Устройство для определения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов статора и ротора электрической машины Советский патент 1985 года по МПК G01R31/34 

« Изобретение относится к информационным электрическим машинам высокой точности (вращающимся трансформаторам, фазовращателям, датчикам передачи и преобразования угла), при меняемым в системах автоматики и вычислительной техники, и может найти применение при контроле геометрических размеров их зубцовых зон. Известно устройство для определения несимметрии расположения зубцов магнитопроводаэлектрической машины, содержащее измерительный магнитопровод, установленный концентрично про веряемому с обмоткой возбуждения и снабженный парой зубцов с сигнальными обмотками, узел измерения относительного углового расположения магнитопроводов и нуль-индикатор, включенный в цепь .сигнальных обмоток tl J Недостатками этого устройства является низкая точность определения неравномерности расположения зубцов: с помощью, устройства принципиально невозможно измерить ширину пазов и угла скоса зубцов проверяемого магнитопровода. Известно устройство для определения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов статора и ротора электрической машины, содержащее измерительный магнитопровод, установленный концентрично проверяемому и снабженный парой зубцов с обмоткой возбузкдения и сигнальными обмоткями, узел измерения относительного углового расположения магнитопроводов и индикатор, включенный в цепь сигнальных обмоток С.2}. Недостатком указанного устройства является длительное время измерения несимметрии расположения и угла скоса зубцов магнитопровода электрической машины. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов статора и ротора электрической машины, содержащее измерительный магнитопровод, установ ленный концентрично проверяемому и снабженный двумя аксиально расположенными, парами зубцов с обмотками возбуждения и сигнальными обмотками, переключатель, узел измерения относи тельного углового расположения измерительного и .проверяемого магнитопроводов и индикатор, включенный 122 , в цепь сигнальных обмоток через переключатель C3j. Недостатками такого устройства являются принципиальная невозможность определения ширины пазов проверяемого магнитопровода ввиду отсутствия конструктивных элементов и обмоток, позволяющих осуществить измерение ширины пазов, низкая точность определения оси зубца вследствие контроля оси скошенного паза прямоугольными зубцами и длительное время определения несимметрии расположения и угла скоса зубцов магнитопровода электрической машины. Последнее объясняется тем, что при контроле несимметрии расположения и угла скоса бузцов магнитопровода электрической машины возможно лишь последовательное измерение указанных геометрических размером. При аксиально расположенных парах зубцов для определения угла скоса зубцов проверяемого магнитопровода необходим относительный поворот нижней пары зубцов измерительного магнитопровода и проверяемого магнитопровода на угол, равный углу скоса, что определяет большую длительность времени контроля, особенно при большом числе контролируемых зубцов (например, 3000-500). Цель изобретения - расширение возможностей использования устройства и сокращение времени измерения. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов статора и ротора электрической машины, содержащем измерительный («гнитопровод, установленный концентрично проверяемому, и снабженный двумя аксиально расположенными парами зубцов с обмотками возбуждения и сигнальными обмотками, пере1 лючатель, узел измерения относительного углового расположения измерительного и проверяемого магнитопроводов и индикатор, включенный в цепь сигнальных обмоток через переключатель, измерительный магнитопровод снабжен дополнительным зубцом с обмоткой возбуткдения и сигнальной обмоткой, при этом пары зубцов измерительного магнитопровода смещены одна относительно другой, а зубцы скошены на угол, равный углу скоса зубцов .проверяемого магнитопровода, причем дополнительный зубец смещен вдоль расточки измерительного магнитопровода относительно двух пар зубцов, а его сигнальная обмотка подклю чена к индикатору через переключател На фиг, 1 показана схема устройства; на фиг. 2 - измерительный магнитопровод и выполненные на нем зубцы для измерения-ширины пазов, несин метрии расположения и угла скоса зуб цов проверяемог.0 магнитопровода; на фиг 3 - электрическая схема обмоток и схема укладки обмоток двух пар зуб цов измерительного магнитопровода; на фиг 4 - то же для дополнительно го зубца; на фиг. 5 и 6 - схема соот ношения длины зубцов измерительного магнитопровода при измерении ширины пазов проверяемых магнитопроводов статора и ротора соответственно; на фиго 7 - проверяемый магнитопровод (ротор) со схемой определения угла скоса зубцов; на фиг„ 8 - то же., со схемой определения шириМы пазов; на фиг, 9 - график зависимости .выходного напряжения сигнальной обмотки от относительного угла поворота проверяемого магнитопровода и зубца измерительного магнитопровода. Устройство для определения геомет рических размеров зубцовой зоны маг|Нитопроводов статора и ротора элект рической машины содержит измерительный магнитопровод 1, устанавливаемый концентрично проверяемому магнитопроводу 2. Магнитопроводы 1 и 2 при контроле устанавливаются в узел 3 измерения .относительного углового расположения магнитопроводов, например, на оптическую делительную головку типа ОДГ-Ю (ГОСТ 9016-59). - Измерительньй магнитопровод 1 снабжен ,двумя парами зубцов 4 и 5, на каждой из которых расположены катушечные обмотки 6 и 7 возбужденияр запитываемые напряжениями воз, буждення 1% и Ug , и встречно соед1Р ненными сигнальными обмотками 8 и 9 Vt-.. и и, , подключаемыми к нуль-индикатору 10 через переключатель 11 .в положении 12 и 13. Измерительный магнитопровод 1 также снабжен дополнительным зубцом 14, на котором расположены катушечная обмотка 15 возбуждения, которая запитывается напряжением возбуждения и , и катушечная сигнальная обмотка 16, с которой снимается вы/ходное напряжение сигнальной обмотки 16 Uc. , подключаемо к нуль-индикатору 10 через переключатель 11 в положении 17. Обе пары зубцов 4 и-5 (фиг, 2 и 7) смещены одна относитель но другой и расположены параллельно оси 18-18, а зубцы обеих пар 4 и 5 смещены, и их оси 19-19 и 20-20 параллельны оси 18-18. При этом-ось 18-18 смещена, а оси 19-19 и 20-20 скошены относительно оси 21-21 вращения проверяемого магнитопровода 1 на угол, равный углу скоса зубцов (.d, (фиг. 2) проверяемого магнитопровода 1. Дополнительный зубец 14 (фиг. 2)} расположенньй на. измерительном магнитопроводе 1 с обмотками 15 возбуждения и сигнальной 16 (фиг. 4), имеет ширину (bj) меньше ширины контролируемого паза (bj,) 22 (см, фиг, 5 и 6), Ось дополнительного зубца 23-23 параллельна оси 24-24 контролируемого паза 22 (фиг, 5 и 6). При этом осевая длина зубца 14 (фиг, 5) выполнена меньше осевой длины пяза (l/f,) проверяемого магнитопровода 2 статора 25 (фиг. 5) и больше осевой длины паза проверяемого магнитопровода 2 ротора 26 (фиг. 6). Определение геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов 2 статора 25 и ротора 26 электрической машины производится следующим образом. При измерении угла скоса и несимметрии расположения проверяемого магнитопровода 2 на обмотки . возбуждения 6 и 7 пар зубцов 4 и 5 (фиг. 1 и 2) подается напряжение возбуждения переменного тока. Разворотом прюверяемого магнитопровода 2 статора 25 (фиг. 5 и 6) с помощью узла 3 измерения (см. фиг.6) добиваются минимального по величине напряжения на сигнальных обмотках 9 пары зубцов 5, подключаемых к индикатору 10 через переключатель 11 в положении 13 (фиг, 6), чему соответствует нулевое положение пары зубцов 5, показанное на фиг. 7 заштрихованными верхними ромбами. Это положение является отсчетньт, нулевым, положением шкалы узла 3 измерения. При равенстве вC,д. ск, (rfi.eick: i угол смещения пар зубцов ч и 5 измеряемого магнитопровода 1 (фиг. 7) величина напряжения сигнальных обмоток В (фиг. 3) пары зубцов 4 при S установке переключателя 11 в положе ние 12 также минимальна, чему соответствует нулевое положение пары зубцов 4, аналогичное расположению пары зубцов 5. На фиг. 7 изображен случай, когда с(,дц.,.,,у . В этом случае величина напряжения сигнальных обмоток 8 пары зубцов 4 не буде минимальной и, соответственно, поло жение пары зубцов 4 отличается от нулевого на угол оС. центральный угол между действительна нулевым положением второй пары зубца 4 и расчетньм. Тогда разворотом с помощ узла 3 измерения (см. фаг. 1) прове ряемого магнитопровода 2 на уголй1 (фиг. 7) добиваются нулевого положе ния пары зубцов 4. Далее до шкале узла 3 измерения определяется угол а( J, (,. Угол скоса зубцов проверяемог магнитопровода 2 статора 25 (фиг, 5 определяют, рассматривая подобные прямоугольные треугольники MNP и mnp (фиг. 7), которых можно записать соотношение . wn PN pri Учитывая, что сторона MN пропорциональна , а сторона SRaLcK P шп - -. ..... 5 PN 1; рп 160 соотношение (1) имеет вид utl. , Oi-r. .... и, соответственно, otg „р оС. ц (см. фиг. 7), где сСск.нл действи тельный центральный угол между нулевьм положением пар зубцов 4 и 5, ск,пр расчетный центральный уго между нулевыми положениями пар зуб цов 4 и 5. Тогда .np .«п .нп Следовательно, с учетом соотношени (2) и уравнения. (3) угол скоса зуб проверяемого магнитопровода 2 стйт ра 25 равен ск.нп А.КП) ..1 е-а Если d , то формула ( СИ.5 СК.«й имеет вид , ( fli ск.нп A.Hrtj 2 Таким образом, в общем виде dcK.i определяется с учетом формул (4) и (5) как (.нп- Д.нп) где соответствует случаю oi(..} , а - - случаю Лормула (6) В случае d имеет вид ск. 3.3 Таким образом, при определении cip J необходимо измерить сб.ип , который в пределе равен отклонению угла скоса контролируемого зубца и исчисляется единицами угловых минут. (В устройстве-прототипе необходимо определение угла скоса пазов путем поворота проверяемого магнитопровода на десятки угловых градусов, что определяет большую длительность времени контроля). Определение несимметрии расположения осей зубцов проверяемого магнитопровода целесообразно проводить с использованием предлагаемого устройства по следующей формуле -L tJiii l L I M,J. i -у-/4 1-1 ...(8l где с 5 - угол мезкду двумя соседними зубцами проверяемого магнитопровода 2; текущее значение угловой координаты контролируемой оси i-ro зубца проверяемого магнитопровода 2, измег ренной при нулевом положении верхней пары зубцов измерительного магнитопровода 1; текущее значение угловой координаты контролируемой оси предаиущего зубца от (i-l)-ro; i - номер контролируемого зубца проверяемого магнитопровода 2. Это позволяет повысить точность определения несимметрии расположения зубцов проверяемого магнитопровода 2, так как в этом случае контролируется максимальная длина оси зубца. Кроме того, пары зубцов измерительного магнитопровода 1 скошены на угол, равный углу скоса зубцов проверяемого магнитопровода 2, что обесп вчивает более точное определение оси контролируемого зубца в результате лс- ключения магн1(1тных потоков рассеяния, возникающих при контроле прямоугольными зубцами измерительного магнитопровода 1 скошенных зубцов . проверяемого магнитопровода 2, и приближение метода контроля к реаль ным электромагнитным процессам, про исходящим в электрической машине. При измерении угла скоса пазов и негимметрии расположения пазов проверяемого магнитопровода 2 с использованием предлагаемого устройства осуществляется параллельное измерение указанных геометрических размеров зубцовой зоны электрической машины, что существенно (в несколько раз) сокращает время контроля. Определение ширины пазов проверя емого магнитопровода 2 осуществляетс путем разворота измерительного магнитопровода 1 (или проверяемого магнитопровода 2), на котором расположен дополнительный зубец 14 с обмоткой 15 возбуждения и сигналь ной обмоткой 16, относительно прове ряемого магнитопровода 2 (см. фиг.9 На фиг. 9 изображен паз проверяемого магнитопровода:2 статора 25, отн сительно которого перемещается дополнительный зубец 14, При этом ось 24-24 паза магнитопровода 2 статора 25 всегда параллельна оси 23-23 доп нительного- зубца 14. Дополнительный зубец 14 поворотом измерительного магнитопровода 1, на котором он уст новлен, устанавливается на краю зубц магнитопровода 2 статора 25, как цоказано на фиг. 7, при подключении сигнальных обмоток 16 через переключатель 11, установленный в положение 17, к индикатору 10 (фиг. 1), и это положение (нулевое) является началом отснета, устанавливаемого по шкале узла 3 измерения. При подаче и на обмотки 15 (фиг. 1) с сигнальных обмоток 16 снимается выходное напряжение U , пропорциональное магнитному потоку, созданному обмоткой возбуждения 15 дополнительного зубца 14, проходящему как через площадь перекрытия зубцом 14 зубца магнитопровода 2 статора 25, так и через близлежащие плоскости поверхности магнитопровода 2 статора 25, ввиду наличия краевых эффектов и потоков рассеяния, которые незначительны по сравнению с основным магнитным потоком, проходящим через указанную площадь перекрытия. Величина и при нулевом положении является максимаотной (фиг. 9, график зависимости Up. ( ПР относительном перемещении зубца 4 и магнитопровода 2 статора 25 от нулевого положения к I положению (фиг. 9).происходит уменьшение Uc вследствие уменьшения площади перекрытия зубцом 14 зубца магнитопровода 2 статора 25. При дополнительном перемещении зубца 14 в положения II, III,IV (фиг.9) происходит уменьшение до минимума а, затем увеличение Uc . Угол п (фиг. 9) между двумя (начальным л и конечным Ь) минимальными величинами Uc, соответствующими начальному и конечному значениям нулевой площади перекрытия зубца 14 зубцов магнитопровода 2 статора 25, и определяет центральный угол кромок контролируемого паза относительно оси вращения и обоих магнитопроводов, Тогда угловая ширина контролируемого пазаоб определяется как (4мг,9) ot, - угловая ширина дополнительного зубца 14; tj - линейная ширина дополнительного зубца 14; Dj - диаметр измерительного магнитопровода 1 по дополнительному зубцу 14, а линейная ширина паза Ь магнитопроводоа 2 статора 25 определится как где D - наружный J внутренний) диаметр по зубцам И ройеряемого магнитопровода 2. Следовательно, при перемещении измерительного магнитопровода 1 с дополнительным зубцом 14, на котором расположены обмотка 15 возбуждения и сигнальная обмотка 16, относительно проверлемого магнитопровода 2 производится определение по двум минимальным значеииям выходного напряжения сигнальных обмоток угловых координат положений кромок проверямого паза и вычисляется по формуе (9) действительная линейная шиина паза,.

С целью приближения метода опредеения Ь к реальным электромагнитным , роцессам, происходящим в электричесой машине, и повьшения достоверности определения bu осевая длина зубца 14 (фиг. 5 и 6) выполнена меньшей осевой длины паза 22 при контроле |Q проверяемого магнитопровода 2 статора 25 и большей - при контроле проверяемого магнитопровода 2 ротора 26.

Ширина зубца 14 (фиг. 5, 6 и 9) выполняется меньшей ширины контролиру-jg емого паза 22, так как в противном случае невозможно определить координаты начальных значений нулевой площади перекрытия, т.е. координаты кромок проверяемого паза 22

Таким образом, расширение технологических возможностей, заключающееся в контроле ширины пазов 22 проверяемого магнитопровода 2, определяется тем, что измерительный магнитопровод

1предлагаемого устройства для измерения геометрических размеров зубцЬвой зоны ма1гнитопроводов 2 статора 25 и ротора 26 электрической машины снабжен дополнительным зубцом 14 с обмоткой 15 возбуждения и сигнальной обмоткой 16, ширина которого меньше ширины контролируемого паза 22, а осевая длина меньше осевой длины паза 22 проверяемого магнитопровода

2статора 25 и больше - проверяемого магнитопровода 2 ротора 26, а сокращение времени измерения геометрических размеров зубцовой зоны магнитопроводов 2 ротора 26 и статора 25 электрической машины, заключающееся ™ в проведении параллельных измерений угла скоса и неравномерности расположения зубцов и ширины пазов 22 проверяемого магнитопровода 3 и в сокращении времени контроля угла скоса пазов, определяется тем, что пары зубцов измерительного магнитопровода 1 смещены относительно одна другой, а зубцы скошены на угол, равный углу скоса зубцов (..з) проверяемого магнитопровода 2, который определяется как ..- - , , , (сц. нп А.НП /

где Ыск.кп - действительный центральный угол между нулевыми положениями пар зубцов;

«/{.нп центральньй угол между действительным нулевым положением второй пары зубцов и расчетным; - длина проверяемого и измерительного магнитопроводов;о( - полусумма длин зубцов

каждой пары,

причем дополнительный зубец 14 с обмоткой 15 возбуждения и сигнальной обмоткой 16 конструктивно выполнен на измерительном магнитопроводе 1 раздельно от двух пар зубцов 4 и 5, а сигнальная обмотка 16 дополнительного зубца 14 подключена к индикатору 10 через переключатель П.

Предлагаемое. устройство позволяет повысить точность измерения несимметрии расположения осей зубцов вследствие того, что производится определение на максимальной длине оси зубца проверяемого магнитопровода 2 обоими парами зубцов измерительного магнитопрвоода 1, в тс время как в устройстве-прототипе только одной парой, и исключаются дополнительные магнитные потоки рассеяния, возникающие при контроле прямоугольными зубцами измерительного магнитопровода t скошенных зубцов проверяемого магнитопровода 2 в результате смещения пар зубцов измерительного магнитопровода 1 относительно одна другой и скоса зубцов на угол, равный углу скоса зубцов ( .з) проверяемого магнитопровода 2,

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет повысить достоверност и объективность определения геометрических размеров зубдовой зоны магнитопроводов 2 ротора 26 и статора 25 электрической машины в результате приближен1 я методов контроля к реальным электромагнитным процессам, происходящем в электрической машине, что достигается применением для измерений геометрических размеров электромагнитных методов контроля и выполнением зубцов измерительного магнитопровода t, соответствующих по длине и ширине, например, зубцами магнитопровода 2 статора 25 при измерении геометрических размеров зубцовой зоны проверяемого магнитопровода 2 ротора 26, Применение предлагаемого устройства позволит автоматизировать конт роль геометрических размеров эубцовой зоны магнитопроводрв статора и ротора электрических машин, что решит задачу пооперационного при изготовлении электрических машин высокой точности. Предлагаемое устройство может быть, применено как при проведении научно-исследовательских работ, так и при серийном и массовом производст ве информационных электрических маши При этом время контроля сокращается в 3-5 раз, а точность возрастает в 12 раза п9 сравнению с прототипом. Кроме того, с помощью предлагаемого устройства, в связи с его высокой точностью и быстродействием, осуществляется анализ источников погрешности при выполнении геометрических размеров зубцовой зоны с целью их уменьшения и исключения. Это приведет к дальнейшему увеличению точности вращающихся трансформаторов, фазовра1ца телей, датчиков передачи и преобразования угла и т.п., что в свою очередь скажется на увеличении точности счетно-решающих и автоматических приборов.

Фиг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ МАГНИТОПРОВОДОВ СТАТОРА И РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащее измерительный магнитопровод, установленный, концентрично проверяемому и снабженный двумя аксиально расположенными парами зубцов с обмотками возбуждения и сигнальными обмотками. переключатель, узел измерения относительного углового расположения измерительного и проверяемого магнитопроводов и индикатор, включенный в цепь сигнальных обмоток через переключатель, отличающееся тем, что, с целью расширения возможностей его использования и сокращения времени измерения, измерительный магнитопровод снабжен дополнительным зубцом с обмоткой возбуждения и сигнальной обмоткой, при этом пары зубцов измерительного магнитопровода смещены относительно одна другой, а зубцы скошены на угол, равный углу скоса зубцов проверяемого магнито провода, причем дополнительный зубец .смещен вдоль расточки измерительного магнитопровода относительно двух пар .зубцов, а его сигнальная обмотка подключена к индикатору через переключатель.

ч

Uc

X/

/в 4,0/Э I

иЬгUc2

Фиг 3

Uв фие.

J,

/426

фиг. 5

Фие б

Фиг.7

М

ОС

/7