СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ, РАБОТАЮЩЕГО ПОД НАГРУЗКОЙ Российский патент 2015 года по МПК G01R31/34 

Способ относится к электромеханике, может быть использован в демонстрационных или исследовательских целях.

Известен способ по патенту РФ №1017083, G01R 31/34, «Способ измерения намагничивающего тока асинхронного двигателя», авторы: Ушаков А.В., Младенцев В.И. - [1], который предполагает измерение параметров тока только в первичной обмотке трансформатора, при отсутствии нагрузки, то есть в режиме холостого хода. Недостатком способа [1] является невозможность измерения намагничивающего тока при работе под нагрузкой. При работе асинхронного двигателя под нагрузкой намагничивающий ток входит в состав первичного тока и нет такого участка электрической цепи, где намагничивающий ток протекал бы без нагрузочной составляющей и его можно было бы измерить. Вместе с тем известно, что намагничивающий ток с появлением тока нагрузки не остается постоянным, таким же, как в режиме холостого хода, а снижается. Причина снижения намагничивающего тока - падение напряжения на индуктивности рассеяния магнитного потока первичной обмотки (обмотки статора) и активное сопротивлениие обмотки статора.

Наиболее близким к предлагаемому является способ по патенту РФ №2328749, G01R 19/00, «Способ измерения намагничивающего тока трансформатора, работающего под нагрузкой», авторы: Гуков Д.В., Гуков А.Д. и др. - [2], который предполагает использование двух шунтов, один из которых включают в первичную, а второй во вторичную обмотку трансформатора, причем измерительные клеммы шунтов соединяют последовательно встречно, а шунты откалиброваны таким образом, что отношение падений напряжения на шунтах при протекании одинакового тока равно коэффициенту трансформации трансформатора. Недостатком способа [2] является невозможность измерения намагничивающего тока у асинхронного двигателя, поскольку частота тока в первичной обмотке (обмотке статора) равна частоте питающей сети - 50 Гц, а частота тока вторичной обмотки (обмотки ротора) равна частоте скольжения. Сложение или вычитание сигналов различной частоты не может выделить сигнал, пропорциональный намагничивающему току.

Предлагаемый способ измерения намагничивающего тока асинхронного двигателя с фазным ротором, работающего под нагрузкой, заключается в том, что асинхронный двигатель с фазным ротором соединяют валом с точно таким же асинхронным двигателем, обмотку статора первого двигателя подключают к сети, обмотку ротора первого двигателя соединяют с обмоткой ротора второго двигателя, а обмотку статора второго двигателя замыкают накоротко. Измерения мгновенного значения намагничивающего тока первого двигателя производят с двух одинаковых шунтов, один из которых включают в первичную обмотку (обмотку статора) первого двигателя, а второй в обмотку статора второго двигателя, причем измерительные клеммы шунтов соединяют последовательно встречно.

При работе первого асинхронного двигателя с фазным ротором в роторе наводится ЭДС, величина которой определяется коэффициентом трансформации (отношением числа витков обмотки статора к числу витков обмотки ротора), частота ЭДС - частота скольжения равна f_s=f₁(n₀-n)/n₀; где: f_s - частота скольжения; f₁ - частота питающей сети (50 Гц); n₀ - синхронная скорость вращения асинхронного двигателя; n - реальная скорость вращения асинхронного двигателя; Под действием ЭДС в обмотке ротора протекает ток с частотой скольжения. Этот ток протекает по обмотке ротора второго асинхронного двигателя и создает там вращающее магнитное поле со скоростью вращения n_s=60*f_s/p, где: p - число пар полюсов. При этом ротор второго двигателя вращается со скоростью n (его вращает первый двигатель). Скорость вращения магнитного поля ротора второго двигателя относительно статора равна: n+n_s=n₀ и не меняется при изменении скорости вращения двигателя n (при условии правильной фазировки). Соответственно и частота тока в обмотке статора второго двигателя будет постоянна и равна частоте питающей сети (50 Гц); При этом напряжение в обмотке статора второго двигателя будет равно:

U₁*K_тр*1/K_тр=U₁, то есть равно напряжению питающей сети. Таким образом, ток, протекающий по замкнутой накоротко обмотке статора второго двигателя можно считать нагрузочной составляющей первого асинхронного двигателя, а второй двигатель в данной конструкции используется в качестве преобразователя частоты и напряжения для обмотки ротора первого двигателя. Второй двигатель также будет потреблять намагничивающий ток, который может исказить результат измерения, но поскольку второй двигатель используется в режиме короткого замыкания, магнитный поток и намагничивающий ток будут пренебрежимо малы.

Заявляемое устройство для сварки отвечает требованию "новизна", так как имеет новые признаки:

1) асинхронный двигатель с фазным ротором соединяют валом с точно таким же асинхронным двигателем;

2) обмотку ротора первого двигателя соединяют с обмоткой ротора второго двигателя, а обмотку статора второго двигателя замыкают накоротко;

3) измерения мгновенного значения намагничивающего тока первого двигателя производят с двух одинаковых шунтов, один из которых включают в первичную обмотку (обмотку статора) первого двигателя, а второй в обмотку статора второго двигателя, причем измерительные клеммы шунтов соединяют последовательно встречно.

Из существующего уровня техники и технической литературы известны электромашинные преобразователи напряжения и частоты с асинхронными двигателями, имеющими фазный ротор. Но именно применение такого сочетания признаков позволяет получить новое качество способу измерения намагничивающего тока асинхронного двигателя с фазным ротором - возможность измерения под нагрузкой. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена схема для реализации способа измерения намагничивающего тока асинхронного двигателя с фазным ротором. На схеме представлены: АДФ1 - асинхронный двигатель с фазным ротором; АДФ2 - вспомогательный двигатель для производства измерений. Ш1 - шунт в цепи обмотки статора АДФ1; Ш2 - шунт в цепи обмотки статора АДФ2; Устройство состоит из первичной обмотки 1, вторичной обмотки 2 и магнитопровода 3. Измерительные клеммы от шунтов Ш1 и Ш2 соединены встречно-последовательно.

Измерение по предлагаемому способу, представленному на фиг. 1, производят следующим образом. В статорные цепи двигателей АДФ1 и АДФ2 включают шунты Ш1 и Ш2, шунты выбирают одинаковыми. Клеммы шунтов Ш1 и Ш2 соединяют таким образом, чтобы падение напряжения на шунте Ш2 от тока статорной обмотки АДФ2 $$i_2^{\text{'}}\left(t\right)$$ вычиталось из падения напряжения на шунте Ш1 от тока i₁(t). Осциллограф в такой схеме должен показать намагничивающий ток i_нам(t), поскольку $$i_{нам}\left(t\right)=i_1\left(t\right)=i_1\left(t\right)-i_2^{\text{'}}\left(t\right)$$ .

Испытания проводились на лабораторной установке с двумя соединенными валами крановыми двигателями MTF-012-6 с номинальной мощностью 2,2 кВт, номинальной скоростью вращения 890 об/мин, номинальным напряжением 380 В, номинальным током статора 7,6 А, номинальным током ротора 11,5 А. Шунты Ш1, Ш2 применялись стандартные 10 А; 75 мВ; осциллограф С1-65. В ходе эксперимента необходимо произвести фазировку, то есть подобрать фазу, в которую нужно включить шунт Ш2 и обеспечить встречное включение шунтов. После выполнения настройки схемы на осциллографе отражается намагничивающий ток. При увеличении питающего напряжения он возрастает, увеличивается его несинусоидальность, при увеличении нагрузки на двигатель (с помощью рабочего механизма) намагничивающий ток снижается.

Проведенные испытания позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "промышленная применимость".

Источники информации

1. Патент РФ №1017083, G01R 31/34, «Способ измерения намагничивающего тока асинхронного двигателя», авторы: Ушаков А.В., Младенцев В.И.

2. Патент РФ №2328749, G01R 19/00, «Способ измерения намагничивающего тока трансформатора, работающего под нагрузкой», авторы: Гуков Д.В., Гуков А.Д. и др.

Изобретение относится к области электромеханики. Для измерения намагничивающего тока асинхронного двигателя с фазным ротором, работающего под нагрузкой, двигатель соединяют валом с точно таким же асинхронным двигателем, обмотку ротора первого двигателя соединяют с обмоткой ротора второго двигателя, а обмотку статора второго двигателя замыкают накоротко. Измерения мгновенного значения намагничивающего тока первого двигателя производят с двух одинаковых шунтов, один из которых включают в первичную обмотку (обмотку статора) первого двигателя, а второй в обмотку статора второго двигателя, причем измерительные клеммы шунтов соединяют последовательно встречно. Технический результат заключается в обеспечении возможности измерения намагничивающего тока у асинхронного двигателя при работе под нагрузкой. 1 ил.

Способ измерения намагничивающего тока асинхронного двигателя с фазным ротором, работающего под нагрузкой, отличающийся тем, что асинхронный двигатель с фазным ротором соединяют валом с точно таким же асинхронным двигателем, обмотку статора первого двигателя подключают к сети, обмотку ротора первого двигателя соединяют с обмоткой ротора второго двигателя, а обмотку статора второго двигателя замыкают накоротко, измерения мгновенного значения намагничивающего тока первого двигателя производят с двух одинаковых шунтов, один из которых включают в первичную обмотку (обмотку статора) первого двигателя, а второй в обмотку статора второго двигателя, причем измерительные клеммы шунтов соединяют последовательно встречно.