СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ Российский патент 2006 года по МПК G01R31/34 G01B7/31 G01B7/14 

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к испытаниям электрических машин косвенными методами.

Известны способы контроля и измерений неравномерности воздушных зазоров, преимущественно асинхронных машин, которые базируются на явлении электромагнитной индукции [1].

На основании цилиндра ротора испытуемой машины создают полюса остаточной намагниченности, ротор приводят во вращение от приводного двигателя, при этом остаточный поток полюсов пересекает обмотку статора и наводит в ней ЭДС. При наличии эксцентриситета магнитное сопротивление воздушного зазора периодически меняется, что вызывает модуляцию ЭДС с частотой вращения ротора. По глубине модуляции контролируют неравномерность воздушного зазора.

Способ косвенного контроля неравномерности воздушного зазора электрической машины [2] заключается в том, что испытуемую машину стыкуют с приводным синхронным двигателем. Синхронно вращают ротор данной машины, например, трехфазной, на одну из фаз которой предварительно подают переменное напряжение. Индуктируемое в остальных двух фазах напряжение измеряют и сравнивают, отключают напряжение от первой фазы и подают на вторую. Повторно измеряют и сравнивают индуктируемое напряжение в первой и третьей фазах. Затем отключают напряжение от второй и подают на третью фазу. Измеряют и сравнивают напряжение первой и второй фазы. По максимальной разнице между напряжениями в фазах судят о неравномерности воздушного зазора.

Данный способ, как и предыдущий, имеет ограниченную область применения (только многофазные электрические машины переменного тока) и не позволяет контролировать воздушные зазоры под главными и добавочными полюсами в машинах постоянного тока, а также воздушные зазоры в электрических машинах других типов. По результатам измерений данным способом судят только об общей неравномерности воздушного зазора.

За прототип принят способ измерения характеристики воздушных зазоров в электрических машинах [3], по которому в электрических машинах любых габаритов и типов: постоянного тока, асинхронных линейных двигателей и т.п. для получения подробной картины геометрии воздушного зазора магнитопровода произвольно выбирают две базы, относительно которых производят измерения: одну на подвижной массе - роторе (якоре) испытуемой электрической машины, другую на неподвижной массе - статоре. На выбранных базах устанавливают измерители электромагнитного поля. На одну из фаз машины переменного тока, либо на обмотку возбуждения или обмотку добавочных полюсов машины постоянного тока подают регулируемое постоянное напряжение. Приводят во вращение подвижную массу испытуемой электрической машины и измеряют одновременно сигналы с измерителей электромагнитного поля, расположенных на подвижной и неподвижной массах электрической машины.

По сопоставлению сигналов, снятых с измерителей, расположенных на подвижной и неподвижной массах, судят о величине и характере неравномерности, а именно: эксцентриситете, вызванном смещением оси вращения ротора (якоря) по отношению к оси расточки статора; эксцентриситете, эллипсности или биении поверхности железа ротора (якоря) по отношению к оси вращения, но данный способ не позволяет выявить перекоса оси вращения подвижной массы относительно оси неподвижной.

Целью изобретения является создание способа контроля и измерений перекоса оси вращения подвижной массы - ротора (якоря) относительно оси неподвижной - статора.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе выбирают четыре базы: две на подвижной массе - роторе (якоре) испытуемой электрической машины, две другие на неподвижной массе - статоре. Базы выбираются симметрично друг другу и располагаются с противоположных сторон подвижных и неподвижных масс. На выбранных базах устанавливают измерители электромагнитного поля. Возбуждают постоянное электромагнитное поле, приводят во вращение подвижную массу испытуемой электрической машины. По сопоставлению сигналов, снятых с измерителей, расположенных на подвижной и неподвижной массах, судят о величине и характере перекоса оси вращения ротора (якоря) по отношению к оси расточки статора (окружности, образованной наконечниками главных или добавочных полюсов).

Рассмотрим предлагаемый способ измерения воздушного зазора и контроля перекоса осей подвижных и неподвижных масс применительно к четырехполюсной машине постоянного тока с добавочными полюсами и компенсационной обмоткой. На фиг.1 схематично изображена магнитная цепь машины постоянного тока.

Для осуществления предлагаемого способа берут машину постоянного тока и устанавливают на стенд. На испытуемой машине выбирают четыре базы: две на якоре 1 - подвижные массы отсчета; две на главном полюсе 2 или добавочном 3 - неподвижные массы отсчета. На выбранных базах устанавливают измерители электромагнитного поля, например датчики ЭДС Холла, на якоре 1 измерители 6 и 7, на главном полюсе измерители 4 и 5.

Измерители устанавливают симметрично друг другу с противоположных сторон подвижных и неподвижных масс. За подвижную массу предпочтительнее брать зубец якоря 1, так как увеличивается чувствительность измерителей 6 и 7.

На обмотку возбуждения главных полюсов 2 подают регулируемое постоянное напряжение с таким расчетом, чтобы по обмотке протекал ток порядка 0,5 его номинального значения. Этим самым снижается влияние насыщения отдельных участков магнитопровода главных полюсов 2, особенно зубцовой зоны якоря 1, на линейность характеристик выходных сигналов с измерителей 4, 5, 6 и 7. Выходные сигналы с измерителей подают через аналого-цифровой преобразователь на ЭВМ.

Включают приводной двигатель и вращают якорь испытуемой электрической машины. При этом записывают одновременно на ЭВМ уровни и формы ЭДС с четырех измерителей магнитного поля 4, 5, 6 и 7. В случае перекоса осей подвижных о-о и неподвижных о₁-o₁ масс в вертикальной плоскости (фиг.1) за один оборот якоря 1 на ЭВМ запишутся определенные уровни и формы ЭДС (фиг.2). ЭДС 8 соответствует сигналу с измерителя 4, а ЭДС 9 с измерителя 5. Уровень ЭДС 8 выше ЭДС 9 в виду того, что воздушный зазор между измерителем 4 и железом якоря 1 меньше чем под измерителем 5. ЭДС 8 и 9 кроме постоянной составляющей определенного уровня содержит переменную составляющую, обусловленную зубчатостью якоря. Частота пульсаций переменной составляющей зависит от частоты вращения приводного двигателя и числа пазов якоря 1. Максимальному значению переменной составляющей ЭДС 8 и 9 соответствует прохождение под измерителем зубца якоря, минимальному значению - паза. Одновременно с измерителей 6 и 7 (фиг.1), закрепленных на зубце якоря 1, поступают на ЭВМ ЭДС 10 и 11 (фиг.2), причем ЭДС 10 соответствует измеритель 6, ЭДС 11 - 7. ЭДС 10 и 11 повторяют профиль образующих башмаков главных полюсов 2. Уровни сигналов для верхнего и нижнего главных полюсов от измерителей 6 и 7 поменяются местами. Для главных полюсов 2, находящихся в горизонтальной плоскости уровни сигналов одинаковы, т.к. воздушные зазоры равные.

Как видно из приведенного примера, предложенный способ, по сравнению с существующими, можно применять для контроля перекоса осей подвижных и неподвижных масс и измерения воздушных зазоров в электрических машинах любых типов: постоянного тока, асинхронных, синхронных и других, имеющих воздушный зазор.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №585578, кл. Н 02 К 15/00, 1977.

2. Авторское свидетельство №541246, кл. Н 02 К 15/16, 1977.

3. Патент №2192701, МПК7 Н 02 К 15/00, G 01 R 31/34.

Способ относится к области испытаний электрических машин косвенными методами. На роторе и статоре электрической машины устанавливают датчики Холла симметрично друг другу с противоположных сторон ротора и статора. Возбуждают постоянное электромагнитное поле и приводят во вращение ротор испытуемой электрической машины. Измеряют сигналы, пропорциональные электромагнитному полю в воздушном зазоре между ротором и статором. По сопоставлению измеренных сигналов судят о величине воздушного зазора между ротором и статором и о величине характере перекоса осей ротора и статора. 2 ил.

Способ измерения воздушного зазора в электрических машинах, основанный на измерении электромагнитных полей, пропорциональных изменению зазора, с возбуждением электромагнитных полей различной ориентации, отличающийся тем, что измеряют одновременно сигналы, пропорциональные электромагнитному полю в воздушном зазоре между ротором и статором, измерителями, установленными с противоположных сторон ротора и статора симметрично друг другу, и по сопоставлению измеренных сигналов судят о величине и характере перекоса осей ротора и статора.