судят по относительному изменению времени останова при наличии и отсутствии поля в зазоре по заранее снятой кривой. 2 З.П., ф - лы 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111 (504 G 01 R 31/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3778392/24-07 (22)01.08.84 (46) 07.01.86. Бюл. У (71) Киевский ордена Трудового

Красного Знамени институт инженеров гражпанской авиации им.60-летия

СССР (72) В.А.Повстень и В.В.Баранов (53) 62!.313 (088.8) (56) Таран В.Н.Диагностирование электрооборудования. Киев: Техника, 1983, с.200.

Авторское свидетельство СССР

_#_I 1043574, кл.G 01 R 31/34,1981. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение позволяет повысить чувствительность и точность контроля. Способ включает в себя дополнительный разгон ротора до номинальной частоты вращения, повторный выбег осуществляют при подключении статорной обмотки к многофазному источнику питания с тем же порядком следования фаз, что и у сети.

При токе ротора, равном нулю, измеряют время останова, а об изменении неравномерности воздушного зазора судят по относительному изменению времени останова при наличии и отсутствии поля в зазоре по заранее снятой кривой. 2 з.п., ф — лы

1 ил.

Изобретение относится к области, испытания асинхронных двигателей и служит для контроля неравномер1203444

2 ния, являющегося функцией радиального зазора.

Момент трения включенного двигатености воздушного зазора асинхронных двигателей.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности контроля путем создания дополнительного момента торможения от электромаг- 10 нитных сил одностороннего притяжения.

Неравномерность воздушного зазора

15 асинхронного двигателя возникает в процессе эксплуатации вследствие износа подшипников и увеличения в связи с этим их радиального зазора, причем радиальный зазор в подшипниках является основным параметром, характеризующим их техническое состояние.

20 в его конструкцию, повышение чувствительности способов контроля предròàâëÿåò важную задачу.

Момент сопротивления в подшипниках можно представить состоящим из двух частей: момента сопротивления, не зависящего от радиального зазора в подшипнике, и момента сопротивлеВ процессе эксплуатации электроприводов, от которых требуется повышенная надежность, и при малых воздушных зазорах необходимо регулярно контролировать степень неравномерности воздушного зазора двигателя,так как черезмерный износ подшипников приводит к эксцентричному положению ротора в росточке статора и росту силы односторон,него магнитного притяжения, которая снижает долговечность подшипников. С увеличением силы одностороннего магнитного притяжения еще больше увеличивается эксцентриситет. В результате возникают

40 значительные дополнительные нагрузки на опоры, что может привести к задеванию ротора о статор с последующей аварией электродвигателя. Поэтому разработка и совершенствование способов контроля степени неравно45 мерности воздушного зазора двигателя, позволяющих определять эксцентриситет ротора в процессе эксплуатации двигателя беэ его демонтажа и без внесения каких-либо изменений ля зависит от степени неравномерности его воздушного зазора. От момента трения (момента сопротивления1 зависит время торможения (выбега) двигателя при его остановке:

М = К 1, где К вЂ” коэффициент трения качения;

М вЂ” сила нормального давления в подшипниках, определяемая действием силы одностороннего магнитного притяжения и весом ротора.

Сила одностороннего магнитного притяжения, увеличивая давление на опоры (подшипники ), увеличивает механический момент сопротивления двигателя (тормозной момент ).

Сила одностороннего магнитного притяжения в двигателе возникает только с появлением неравномерности воздушного зазора эксцентриситета) и является функцией эксцентриситета ротора. Следовательно, сила одностороннего магнитного притяжения является надежным информативным параметром, по которому можно судить о степени неравномерности воздушного зазора двигателя. Установлено, что она при значениях эксцентриситета, не превышающих 0,2, почти линейно зависит от эксцентриситета ротора.

Даже при незначительном эксцентриситете ротора можно получить существенное увеличение момента сопротивления двигателя за счет увеличения магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя, от которой сила одностороннего магнитного притяжения P зависит в квадрате °

Увеличение силы Р с ростом индук. ции в воздушном зазоре происходит до определенного предела, после которого начинается ее уменьшение, что объясняется насыщением магнитной системы машины, Как показывают расчеты, сила Р для авиационных машин переменного тока достигает максимума при индукциях в воздушном зазоре, близких к 0,7 Тл.

На чертеже схематически показано устройство для реализации предлагаемого способа.

Схема содержит испытуемый двигатель 1, датчик 2 частоты вращения ротора, преобразователь 3 частоты, 1203444 синхронизированный от дачика частоты вращения, При наличии эксцентриситета и тор. можения двигателя, когда через его воздушный зазор проходит магнитный поток, механический момент сопротивления двигателя будет иным, чем при отсутствии магнитного поля в воздушном зазоре двигателя.

Механический момент сопротивления двигателя при прочих равных условиях возрастает с увеличением эксцентриситета ротора вследствие увеличения силы одностороннего магнитного притяжения.

Чем выше индукция магнитного поля (до определенного предела), тем большим приращение момента сопротивления при одном и том же изменении эксцентриситета. С увеличением механического момента сопротивления двигателя уменьшается время торможения ротора. Следовательно, по изменению времени торможения двигателя при наличии магнитного поля в воздушном зазоре двигателя, когда оно не вызйвает образования электромагнитного момента на его валу, и при отсутствии этого магнитного поля можно судить о величине эксцентриситета ротора (неравномерности воздушного зазора ), В асинхронных двигателях с фазным ротором такой способ контроля можно реализовать путем сопоставления времени торможения ротора включенного двигателя, но при размыкании обмотки ротора и времени торможения при отключении двигателя от сети. . При раэмыкании обмотки ротора злект ромагнитный момент на валу двигателя отсутствует.

Л

У синхронных двигателей с короткоэамкнутым ротором обмотка ротора на период торможения не может быть разомкнута, Поэтому, когда. силовые линии магнитного поля пересекают короткозамкнутую обмотку ротора, по ней протекает ток и в результате образуется электромагнитный момент. на валу двигателя, влияющий на процесс вращения ротора, причем это влияние может быть очень сильным.

Однако, если при повторном разгоне двигателя переключить его на источник питания, частота которого будет меняться пропорционально частоте вращения ротора, то в этом случае

10 где И вЂ” изменяющаяся на выбеге частота вращения ротора;

15 р — число пар полюсов двигателя.

50 магнитное поле в воздушном зазоре двигателя при его торможении вращает. ся синхронно с ротором н поэтому относительно него неподвижно. При этом ЗДС в обмотке короткозамкнутого ротора не индуктируется и электромагнитный момент на валу двигателя не возникает. Частота на выходе инвертора при этом равна

Для сохранения магнитного потока в двигателе неизменным необходимо, чтобы и напряжение при этом уменьшалось пропорционально частоте питания.

Для реализации этого варианта способа используют преобразователь частоты, датчик частоты которого связан с валом двигателя. Об изменении неравномерности воздушного зазора двигателя (эксцентриситета1 судят по относительному изменению времени торможения двигателя или выбега при наличии магнитного поля в воздушном зазоре двигателя и при его отсупствии. Зависимость их от эксцентриситета ротора в относительных единицах устанавливают заранее опытным путем для каждого типа контролируемых двигателей.

Способ осуществляют следующим образом.

Подключают двигатель к трехфазной сети, Ротор разгоняется до номинальной частоты вращения на холостом ходу. °

Отключают двигатель от сети и измеряют время его останова. Производят дополнительный запуск двигателя путем включения его на ту же сеть до номинальной частоты вращения. Повторный выбег двигателя осуществляют при его включении на многофазный источник питания с тем же направлени. ем следования фаз и при обесточенной обмотке ротора °

Для асинхронного двигателя с фаэным ротором повторный выбег осуществляют при его включении на сеть: и при отключении фаэной обмотки ротора.

Для асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой для исключе1203444 ния протекания тока в обмотке ротора при повторном выбеге двигатель подключают к источнику питания с переменной частотой питания и напряжением, при этом частота питания пропорциональна частоте вращения ротора, а напряжение питания — частоте питания, Особенностью способа является 1I0 то, что оценка степени неравномерности воздушного зазора производится путем сравнения данных, которые получены в процессе контроля, т.е. при одних и тех же подшипниках, когда количество смазки и ее физико-химическое состояние, степень загрязнения и ряд других факторов, от которых также зависит момент сопротивления двигателя, не успевают измениться в связи с относительно небольшой продолжительностью процесса контроля, и поэтому не вносят дополнительной погрешности. Это существенно повышает достоверность получаемых 2g результатов контроля. Сравниваются данные, которые получены при наличии асинхронно вращающегося с ротором магнитного поля в воздушном за зоре двигателя и при его отключении, когда составляющая в моменте сопротивления, обусловленная силой одностороннего магнитного притяжения и поэтому непосредственно связанная со степенью неравномерности воздушног0 зазора двигателя, становится незначительной.

Оценка степени изменения воздушного зазора асинхронного двигателя с целью проверки способа осуществлена для асинхронного двигателя с фазным ротором мощностью 2,8 кВт, Для этого двигатель комплектуют подшипниками поочередно с малым и увеличенным радиальными зазорами, Величина радиального зазора подшипников измеряется на специальной установке. Технология контроля неравномерности воздушного зазора заключается в проведении двух операций.

Двигатель, включенный на переменное напряжение промышленной частоты

$ = 50 Гц и доведенный до скорости вращения холостого хода, переводится в режим самостоятельного торможения поочередно путем отключения

55 напряжения питания и путем размыкания фазной обмотки ротора. Время тор. можения замеряется с помощью механического секундомера (точность измерения 0,1 с).

Экс- ерименты показывают повышение чувствительности способа в пять раз.

Определение изменения неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется по такой же методике, но по схеме, изображенной на чертеже.

Асинхронный двигатель l питается переменным напряжением от преобразователя 3 частот, построенного на базе электромагнитного преобразователя, или статического греобразователя. Датчиком 2 частоты преобразователя 3 является тахогенератор, механически связанный с ротором двигателя 1, По мере торможения асинхронного двигателя частота на выходе преобразователя изменяется от Г = 400 Гц до 1 = О.

Предлагаемый способ позволяет осуществлять контроль неравномерности воздушного зазора асинхронных короткоэамкнутых двигателей в процессе их эксплуатации без разборки и демонтажа двигателя с объекта установки и при этом повысить чувствительность и точность контроля.

Повышение чувствительности контроля достигается за счет влияния магнитного поля на ту часть механического момента сопротивления двигателя, которая непосредственно зависит от неравномерности его воздушного зазора.

Для силы одностороннего магнитного притяжения эта сила при одном и том же эксцентриситете зависит от квадрата индукции в воздушном зазоре двигателя (квадрата напряжения) .

В такой же степени зависит от индукции приращение момента сопротивления, Чувствительность способа по моменту механического сопротивления на валу двигателя определяется производной.

Поэтому она при данном приращении эксцентриситета возрастает в такой же степени, как и приращение момента сопротивления. Повышение чувствительности предлагаемого способа позволяет судить о реальном эксцентриситете ротора даже при незначительном его изменении в

203444

Составитель В.Никаноров

Редактор Н.Тупица Техред Т.Дубинчак

Корректор Б,Бутяга

Заказ 8411/48 Тираж 747

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, у;. Проек-:ная, 4

7 1 процессе эксплуатации (5-107.), что особенно важно для авиационных асинхронных двигателей, которые имеют небольшой воздушный зазор.

Так, для самолетных асинхронных двигателей мощностью от нескольких ватт до 5 кВт этот зазор равен всего

0,2-0,3 мм и это одновременно при значительно более высокой частоте вращения.

Применение способа улучшает условия для перевода технического обслуживания и ремонта асинхронных двигателей на более прогрессивную технологию — на обслуживание по состоянию, а также дает возможность осуществлять прогнозирование вероятности отказа двигателей, связанного с износом подшипников, приводящего к появлению эксцентриситета ротора.

Формула изобретения

1.Способ контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя с обмоткой на роторе, заключающийся в подключении его к сети, разгоне на холостом ходу до номинальной частоты вращения, отключении двигателя от сети и измерении времени останова двигателя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью пов ш с нил -,","Б с Гв ит 0 чь нос " H и точное ти контроля путем создания дополнительного момента торможения от электромагнитных сил одностороннего притяже:-. я, допо-пп тельно разгоняют pcTQp дс номинальной частоты вращения, а его повторный выбег осуществляют при подключении его статорной обмот.(H к многофазному источ10 нику питания с тем же порядком следования фаэ, что и у сети, и при токе в роторе, равном нулю, измеряют при этом время останова, а об изменении неравномерности воздушного зазора судят по относительному изменению времени останова при налип:и и отсутствии поля в воздушном зазоре по заранее снятой тарировочной кривой.

2.Споссб по и,!, о т л и ч а юшийся тем, что при повторном выбеге обмотку ротора размыкают, а в качестве многофазного источника Нс пользуют сеть=.

3. Способ по и;.1, а т л и ч а юшийся тем. что в качестве мнc-гофаз -;ого источника питания используют управляемый источник питания, 30 ампли-.уду и частоту напряжения которого -i -еньшают пропорционально частоте вращения ротора на выбеге.