Устройство для измерения неравномерности воздушного зазора электрической машины Советский патент 1984 года по МПК G01R31/34 

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к электри ческим вращающимся машинам, и может быть использовано для косвенного контроля неравномерности воздушного зазора асинхронных электродвигателей с зубчатьлм ротором и трехфазной обмоткой на статоре при эксплуатаци электрических машин.

Известно устройство для косвенного контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного электродвигателя, содержащее блок питания, счетчик времени, блок измерения пускового тока, блок сравнения, причем на испытуемый электродвигатель и на счетчик времени подается пониженное и стабилизированное напряжение от блока питания, а током испытуемого электродвигателя питается блок измерения пускового тока. Сигналы от счетчика времени и от блока измерения пускового тока поступают на входы блока сравнения и по величине времени разгона определяют неравномерность воздушного зазора l ,

Устройство имеет невысокую точность, так как на время разгона, кроме величины неравномерности воздушного зазора, влияет качество смазки подшипников и степень перекоса подьчипниковых щитов.

Известно устройство для контроля неравномерности воздушного зазора, содержащее четыре выполненных из медного провода измерительные катушки для улавливания сигналов всего спектра частот магнитного поля в зазоре, расположенных в пазах статора,, промежуточные трансформаторы для усиления сигналов измерительных катушек, фильтры верхних частот для отделения сигнала поля пазов от остального спектра частот сигналов магнитного поля, блоки сравнения, схемы вычита,ния и суммирования сигналов ог диаметрально расположенных, индуктивных .катушек и схем деления разности сигналов с диаметрально расположенных индуктивных катушек на сигнал индуктивной катугяки, индикаторы, сЬиксирующие величину неравномерности воздушного зазора мамины во время ее работы, блок предупредительной сигнализации о наличии гфедельного эксцентриситета и блок ограничения для автоматического отключения машкны при превьиаении величины неравномерности воздушного зазора нормативного значения 2 .

Недостатком такого устройства является невозможность автоматизации процесса контроля к отбраковки электрических машин с завышенной неравномерностью воздушного зазора в услоВиях поточного производства из-за необходимости введения в пазы статора измерительных катушек.

Известно устройство для косвенного контроля неравномерности воздуншого зазора электрических машины с зубчатым ротором и трехфазной обмоткой на статоре, содержащее блок питания, блок коммутации фаз статорной обмотки, блок фильтров г настроенных на частоту зубцовой гармоники, схему возведения в квадрат, -блок запоминания,, cyNMaTop, блок сравнения и индикатор контроля 3j „

Недостатком этого устройства является малая производительность при контроле в условиях поточного производства.

Известно устройство для косвенного контроля неравномерности воздушного зазора электрических вращающихся машин, содержаиее блок питания, блок комиутапии фаз статорной обмотки и последовательно соединенные блок фильтров, настроенных на частоту зубцовой гармоники, схему возведения в квадрат, блок запоминания, сумматор, блок сравнения и индикатор контроля, а также пpoгpaм 1ный блок, выполненный в виде узла временного управления, соединенного с узлом измерения скорости, узлом управления блоком кo мyтaции, узлом подключения блока, запоминания, узлом включения схемы суммирования и блока сравнения причем выводы программного блока соединены с блоками коммутации фаз стагорксй обмотки и запоминания, схемой суммирования и блоком сравнения 4j.

Недостатком указанного устройства является снижение точности контроля за счет возможных колебаний и асси л -1етрии линейных напряжений трехфс1зной сети.

Известно также устройство для косвенного контроля неравномерности вюздушного зазора электрической машины с зубчаты ротором и трехфазной об--моткой на статоре, содержащее трехфазный источник питания, блок установки напряжения, блок коммутации фаз статорной обмотки, блок фильтров настроенных на частоту зубцовой гармоники, преобразователь схемы возведения в квадрат, cyMf/iaTOp-HaKonHтель, программный блок в виде узлов временного управления, управления блоком кo tмyтaции фаз и сумматоромнакопителем, а также первый и второй индикаторы контроля, при этом один вход блока коммутации подключен к трехфазному источнику питания, а второй - через блок установки напряжения соединен с выводами двух фаз трехфазного источника питания, один из его выходов снабжен клеммами для подключения к статорной обмотке испытуемой машины, а другой подключен к пос,ледовательно соединенным блоку йильтров, преобразователю аналог - код, схеме возведения в.

квадрат, сумматору-накопителю, один из выходов программного блока соединен с управлякждим входом блока коммутации, а второй - с управляющим входом сумматора-накопителя Sj .

Недостатком известного устройств является снижение точности контроля при возможных изменениях величин среднего воздушного зазора при переходе от одной электрической машины к другой, так как сумма квадратов ЭДС зубцовой гармоники зависит не только от величины эксцентриситета, но и от значения среднего зазора.

При незначительной неравномерности воздухшого зазора и некотором уменьшении среднего зазора (даже в пределах допуска) может быть получено завышенное значение суммы квадратов ЭДС йубцовой гармоники и сделан неправильный вывод об увеличении эксцентриситета.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для косвенного контроля неравномерности воздушного зазора электрической машины с зубчатым ротором и трехфазной обмоткой на статоре, содержаи1ее трехфазный источник питания, блок установки напряжения, блок коммутации фаз статорной обмотки, блок Лильтров, настроенных на частоту зубцовой гармоники, преобразователь, схему возведения в квадр ат, сумматор-накопитель, программный блок в виде узлов временного управления, управления блоком коммутации Лаз и сумматоромнакопителем, а также первый и второй индикаторы контроля, при этом один вход блока коммутации подключен непосредственно к трехфазному источнику питания, а другой - через блок установки напряжения соединен с выводами двух Фаз трехфазного источника питания, один из выходов блока коммутации снабжен клеммами для подключения к статорной обмотке испытуемой машины, а другой вывод подключен к последовательно соединенным блоку фильтров, преобразователю, схеме возведения в квадрат и сумматору-накопителю, один из выходов программного блока соелинен с управлякяпим входом блока коммутации, а другой - с управляющим входом сумматора-накопителя, введены узел управления блоком измерения среднего зазора в программном блоке, блок деления, блок измерения среднего зазора и функциональный блок, реализующий зависимость суммы квадратов ЭДС зубцовой гарманики от эксцентриситета ротора испытуемой машины при различных значениях величины среднего воздушного зазора, причем вход блока

измерения среднего зазора через блок коммутации соединен с испытуемой машиной , узел временного управления через узел управления блоком измерения среднего зазора соединен с управ ляюшим входом блсЗка измерения среднего зазора, выход блока измерения среднего зазора соединен с входами 1функционального блока/ блока деления 1и с первым индикатором контроля, вы0 ход сумматора соединен с вторым входом функционального блока, выход которого соединен с вторым входом блока деления, выход блока деления соединен с вторым индикатором контроля.

5 На (Ьиг.1 представлена структурная блок-схема предлагаемого устройства для измерения неравномерности воздушного зазора электрических машин; на фиг.2 - семейство кривых за0 висимости суммы квадратов ЭДС зубцовой гармоники от эксцентриситета при различных значениях среднего зазора.

Устройство содержит трехфазный

5 источник 1 питания, выходы 2-4 трехфазного источника питания, |блрк 5 установки напряжения, блок 6 коммутации фаз статорной обмотки, |первый, второй и третий выводные концы 7 - 9 статорной обмотки испытуемой электрической машины 10, блок 11. фильтров, настроенных на частоту зубцоной гармоники,.преобразователь 12, схему 13 возведения в квадрат, сумматор-накопитель 14, блок 15

5 измерения среднего зазора, функциональный блок 16, реализующий зависи мость суммы квадратов ЭДС зубцовой гермоники от эксцентриситета ротора испытуемой машины при различных зна0 чениях величины среднего воздумного зазора, программный блок 17, узел 18 управления блоком коммутации фаз статорной обмотки, узел 19 управления блоком измерения среднего воз5 душного зазора, узел 20 временного управления, узел 21 управления сумматором, первый 22 индикатор контроля, служащий для отражения информации об измерении величины средне/ч го воздушного зазора, блок 23 деления, второй нидикатор 24 контроля для отражения информации о величине относительной неравномерности воздушного зазора.

- В качестве измеряемого napciMerра, по изменению которого судят о наличии эксцентриситета, выбирается сумма квадратов амплитуд зубцовых гармокик, измеренных в однофазном режиме при последовательном отключе0 НИИ каждой из трех фаз статорной обмотки электрической машины. Повышение точности контроля осуществляется за счет учета влияния на измеряемый параметр реальной величины сред5 него воздушного зазора. Величина

суммы квадратов ЭДС эубцовой гармоники зависит не только от величины эксцентриситета (смещение оси ротора относительно оси статора), но и от величины среднего воздушного зазора Spp . Степень неравномерности воздушного зазора принято оценивать величиной относительной неравномерI

Эта величина норминости

ср

руется ГОСТ-м и не должна превышать 0,1..

Таким образом, при возможном уменьс-чении среднего воздушного (даже в пределах допуска) измеряемая величина сумг-ш квадратов ЭДС зубдовой гармоники возрастает, и в результате может быть сделан неправильный вывод о завышенной неравномерности воздушного зазора. И наоборот, при увеличении среднего воздушного зазора величинасуммы квадратов ЭДС зубцовой гармоники уменьшается и при значительном эксцентриситете испытуемая мащина может быть Приз.нана годной. «.

В предлагаемом устройстве указанные нежелательные явления, приводящие к снижению точности контроля, устраняются.

Устройство работает следующим образом.

Цикл контроля начинается после подсоединения трех выводных концов 7-9 обмотки статора испытуемой электрической машины 10 к соответствующим выходам блока б коммутации Лаз статорной обмотки и включения узла 20 временного управления программного, блока 17. В этот момент от узла 20 временного управления через узел 18 управления блоком коммутации поступает команда в блок 6 коммутации, и трехсЬазное напряжение с линейных выходов 2-4 сети. 1 подается на выводные концы 7-9 обмотки статора. Ротор электрической машины 10 приходит во Вращение, после чего в блоке б коммутации по команде от узла 20 временного управления через узел 18 управления блоком коммутации происходит, отключение выводного KOHiia 7 первой фазы обмотки статора от сети 1, переключение выводных концов 8 и 9 двух других фаз обмотки статора на однофазное питание от блока установки напрях ения, Б котором линейное напряжение сети 1 понижается и стабилизируется. Выводной конец 7 отключенной первой фазы и выводной конец 8 второй фазы обмотки статора подключаются к входу блока 11 фильтров, настроенных на частоту зубцовой гармоники. Испытуемая махиина 10 продолжает работать на холостом ходу в однофазном режиме.

Сигнал зубцовой частоты с выхода блока 11 фильтров поступает на вход преобразователя 12, где преобразуется в форму, удобную для дальнейшей обработки например, в числовой код или постоянное напряжение), С выхода преобразователя 12 измеренный сигнал поступает в схему 13 возведения в квадрат, возводится в квадрат и фиксируется в блоке сумматора 14.

Затем от узла 20 временного управления через узел 18 управления блоком коммутации в блок 6 коммутации поступает команда, и выводные концн 7 и В обмотки статора отключаются от входа блока 11 фильтров, пониженное и стабилизированное однофазное напряжение от блока 5 установки напряжения переключается с выводных концов 8 и 9 обмотки статора ка выводные концы 9 и 7, а выводйые концы 8 и 9 подключаются к входу блока 11 фильтров.

Сигнал зубцовой частоты выделяется фильтрами блока 11 при отключении от питания второй фазы обмотки статора и, пройдя последовательно через преобразователь 12 и квадратор 13, суммируется с ранее полученным значением квадрата амплитуды зубцовой гармоники в блоке сумматора 14

Затем от узла 20 временного управления через узел 18 управления блоком коммутации в блок б коммутации поступает следую1г1ая команда. При этом выводные концы В и 9 обмотки статора отключаются от.входаблока 1 фильтров, однофазное питание от блока 5 установки напряжения переключается с выводных концов 9 и 7 на выводные концы 7 и 8, а выводные концы 9 и 7 подключаются к входу блока 11 фильтров. Происходит выделекие- сигнала зубцовой частоты при отключенной третьей фазе обмотки статора в блоке 11 фильтров и его последукадая обработка в преобразователе 12 и квадраторе 13. С выхода квадратора 13 значение квадрата амплитуды измеренного сигнала поступает Б сумматор 14.

По команде от узла 20 временного управления через узел 19 управления блоком измерения среднего зазора включается блок 15 измерения среднего зазора, выходкой сигнал которого пропорционален величине среднего воздушного зизора Влок измерения среднего зазора может быть выполнен, например, в виде любой схемы измерения реактивной составляющей Лазкогс- тока испытуемой машины, реализуюшей зависимость Гр Iijinq) где 1р - реактивная составяягаиая фазного тока, I - фазный ток,с| угол сдвига фаз между током и напряжением в фазе.

При постоянстве фазного напряжения величина реактивной составляюще фазного тока зависит от величины среднего зазора и не зависит от эксцентриоитета. Таким образом, значение реактивной составляющей фазного тока пропорционально величине среднего воздушного зазора.

Затем по команде из пpoгpa 1мнoгo блока 17 через узлы управления блоком измерения среднего зазора 19 и управления .сумматором 21 выходная величина сумматора 14, представляющая собой сумму квадратов ЭДС зубцовой гармоники, измеренных при последовательном отключении каждой из трех фаз обмотки статора, подается на первый вход Функционального блока 16. Одновременно из программного блока 17 через узел управления блоком 19 измерения среднего зазора поступает команда в блок 15 измерения среднего зазора, и выходной сигнал этого блока, пропорциональный величине среднего зазора, поступает на второй вход Функционального бло.ка 16. Кроме того, выходная величина блока 16 измерения среднего зазора поступает на первый вход блока 2 деления и на первый индикатор 22 - контроля, который отражает результат измерения среднего зазора.

Выходная величина функциональног блока 16, пропорциональная эксцентриситету , с учетом реального среднего возду1шого зазора Sco поступает на второй вход блока 23 деления. Выходной сигнал блока 23 деления, пропорциональный относительной неравномерности воздушного зазора Е , поступает на второй индикатор 24 контроля, где фиксируются результаты контроля о

Функциональный блох 16, реализующий зависимость су.1мы квадратов ЭДС зубцовой гармоники от эксцентриситета, при различных значениях среднего зазора может быть выполнен, например, в виде нелинейного функционального блока на базе операционного усилителя.

При этом диодно-резистивные цепочки .на входе операционного усилителя, предназначенные для кусочнолинейной аппроксимации зависимости

21 F. .j, () , делаются перестраиваемыми или набираются в виде нескольких матриц( подкльэченне каждой из которых осуществляется в зависимос5ти от значения сигнала, пропорцио калького среднему зазору Scp f подаБаемого на второй вход функционального блока 16 с выхода блока 15 измерения среднего зазора.

0

Реализация такого функциона.тоного блока осуществляется следующим образом. Для данного типа электродвигателя, который подвергается контролю, снимаются эксперименталь5ные зависимости Z Е,, i(e,) при различных значениях среднего зазораScp/ Получается семейство кривых, расположенных в первом квадрате координатной плоскости (по OCI: абсцисс

0 при этом откладываются , а по оси ординат - Z El ) . War изменения при снятии кривых выбирается из соображений требуемой точности и возможного разброса параметров.

5

При уменьшении 8ср соответствующая кривая проходит вьлие предыду-. щей, так как уменьшение среднего зазора приводит к росту амплитуды зубцовых гармоник поля. Каждая из полу0ченных кривых реализуется при помощи диодно-резистивных цепочек. При подаче в функциональный блок 16 сигнала, пропорционального , происходит выбор и подключение к входу

5 операционного усилителя соответств тощих диодно-реэистивных цепочек. При поступлении на первый вход функциона.т1ьного блока сигнала У Б с выхода блока cyNwiaTOpa 14 его вход0ная величина пропорциональна величине с учетом конкретного Scp ,

Использование изобретенйя посравнению с базовым объектом 4j поBbUjaeT точность контроля путем ис5ключения влияния на результат разброса величины среднего воздушного зазора, обеспечгзвает дополнительную возможность косвенного измерения реального среднего зазора, повышает

0 качество производимых и ремонтируемых электрических машин путём повышения точности контроля.

Я

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МА1ЧИНЫ с зубчатым ротором и трехЛазной обмоткой на статоре, содержащее трехфазный источник питания, блок установки напряжения, блок коммутации фаз статорной обмотки, блок фильтров, настроенных на частоту зубцовой гармоники, преобразователь, схему возведения в квадрат, сумматор-накопитель, программный блок в вице узлов временного управления, управления блоком коммутации фаз и сумматором-накопителем, а также первый и второй индикаторы контроля,при этом один вход блока коммутации подключен непосредственно к трехфазному источнику питания, а другой через блок установки .напряжения соединен с выводами двух фаз трехЛазного источника питания, один из выходов блока коммутации снабжен клеммами для подключения к статорной обмотке испытуемой машины, а другой выход подключен к последовательно соединенным блоку фильтров, преобразователю, схема возведения в квадрат и сумматору-накопителю, один из выходов програг много блока соединен с управляющим входом блока коммутации, а другой - с управляющим входом сумматора-накопителя, о т личающееся. тем, что, с целью повышения точности, устройство снабжено узлом управления блоком измерения среднего зазора в програм§ мном блоке, блоком деления, блоком измерения среднего зазора и функцио(Л нальным блоком, реализующим зависимость cyMNfrT квадратов ЭДС зубцовой гармоники от эксцентриситета ротора испытуемой мамины при различных значениях величины среднего воздушного зазора, причем вход блока измерения среднего зазора через блок коммутации соединен с испытуемой машиной, узел временного управления через узел управления блоком измерения среднего зазора соединен с управляю1дим входом блока измерения среднегозазора, вы,ход блока измерения среднего зазора N3 соединен с входами Функционального блока, блока деления и с первым ин:л дикатором контроля, выход сумматора соединен с вторым входом функциональ ного блока, выход которого соединен с вторым входом блока деления, Btf ход блока деления соединен с вторым индикатором контроля.

п

/

W

18

а

г;

Фut1

) 5

zz

гз

.л:лзей

2if

lEl.e

ч h ,S,

0.3 6, MM

0,15