Способ контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 11313 ВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ГОСУД АРСПО ДЕЛ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ТВУ СКОМУ СВИДЕТ К(71) Киевский ордена ТКрасного Знамени кистигражданской авиации имСССРнь и В ние позволяет ыситтротора ащения яют пр о тия тки статорноиисточнику пм следовани е е аранов аз, чтовном нула об изм Ряд При оке ротора, емя останов ния оздушнльномупри налазоре2 авном е отно и отанее- лы ени ос сутствии снятой к 1 ил. 1(54) СПОСОВ КОННОСТИ ВОЗДУШНОНОГО ДВИГАТЕЛЯ агностированиеКиев: Техника етельство СССР 1 В 31/34,1981. ОЛЯ НЕРАВНОМЕРЗАЗОРА АСИНХРОН(57) Изобретечувствительность и точроля, Способ включаетдополнительный разгонноминальной частоты врторный выбег осуществл гофазже поу сети измер енин зора ениюИзобретение относится к области,испытания асинхронных двигателейи служит для контроля неравномер 12034442ния, являющегося функцией радиального зазора,Момент трения включенного двигате.ности воздушного зазора асинхронных двигателей,Цель изобретения - повышениечувствительности и точности контроля путем создания дополнительного момента торможения от электромаг нитных сил одностороннего притяжения. Неравномерность воздушного зазора15асинхронного двигателя возникает впроцессе эксплуатации вследствиеизноса подшипников и увеличения всвязи с этим их радиального зазора,причем радиальный зазор в подшипниках является основным параметром,характеризующим их техническое состояние,20 в его конструкцию, повышение чувствительности способов контроле представляет 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 электро- приводов, от которых требуется повышенная надежность, и при малых воздушных зазорах необходимо регулярно контролировать степень неравномерности воздушного зазора двигателя,так как чрезмерный 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 возникают40 значительные дополнительные нагрузки на опоры, что может привести к задеванию ротора о статор с последующей аварией электродвигателя. Поэтому разработка и совершенствование способов контроля степени неравно 45 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 сопротивления 1 зависит время торможения ( выбега 1 двигателя при его остановке;М= К 1,где К - коэффициент трения качения;сила нормального давленияв подшипниках, определяемая действием силы одностороннегомагнитного притяжения и весом ротора. Сила одностороннего магнитногопритяжения, увеличивая давление на опоры 1 подшипники ), увеличивает механический момент сопротивления двигателя (тормозной момент ).Сила одностороннего магнитногопритяжения в двигателе возникаеттолько с появлением неравномерности воздушного зазораэксцентриситета) 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 Р, 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, 1203444синхронизированный от дачика частотывращения,При наличии эксцентриситета и торможения двигателя, когда через еговоздушный зазор. проходит магнитныйпоток, механический момент сопротивления двигателя будет иным, чем приотсутствии магнитного поля в воздушном зазоре двигателя.Механический момент сопротивлениядвигателя при прочих равных условияхвозрастает с увеличением эксцентриситета ротора вследствие увеличениясилы 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 механичес.кого момента сопротивления двигателяуменьшается время торможения ротора, Следовательно, по изменению времени торможения двигателя при наличии магнитного поля в воздушномзазоре 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 контроляможно реализовать путем сопоставлениявремени торможения ротора включенного двигателя, но при размыканииобмотки ротора и времени торможенияпри отключении двигателя от сети.При раэмыкании обмотки ротора злектромагнитный момент на валу двигателяотсутствует.ЛУ синхронных двигателей с короткоэамкнутым ротором обмотка роторана период торможения не может бытьразомкнута, Поэтому, когда, силовыелинии магнитного поля пересекаюткороткозамкнутую обмотку ротора, поней протекает ток и в результатеобразуется электромагнитный момент.на валу двигателя, влияющий напроцесс вращения ротора, причем этовлияние может быть очень сильным.Однако, если при повторном разгонедвигателя переключить его на источник питания, частота которого будетменяться пропорционально частотевращения ротора, то в этом случае1 О где И - изменяющаяся на выбеге частота вращения ротора; 15 р - число пар полюсов двигателя.55 20 25 30 35 40 45 50 магнитное поле в воздушном зазоредвигателя при его торможении вращается синхронно с ротором н поэтомуотносительно него неподвижно. Приэтом ЗДС в обмотке короткозамкнутого ротора не индуктируется и электромагнитный момент на валу двигателяне возникает, Частота на выходе инвертора при этом равна60 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 1 эксцентриситета) судят по относительному изменению времени торможения двигателя или выбега при наличии магнитного поля в воздушном зазоре двигателя и при его отсутствии. 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 ходуОтключают 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 ротораДля 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 исключе 1203444ния протекания тока в обмотке ротора при повторном выбеге двигательподключают к источнику питания с переменной частотой питания и напряжением, при этом частота питанияпропорциональна частоте вращения ротора, а напряжение питания - частоте питания,Особенностью способа является 10то, что оценка степени неравномерности воздушного зазора производитсяпутем сравнения данных, которые получены в процессе контроля, т.е. приодних и тех же подшипниках, когдаколичество 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 существенноповышает достоверность получаемых 25результатов контроля. Сравниваютсяданные, 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 ипоэтому непосредственно связанная состепенью неравномерности воздушногозазора двигателя, становится незначительной,Оценка степени изменения воздушного зазора асинхронного двигателя с целью проверки способа осуществлена для асинхронного двигателя сфазным ротором мощностью 2,8 кВт,Для этого двигатель комплектуютподшипниками поочередно с малым иувеличенным радиальными зазорами,Величина радиального зазора подшипников измеряется на специальной установке. Технология контроля неравномерности воздушного зазора заключается в проведении двух операций.Двигатель, включенный на переменноенапряжение промышленной частоты= 50 Гц и доведенный до скоростивращения холостого хода, переводится в режим самостоятельного торможения поочередно путем отключения55напряжения питания и путем размыкания фаэной обмотки ротора. Время торможения замеряется с помощью механического секундомера 1 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 1 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 короткозамкнутых двигателей в процессе их эксплуатации без разборки и демонтажа двигателя с объекта установки и при этом повысить чувствительностьи 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 напряжениями . 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 в203444 Составитель В.НиканоровРедактор 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, Раушская наб.,д, 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул. Проек:ная, 4 7 1процессе эксплуатации 1 5-103 ), чтоособенно важно для авиационныхасинхронных двигателей, которыеимеют небольшой воздушный зазор,Так, для самолетных асинхронныхдвигателей мощностью от несколькихватт до 5 кВт этот зазор равен всего0,2-0,3 мм и это одновременнопри значительно более высокой частоте вращения,Применение способа улучшает условия для перевода техническогообслуживания и ремонта асинхронныхдвигателей на более прогрессивнуютехнологию - на обслуживание посостоянию, а также дает возможностьосуществлять прогнозирование вероятности отказа двигателей, связанногос износом подшипников, приводящего кпоявлению 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 ющ и й с я тем, что, с целью пов.,я с чпя ч,"с; впуоси и тото;ти котроля путем создания дополнителього момента торможения от элект.ромагитых сип одосторонего притяжеия, дополтельно разгоняют рстор Лс номинальной частоты вращеия, а его повторный выбег осуществляют при подклю -.еии его статорной обмотки к многофазному источ О нику питания с тем же порядком следования фаз, что и у сети, и при таке в роторе, равном нулю, измеряют при этом время останова, а об измеенин неравномерности воздушого зазора судят по относительному изменению времени останова при налип:и и отсутствии поля в воздупом зазоре по заранее снятой тарировочой кривой,20 2.Способ по п,1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что при повторномвыбеге обмотку ротора размыкают, а вкачестве многофазного источника ис пользуют сеть.3. Способ по .1, а т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве могофазчого истсчика питания используют управляемый источник питания, ЗО амплитуду и частоту напряжения которого л еньшают пропорционально частоте вращения ротора на выбеге.