Способ определения активных потерь в магнитопроводе статора электрической машины переменного тока

)4 С 01 К 33/1 ЗО ИС ТЕН У К АВТОРСКОМ ВИ ЕТЕЛЬСТ 2(56) Авторское свР 448549, кл. С 0Авторское свид9 842660, кл. С 0 11) 33литехцнческий ина Сцечкусг.ас, А,И.Дегутис,ундрайтис88.8) етельство СССР К 33/12, 1974. ельство СССР К 33/12) 1979. Х ПО- ЛЕКТАКТИ1 АТОР110 ГО СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНБ МАРНИ 10 ПРОБОДЕСКОИ МА 1 ИНЪ 1 ПЕРЕМЕИзобретение отцо ЕРЪ ИЧЕ(57) изме испо бластбыть ся к може о техник о для оп тель зова еления элек агнитопров раметров коцтрол магнитных я тех татора гическ но иэ гх Ьакторов идвигателей, тся повышеци зобрсти лью эчектр я явля ии ец чн Из тельцоцзованоных пар ическ лектр ениеотерь трическ сационц ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР етецие. относится к иэмеритехнике и может быть испольдля огределения электромагнит- метров магнитопровода стато.:.ю контроля влияния технолофакторов на изготовление вигателей.изобретения является повычцости определения активныхмагцитапроводе статора элекй машины за счет учета пульп и поверхностных потерь,определения активных потерь в магнитопроводе статора электрической машины за счет учета пульсационных иповерхностных потерь реакции магнитопровода статора на магнитное полеицдуктора. С помощью индуктора в полости статора создают поле с синусоидальным распределением, котороефиксируют. Затем статар приводят вовращение и вновь регистрируют рас"пределение поля (потокаа такжеток в обмотке ицдуктора и частоту,вращения статора. Активные потериР определяют из соотношения Р с,1 Г/4 К 11 ы 1: Ф /апЫ) где К), - коэффициент формы кривой магнитного поля; И в , число витков обмотки индуктора; ы - круговая частота вращениястатора; 1 - ток в обмотке индуктора; Ы - угол между распределениеммагнитного потока при негодвижцом иврашающемся статоре; ф - амплитудараспределения потока при вращающемся статоре. 4 ил 2 табл,реакции магнитопровода статора на магнитно е поле индукто р а.На фиг.1 приведена векторная диаграмма, поясняющая процесс перемагничивания магнитопровода статора; на фиг.2 - график распределения магнитного потока в полости магнитопровода статора; на фиг. 3 и 4 - устрой. ство для осуществления способа.Контролируемый магцитопровод статора 1 с помощью оправки 2 закреплен на валу 3 приводного электродвигате11Р =К тДп(1,40 3 15064ля 4, установленного в опоре 5. Устройство включает также индуктор 6,веберметр 7 и источник 8 питания,Электродвигатель 4 крепится к опоре5 винтами 9. Датчики веберметра 7(не показаны) соединены с ним проводниками 1 О через разъем 11, В цепь источника 8 может быть включен амперметр 2, фиксирующий ток в обмотке 13 Оиндуктора 6,С помощью индуктора 6 в полостистатора 1 создают постоянное магнитное поле с синусоидальным распределением, поток ф которого фиксируют. Затем с помощью электродвигателя 4 вращают статор 1 и вновь фиксируют поток (распределение) поляФ , а также ток 1 в обмотке индуктора 6, амплитуду Ф потока, угол 20Б между распределением ф,и Фкоэффициент К; формы кривой магнитного потока в зазоре между магнитопроводом и индуктором 6 и частотувращения статора 1.25Распределение магнитного поля фиксируют с помощью веберметра 7, ток вобмотке индуктора 6 - по шкале источника 8. Величины К и с( определяют по кривым Ф ,и ф, (иг.2), а 30круговую частоту ы вращения статора 1 - с помощью тахометра. К по опЕределению равен отношению амплитудыпервой гармоники магнитной индукциипотока Ф к максимальному значению 35магнитной индукции полного потока фАктивные потери Р в магнитопроводе статора 1 определяют из соотнощения 07нику постоянного напряжения, а ротор поместить в расточку статора 1, то МДС обмотки можно представить пространственной функциейР (х) =Г ваап-- х, (1)1где Г=И К 12 р Гномер гармоники;2 р - число полюсов;И - число витков в обмотке возбуждения (индуктора 6);1: - коэффициент формы поля возГбуждения индуктора 6 для1-й гармоники;1 - постоянный ток намагничивания,В воздушном зазоре между статором 1 и ццдуктором 6 дачной ЩС соответствует распределение магнитной индукцииЖВ,(х) = ,. В, з 1 п х, (2)Ро где В Гр, с 1 о(К КудЮ удельная магнитная проводимость воздушного зазора; и, - магнитная постоянная; К,0 - коэффициент воэдушного зазора; К- коэффициент насьпцеция; У- длина воздушного зазора) .В данном режиме работы активные потери в магнитопроноде статораотсутствуют,При вращении статора 1 с частотой п он перемагничивается с частотой(3) где п - частота вращения;8, - скольжение магцитопроводастатора относительно магнитно го поля неподвижно го ин где И - число витков в обмотке 13ицдуктора 6,Ицдуктор 6 можно выполнить в видеротора, из листов электротехнической стали. Обмотка 13 укладываетсяв пазы ротора. Прц проведении автоматизированного контроля (фиг.4) автомат-раскладчик устанавливает статор 1 в посадочное гнездо оправки 2(например, с помощью электромагнита),В производственных условиях контрольгодности статораможет проводиться по рсзул татам сравнения потерь вэталонном ц контролируемом изделиях.Если в пазы ротора асинхронногоэлектродвигателя положить обмоткувозбу.лоция, распределенную по закону сццу , ц цопключить ее к источдуктора.Данный режим соответствует работеэлектродвигателя 4 при определенной 45 нагрузкеПусть эквивалентный приведенныйток намагничивания для -й пространственной гармоники в пакете статора1 равен 1 . Тогда ЩС, обусловлен ная этим током, выражается2 н55 1ФК,м и х,т - эквивалентные приведенные активное и индуктивное сопротивления магнитопровода статора 1. Е = 0,707(АНУК,ф,и = гй,21ф В1 10 где Ф - магнитный поток, пронизывающий воздушный зазор, для4-й гармоники;полюсное давление;1 - высота магнитопровода;В - амплитуда магнитной индуктт 4ции для 1-й гармоники.Для данного режима можно написать уравнение равновесия МДС где Г - комплекс результирующей МДС. Введем обозначения; фГ ./2где 2 - величина, пропорциональнаямагнитному сопротивлениюконтура намагничивания.Если МДС выразить через среднее значение, тогда в формулах (7) и (8) истинное значение магнитного сопротивления2 352 = = 2".Уравнение (6) можно записать в бескомплексной форме на основании фиг.1Г, Г + Г- Г 0 Г,совФ . (10)Подставив (4), (5), (7) и (8) в (10), получаютР,). (Б, ,)(11) Из треугольника ОМт 1 имеют 502 тпЬ Б рИК С-сов (р 2 С +С;,-2 сов тФ отгде СфУгол И = 4, - Ы определяетсясогласно фиг.2,В формулах (4),(15) и (16) фигурирует число фаз тп обмотки индуктора 6.Однако бегущее магнитное поле в воздушном зазоре, созданное постояннойМДС, может быть заменено аналогичныммагнитным полем, созданным переменным током в пт-фазной обмотке,Пусть амплитуда синусоидальнойМДС в воздушном зазоре при питанииобмотки постоянным токомГ =И К Х-,1(17)2 ргде У - число витков обмотки индуктора;К - коэффициент формы поля возбуждения для первой гармоники.Если синусоидальная МДС в воздушном зазоре индуцируется переменнымтоком, обтекающим ттт-фазную обмоткус числом витков в фазе 1 т и обмоточным коэффициентом К , то амплитудаэтой МДС выражаетсягтпГ =Ю К 1 (18)прИз условия Г = Г - получают1 ГгтпЦ К 1 =К,1 . (19)2 р Е = асср фОтсюда находят2 /г тпК и(20)4 КДля синусной обмотки К = 1 и выражение (20) принимает видгГг к,1 1. (21)Если подставить в (15) и (,16)вместо 2выражение (7), а вместо постоянного тока - выражение (20), тополучают для .т= 1 Од 70 7 ЫБЛ гчв пф ом (22)С+С, -гсовст 11.,0 707 ыБЪЖчЛС, -совфф д (23) и1 С,+С-гсовс 1 Для вычисления активттьтх потерь в одной фазе магнитопровода статорапользуются зависимостью(28) 4 Гвп гЫ + (С," - сов) г . ф 20П р и м е р. Выбран магнитопроводстатора 1 асинхронного электродвигателя КД-4/56 Р. Индуктор 6 имел28 пазов, в которые была уложена четырехполюсная, распределенная по закону синуса, обмотка возбуждения счислом витков 11 = 940 и обмоточнымкоэффициентом К т,= 0,775. Величинамагнитного потока в воздушном зазореизмерялась в помощью 28 одновитковых 30измерительных катушек (датчиков),прикрепленных к внешней поверхностииндуктора б. Выводы измерительных катушек поочередно подключались к входам микровеберметра ф 199. Измеренияпроводились в момент подключения обмотки возбуждения к источнику 8 постоянного тока, Магнитопровод статора 1 приводился во вращение с частотой 1500 мин-"Результаты измерения магнитногопотока в воздушном зазоре с помощью7 измерительных катушек на полюс приразличных величинах тока возбужденияприведены в табл. 1,45 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 щ и й с я 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 магнитопроводомстатора 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 ЭВ "Электроника 100/25". Результаты расчета активных потерь50 в магнитопроводе статора 1 асинхронного электродвигателя КД-4/56 Р приведены в табл. 2,для первой пространственной гармоники получают 1 2.Р = (1) Кг(Е) К(25)ст = 1 1 (К)г+(х ) г ф1 При Б1 последняя формула принимает вид ПР=о.11 К в 1 п о ф, . (29) Применение предлагаемого способа определения активных потерь в магнитопроводд статора электрической машины переменного тока позволит повысить точность измерений при исследоДля всех ш фаз активная мощностьвычисляется по формуле Если в последнюю формулу в местоК, и х, подставить (22) и (23), токподставить иэ (20), то получают при8 =вании влияния отдельных технологических факторов в процессе изготовленияэлектродвигателей, а также поможетвыбрать оптимальные геометрическиеразмеры и способы крепления магнитопроводов, поскольку контроль производится в реальных условиях использования статора. Например, проведенные эксперименты позволили выявить, что крепление пакета статора электродвигателя КД-3/560 при помощи скоб снижает потери на 5,2 Вт по сравнению с креп- ленчем с помощью сварки. формула изобретения Рст - К "1- Ф ъв 1 п 1 р ст 41 О 1506407 Ф, - амплитуда магнитного потока в зазоре между магнитопроводом статора и индуктором; где Р,активные потери в магнитопроводе статора;коэффициент формы кривоймагнитного потока в зазоремежду магнитопроводом статора и индуктором;число витков обмотки индуктора;угловая частота перемагни- Очивания магнитопровода статора;ток в обмотке индуктора;- пространственный фазовыйугол между распределениями магнитного потока в зазоре между магнитопроводдм статора и индуктором при не-подвижном и при вращающем-ся магнитопроводе статора.3ТаблицаИзмерительный виток Значения магнитного потока при токе воэб ужде ния, А 0,3 0,6 0,9 1,2 1,4 9 42 67,538,5 85 12951 1 О 16052,5 114 62,544 .95 14027 58 86,54,5 4,5 11 Таблица 2Показатели Значения при токе возбуждения, А Г 3. Г 1 Оэ 3 ОэбОэ 9 1 э 2 1 э 4 Оэ 752 2 э 872 5276 8 е 680 10 э 56 Активные потери, Вт Амплитуда магнитной индукции в воздушном зазоре, ТлУдельные потери, Вт/кг 0,127 0,276 0,356 1,292 0,409 2,424 0,5764,208 0,521 3, 704 1 2 3 4 5 6 7 89157,5195198,517511113 03,5 177,5 25 217 192,5 127,5 131506407 Составитель С.11 умилишскаяедактор О,Юрковецкня Техред И.Ходанич Корректор М.Самборска раж 714 исно 4 ЯПИ Г 11 роизводственно-издательский комбинатПатент", г, Ужгород, ул. Гзгари ф 7 4 Дуь,арственног11335 комитета по изобретениям и открытиям при ГКПТ СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5