Способ контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя Советский патент 1986 года по МПК G01R31/34 

п

Изобретение относится к области. испытания асинхронных дви1-ателей и служит для контроля неравномерности воздушного зазора асинхронных дв иг а т елей.

Цель изобретения - повьпиение чувствительности и точности контроля путем создания дополнительного момента торможения от электромагнитных сил одностороннего притяжения ,

Неравномерность воздушного зазор асинхронного двигателя возникает в процессе эксплуатации вследствие износа подшипников и увеличения в связи с этим их радиального зазора, причем радиальный зазор в подшипниках является основным параметром, хара ктеризующим их техническое состояние ,

В процессе эксплуатации электроприводов, от которых требуется повышенная надежность, и при малых воздушных зазорах необходимо регулярно контролировать степень неравномерности воздушного зазора двигателя, так как чрезмерный износ подти НИКОВ приводит к эксцентричному положению ротора в расточке статора и росту силы односторон- , него магнитного притяжения, которая снижает долговечность подшипников. С увеличением силы одностороннего магнитного притяжения еще больше увеличивается эксцентриситет, В результате возникают значительные дополнительные нагрузки на опоры, что может привести к задеванию ротора о статор с последущей аварией электродвигателя. Поэтму разработка и совершенствование способов контроля степени неравномерности воздушного зазора двигателя, позволяющих определять эксцентриситет ротора в процессе эксплуатации двигателя без его демонтажа и без внесения каких-либо изменений н его конструкцию, повышение чувствительности способов контроля представляет важную задачу.

Момент сопротивления в подшипниках можно представить состоящим из двух частей: момента сопротивления, не зависящего от радиального зазора в подшипнике, и момента сопротивле15

20

25

034442

НИИ, являющегося функцией радиального зазора .

Момент трения включенного двигателя зависит от степени неравномернос- 5 ти его воздушного зазора. От момента трения (момента сопротивления) зависит время торможения выбега) двигателя при его остановке: М KN,

где К - коэффициент трения качения; N - сила нормального давления в подшипниках, определяемая действием силы одностороннего магнитного притяжения и весом ротора.

Сила одностороннего магнитного притяжения, увеличивая давление на опоры (подшипники), увеличивает механический момент сопротивления двигателя (тормозной момент).

Сила одностороннего магнитного - притяжения в двигателе возникает только с появлением неравномерности воздушного зазора ( эксцентриситета) и является функцией эксцентриситета ротора. Следовательно, сила одностороннего магнитного притяжения является надежным информативным парамет- . ром, по которому можно судить о степе- ни неравномерности воздушного зазора двигателя. Установлено, что она при значениях эксцентриситета, не превышающих 0,2, почти линейно зависит от эксцентриситета ротора.

35 Даже при незначительном эксцентриситете ротора можно получить существенное увеличение момента сопротивления двигателя за счет увеличения магнитной индукции в воздуш- ном зазоре двигателя, от которой сила одностороннего магнитного притяжения РО зависит в квадрате.

Увеличение силы РО с ростом индукции в воздушном зазоре происходит до определенного предела, после которого начинается ее уменьшение, что объясняется насыщением магнитной системы машины. Как показьшают расчеты, сила РО для авиационных ма- 50 шин переменного тока достигает максимума при индукциях в воздушном зазоре, близких к 0,7 Тл.

На чертеже схематически показано устройство для реализации пред- 55 лагаемого способа.

Схема содержит испытуемый двигатель 1, датчик 2 частоты вращения ротора,, преобразователь 3 частоты,

10

15

20

31203444

синхронизированный от дачика частоты вращения.

При наличии эксцентриситета и торможения двигателя, когда через его воздушный зазор.проходит магнитный - поток, механический момент сопротивления двигателя будет иным, чем при отсутствии магнитного поля в воздушном зазоре двигателя.

Механический момент сопротивления двигателя при прочих равных условиях возрастает с увеличением эксцентриситета ротора вследствие увеличения силы одностороннего магнитного притяжения.

Чем выпе индукция магнитного поля (до определенного предела), тем большим приращение момента сопротивления при одном и том же изменении эксцентриситета. С увеличением механического момента сопротивления двигателя уменьшается время торможения ротора. Следовательно, по изменению времени торможения двигателя при наличии магнитного поля в воздушном зазоре двигателя, когда оно не вы- звшает образования электромагнитного момента на его валу, и при отсутствии этого магнитного поля можно рудить о величине эксцентриситета ротора (неравномерности воздушного зазора ).

В асинхронных двигателях с фазным ротором такой способ контроля ожно реализовать путем сопоставления в ремени торможения ротора включенного двигателя, но при размыкании обмотки ротора и времени торможения при отключении двигателя от сети. При размыкании обмотки ротора электромагнитный момент на валу двигателя отсутствует.

25

30

35

40

ма дв ся от эт го ро не ве

гд

Дл дв чт ша та

со ты с ра дв от то на за ви та ус дл га

об

се но От ря до те но ны пр ис ем об

У синхронных двигателей с корот- козамкнутьпч ротором обмотка ротора на период торможения не может быть разомкнута. Поэтому, когда, силовые линии магнитного поля пересекают короткозамкнутую обмотку ротора, по ней протекает ток и в результате образуется электромагнитный момент на валу двигателя, влияющий, на процесс вращения ротора, причем это влияние может быть очень сильным. Однако, если при повторном разгоне двигателя переключить его на источник питания, частота которого будет меняться пропорционально частоте вращения ротора, то в этом случае

магнитное поле в воздушном зазоре двигателя при его торможении вращается синхронно с ротором и поэтому относительно него неподвижно. При этом ЭДС в обмотке короткозамкнуто- го ротора не индуктируется и электромагнитный момент на вапу двигателя не возникает. Частота на вьпсоде инвертора при этом равна

IVP

60

где

гизменяющаяся на выбеге частота вращения ротора; р - число пар полюсов двигателя.

0

5

0

0

5

0

5

Для сохранения магнитного потока в двигателе неизменным необходимо, чтобы и напряжение при этом уменьшалось пропорционально частоте питания .

Для реализации этого варианта способа используют преобразователь частоты, датчик частоты которого связан с валом двигателя. Об изменении неравномерности воздушного зазора двигателя эксцентриситета) судят по относительному изменению времени торможения двигателя или выбега при наличии магнитного поля в воздушном зазоре двигателя и при его отсутствии. Зависимость их от эксцентриситета ротора в относительных единицах устанавливают заранее опытным путем для каждого типа контролируемых двигателей.

Способ осуществляют следующим образом.

Подключают двигатель к трехфазной сети. Ротор разгоняется до номинальной частоты вращения на холостом ходу-. Отключают двигатель от сети и измеряют время его останова. Производят . дополнительный запуск двигателя путем включения его на ту же сеть до номинальной частоты вращения. Повторный выбег двигателя осуществляют при его включении на многофазный источник питания с тем же направлением следования фаз и при обесточенной обмотке -ротора.

Для асинхронного двигателя с фазным ротором повторный выбег осуществляют при его включении на сеть : и при отключении фазной обмотки ротора.

Для асинхронного двигателя с ко- роткозамкнутой обмоткой для исключения протекания тока в обмотке ротора при повторном выбеге двигатель подключают к источнику питания с переменной частотой питания и напряжением, при этом частота питания пропорциональна частоте вращения ро- тора, а напряжение питания - частоте питания.

Особенностью способа является то, что оценка степени неравномерности воздушного зазора производится путем сравнения данных, которые получены в процессе контроля, т.е. при одних и тех же подшипниках, когда количество смазки и ее физи1 о-хими- ческое состояние, степень загрязнения и ряд других факторов, от которых также зависит момент сопротивления двигателя, не успевают измениться в связи с относительно небольшой продолжительностью процесса контроля, и поэтому не вносят допсгани- тельной погрешности. Это существенно повышает достоверность получаемых результатов контроля. Сравниваются данные, которые получены при наличии асинхронно вращающегося с ротором магнитного поля в воздушном за. эоре двигателя и при его отключении, когда состаЕляющая в моменте сопротивления, обусловленная силой одностороннего магнитного притяжения и поэтому непосредственно связанная со степенью неравномерности воздушного зазора двигателя, становится незначительной.

Оценка степени изменения воздушного зазора асинхронного двигателя с целью проверки способа осуществлена для асинхронного двигателя с фазным ротором мощностью 2,8 кВт. Для этого двигатель комплектуют подшипниками поочередно с малым и увеличенным радиальными зазорами. Величина радиального зазора подшипников измеряется на специальной установке . Технология контроля неравномерности воздушного зазора заключается в проведении двух операций. Двигатель, включенный на переменное напряжение промьпштенной частоты 50 Гц и доведенный до скорости вращения холостого хода, переводится в режим самостоятельного торможения поочередно путем отключения напряжения питания и путем размыкания фазной обмотки ротора. Время торможения замеряется с помощью механического секундомера (точность измерения 0,1 с ).

Экстерименты показьшают повьшге- ние чувствительности способа в пять раз .

Определение изменения неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя с короткозамкнутьм

O ротором осуществляется по такой же методике, но по схеме,изображенной , на чертеже.

Асинхронный двигатель 1 питается переменным напряжением от преоб5 разователя 3 частот, построенного на базе электромагнитного преобразователя, или статического преобразователя. Датчиком 2 частоты преобразователя 3 является тахогенератор, меQ ханически связанный с ротором двигателя 1. По мере торможения асинхронного двигателя частота на выходе преобразователя изменяется от -Г 400 Гц до f 0.

5 Предлагаемый способ позволяет

осуществлять контроль неравномерности воздушного зазора асинхронных корот- .козамкнутых двигателей в процессе их эксплуатации без разборки и демонQ тажа двигателя с объекта установки и при этом повысить чувствительность и точность контроля..

Повышение чувствительности контроля достигается за счет влияния магнит ного поля на ту часть механического момента сопротивления двигателя, которая непосредственно зависит от неравномерности его воздушного зазора.

Q Для силы одностороннего магнитного притяжения эта сила при одном и том же эксцентриситете зависит от квадрата индукции в воздушном зазоре двигателя (квадрата напряжения).

2 В такой же степени зависит от индукции приращение момента сопротивления.

Чувствительность способа по моменту механического сопротивления на валу двигателя определяется производной.

Поэтому она при данном приращении эксцентриситета возрастает в такой же степени, как и приращение момента сопротивления. Повьш1ение чувствительности предлагаемого способа позволяет судить о реальном эксцентриситете ротора даже при незначительном его изменении в

7

процессе эксплуатации С5-10%), что особенно важно для авиационных асинхронных двигателей, которые имеют небольшой воздушный зазор. Так, для самолетлых асинхронных двигателей мощностью от нескольких ватт до 5 кВт этот зазор равен всего о 0,2-0,3 мм и это одновременно при значительно более высокой частоте вращения.

Применение способа улучшает ловия для перевода технического обслуживания и ремонта асинхронных двигателей на более прогрессивную технологию - на обслуживание по состоянию, а также дает возможность осуществлять прогнозирование вероятности отказа двигателей, связанного с износом подшипников, приводящего к появлению эксцентриситета ротора.

Формула изобретения

1.Способ контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного двига- теля с обмоткой на роторе, заключающийся в подключении его к сети, разгоне на холостом ходу до номинальной частоты вращения, отключении .двигателя от сети и измерении времени останова двигателя, отличающийся тем, что, с целью

Составитель В.Никаноров Редактор Н.Тупица Техред Т.Дубинчак Корректор В.Бутяга

Заказ 8411/48 Тираж 747Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,,.д, 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул. Проектная.

034448

пов;-)И1;аг1ИЛ чувс гвитс.льнос7 и и точности контроля путем создания дополнительного момента торможения от электромагнитных сил одностороннего при5 тяжения, дополнительно разгоняют ротор до номинальной частоты вращения, а его повторньй выбег осуществляют при подключении его статорной обмотхи к многофазному источ10 нику питания с тем же порядком следования фаз, что и у сети,, и при токе в роторе, равном нулю, измеряют при это время останова, а об изменении неравномерности воз15 душ}1ого зазора судят по относительному изменен1-тю времен останова при

наличии и отсутствии поля в ВОЗДУ1УНОМ

зазоре по заранее снятой тарироночной коивой.

2,Способ по п,1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем. что при повторном выбеге обмотку ротора размыкают, а качестве многофазного источника ис- польз тот сеть,

3 , Способ по п, . о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что в качестве многофазного источника питания используют управляемый источник питания,. амплитуду и частоту напряжения которого лт теньшают пропорционально частоте вращения ротора на выбеге.

Изобретение позволяет повысить чувствительность и точность контроля. Способ включает в себя дополнительный разгон ротора до номинальной частоты вращения, пов- торньй выбег осуществляют при подключении статорной обмотки к многофазному источнику питания с тем же порядком следования фаз, что и у сети. При токе ротора, равном нулю, измеряют время останова, а об изменении неравномерности воздушного зазора судят по относительному изменению времени останова при наличии и отсутствии поля в зазоре по заранее снятой кривой. 2 З.П., ф - лы 1 ил. (Л