Способ определения активных потерь в магнитопроводе статора электрической машины переменного тока

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения электромагнитных параметров магнитопровода статора для контроля влияния технологических факторов при изготовлении электродвигателей. Целью изобретения является повышение точности определения активных потерь в магнитопроводе статора электрической машины за счет учета пульсационных и поверхностных потерь, реакции магнитопровода статора на магнитное поле индуктора. С помощью индуктора в полости статора создают поле с синусоидальным распределением, которое фиксируют. Затем статор приводят во вращение и вновь регистрируют распределение поля (потока), а также ток в обмотке индуктора и частоту вращения статора. Активные потери P<SB POS="POST">ст</SB> определяют из соотношения P<SB POS="POST">ст</SB>=φ/4K<SB POS="POST">F</SB>WΩI<SB POS="POST">=</SB>φ/SINλ/, где K<SB POS="POST">F</SB> - коэффициент формы кривой магнитного поля

W - число витков обмотки индуктора

ω - круговая частота вращения статора

I<SB POS="POST">=</SB> - ток в обмотке индуктора

α - угол между распределением магнитного потока при неподвижном и вращающемся статоре

φ - амплитуда распределения потока при вращающемся статоре. 4 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 R 33/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4275101/24-21 (22) 01.07. 87 (46) 07 . 09. 89. Бюл. N 33 (7 1) Каунасский политехн;1че ский институт им. Антаиаса Снечкусе. (72) П. И. Ко страус кас, А. И. Дегутис, П.П.Матулис и А.А.Ундрайтис (53) 621.317.44 (088.8) (56) Авторское свидетельстно СССР

1з 448549, кл . G 01 R 33/12, 1974.

Авторское свидетельство СССР

11 842660, кл. G 01 R 33/12, 1979.

;54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ AKTHBHrIX ПОТЕРЪ В МАЕНИТОПРОВОДЕ СТАТОРА 3JIFKTРИЧЕСКО!! МА!!!ИНЪ! ПЕРЕ1ЬН1!ОГО ТОКА (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения элект- ромагнитных параметров магнитопровода стаropa для контроля влияния технологических Ьакторов при изготовлении эчектродвигателей. Целью изобретения является повьпление точности

Изобретение. относится к измерительной технике и может быть использовано для or.ределения электромагнитных параметров магнитопровода статора с цел::-ею контроля влияния технологически факторов на изготовление электродвигателей.

Целью изобретения является повышение точности определения активных потерь в маг нитапроноде статора электрической маыины за счет учета пульсационных и поверхностных потерь, „„SU „„1506407 А 1 определения активных потерь в магнитопроводе статора электрической машины эа счет учета пульсационных и поверхностных потерь., реакции магнитопровода статора на магнитное поле индуктора. С помощью индуктора в полости статора создают поле с синусоидальным распределением, которое фиксируют. Затем статор приводят но вращение и вновь регистрируют рас" пределение поля (потока ), а также ток в обмотке индуктора и частоту, вращения статора. Активные потери

P„P с, 1Г/4К 11ы? = Ф /sind, где К,— коэффициент формы кривой магнитного поля; <1 —. число витков обмотки индуктора; ы — круговая частота вращения статора; I — ток в обмотке индуктора; Ы вЂ” угол между распределением магнитного потока при негодвижном и вранающемся статоре; Ф вЂ” амплитуда распределения потока при вращающемся статоре. 4 ил., 2 табл. реакции магнитопровода статора на магнитное поле индуктора.

На фиг.1 приведена векторная диаграмма, поясняющая процесс перемагничивания магнитопровода статора; на фиг.2 — график распределения магнитного потока н полости магнитопровода статора; на фиг. 3 и 4 — устройство для осуществления способа.

Контролируемый магнитопровод статора 1 с помощью оправки 2 закреплен на валу 3 приводного электродвигатеК

Р = --- К !.т Д O „ I sin 4 I, 1

3 15064 ля 4, установленного в опоре 5. Устройство включает также индуктор 6, веберметр 7 и источник 8 питания.

Электродвигатель 4 крепится к опоре

5 винтами 9. Датчики веберметра 7 (не показаны) соединены с ним проводниками 10 через разъем 11. В цепь источника 8 может быть включен амперметр 12, фиксирую.гпгй ток в обмотке 1310 индуктора 6.

С помощью индуктора 6 в полости статора 1 создают постоянное магнитное поле с синусоидальным распределением, поток ф„„„ которого фикси- 15 руют. Затем с помощью электродвигателя 4 вращают статор 1 и вновь фиксируют поток (распределение) поля

Ф, а также ток I в обмотке индуктора 6, амплитуду Ф потока, угол 20

1 между распределением ф, и Ф коэффициент К, формы кривой магнитного потока в зазоре между магнитопроводом и индуктором 6 и частоту вращения статора 1.

Распределение магнитного поля фиксируют с помощью веберметра 7, ток в обмотке индуктора 6 — по шкале источника 8 . Beëè÷èíè К «и о! определяют по кривым Фо,и Ф,„(*иг. 2), а 30 круговую частоту ы вращения статора 1 — с помощью тахометра. К по оп Е ределению равен отношению амплитудьг первой г армоники магнитной индукции потока . к максимальному значению 35 магнитной индукции полного потока Ф

Активные потери Р, в магнитопроводе статора 1 определяют нз соотношення

07 ггику постоянного напряжения, а ротор поместить в расточку статора 1, то

МДС обмотки можно представить пространственной функцией

II

F (х) = 2., F sin --- х, (1)

1 где F„= --- И К I

2р fv номер гармоники;

2р — число полюсов;

W — число витков в обмотке возбуждения (индуктора 6);

1: — коэффициент формы поля воза буждения индуктора 6 для

Г-й гармоники; постоянный ток намагничивания.

В воздушном зазоре между статором

1 и нндуктором 6 дачной ЩС соответствует распределение магнитной индукции (3) f 0рRvn где и — частота вращения;

S, — скольжение магнитопровода статора относительно магнитного поля неподвижного ин М

В,(х) = 2. В „sin 4 - - х, (2) ! «о где В F о оп6 « ») о o y y «ф ! д удельная магнитная проводимость воздушно ro з аз ор а; !и,— магнитная постоянная; К, — коэффициент воэдушного зазора; К г« вЂ” коэффициент насьпцения; d - длина воздушного зазора).

В данном режиме работы активные потери в магнитопроноде статора 1 отсутствуют.

При вращении статора 1 с частотой и« он перемагничивается с частотой где 4 — число витков в обмотке 13 нндуктора 6.

Индуктор 6 можно выполннть в виде ротора, из листов электротехнической стали. Обмотка 13 укладывается в пазы ротора. Прн проведении автоматизированного контроля (фиг.4) автомат-раскладчик устанавливает статор 1 в посадочное гнездо оправки 2 (например, с помощью электромагнита).

В производственных условиях контроль

ГОДНОСТИ Ст«1тОРа МОжЕт ПРОВОДИТЬся по рсзул. та fst+I сравнения потерь в эталогпгом и контролируемом изделиях.

Если в па зы ро тора асинхронного электродвигателя положить обмотку возбу«.;«.нпя, рас греде11енную по закону elf II и IlollK:гючить ее к источдуктора.

Данный режим соответствует работе электродвигателя 4 при определенной

45 наг рузке °

Пусть эквивалентный приведенный ток намагничивания для -й пространственной гармоники в пакете статора

1 равен I . Тогда ЩС, обусловленная этим током, выражается /2m (4) где m — число фаз .

Приведенньгй эквивалентный ток может быть выражен

Т = Б„Е,« / 1 (К,,1+(Б, х, „), (5)

I где E — эквивалентная приведенная

«4

ЭДС;

1 «

R«y и х,q — эквивалентные приведенные активное и индуктивное сопротивления магнитопрово.да статора 1.

6407

Решив совм. стно систему (11) и (14 ), полу чают (2mfq S (("(К «) I sind I ° (15) р2 „(С +С;, -2соз Ы, ( (6) где F „- комплекс результирующей

МДС .

Введем обозначения:

1юю4 Ео «< /Z««ю ° (7) (8) «I, - Г „/Z<, где Z+ — величина, пропорциональная магнитному сопротивлению контура намагничивания.

Если МДС выразить через среднее значение, тогда в формулах (7) и (8) истинное значение магнитного сопротивленияя

Z = =-- Z

2 п (9)

Уравнение (6) можно записать в бескомплексной форме на основании фиг. 1 г г г

F, -F. „+à — F F °

° сов и(. (10)

Подставив (4), (5), (7) и (8) в (10), получают (R«4)г+ (S х 3 )г

40

Б « ((4К )

t m гпг р« (Z ) (. (ф „/Ф,«) 2ф „/ô„icosa(+1) (11) Из треугольника OMN имеют 50

F,/cos g = F q/cos (y< + d ), (12) где Ку = 8. х м /R ч (13)

После преобразования (12) и (13) получают (S х,,) = (R,„) (cos о(-Ф /Фог) /

/sin (,« . (14) 55

E,„, = О, 707ы((К,„«(„;

2И,1, 2 1

Ф В г«4 10 где Ф«« — магнитный поток, пронизывающий воздушный зазор, для

«(-й rармоники; полюсное давление;

1 - высота магнитопровода;

B — амплитуда магнитной индук«««4 ции для (-й гармоники.

Для данного режима можно написать уравнение равновесия МДС

2ш Ь S q@1 K «««g I С -c o s 4 v ( р Z < «IC<+C „ -2cos d q I

« o«««4 где С l ф )

Угол «« = ««, — Ыг определяется согласно фиг.2.

В формулах (4), (15) и (16) фигурирует число фаз m обмотки индуктора 6.

Однако бегущее магнитное поле в воздушном зазоре, созданное постоянной

МДС, может быть заменено аналогичным магнитным полем, созданным переменным током в m-фазной обмотке.

Пусть амплитуда синусоидальной

МДС в воздушном зазоре при питании обмотки постоянным током

F = ---- И К Х

1 (17)

2р где W - число витков обмотки индуктора;

К вЂ” коэффициент формы поля возбуждения для первой гармоники.

Если синусоидальная МДС в воздушном зазоре индуцируется переменным током, обтекающим m-фазную обмотку с числом витков в фазе 1« и обмоточным коэффициентом K то амплитуда этой МДС выражается 5m

F = ------ W К I (18)

ll P

Из условия F = F получают

1 « 2гп

1(К I =-----WK I . (19)

2р Е = (Кp

Отсюда находят

2 и/2 тпК д (20)

4 К

Г

Для синусной обмотки К = 1 и выражение (20) принимает вид

2Г2 К

I = — — -- — --- I„. (21) (1

Если подставить в (15) и («16) вместо Z < выражение (7), а вместо постоянно ro тока — выражение (20), то получают для .(= 1

0 70 ОБЫК «««(sins (< o, I С +С, -2cosdII

0 707uSWK+ (С, -cos «« (ф " (23)

tC,+С -2cos««l I

Для вычисления активных потерь в одной фазе магнитопровода статора пользуются зависимостью

1506407 (24) 5 ьз (71 К,„) 4, 2C(R,) z + (x,) z (27) где () F. = --=- MK ф

/2 (26) ус,у S(„) — -Ising!(C, + С, — 2соsdI Ф

P (28) ст 4ГSzsin Ы + (С," — cosd) Фапси

Пример. Выбран магнитопровод статора 1 асинхронного электродвигателя КД- 180-4/56 Р. Индуктор 6 имел

28 пазов, в которые была уложена четырехполюсная, распределенная по за- 25 кону синуса, обмотка возбуждения с числом витков Ы = 940 и обмоточным коэффициентом К = 0,775. Величина магнитного потока в воздушном зазоре измерялась в помощью 28 одновитковых 30 измерительных катушек (датчиков), прикрепленных к внешней поверхности индуктора 6. Выводы измерительных катушек поочередно подключались к входам микровеберметра Ф 199. Измерения проводились в момент подключения обмотки возбуждения к источнику 8 по— стоянного тока. Магнитопровод статора 1 приводился во вращение с частотой 1500 мин-"

Результаты измерения магнитного потока в воздушном зазоре с помощью

7 измерительных катушек на полюс при различных величинах тока возбуждения приведены в табл. 1.

Способ определения активных потерь в магнитопроводе статора электрической машины переменного тока, включающий вращение магнитопровода статора в постоянном магнитном поле с постоянной угловой скоростью, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це" лью повышения точности, в полости магнитопровода статора с помощью индуктора создают магнитное поле с синусоидапьным распределением, фиксируют распределение магнитного потока в зазоре между магнитопроводом стато" ра и индуктором, после чего осуществляют вращение магнитопровода статора в постоянном магнитном поле с постоянной угловой скоростью, одновременно фиксируя распределение магнитного потока в зазоре между магнитопроводом статора и индуктором, ток в обмотке индуктора и круговую частоту вращения магнитопровода статора, а актив" ные потери в магнитопроводе статора определяют иэ соотношения

Расчеты потерь в магнитопроводе статора 1 проводились по формуле (29) с помощью 3В1! "Электроника 100/25".

Результаты расчета активных потерь

50 в магнитопроводе статора 1 асинхронно го электродвигателя КД-180-4/56 P приведены в табл. 2. для первой пространственной гармоники получают

P =(I) R

2 i (E ) (25) ст . т (Р )z +(х ) °

1 1

При S 1 последняя формула принимает вид

I(Р„= --- (ИС !sin о(1+m j: . (29) Применение предлагаемого способа определения активных потерь в магнитопровод д статора электрической машины переменного тока позволит повысить точность измерений при исследоДля всех m фаз активная мощность вычисляется по формуле

Если в последнюю формулу в место

R, и х, подставить (22) и (23), ток подставить иэ (20), то получают при

S = 1 вании влияния отдельных технологических факторов в процессе изготовления электродвигателей, а также поможет выбрать оптимальные геометрические размеры и способы крепления магнитопроводов, поскольку контроль производится в реальных условиях использования статора.

Например, проведенные эксперименты позволили выявить, что крепление пакета статора электродвигателя КД180-3/560 при помощи скоб снижает потери на 5,2 ВК по сравнению с креплением с помощью сварки.

Формула изобретения

Рст К " < - Ф rn з1-п 1р ст!

1506407

Ф», — амплитуда магнитного потока в зазоре между магнитопроводом статора и индуктором; где Р, активные потери в магнитопроводе статора; коэффициент формы кривой магнитного потока в зазоре между магнитопроводом статора и индуктором; число витков обмотки индуктора; угловая частота перемагни- 10 чивания магнитопровода статора; ток в обмотке индуктора; — пространственный фазовый угол между распределениями магнитного потока в зазоре между магнитопроводдм статора и индуктором при не- подвижном и при вращающем- ся магнитопроводе статора.

I I

Таблица !

Измерительный виток

Значения магнитного потока при токе возбуждения, А

0,3 0,6 0,9 1,2

1,4

l9 42 67,5

38,5 85 129

51 110 160

52,5 114 !62,5

4ч .95 140

27 58 86,5

4,5 4,5 11

Таблица 2

Показатели

Значения при токе возбуждения, А

Г I

0,3 0,6 0,9 1,2 1,4

0,752 2,872 5,276 8,680 10 56

Активные потери, Вт

Амплитуда магнитной индукции в воздушном saзоре, Тл

Удельные потери, Вт/кг

0,127 0,276

О, 356 1, 292

0,409

2,424

0,576

4,208

0,521

3,704

Фиг. 2

2

4

6

89

157,5

198,5

111

103, 5

177,5

2I5

217

192,5

127,5

1506407

Составитель С.! 1умилишская

Редактор О. Юрко вецкая Техред И. Ходанич

Корректор M Ñàìáîðñêàÿ

Тираж 714

Подписное

Заказ 543 /43

ВНЯВ,И Го у,арствонного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113 >35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-и.дательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101