Способ определения показателей технического качества магнитопровода индуктора трёхфазного линейного асинхронного электродвигателя Российский патент 2023 года по МПК G01R31/34 H02K41/02 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области определения показателей технического качества электротехнических объектов и может применяться для выходного контроля магнитопроводов индукторов трёхфазных линейных асинхронных электродвигателей (ЛАЭД), для подбора индукторов тяговых линейных модулей в групповые электроприводы на базе ЛАЭД, а также для мониторинга технического состояния магнитопроводов индукторов трёхфазных ЛАЭД в процессе эксплуатации.

Известен способ определения качества магнитопровода, приведенный в описании полезной модели «Устройство для определения качества шихтованного магнитопровода» (патент RU № 100848, публ. 27.12.2010, МПК H01F 3/00). Согласно данному способу о качестве магнитопровода судят по величине электродвижущей силы, наводимой в измерительной обмотке разностью магнитных потоков, создаваемых одинаковыми намагничивающими токами в испытываемом и эталонном магнитопроводах.

Недостатком данного способа является сложность его практической реализации для магнитопроводов различных размеров и конфигураций, выполненных из различных сортов электротехнической стали.

Другим известным способом определения показателей технического качества магнитопровода является способ определения тока холостого хода и намагничивающего тока трёхфазного трансформатора, описанный в книге (Каганович Е.А., Райхлин И.М. Испытание трансформаторов мощностью до 6300 кВА и напряжением до 35 кВ. – 3-е изд., - М.: Энергия, 1980), согласно которому в режиме холостого хода одна из обмоток трансформатора подключается к источнику симметричного трёхфазного напряжения синусоидальной формы, после чего проводится измерение трёх действующих значений фазных напряжений, трёх действующих значений фазных токов и активной мощности трёхфазной системы. Затем рассчитываются ток холостого хода, активная составляющая тока холостого хода и намагничивающий ток трансформатора, по которым судят о качестве его магнитопровода.

Недостатком настоящего способа является методическая громоздкость, связанная с необходимостью измерения мощности трёхфазной системы. Другим недостатком данного способа является сложность его аппаратной реализации, связанная с необходимостью включения измерительных приборов во все фазы трёхфазной системы. Кроме того, в соответствии с ГОСТ 3484.1-88, способом предъявляются высокие требования к уровню симметрии и синусоидальности источника питающего напряжения.

Наиболее существенным недостатком описанных выше способов определения показателей технического качества магнитопроводов является их неадаптированность к оценке технического качества магнитопроводов электротехнических устройств с неравномерным распределением магнитных свойств вдоль магнитопровода, к числу которых относятся магнитопроводы индукторов трёхфазных ЛАЭД.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, приведенный в описании изобретения «Способ диагностирования технического состояния асинхронных электрических двигателей и устройство для его осуществления» (патент RU № 2794240, публ. 13.04.2023, МПК G01R31/34, H02K17/02), согласно которому техническое испытание трёхфазного электротехнического устройства с маркерами С, А, В фаз обмотки проводят в форме последовательности из трёх опытов, в каждом из которых формируют вектор-импульс питающего напряжения на одной из пространственных осей устройства О1, О2 или О3, в каждом опыте это обеспечивается подачей уединённого узкого прямоугольного импульса напряжения, близкого по форме к дельта-функции Дирака и вырабатываемого однофазным источником импульсного напряжения (ОИИН), на соответствующую комбинацию фаз С, А, В обмотки, после чего фиксируют импульсы токов фаз С, А, В обмотки, вызванные приложением к ней вектор-импульса напряжения, при этом в первом опыте напряжение ОИИН подают на фазы А и В обмотки, формируя вектор-импульс питающего напряжения на оси О1, выделяют из импульсов токов амплитуды и сохраняют их в первом столбце матрицы Грина в качестве координат амплитуды вектора-импульса тока первого опыта

во втором опыте напряжение ОИИН подают на фазы В и С обмотки, формируя вектор-импульс питающего напряжения на оси О2, выделяют из импульсов токов амплитуды и сохраняют их во втором столбце матрицы Грина в качестве координат амплитуды вектора-импульса тока второго опыта

в третьем опыте напряжение ОИИН подают на фазы С и А обмотки, формируя вектор-импульс питающего напряжения на оси О3, выделяют из импульсов токов амплитуды и сохраняют их в третьем столбце матрицы Грина в качестве координат амплитуды вектора-импульса тока третьего опыта

по элементам сформированной в трёх опытах матрицы Грина рассчитывают показатели актуального на момент проведения испытания технического состояния устройства, по показателям технического состояния судят о техническом качестве устройства.

Наиболее существенным недостатком данного способа является его неадаптированность к оценке технического качества магнитопроводов электротехнических устройств с неравномерным распределением магнитных свойств вдоль магнитопровода, к числу которых относятся магнитопроводы индукторов трёхфазных ЛАЭД. Отмеченная неадаптированность имеет место как в отношении способа проведения технического испытания устройства, так и в отношении способа оценки его результатов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности определения показателей величины намагничивающего тока магнитопроводов и показателей неравномерности распределения магнитных свойств магнитопроводов индукторов трёхфазных ЛАЭД.

Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей способа, вследствие определения на его основе степени неравномерности магнитных свойств трёхфазных электротехнических устройств, а также в повышении удобства практического применения за счёт снижения методической громоздкости и аппаратной сложности реализации способа.

Это достигается тем, что в известном способе диагностирования технического качества трёхфазных электротехнических устройств, согласно которому техническое испытание трёхфазного электротехнического устройства с маркерами С, А, В фаз обмотки проводят в форме последовательности из трёх опытов, в каждом из которых формируют вектор-импульс питающего напряжения на одной из пространственных осей устройства О1, О2 или О3, в каждом опыте это осуществляют подачей уединённого узкого прямоугольного импульса напряжения, близкого по форме к дельта-функции Дирака, на соответствующую комбинацию фаз С, А, В обмотки, после чего в каждом опыте фиксируют импульсы токов фаз С, А, В обмотки, вызванные приложением к ней вектор-импульса напряжения, при этом, в первом опыте уединенный узкий прямоугольный импульс напряжения подают на фазы А и В обмотки, формируя вектор-импульс питающего напряжения на оси О1, выделяют из импульсов токов фаз C, A, B обмотки амплитуды и сохраняют их в первом столбце матрицы Грина в качестве координат амплитуды вектора-импульса тока первого опыта

во втором опыте уединенный узкий прямоугольный импульс напряжения подают на фазы В и С обмотки, формируя вектор-импульс питающего напряжения на оси О2, выделяют из импульсов токов фаз C, A, B обмотки амплитуды и сохраняют их во втором столбце матрицы Грина в качестве координат амплитуды вектора-импульса тока второго опыта

в третьем опыте уединенный узкий прямоугольный импульс напряжения подают на фазы С и А обмотки, формируя вектор-импульс питающего напряжения на оси О3, выделяют из импульсов токов фаз C, A, B обмотки амплитуды и сохраняют их в третьем столбце матрицы Грина в качестве координат амплитуды вектора-импульса тока третьего опыта

при этом в первом опыте фазу В соединяют параллельно-встречно с фазой А, а фазу С замыкают накоротко, во втором опыте фазу С соединяют параллельно-встречно с фазой В, а фазу А замыкают накоротко, в третьем опыте фазу А соединяют параллельно-встречно с фазой С, а фазу В замыкают накоротко, а по элементам сформированной матрицы Грина рассчитывают амплитуды вектора-импульса тока в трёх опытах

в качестве показателей величины намагничивающего тока по осям О1, О2, О3 рассчитывают амплитуды намагничивающих токов по этим осям

в качестве показателей неравномерности распределения магнитных свойств по осям О1, О2, О3 рассчитывают углы отклонений вектор-импульсов тока от этих осей

в качестве показателя величины намагничивающего тока магнитопровода индуктора рассчитывают среднее значение амплитуд намагничивающего тока по осям О1, О2, О3

в качестве показателя неравномерности распределения магнитных свойств магнитопровода индуктора рассчитывают среднее значение углов отклонений вектор-импульсов тока от осей О1, О2, О3

по которым, путём сравнения с показателями эталонного магнитопровода, судят о техническом качестве испытываемого магнитопровода, для чего рассчитывают отклонение показателя величины намагничивающего тока испытываемого магнитопровода от соответствующего показателя эталонного магнитопровода и сравнивают его с допустимой величиной отклонения +5%,

рассчитывают отклонение показателя неравномерности распределения магнитных свойств испытываемого магнитопровода от соответствующего показателя эталонного магнитопровода и сравнивают его с допустимой величиной отклонения +10%,

при выполнении обоих неравенств делают вывод о высоком техническом качестве магнитопровода индуктора, при невыполнении хотя бы одного из неравенств делают вывод о низком техническом качестве магнитопровода индуктора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан индуктор ЛАЭД, на фиг. 2 в относительных единицах изображены графики дельта-функции Дирака δ(t) и аппроксимирующего её импульса Ud(t) однофазного источника импульсного напряжения, на фиг. 3 показана принципиальная схема для проведения первого опыта, на фиг. 4 изображена принципиальная схема для проведения второго опыта, на фиг. 5 изображена принципиальная схема для проведения третьего опыта, на фиг. 6 представлены результаты математического моделирования токов фаз С, А, В обмотки первого опыта (а), второго опыта (б) и третьего опыта (в).

Индуктор ЛАЭД с продольной осью х содержит сердечник индуктора 1, внутри которого выполнен воздушный зазор 2, а также трехфазную обмотку 3, катушечные стороны которой обозначены маркерами Y, A, Z, B, X, C и распределены вдоль продольной оси х индуктора 1 на отрезке, равном двум полюсным делениям. Катушечные стороны обмотки 3, помеченные маркерами C, Z, принадлежат последовательно соединённым катушкам фазы С, катушечные стороны обмотки 3, помеченные маркерами А, Х принадлежат последовательно соединённым катушкам фазы A, катушечные стороны обмотки 3, помеченные маркерами B, Y принадлежат последовательно соединённым катушкам фазы B, при этом первый маркер во всех вышеприведенных случаях обозначает начало, а второй - конец катушки.

Ось фазы А трехфазной обмотки 3 расположена в геометрическом центре индуктора, обозначенном на фиг. 1 точкой начала отсчёта пространственной координаты х=0. Ось фазы С трехфазной обмотки 3 смещена относительно оси фазы А трёхфазной обмотки 3 по продольной оси х в отрицательном направлении на расстояние 2/3 полюсного деления. Ось фазы В трехфазной обмотки 3 смещена относительно оси фазы А трёхфазной обмотки 3 по продольной оси х в положительном направлении на расстояние 2/3 полюсного деления. Оси О3, О1, О2 для приложения вектор-импульсов напряжения к трехфазной обмотке 3 в трёх опытах смещены относительно осей фаз С, А, В трёхфазной обмотки 3 по продольной оси х в отрицательном направлении соответственно на расстояние 1/6 полюсного деления.

Принципиальная схема проведения первого опыта (фиг. 3) содержит фазные оси трёхфазной обмотки 3 с маркерами С, А, В, однофазный источник импульсного напряжения 4, шунты 5, 6, 7, измерительный блок 8, состоящий из трехканального осциллографа 9 и персонального компьютера 10.

В соответствии с принципиальной схемой (фиг. 3) в первом опыте шунты 5, 6, 7 подключены к фазам С, А, В трёхфазной обмотки 3 последовательно, причём фаза С трёхфазной обмотки 3 совместно с шунтом 5 замкнута накоротко, а выход шунта 5 подключен к одному из каналов трёхканального осциллографа 9 измерительного блока 8.

Фазы А и В трёхфазной обмотки 3 совместно с шунтами 6 и 7 соответственно, подключены параллельно-встречно к однофазному источнику импульсного напряжения 4, а выходы шунтов 6 и 7 подключены к двум каналам трёхканального осциллографа 9 измерительного блока 8.

На фиг. 3 стрелками показаны положительные направления токов фаз С, А и В обмотки 3 и положительное направление действия напряжения однофазного источника импульсного напряжения 4. Передача данных о токах фаз с шунтов 5, 6, 7 к трехканальному осциллографу 9 измерительного блока 8 производится в направлении, отмеченном на чертеже тонкими однонаправленными линиями. Осциллограммы трехканального осциллографа 9 измерительного блока 8 конвертируются в один или несколько текстовых файлов и по последовательному интерфейсу, обозначенному на схеме фиг. 3 утолщенной стрелкой, передаются для дальнейшей обработки и сохранения в памяти персонального компьютера 10 измерительного блока 8.

Принципиальная схема проведения второго опыта (фиг. 4) отличается от схемы проведения первого опыта составом питаемых и короткозамкнутой фаз и содержит фазные оси трёхфазной обмотки 3 с маркерами С, А, В, источник однофазного импульсного напряжения 4, шунты 5, 6, 7, измерительный блок 8, состоящий из трехканального осциллографа 9 и персонального компьютера 10.

В соответствии с принципиальной схемой (фиг. 4) во втором опыте шунты 5, 6, 7 подключены к фазам С, А, В трёхфазной обмотки 3 последовательно, причём фаза А трёхфазной обмотки 3 совместно с шунтом 6 замкнута накоротко, а выход шунта 6 подключен к одному из каналов трёхканального осциллографа 9 измерительного блока 8.

Фазы В и С трёхфазной обмотки 3 совместно с шунтами 7 и 5 соответственно, подключены параллельно-встречно к однофазному источнику импульсного напряжения 4, а выходы шунтов 7 и 5 подключены к двум каналам трёхканального осциллографа 9 измерительного блока 8.

На фиг. 4 стрелками показаны положительные направления токов фаз С, А и В обмотки 3 и положительное направление действия напряжения однофазного источника импульсного напряжения 4. Передача данных о токах фаз с шунтов 5, 6, 7 к трехканальному осциллографу 9 измерительного блока 8 производится в направлении, отмеченном на чертеже тонкими однонаправленными линиями. Осциллограммы трехканального осциллографа 9 измерительного блока 8 конвертируются в один или несколько текстовых файлов и по последовательному интерфейсу, обозначенному на схеме фиг. 4 утолщенной стрелкой, передаются для дальнейшей обработки и сохранения в памяти персонального компьютера 10 измерительного блока 8.

Принципиальная схема проведения третьего опыта (фиг. 5) отличается от схемы проведения первого опыта и схемы проведения второго опыта составом питаемых и короткозамкнутой фаз и содержит фазные оси трёхфазной обмотки 3 с маркерами С, А, В, источник однофазного импульсного напряжения 4, шунты 5, 6, 7, измерительный блок 8, состоящий из трехканального осциллографа 9 и персонального компьютера 10.

В соответствии с принципиальной схемой (фиг. 5) в третьем опыте шунты 5, 6, 7 подключены к фазам С, А, В трёхфазной обмотки 3 последовательно, причём фаза В трёхфазной обмотки 3 совместно с шунтом 7 замкнута накоротко, а выход шунта 7 подключен к одному из каналов трёхканального осциллографа 9 измерительного блока 8.

Фазы С и А трёхфазной обмотки 3 совместно с шунтами 5 и 6 соответственно, подключены параллельно-встречно к однофазному источнику импульсного напряжения 4, а выходы шунтов 5 и 6 подключены к двум каналам трёхканального осциллографа 9 измерительного блока 8.

На фиг. 5 стрелками показаны положительные направления токов фаз С, А и В обмотки 3 и положительное направление действия напряжения однофазного источника импульсного напряжения 4. Передача данных о токах фаз с шунтов 5, 6, 7 к трехканальному осциллографу 9 измерительного блока 8 производится в направлении, отмеченном на чертеже тонкими однонаправленными линиями. Осциллограммы трехканального осциллографа 9 измерительного блока 8 конвертируются в один или несколько текстовых файлов и по последовательному интерфейсу, обозначенному на схеме фиг. 5 утолщенной стрелкой, передаются для дальнейшей обработки и сохранения в памяти персонального компьютера 10 измерительного блока 8.

Способ определения показателей технического качества магнитопровода индуктора трёхфазного линейного асинхронного электродвигателя осуществляется следующим образом.

В ходе испытания магнитопровода индуктора различные комбинации фаз С, А, В трехфазной обмотки 3 питаются импульсным напряжением , величиной . Это напряжение, имеющее форму узкого прямоугольного уединённого импульса шириной

и близкое по форме к дельта-функции Дирака , вырабатывает ОИИН 4. Импульсы и показаны на фиг. 2. Графики показаны на отрезке относительного времени , который соответствует 0.1 секунды физического времени. На вертикальной оси графика приведена метка U, соответствующая амплитуде импульса однофазного источника импульсного напряжения, а по горизонтальной оси графика показана длительность действия этого импульса t_и.

Определение показателей технического качества магнитопровода индуктора проводят в форме последовательности из трёх нижеследующих опытов, реализующих намагничивающие воздействия векторов импульсного напряжения на магнитопровод индуктора по его трём пространственным осям О1, О2, О3, показанным на фиг. 1.

Первый опыт проводят по схеме, представленной на фиг. 3. На фазы С, А, В трехфазной обмотки 3 от ОИИН 4 подают вектор-импульс напряжения равный

где - вектор, задающий пространственную ось импульсного напряжения . Техническая реализация вектора осуществляется параллельно-встречным подключением фаз А, В к ОИИН 4 и коротким замыканием фазы С.

Реакцией индуктора ЛАЭД на приложение вектора-импульса напряжения будет вектор-импульс тока первого опыта

в общем случае отклонённый от оси О1 по причине пространственной неоднородности магнитопровода индуктора. В соответствии с заявляемым способом расчёт показателей технического качества проводят по амплитудным значениям функций. Поэтому сохраняемое в матрице Грина значение вектор-импульса тока первого опыта равно

а его модуль равен

Разложение вектора на составляющие - коллинеарную и ортогональную оси О1, имеет вид

Первый вектор правой части разложения вектора коллинеарен оси О1. Его модуль

в предлагаемом способе принят в качестве меры намагничивающего тока индуктора по оси О1, причём более качественным магнитопроводам соответствуют меньшие величины .

Второй вектор правой части разложения вектора ортогонален оси О1. Этот вектор отличен от нуля только при наличии неоднородности магнитопровода по оси О1. В математической форме отличие вектора от нуля выражается следующими двумя неравенствами.

Первое из них выражает наличие тока в фазе С обмотки 3

что, при неоднородности магнитопровода, технически обеспечивается коротким замыканием фазы С в первом опыте.

Второе неравенство выражает отличие суммы токов в фазах А и В обмотки 3 от нуля

что, при неоднородности магнитопровода, технически обеспечивается параллельным-встречным включением фаз А и В в первом опыте.

Неоднородность магнитопровода по оси О1 может проявляться путём выполнения любого из приведенных неравенств, а также - путём их совместного выполнения.

В качестве меры неоднородности магнитопровода по оси О1 в заявляемом способе принята величина угла отклонения вектора от оси О1, равная

причем более неоднородным магнитопроводам соответствуют большие значения этого угла.

Для однородных по оси О1 магнитопроводов справедливы равенства

В соответствии со схемой на фиг. 3 сигналы, пропорциональные импульсам токов фаз С, А, В трёхфазной обмотки 3, снимают с шунтов 5, 6, 7, фиксируют трёхлучевым осциллографом 9 и передают на персональный компьютер 10 измерительного блока 8. Персональный компьютер 10 выделяет из полученных сигналов и сохраняет в виде первого столбца матрицы Грина только амплитуды токов. После проведения первого опыта она имеет вид

Второй опыт проводят аналогично первому. Отличие состоит в исследовании магнитных свойств оси О2 индуктора, для чего производится круговая перестановка фаз трёхфазной обмотки 3 в схеме опыта и круговая перестановка маркеров фаз в расчётных выражениях. Второй опыт проводят по схеме, представленной на фиг. 4. На фазы С, А, В трёхфазной обмотки 3 от ОИИН 4 подают вектор-импульс напряжения равный

где - вектор, задающий пространственную ось импульсного напряжения . Техническая реализация вектора осуществляется параллельно-встречным подключением фаз В, С к ОИИН 4 и коротким замыканием фазы А.

Реакцией индуктора ЛАЭД на приложение вектора-импульса напряжения будет вектор-импульс тока второго опыта

в общем случае отклонённый от оси О2 по причине пространственной неоднородности магнитопровода индуктора. В соответствии с заявляемым способом расчёт показателей технического качества проводят по амплитудным значениям функций. Поэтому сохраняемое в матрице Грина значение вектор-импульса тока второго опыта равно

а его модуль равен

Разложение вектора на составляющие - коллинеарную и ортогональную оси О2, имеет вид

Первый вектор правой части разложения вектора коллинеарен оси О2. Его модуль

в предлагаемом способе принят в качестве меры намагничивающего тока индуктора по оси О2, причём более качественным магнитопроводам соответствуют меньшие величины .

Второй вектор правой части разложения вектора ортогонален оси О2. Этот вектор отличен от нуля только при наличии неоднородности магнитопровода по оси О2. В математической форме отличие вектора от нуля выражается следующими двумя неравенствами.

Первое из них выражает наличие тока в фазе А обмотки 3

что, при неоднородности магнитопровода, технически обеспечивается коротким замыканием фазы А во втором опыте.

Второе неравенство выражает отличие суммы токов в фазах В и С обмотки 3 от нуля

что, при неоднородности магнитопровода, технически обеспечивается параллельным-встречным включением фаз В и С во втором опыте.

Неоднородность магнитопровода по оси О2 может проявляться путём выполнения любого из приведенных неравенств, а также - путём их совместного выполнения.

В качестве меры неоднородности магнитопровода по оси О2 в заявляемом способе принята величина угла отклонения вектора от оси О2, равная

причем более неоднородным магнитопроводам соответствуют большие значения этого угла.

Для однородных по оси О2 магнитопроводов справедливы равенства

В соответствии со схемой на фиг. 4 сигналы, пропорциональные импульсам токов фаз С, А, В трёхфазной обмотки 3, снимают с шунтов 5, 6, 7, фиксируют трёхлучевым осциллографом 9 и передают на персональный компьютер 10 измерительного блока 8. Персональный компьютер 10 выделяет из полученных сигналов и сохраняет в виде второго столбца матрицы Грина только амплитуды токов. После проведения второго опыта она имеет вид

Третий опыт проводят аналогично первому и второму опытам. Отличие состоит в исследовании магнитных свойств оси О3 индуктора, для чего производится круговая перестановка фаз трёхфазной обмотки 3 в схеме опыта и круговая перестановка маркеров фаз в расчётных выражениях. Третий опыт проводят по схеме, представленной на фиг. 5. На фазы С, А, В трёхфазной обмотки 3 от ОИИН 4 подают вектор-импульс напряжения равный

где - вектор, задающий пространственную ось импульсного напряжения . Техническая реализация вектора осуществляется параллельно-встречным подключением фаз С, А к ОИИН 4 и коротким замыканием фазы В.

Реакцией индуктора ЛАЭД на приложение вектора-импульса напряжения будет вектор-импульс тока третьего опыта

в общем случае отклонённый от оси О3 по причине пространственной неоднородности магнитопровода индуктора. В соответствии с заявляемым способом расчёт показателей технического качества проводят по амплитудным значениям функций. Поэтому сохраняемое в матрице Грина значение вектор-импульса тока третьего опыта равно

а его модуль равен

Разложение вектора на составляющие - коллинеарную и ортогональную оси О3, имеет вид

Первый вектор правой части разложения вектора коллинеарен оси О3. Его модуль

в заявляемом способе принят в качестве меры намагничивающего тока индуктора по оси О3, причём более качественным магнитопроводам соответствуют меньшие величины .

Второй вектор правой части разложения вектора ортогонален оси О3. Этот вектор отличен от нуля только при наличии неоднородности магнитопровода по оси О3. В математической форме отличие вектора от нуля выражается следующими двумя неравенствами.

Первое из них выражает наличие тока в фазе В трёхфазной обмотки 3

что, при неоднородности магнитопровода, технически обеспечивается коротким замыканием фазы В в третьем опыте.

Второе неравенство выражает отличие суммы токов в фазах С и А трёхфазной обмотки 3 от нуля

что, при неоднородности магнитопровода, технически обеспечивается параллельным-встречным включением фаз С и А в третьем опыте.

Неоднородность магнитопровода по оси О3 может проявляться путём выполнения любого из приведенных неравенств, а также - путём их совместного выполнения.

В качестве меры неоднородности магнитопровода по оси О3 в заявляемом способе принята величина угла отклонения вектора от оси О3, равная

причем более неоднородным магнитопроводам соответствуют большие значения этого угла.

Для однородных по оси О3 магнитопроводов справедливы равенства

В соответствии со схемой на фиг. 5 сигналы, пропорциональные импульсам токов фаз С, А, В трёхфазной обмотки 3, снимают с шунтов 5, 6, 7, фиксируют трёхлучевым осциллографом 9 и передают на персональный компьютер 10 измерительного блока 8. Персональный компьютер 10 выделяет из полученных сигналов и сохраняет в виде третьего столбца матрицы Грина только амплитуды токов. После проведения третьего опыта она принимает окончательный вид

По элементам сформированной матрицы Грина рассчитывают амплитуды вектора-импульса тока в трёх опытах

в качестве показателей величины намагничивающего тока по осям О1, О2, О3 рассчитывают амплитуды намагничивающих токов по этим осям

в качестве показателей неравномерности распределения магнитных свойств по осям О1, О2, О3 рассчитывают углы отклонений вектор-импульсов тока от этих осей

в качестве показателя величины намагничивающего тока магнитопровода индуктора рассчитывают среднее значение амплитуд намагничивающего тока по осям О1, О2, О3

в качестве показателя неравномерности распределения магнитных свойств магнитопровода индуктора рассчитывают среднее значение углов отклонений вектор-импульсов тока от осей О1, О2, О3

по которым, путём сравнения с показателями эталонного магнитопровода, судят о техническом качестве испытываемого магнитопровода. Для этого рассчитывают отклонение показателя величины намагничивающего тока испытываемого магнитопровода от соответствующего показателя эталонного магнитопровода и сравнивают его с допустимой величиной отклонения +5%,

рассчитывают отклонение показателя неравномерности распределения магнитных свойств испытываемого магнитопровода от соответствующего показателя эталонного магнитопровода и сравнивают его с допустимой величиной отклонения +10%,

при выполнении обоих неравенств (13), (14) делают вывод о высоком техническом качестве магнитопровода индуктора, при невыполнении хотя бы одного из неравенств (13), (14) делают вывод о низком техническом качестве магнитопровода индуктора.

Определённые в соответствии с заявляемым способом по выражениям (11) - (12) величины показателей технического качества индукторов и и способ их оценки по критериальным неравенствам (13), (14) адаптированы к неоднородным, в физическом и параметрическим отношении, магнитопроводам, чего лишены существующие способы. Данные показатели дают возможность техническому персоналу производить выходной контроль качества индукторов трёхфазных ЛАЭД, производить подбор индукторов одинакового качества в групповые модульные электроприводы, диагностировать эксплуатационные повреждения индукторов трёхфазных ЛАЭД и принимать обоснованные решения о целесообразности их дальнейшей эксплуатации, а также планировать сроки их замены или ремонта, не останавливая при этом технологический процесс. Последнее обстоятельство влечёт за собой экономический эффект, особенно значительный для предприятий с непрерывным циклом производства, в частности, для горнообогатительных и металлургических комбинатов.

Техническая возможность реализации заявленного способа подтверждена путем математического моделирования электромагнитных процессов в обмотке 3 индуктора трёхфазного ЛАЭД при воздействии на него намагничивающих импульсов ОИИН 4 в соответствии с заявляемым способом. На заключительном этапе моделирования по выражениям (2) - (12) определялись показатели технического качества неповреждённого (эталонного) индуктора и повреждённого индуктора.

Асимметричное расположение фаз С, А, В обмотки 3 на сердечнике 1 индуктора, показанное на фиг. 1, позволяет констатировать разные индуктивности центральной фазы (А) и крайних фаз (В и С) обмотки 3. Кроме того, обмотка 3 обладает разными взаимными индуктивностями между близко расположенными фазами А и С или А и В и между удалёнными фазами В и С. В целом, матрица главных индуктивностей обмотки 3 ЛАЭД является симметрической неоднородной матрицей, имеющий вид

где - главная индуктивность трёхфазной обмотки 3, - относительные коэффициенты, задающие собственные и взаимные индуктивности фаз С, А, В той же обмотки.

С учетом этого математическая модель индуктора трёхфазного ЛАЭД приобретает вид векторно-матричного дифференциального уравнения

где - вектор фазных напряжений обмотки 3, в трёх опытах последовательно принимающий значения , , ; - активное сопротивление и индуктивность рассеяния фаз С, А, В обмотки 3; - единичная матрица; - токи фаз С, А, В обмотки 3.

В математическую модель включён также вектор нулевых начальных условий

свидетельствующий о том, что фазы С, А, В обмотки 3 до подачи импульсного сигнала ОИИН 4 были обесточены.

На математической модели (15), (16) рассчитывались показатели эталонного и повреждённого состояния магнитопровода индуктора трёхфазного ЛАЭД. Информация об этом закладывалась в матрицу главных индуктивностей обмотки 3 индуктора.

Для эталонного индуктора матрица имела следующий вид

а для поврежденного индуктора она имела вид

Подобное изменение матрицы главных индуктивностей может быть вызвано перекосом воздушного зазора 2 индуктора или частичной утратой магнитных свойств сердечника 1 справа от оси фазы А обмотки 3 (см. фиг. 1), ставших следствием производственного брака или эксплуатационного старения индуктора.

Данные ОИИП 4 и обмотки 3 имели следующие значения в относительных единицах

При этом базовые значения напряжения, тока, времени, электрического сопротивления и индуктивности составляли

Результаты расчета по модели (15), (16) токов фаз С, А, В обмотки 3 эталонного индуктора в трёх опытах в относительных единицах представлены на фиг. 6. Функции токов показаны на отрезке времени (0.5 С).

Амплитудные значения функций токов фаз С, А, В обмотки 3, представленных на фиг. 6, заполнили строки и столбцы матрицы Грина по выражению (1),

В соответствии с выражениями (2) - (12) по элементам матрицы Грина были рассчитаны показатели технического качества магнитопровода эталонного индуктора трёхфазного ЛАЭД. Для него величина намагничивающего тока составила

отн. ед.,

а показатель неравномерности магнитных свойств индуктора составил

отн. ед.

Рассчитанные аналогичным образом показатели магнитопровода повреждённого индуктора равны

отн. ед.,

отн. ед.

Представленные результаты моделирования свидетельствуют о том, что после повреждения магнитопровода индуктора отклонение величины намагничивающего тока составило +4.3%, а отклонение показателя неравномерности магнитных свойств составило +13.4% по сравнению с эталонным индуктором. Последний результат связан с потерей магнитной однородности оси О2 магнитопровода индуктора после повреждения. На это указывают результаты второго опыта. Для эталонного индуктора величина угла отклонения по выражению (9) составила

отн. ед.,

а для повреждённого индуктора

отн. ед.,

что свидетельствует о резком возрастании неоднородности магнитопровода по оси О2. Результаты моделирования, в частности тот факт, что показатель неравномерности магнитных свойств магнитопровода возрос более чем на 10% позволяет, в соответствии с критериальным неравенством (14), оценить качество магнитопровода индуктора после повреждения как низкое.

На фиг. 6 в относительных единицах представлены результаты математического моделирования токов фаз А, В, С обмотки 3 эталонного индуктора в трех опытах. Графики токов показаны на отрезке времени относительных единиц, что соответствует 0,5 секунды физического времени. На фиг. 6.а представлены графики токов фаз А, В, С обмотки 3 по результатам моделирования первого опыта, на фиг. 6.б - графики токов тех же фаз по результатам моделирования второго опыта и на фиг. 6.в - графики токов тех же фаз по результатам моделирования третьего опыта.

Результаты моделирования подтверждают техническую возможность реализации заявленного способа и позволяют констатировать, что предлагаемый способ определения показателей технического качества магнитопроводов индукторов трёхфазных ЛАЭД адекватно отражает их техническое качество, чувствителен к его изменениям и может служить инструментом технического контроля магнитопроводов индукторов. При этом предлагаемый способ дает информацию, не только о магнитных свойствах индуктора в целом, но и о неравномерности их распределения по длине магнитопровода, чего лишены существующие способы технического контроля.

Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности способа вследствие определения на его основе степени неравномерности магнитных свойств трёхфазных электротехнических устройств, а также повысить удобство практического применения за счёт снижения методической громоздкости и аппаратной сложности реализации способа.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области определения показателей технического качества магнитопроводов индукторов линейных асинхронных двигателей. Технический результат: расширение функциональных возможностей. Сущность: последовательно проводят три опыта, в каждом из которых формируют вектор-импульс питающего напряжения на одной из пространственных осей устройства в виде импульса напряжения, близкого по форме к дельта-функции Дирака, на комбинацию фаз С, А, В обмотки. В каждом опыте фиксируют импульсы токов фаз С, А, В обмотки, выделяют их амплитуды и сохраняют их в столбцах матрицы Грина. При этом в первом опыте фазу В соединяют параллельно-встречно с фазой А, а фазу С замыкают накоротко. Во втором опыте фазу С соединяют параллельно-встречно с фазой В, а фазу А замыкают накоротко. В третьем опыте фазу А соединяют параллельно-встречно с фазой С, а фазу В замыкают накоротко. По элементам сформированной матрицы Грина рассчитывают амплитуды вектора-импульса тока в трёх опытах. В качестве показателей величины намагничивающего тока по пространственным осям устройства рассчитывают амплитуды намагничивающих токов по этим осям. В качестве показателей неравномерности распределения магнитных свойств по осям рассчитывают углы отклонений вектор-импульсов тока от этих осей. В качестве показателя величины намагничивающего тока магнитопровода индуктора рассчитывают среднее значение амплитуд намагничивающего тока по осям. В качестве показателя неравномерности распределения магнитных свойств магнитопровода индуктора рассчитывают среднее значение углов отклонений вектор-импульсов тока от осей. Путём сравнения с показателями эталонного магнитопровода, судят о техническом качестве испытываемого магнитопровода. 6 ил.

Способ определения показателей технического качества магнитопровода индуктора трёхфазного линейного асинхронного электродвигателя (ЛАЭД), заключающийся в том, что техническое испытание трёхфазного ЛАЭД с маркерами С, А, В фаз обмотки проводят в форме последовательности из трёх опытов, в каждом из которых формируют вектор-импульс питающего напряжения на одной из пространственных осей устройства О1, О2, или О3, причем в каждом опыте это осуществляют подачей уединённого узкого прямоугольного импульса напряжения, близкого по форме к дельта-функции Дирака, на соответствующую комбинацию фаз С, А, В обмотки, после чего в каждом опыте фиксируют импульсы токов фаз С, А, В обмотки, вызванные приложением к ней вектор-импульса напряжения, при этом, в первом опыте уединённый узкий прямоугольный импульс напряжения подают на фазы А и В обмотки, формируя вектор-импульс питающего напряжения на оси О1, выделяют из импульсов токов фаз С, А, В обмотки амплитуды и сохраняют их в первом столбце матрицы Грина в качестве координат амплитуды вектора-импульса тока первого опыта, во втором опыте уединённый узкий прямоугольный импульс напряжения подают на фазы В и С обмотки, формируя вектор-импульс питающего напряжения на оси О2, выделяют из импульсов токов фаз С, А, В обмотки амплитуды и сохраняют их во втором столбце матрицы Грина в качестве координат амплитуды вектора-импульса тока второго опыта, в третьем опыте уединённый узкий прямоугольный импульс напряжения подают на фазы С и А обмотки, формируя вектор-импульс питающего напряжения на оси О3, выделяют из импульсов токов фаз С, А, В обмотки амплитуды и сохраняют их в третьем столбце матрицы Грина в качестве координат амплитуды вектора-импульса тока третьего опыта, отличающийся тем, что в первом опыте фазу В соединяют параллельно-встречно с фазой А, а фазу С замыкают накоротко, во втором опыте фазу С соединяют параллельно-встречно с фазой В, а фазу А замыкают накоротко, в третьем опыте фазу А соединяют параллельно-встречно с фазой С, а фазу В замыкают накоротко, а по элементам сформированной матрицы Грина рассчитывают амплитуды вектора-импульса тока в трёх опытах

в качестве показателей величины намагничивающего тока по осям О1, О2, О3 рассчитывают амплитуды намагничивающих токов по этим осям

в качестве показателей неравномерности распределения магнитных свойств по осям О1, О2, О3 рассчитывают углы отклонений вектор-импульсов тока от этих осей

в качестве показателя величины намагничивающего тока магнитопровода индуктора рассчитывают среднее значение амплитуд намагничивающего тока по осям О1, О2, О3

в качестве показателя неравномерности распределения магнитных свойств магнитопровода индуктора рассчитывают среднее значение углов отклонений вектор-импульсов тока от осей О1, О2, О3

по которым путём сравнения с показателями эталонного магнитопровода судят о техническом качестве испытываемого магнитопровода.