Способ контроля подшипников трехфазной электрической машины Советский патент 1984 года по МПК H02K15/00 

Изобретение относится к контролю состояния электрических машин и йредназначено для определения технического состояния подшипников электрических машин в процессе их работы, а также для определения степени износа.

Получение информации о техническом состоянии подшипников электрических машин без усложнения их конструкции или разборки - задача актуальная. Необходимость решения этой задачи возникает особенно остро в случаях, когда невозможно или нецелесообразно вмешиваться в конструкцию электрической машины.

Известен способ контроля зазора- в подшипниках электродвигателей, по- которому кольцу подшипника с валом сообщают возвратно-поступательное перемещение в радиальном направлении, подавая на обмотки или отдельные части обмоток напряжение, достаточное для перемещения ротора в радиальном направлении, и измеряют величину перемещения 1.

Недостатки способа - низкая точность измерения, необходимость проведения непосредственных измерений, а также непригодность для контроля подшипников закрытых электродвигателей или находящихся в труднодоступном месте.

Известен также способ измерения толщины слоя диэлектрической смазки в подщипнике, заключающийся в том, что преобразуют значение толщины смазочного слоя с помощью емкостного преобразователя в электрический сигнал, в качестве обкладок емкостного преобразователя используют кольца подщипни ков 2.

Недостатки способа - необходимость установки изоляции на контролируемые подшипники, что значительно сокращает возможность применения способа, и непригодность его для контроля технического состояния подшипников закрытых электродвигателей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является .способ контроля состояния подщипников электрической машины, подключенной к сети, заключающийся в том, что фильтруют питание, измеряют ток электрической машины, выделяют из него определенную гармонику, соответствующую щариковой частоте, и по ее амплитуде судят о выработке поДщипника 3.

Однако для известного способа характерны недостаточные функциональные возможности, так как он ие пригоден для контроля электрических мащин, имеющих подшипник скольжения и аэродинамические опоры.

Цель изобретения - расширение функциональныХ возможностей способа за счет контроля подщипников скольжения и аэростатических опор.

Указанная цель достигается тем, что при способе контроля подщипников трехфазной электрической машины, подключенной к сети, состоящем в фильтрации напряжения сети от высщих гармоник, измерений тока в каждой фазе электрической машины, выделении одной и той же гармоники в фазных токах, выделяют огибающие этой гармоники, измеряют синхронно напряжения огибающих, суммируют их как векторы, исходящие из одной точки и сдвинутые между собой на угол пространственного смещения фазных обмоток, сравнивают полученный результат с допустимым значением и по результату сравнения определяют работоспособность подщипника.

При этом синхронное измерение напряжения огибающих выполняют измерением амплитуды fn-полу периода гармоники, считая с момента начала измерения, причем m меньще номера гармоники.

Сравнение с допустимым значением можно производить, подавая результат суммирования на индикатор кольцевой развертки, синхронизированный с вращением ротора электрической мащины, при этом допустимые значения располагают на экране индикатора в виде окружностей.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для контроля подшипников электрических машин по данному способу; на фиг. 2 - принцип возникновения модуляции гармоник; на фиг. 3 - спектр нелинейных искажений тока статора; на фиг. 4 - 5-я гармоника спектра нелинейных искажений; на фиг. 5 - изменение амплитуды 2-го полупериода 5-й гармоники фазных токов в зависимости от смещения ротора; на фиг. 6 - результирующее смещение ротора в статоре при фиксированном угловом положении ротора; на фиг. 7 - эквивалентная и допустимая области выработки подшипников.

Устройство содержит три блока выделения амплитуды заданной гармоники, входы которых соединены с трансформаторами тока в фазах контролируемой машины 1, на первом входе каждого блока установлен фильтр 2, к выходу которого подключен масщтабный усилитель 3, соединенный с входом ключа 4, управляющий вход которого связан с устройством 5 контроля оборотов через фазосдвигающую цепь б и формирователь 7 импульсов. К выходу ключа 4 через детектор 8 подключен усилитель 9. Выходы усилителей 9 всех блоков соединены с логическим устройством 10, к которому подключено выходное устройство 11, соединенное с устройством 5 контроля оборотов через генератор 12 кольцевой развертки. Машина 1 соединена с сетью через сетевой фильтр 13.

При движении ротора радиусом R рабочий зазор f вследствие биений оси ротора изменяется на величину дб, когда ось ротора движется no траектории S. В спектре пульсаций (фиг. 3) тока J (в зависимости от отношения частоты гармоники f к частоте вращения fo) имеются утолщенные участки величиной д J, соответствующие изменению амплитуды данной гармоники. Эти изменения амплитуды различны при изменении положения ротора и показаны в зависимости от времени t за период Т (фиг. 4) и для трех фаз А, В, С в зависимости от номера полупериода N (фиг. 5). Векторное сложение величин амплитуд для положений ротора b и d (фиг. 6) определяет отклонение оси ротора в этих положениях. . 7 дано изображение траектории движения оси, получаемое на индикаторе кольцевой развертки. Если в машине имеется подшипник скольжения, обойма и вал которого представляют собой не идеальные окружности, а, например, овалы, то центр оси ротора двигается по кривой (фиг. 2, пунктирная линия), а следовательно, воздушный зазор между статором в точке а и вращающимся ротором меняется. Изменяющийся воздушный зазор изменяет удельную магнитную проводимость воздушного зазора, следовательно, магнитная индукция модулирована по закону изменения воздушного зазора и отклонений от круглости статора и ротора. Для определения формы движения оси ротора в подшипнике достаточно исследовать только одну гармонику поля. При установившихся электромагнитных процессах гармоники поля в зазоре электрической машины, создаваемые гармониками магнитодвижущей силы ротора, индуктируют в обмотке статора дополнительные ЭДС и токи, которые тоже модулированы изменяющимся воздущным зазором. Напряжение, пропорциональное протекающему через фазу статора току контролируемого электродвигателя 1, поступает на полосовой фильтр 2, настроенный на одну из гармоник спектра (фиг. 3). Выделенная гармоника, показанная на фиг. 4 в виде амплитудно-временной зависимости, поступает на масштабный усилитель 3, где независимо от входной амплитуды усиливается до заданного уровня и поступает на вход ключа 4, который открывается управляющим импульсом устройства 5 контроля оборотов через фазосдвигающую цепь 6 в схему формирования длительности управляющего импульса. Фазосдаигающая цепь необходима для того, чтобы выделить ш-полупериоды, п-гармоники за один оборот ротора, во всех трех фазах. Выделенная гармоника поступает на детектор 8, а затем на усилитель 9. С усилителей сигналы поступают на логическое устройство 10, где происходит сложение напряжений как векторных величин со сдвигом 120°. Результирующее напряжение поступает на синхронизируемое генератором 12 кольцевой развертки выходное устройство 11, где формируется наглядное изображение формы движения оси ротора в подшипнике. При испытаниях устройства опробовано также определение качества работы подшипников генератора по его напряжению в режиме холостого хода. Наводимая ЭДС в обмотках статора 18,5 В при частоте 50 Гц. Для измерения биения оси ротора в подшипниках выбрана 5-я гармоника, амплитуда которой 280 мВ. Для ее выделения применяется фильтр с полосой пропускания 30 Гц. В качестве устройства контроля оборотов используется компаратор, на который подается через фазосдвигающую цепь напряжение 1 В с одной из фаз генератора. Напряжение детектированного сигнала после усилителя составляет 2 В при 200 мкм биения оси ротора в подшипниках, что подтверждает высокую чувствительность способа. На вход анализатора спектра параллельного действия подается сигнал спектра нелинейных искажений тока одной из обмоток статора синхронного генератора с частотой вращения 50 об/с .(фиг. 3). На Bciex спектральных составляющих имеются утолщения которые являются следствием неравномерности поверхности статора и ротора, статического и динамического . эксцентриситета, неравномерности магнитной проницаемости стали и т.д. Однако изменение амплитуды, например, второго полупериода 5-й гармоники (фиг. 4, точка а) при фиксированном положении ротора относительно статора зависит только от величины воздушного зазора, а следовательно, от положения оси ротора в подщипнике. Вращающийся ротор, совершающий хаотическое движение в подшипнике, изменяет амплитуду гармоники (фиг. 5, пунктиром показаны аналогичные изменения по двум остальным фазам). Для определения положения центра оси ротора в момент измерения необходимо сложить полученные изменения амплитуды второго полупериода 5-й гармоники как векторные величины, сдвинутые между собой на угол смещения статорных обмоток. После проведения серии измерений получается совокупность точек, а соединяющая из кривая (фиг. 7, пунктирная линия) представляет выработку подшипников для выбранного масштаба усиления. Работоспособность подшипников электрической машины определяется с помощью верхнего и нижнего допусковых пределов, устанавливаемых конкретно для каждого типа электрической машины. В условиях серийного производства и ксплуатации при сплошном неразрущаю

1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОДШИПНИКОВ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, подключенной к сети, состоящий в том, что фильтруют напряжение сети от высших гармоник, измеряют ток в каждой фазе электрической машины, выделяют одну и ту же гармонику в фазных токах, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет контроля подшипников скольжения и аэростатических опор, выделяют огибаюшие этой гармоники, измеряют синхронно напряжения огибающих, суммируют их как векторы, исходящие из одной точки и сдвинутые между собой на угол пространственного смещения фазных обмоток, сравнивают полученный результат с допустимым значением и по результату сравнения определяют работоспособность подшипника. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что синхронное измерение напряжения огибающих выполняют измерением амплитуды т-полупериода гармоники, считая с момента начала измерения, причем m меньше номера гармоники. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем. что сравнение с допустимым значением про изводят подачей результата суммирования (Л на индикатор кольцевой развертки, синхронизированный с вращением ротора электрической машины, а допустимые значения располагают на экране индикатора в виде окружностей.