Способ косвенного контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН аИ С 01 К 31/34 АНИЕ ИЗОБРЕТ НОГО КОНТРОЛЯНОГО ЗАЗОРАзаключаюигателя к мн ующим отключ с- еГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Донецкий ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут(56) Авторское свидетельство СССРВ 541246, кл. Н 02 К 15/00, 1976.Авторское свидетельство СССР(54)(57) СПОСОБ КОСВЕНЕРАВНОМЕРНОСТИ ВОЗДУШАСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯщийся в подключении дгофазной сети с после,ЯО 1168878 нием всех фаз статорной обмотки ив измерении ЭДС на фазах при выбегеротора от номинальной скорости, о т -.л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности при одновременном уменьшении времени контроля,перед отключением двигателя от сетиизмеряют напряжение на всех фазах,ток, коэффициент мощности и активноесопротивление обмотки, ЭДС измеряютодновременно во всех фазных обмоткахнепосредственно после отключения обмотки от сети, а контролируемый сигнал формируют в виде среднеквадра.тичной величины изменения. реактивнойсоставляющей скачка напряжения на фазах обмотки и по сопоставлению ее сэталонной величиной, измеренной,приравномерном воздушном зазоре, судято неравномерности воздушного зазора.1168838 45 составляющая апряжения, опре де 0 ктивн качка 1Изобретение относится к промьппленной электротехнике, в частностик способам косвенного контроля неравномерности воздушного зазораасинхронных двигателей 5Цель изобретения - повышение точности при одновременном уменьшениивремени контроля.На чертеже представлена векторнаядиаграмма определения величины реак-,Отивной составляющей скачка напряжения,измеренной при равномерном воздушном зазоре.Способ осуществляется следующимобразом. 15Измеряют величину напряжения(о ), тока (1 с) и коэААициента мощности (соз) подключенного к сети,по рабочей схеме питания асинхронногодвигателя, отключают фазы обмотки ста 2 Отора от сети собственным коммутационным аппаратом, измеряют ЭДС Аазныхобмоток статора в момент отключения.Последнюю операцию возможно осуществить аппаратурно с помощью автоматизированной системы сбора и регистрации информации, например, построенной на базе микро-ЭВМ "Электроника 60" или светолучевого осциллограАа,с последующейручной обработкойосцил- ЗОлограммы,0 неравномерности воздушного зазора судят по изменению среднеквадратичной величины реактивной составляющей скачка напряжения на выводах Ааэных обмоток статора двигателя в моЦмент отключения ( дП) по сравнениюс той же величиной, соответствующейиравномерному зазору (Ю=О)Последняя из указанных величин для рассмат Ориваемого диагностического параметра(ЕьО (Е): , и)Я:Оможет быть определена по векторной диаграмме с использованием выражения для реактивной составляющей скачка действующего значения напря- жения деляемая по величине активного сопротивленияобмотки статора В качестве базовой характеристикииспользуется зависимость предлагаемого обобщенного диагностического параметра от величины эксцентриситетапри параллельном смещении оси расточки ротора относительно оси расточкистатора. Указанная характеристикаможет быть определена на неподвижной машине, поскольку индуктивноесопротивление короткого замыкания,определяемое по данным опыта питания двух соединенных встречно фазобмотки статора (х ), практическиравно сверхпереходному индуктивномусопротивлению х",Следовательно,Д 0 - 1 х Ф 1 х (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 хк=хь+ха соэ 2 у- (4) где хп, х - постоянная и переменная(гармоническая) составляющие индуктивного сопротивления,у - угол между направлениемоси 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 наИэ выражения (5) следует, что базовые характеристики обобщенных диагностических параметров дП (Е) и индуктивного сопротивления короткого замыкания Х+(Е), 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+ 5 Ц + ют его с величи при равномерном раметр зазоре 3 1 пряжения в момент отключения двигателя от источника питания,Выражение (1) может быть преобразовано к следующему виду 168878 4при=1007, Х =2,43 Ом, Х(,(с-,=2,96 Ом, постоянная и переменнаясоставляющие индуктивного сопротивленияХ=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 ходадвигателя, равному 5,9 А. Было, установлено, что зависимость Х=Г(а) впределах от 0 до 5,9 А является лиВ качестве нулевого уровня диагностического параметра примем величину минимального индуктивного сопротивления, не зависящую от стейени неравномерности воздушного зазора. При этом обобщенный диагностический параметр определяется с использованием соотношениемХ(с)х(с х (Х)сох(Х-хх)х(с) о 25х (х)сохот оос)-хх)+х 1(е)хсоо(х-хаас 1-х 1 1-,( хх(с) . (о) 30При Я=1007 в соответствии с выражением (8) Х(Е)Е , 0,436 Ом.Величины активного сопротивленияобмотки статора и указанных индуктивных сопротивлений определяютсяпо формулам:ф 1 (т45 55 и по его изменению, характеризуемо)му величиной П" , судят о степени неравномерности воздушного зазора.П р и м е р , На неподвижном асинхронном двигателе типа А 02-51-2 (10 кВт, 380 В, 19,4 А, соя "=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 эксцентриситетабыли получены усредненные значения максимальных и минимальных значений индуктивного сопротивления короткого замыкания (на фазу обмотки статора), в частности, ражение для теристики р ого двигател 16 Е+Ос 963 Рз ( х =Ох 390 Е -Ос 9 10)26 сх хОтносительная величина диагностического параметра при любом пространственном расположении ротора в расточке статора х (с): ос,х)оаос )сох 1(о)(1 2 а , аэ - коэФАициенты степенного полинома, аппроксимирующего ао азовую характистику; В хара хрон вид бобщенной базовойсматриваемого асин- имеет следукицийГ(1) - значение эксцентриситета для1 -го радиальногосечения расточкистатора при 5расстоянии между торцовымилистами сталимагнитопровода,1 Оравном Ь.)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 202 нин фмпкс)представляет собой характеристику работоспособности асинхронной машины при неравномерном воздушном зазо ре. В аналитической форме записи(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 выражения35 (6) по Формулех (132 измо0 1(1 изн (д 2 "мин оор мин о(и)Было установлено, что ЭДС, обус 45 ловленная влиянием остаточного намагничивания, не зависит от величины эксцентриситета и практически стабильно составляет 1,673 от номинального на 50 пряжения асинхронного двигателя. В соответствии с выражением (13) для1экспериментальных значений аУ,1 = =14,39 В, дП," =14,35 В и 1 У"=14,25 В, полученных с учетом указанного фактора при осциллографировании процесса отключения от сети с помощью светолучевого осциллографатипа Н, имеем Х =0,0175 Ом.По характеристике(12) для ХЮм=0,24,Испытуемый асинхронный двигательне имеет признаков износа отдельныхконструктивных элементов, Посколькуконтроль неравномерности воздушногозазора прямым измерением невозможен,то принимая величину эксцентриситетаравной максимально допустимой в процессе производства машины, т.е, 107.,погрешность измерения неравномерности воздушного зазора может быть оценена в 147Использование автоматическихсредств регистрации и обработки исходных данных, например, микроЭВМ типа "ЭлектроникаМ" позволяетповысить точность контроля неравномерности воздушного зазора не менее,чем в два раза.Предложенный способ косвенногоконтроля неравномерности воздушногозазора асинхронных двигателей повышает точность контроля за счет перехода к диагностическому параметру,отражающему влияние высших гармонических колебаний магнитного поля ввоздушном зазоре. Сверхпереходноеиндуктивное сопротивление имеет большую чувствительность к увеличениюнеравномерности воздушного зазорапо сравнению с постоянной времени обмотки статора.Носителем информации о диагностическом параметре известного способаи предлагаемого объекта служит однаи та же реакция (переходной процессв роторе) на единичное возмущение потоку статора (отключение асинхронного двигателя от сети).При этом уменьшается время наконтроль за счет исключения условияснижения напряжения на выводах асинхронного двигателя до 0,5 номинального значения. Для определения начального значения ЭДС в предлагаемом способе экстра- полируют 3-4 амплитудных значения кривой спадающего напряжения к начальному моменту времени,