Способ контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя

СОЮЗ СОВЕТСНИКСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 99 ц 4 С 01 Н 31/ ССРРЫТИЙ НИ аключание ваниеТехника МЕРНОСТИГО ДВИтров в отклю нномииф и арамеливают н т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОПИСАНИЕ ИЗОБР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(71) Киевский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеровгражданской авиации им, 60-летия СС(56) Таран В;Н. Диагностироэлектрооборудования.-Киев,193, с. 2000.Авторское свидетельство СССР9 73697, кл. С 01 В 7/14, 1948,Авторское свидетельство СССРУ 843111, кл. Н 02 К 15/00, 1979.Авторское свидетельство СССРУ 480901, кл. С 01 В 7/14, 1973.Авторское свидетельство СССР позаявке Ф 3712441/24-07,кл. С 01 К 31/34, 1984.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НЕРАВНОВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА АСИНХРОННОГАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к областиспытания асинхронных двигателей.1 елью изобретения является повышествительности. Спос ется в подключении двигателя намногофазное напряжение, создании дополнительной несимметрии магнитногополя в воздушном зазоре, в плавномувеличении электромагнитного моментпутем изменения переменного напряжения на обмотке статора и в изменениив момент трогания ротора параметровдвигателя, зависимых от неравномерности зазора. Дополнительно в способе несимметрию магнитного поля взазоре создают, путем подключенияодной из фаз двигателя на постояннонапряжение,а переменное напряжениеподключают к двум другим фазам двигателя при отключенном и включенномпостоянном напряжении, а о неравномерностй воздушного зазора судят поотносительным изменениям электрических информативных параме моент трогания ротора привключенном постоянномричем зависимость указом от эксцентриситетааранее. 5 ил.Изобретение относится к области испытания асинхронных двигателей, в частности определения неравномерности воздушного зазора косеыньм путем, и может быть использовано для диагностирования состояния подсипников асинхронных двигателей в процессе эксплуатации, так как при износе подшипников всегда появляется неравномерность воздушного зазора (радиальньй зазор является основным диагностическим параметром для подшипников, характеризующим их техническое состояние).Цель изобретения - повышение чувствительности способа контроля неравномерности воздушного зазора.На фиг. 1 показана электрическаясхема реализации предлагаемого способа для трехфазного асинхронногодвигателя с соединением статорныхобмоток в звезду с нейтральным проводом (трехфазное симметричное напряжение питания подклочено к двумлюбым фазам двигателя и нейтральномупроводу, постоянное напряжение - ктретьей незадействованной фазе двигателя и нейтральному проводу); нафиг, 2 и 3 - электрические схемыреализации предлагаемого способапри подключении к однофазной сети(на Фиг2 статорные обмотки соединены в звезду, на фиг, 3 - в открытый трехугольник; постоянное нап-.ряжение подключено к незадействованной фазе двигателя); на Фиг. 4электрическая схема реализациипредлагаемого способа для трехфазныхасинхронных двигателей с соединениемстаторных обмоток в открытый треугольник при питании от трехфазногоисточника питания; на фиг. 5 - трансФорматорно-выпрямительный блок дляобеспечения автономности питанияустройства (исключения источникапостоянного тока),Сущность предлагаемого способазаключается в следующем.Напряжение трогания двигателятем выше, чем больше механическиймомент сопротивления,цвигателя,обусловленный силами трения в двигателе, Момент, трения М = КИ (гдеК - коэффициент трения качения; И -рсила нормальнОго давления в подшипниках, определяемая действием силыодностороннего магнитного притяжения и весом ротора)о Сила односто роннего магнитного притяжения, увеличивая давление на опоры (подшипники), увеличивает механический момент сопротивления двигателя (тор мозной момент).При неравномерном воздушном зазоре минимальное напряжение питанияасинхронного двигателя, при которомдвигатель достигает полной частотывращения, больше, чем при равномерном. С возрастанием степени неравномерности воздушного зазора увеличивается и напряжение трогания. Однако напряжение питания, необходимое для трогания ротора двигателя,достаточно мало - 0,02 Б , (гдеЦ - номинальное напряжение), Присильно пониженном псдводимом напряжении будет небольпим и значениемагнитной индукции в воздушном зазоре двигателя, а поэтому будет незначительной сила одностороннего ЗОгде относительный эксцентриситет,магнитная индукция в воздушном зазоре;внутренний диаметр и длина пакета. ротора;коэффициент Картера;напряженность магнитного Ра ьа35 Кз Нполя.Сила одностороннего магнитного 4 Опритяжения в двигателе возникаеттолько с появлением неравномерностивоздушного зазора (эксцентриситета)и является функцией эксцентриситета 4ротора. Следовательно, сила одностороннего магнитного притяжения является надежным информативным парамет 1ром, по которому можно судить о степени неравномерности воздушного зазора двигателя. Установлено, что призначениях эксцентриситета, не превышающих 0,2, она почти линейно зависит от эксцентриситета ротора. Да.же при незначительном эксцентриситете ротора можно получить сущест-венное увеличение момента сопротивления двигателя в результате увеличения магнитной индукции в воздушномзазоре двигателя, от которой, как магнитного притяжения,р Сила одностороннего магнитногопритяжения Р для машин переменноготока определяется следующей Формулой:Р, = 0,5 10 1 Ра Ха (В/0,5)2 Кдедв/ан, (1)видно из формулы (1), зависит силаодностороннего магнитного притяжения,При осуществлении контроля степени неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя согласно предлагаемому способу магнитноеполе в двигателе возбуждается постоянным током. Весь ток при этомявляется намагничивающим, так как10ротор до начала трогания неподвижен,поэтому ЭДС в его обмотке не индуктируется и размагничивающего действия со стороны обмотки ротора невозникает. Для возбуждения требуемого магнитного поля одну из фаз обмотки статора подключают к источникупостоянного тока,Для доведения двигателя до трогания используются две другие фазы обмотки статора, для чего их подключают к источнику трехфазного переменного тока так, чтобы приложенные к ним напряжения были сдвинуты по фазе друг относительно друга, что является необходимым условием для создания начального вращающего момента. При работе от однофазного источника энергии такой сдвиг по фазе достигается, например, включением последовательно с одной из фаз обмотки статора конденсатора, Напряжение источника переменного тока при этом может быть минимальным, так как значение магнит. ной индукции в воздушном зазоре двигателя, необходимое для достижения наибольшеи чувствительности способа контроля, создается постоянным током. Так как ротор двигателя непосредственно до начала трогания неподвижен, то тормозной момент при подключении асинхронного двигателя к источнику постоянного тока не возникает, т.е. динамическое торможение отсутствует,Для доведения двигателя до трогания либо плавно увеличивается напряжение, подводимое от источника пере-. менного тока, либо уменьшается сопротивление, включаемое в разрыв одного из линейных проводов, соединяющих 5 О обмотку статора с источником переменного тока. Включение в разрыв одного из проводов, подводящих электрическое питание к статорным обмоткам, достаточно большого сопротивления почти эквивалентно обрыву этого провода. Известно, что трехфазный асинхронный двигатель при отключении одной из фаз начальный момент не развиваетвследствие равенства токов и магнитных потоков прямой и обратной последовательности фаз. При этом двигательне может тронуться с места дажепри малом тормозном моменте на еговалу и достаточно большом подводимомнапряжении. До трогания двигательможно довести путем уменьшения этогосопротивления. При этом вращающиймомент двигателя увеличивается и,когда он возрастет до значения, достаточного для преодоления механического момента сопротивления двигателя, начинается трогание ротора сместа,При контроле магнитного поля ввоздушном зазоре асинхронного двигателя постоянным током и осуществленииего трогания путем подключения назначительно пониженное напряжениепеременного тока исключается возможный недопустимый перегрев двигателя,за время контроля.Режим, при котором к обмоткам статора асинхронного короткозамкнутогодвигателя подводится напряжение, аротор его неподвижен, является длядвигателя коротким замыканием. Снего всегда начинается пуск двигателя, а начальный ток при пуске двигателя является для него током короткого замыкания, При номинальномподведенном напряжении начальный(пусковой) ток асинхронных короткозамкнутых двигателей может в 5-7 иболее раз превышать номинальный ток,В то же время намагничивающая составляющая в токе статора 1, значительно меньше номинального значениятока, Для асинхронных машин при номинальном подведенном напряженииона составляет (0,25-0,6) 1 (где1 - номинальный ток статора). Основная часть магнитодвижущей силыобмотки статора идет на компенсациюразмагничивающего действия магнито-,движущей силы, создаваемой токомв обмотке ротора 1. При больших кратностях тока потери энергии на активных сопротивлениях обмоток статора и ротора приводят к интенсивному нагреву двигателя. Из-за кратковременности пуска нагрев обычно не превышает допустимого, но оставлять двигатель продолжительное время под повьппенным переменным напряжением и при не 1250998подвижном роторе нельзя во избежание чрезмерного нагревания и повреждения изоляции обмоток. При пониженном напряжении такой перегрев исключается и время контроля не ограничивается, что создает более удобные условия для осуществления контроля,О неравномерности воздушного за-. зора двигателя судят по относительным изменениям информативных электрических параметров в момент трога" ния при возбуждении в этом зазоре магнитного поля постоянным током и при его отсутствии. В качестве таких параметров служат необходимые для начала трогания значения подводимого к обмотке статора напряжения переменного тока, сопротивления, включае мого в разрыв одного из указанных выше линейных проводов, или изменяющиеся при изменении этих величин другие электрические величины, например, ток. 10 25 Оценка степени неравномерности воздушного зазора согласно предлагаемому способу производится путем сравнения данных, которые получены з процессе контроля, т.е. при одних и тех же подшипниках и когда количество смазки, ее Физико-химическое состояние, степень загрязнения и ряд других факторов, от которых также за.З 5 висит момент сопротивления двигателя, не успевают измениться в связи с относительно небольшой продолжительностью процесса контроля и поэтому не вносят дополнительной погрешности. Это существенно повышает достовер- .4 О ность получаемых результатов контроля. Сравниваются данные, которые получены при наличии возбуждения и его отключения, когда составляющая в мо 45 менте сопротивления М обусловленсная силой одностороннего магнитного притяжения и поэтому непосредственно связанная со степенью неравномерности воздушного зазора двигателя, становится незначительной.Для осуществления функций контроля основное магнитное поле в воздушном зазоре асинхронного двигателя воздуждается постоянным током и одновременно двигатель доводится до трогания путем питания его переменным током при значительно пониженном напряжении. (Н, = 15-20 В при Б- 200 В). При этом одна из фаз обмотки статора подключается к источнику,постоянного тока, а две другие - кисточнику трехфазного или однофазного переменного тока так, чтобы приложенные к ним напряжения были сдвинуты по фазе друг относительно друга,Неравномерность воздушного зазорадвигателя определяется по степениотличия значения информативных электрических параметров в момент трогания в случае доведения двигателя дотрогания при наличии возбужденияпостоянным током и когда это возбуждение отключено. Во всех случаях проводимое напряжение переменного токадолжно быть таким, чтобы ток в обмотках двигателя не превышал номинального значения, т.е. менее (0,2-0,3)Б.Постоянный ток при контроле для исключения перегрева двигателя за время контроля нецелесообразно увеличивать более чем (1, 1-1, 25) У, .Проводились пРоверки изменениянеравномерности воздушного зазораавиационного асинхронного двигателяМГТК 2. Технология контроля неравномерности воздушного зазора асинхронных двигателей заключалась в проведении поочередно двух операций.Трехфазный источник переменного напряжения номинальной частоты подвелик двум выводам фазной обмотки инейтральному проводу, причем величину подводимого напряжения увеличивали от нуля до напряжения троганияБ с помощью трансформатора напряжения. Затем двигатель включили посхеме, показанной на фиг, 1, и увеличили величину переменного трезфазного напряжения до У, . О степени неравномерности воздушного зазора су-,дили по степени отличия напряжениятрогания или токов в фазах при проведении этих двух операций,В соответствии с формулой (1) сила одностороннего магнитного притяжения при одном и том же эксцентриситете зависит от квадрата индукции в воздушном зазоре двигателя - (квадрата напряжения). В такой же степени зависит от напряжения и приращение момента сопротивления Мс При трогании вращающий момент двигателя М равен моменту сопротивления Мс7 1250Чувствительность способа определяеТся производной ществлять прогнозирование вероятности отказа двигателей, связанного сизносом подшипников, приводящего кпоявлению эксцентриситета ротора, Поэтому она при данном приращении эксцентриситета возрастает в такой же степени, как и приращение момента сопротивления Г 1 Повышение чувствительности предлагаемого спо соба позволило судить о реальном эксцентриситете ротора даже при незначительном его изменении в процессе эксплуатации ( е = 5-10%), что особенно важно для авиационных, 5 асинхронных двигателей, которые имеют небольшой воздушный зазор.Использование предлагаемого способа контроля неравномерности воздушного зазора асинхронных двигате лей не требует внесения каких-либо изменений в сушествующую конструкцию двигателя и осуществляется без демонтажа двигателя с объекта установки. Возможность исключения регулятора с плавным регулированием подводимого ко всем фазам двигателя напряжения позволяет упростить и снизить стоимость устройства при реализации способа. Это достигается 30 доведением двигателя до трогания путем уменьшения регулируемого сопротивления, включенного в разрыв одного из проводов, подводящих электрическое переменное напряжение питания З к статорным обмоткам.Применение способа улучшает условия для перевода технического обслуживания и ремонта асинхронных двигателей на более прогрессивную технологию - на обслуживание по состоянию, а такжедает возможность осуА В Формула изобретения Способ контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя с трехфазной обмоткой на статоре, заключающийся в подключении двигателя на многофазное напряжение, создании дополнительной несимметрии магнитного поля в воздушном зазоре для увеличения сил одностороннего тяжекия, плавном увеличении электромагнитного момента путем изменения переменного .напряжения на обмотке статора и изменении в момент трогания ротора с места параметров двигателя, зависимых от неравномерности зазора, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения чувствительности способа контроля, дополнительную несимметрию магнитного поля в воздушном зазоре создают путем подключения одной из фаз двигателя на постоянное напряжение, а переменное напряжение подключают к двум другим фазам двигателя, при этом измеряют параметры - ток и напряжение переменного токахарактеризующие неравномерность воздушного зазора при отключенном и включенном постоянном напряжении, а о неравномерности воздушного зазора судят по относительным изменениям электрических информативных параметров в момент трогания при отключенном и включенном постоянном напряжении, причем зависимость указанных параметров от эксцентриситета устанавливают заранее.1250998 Составитель В,НиканоровТехред В.Кадар Ко актор Л;Пчелинска Л,Пилипенко,каз 440 б/42 ая наб д. роизводственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород роектная,Тираж 728 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва, Жр Раушс