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

Изобре.теяие относится к области испытания асинхронных двигателей, в частности определения неравномерности воздушного зазора косвенным путем, и может быть использовано для диагностирования состояния по,диипни ков асинхронных двигателей в процессе эксплуатации, так как при износе подшипников всегда появляется неравномерность воздушного зазора (радиальный зазор является основным диагностическим параметром для подшипников, характеризующим их техническое состояние).

Цель изобретения - повышение чувствительности способа контроля неравномерности воздушного зазора, 1

На фиг. 1 показана электрическая

схема реализации пре;тлагаемого способа для трехфазного асинхронного двигателя с соединением статорных обмоток в звезду с нейтральным проводом (трехфазное симметричное напряжение питания подключено к двум любым фазам двигателя и нейтральном проводу, постоянное напряжение - к третьей незадействованной фазе дви- гатепя и нейтральному проводу); на фиг. 2 и 3 - электрические схемы реализации предлагаемого способа при подключении к однофазной tern (на фиг. 2 статорные обмотки соединены в звезду, на фиг. 3 - в открытый трехугольник; постоянное напряжение подключено к незадействованной фазе двигателя)j на фиг„ 4 - электрическая схема реапизадин предлагаемого способа для трехфазны асинхронных двигателей с соединение статорных обмоток в открытый треугольник при питании от трехфазного источника питания; па фиг, 5 -- тран форматорно-выпрямительный блок для обеспечения автономности питания устройства (.исключения источника постоянного тока).

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем

Напряжение трогания двигателя тем выше, чем больше механический момент сопротивления двигателя, обусловленный силами трения в двигателе. Момент .трения М KN (где К коэффитдиент трения качения N - сила нормального давления в подшипниках, определяемая действием силы одностороннего магнитного притяжения и весом ротора)в Сила односто

5

0

5

0

5

0

S

0

5

роннего маг нитного притяжения, увеличивая давление на опоры (подшипники) , увеличивает механический момент сопротивления двигателя (тормозной момент).

При неравномерном воздушном зазоре минимальное напряжение питания асинхронного двигателя, при котором двигатель достигает полной частоты вращения, больше, чем при равномер- ном, С возрастанием степени неравномерности воздушного зазора увеличивается и напряжение трогания.

Однако напряжение питания, необходимое для трогания ротора двигателя, достаточно мало ,02 U, (где U| - номинальное напряжение) , При сально пониженном подводимом напряжении будет небольшим и значение магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя, а поэтому будет незначительной сила одностороннего магнитного притяжения.

Сила одностороннего магнитного притяжения Р для машин переменного тока определяется следующей формулой;

Р, 0,5 lo lTDa 1 а (5/0,5)4. X EdB/dH,(1)

L - относительный эксцентриситет;

магнитная индукция в воздушном зазоре;

внутренний диаметр и длина пакета ротора, коэффициент Картера, напряженность магнитного поля.

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 надеж {ым информативным параметром, по которому можно судить о степени неравномерности воздушного зазора двигателя. Установлено, что при значениях эксцентриситета, не пре- вьш1ающих 0,2, она почти линейно зависит от эксцентриситета ротора. Да- .ке при незначительном эксцентриситете ротора можно получить сущест- венное увеличение момента сопротивления двигателя в результате увеличения магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя, от которой, как

где

В Da ta Кз - Н

видно из формулы (1), зависит сила одностороннего магнитного притяже-i ния.

При осуществлении контроля степени неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя согласно предлагаемому способу магнитное поле в двигателе возбуждается постоянным током. Весь ток при этом является намагничивающим, так как ротор до начала трогания неподвижен поэтому ЭДС в его обмотке не индуктируется и размагничивающего действия со стороны обмотки ротора не возникает. Для возбуждения требуемо го магнитного поля одну из фаз обмоки статора подключают к источнику постоянного тока.

Для доведения двигателя до трогания используются две другие фазы оЪмо ки статора, дпя чего их подключают к источнику трехфазного переменного тока так, чтобы приложенные к ним напряжения были сдвинуты по фазе друг относительно друга, что является необходимым условием для создания начального вращающего момента. При раЪоте от однофазного источника энергии такой сдвиг по фазе достигается например, включением последовательно с одной из фаз обмотки статора конденсатора. Напряжение-источника переменного тока при этом может быть минимальным, так как значение магнитной индукции в воздушном зазоре дви- гателя, необходимое дЛя достижения наибольшей чувствительности способа контроля, создается постоянным током Так как ротор двигателя непосредственно до начала т.рогания неподвижен, то тормозной момент при подключении асинхронного двигателя к источнику постоянного тока не возникает, т.е. динамическое торможение отсутствует.

Для доведения двигателя до ния либо плавно увеличивается напряжение, подводимое от источника пере-; менного тока, либо уменьшается сопротивление, включаемое в разрыв одно- го из линейных проводов, соединяющих обмотку статора с источником переменного тока. Включение в разрыв одного из проводов, подводяшдх электрическое питание к статорным обмоткам, достаточно большого сопротивления почти эквивалентно обрьшу этого провода. Известно, что трехфазный асинхронный двигатель при отключении одной из

5 250998 фаз

10

20

30

jj

0 5

0

начальный момент не развивает вследствие равенства токов и магнитных потоков прямой и обратной последовательности фаз. При этом двигатель не может тронуться с места даже при малом тормозном моменте на его валу и достаточно большом подводимом напряжении. До трогания двигатель можно довести путем уменьшения этого сопротивления. При этом вращающий момент двигателя увеличивается и, когда он возрастет до значения, достаточного для преодоления механического момента сопротивления -двигателя начинается трогание ротора с места,

При контроле магнитного поля в воздушном зазоре асинхронного двигателя постоянным током и осуществлении его трогання путем подключения на значительно пониженное напряжение переменного тока исключается возможный недопустимый перегрев двигателя .за время контроля.

Режим, при котором к обмоткам статора асинхронного короткозамкнутого двигателя подводится напряжение, а ротор его неподвижен, является для ;двигателя коротким замыканием. С него всегда начинается пуск двигателя, а начальный ток при пуске двигателя является для него током короткого замыкания. При номинальном подведенном напряжении начальный (пусковой) ток асинхронных коротко- замкнутых двигателей может в 5-7 и более раз превьш ать номинальный ток. Б то же время намагничивающая составляющая в токе статора I , значительно меньше номинального значения тока. Для асинхронных машин при номинальном подведенном напряжении она составляет (0,25-0,6) l, , (где 1„ - номинальный ток статора). Осп

новная часть магнитодвижущей силы - . обмотки статора идет на компенсацию размагничивающего действия магнито- . движущей силы, создаваемой током в обмотке ротора 1.

При больших кратностях тока потери энергии на активных сопротивлениях обмоток статора и ротора приводят к интенсивному нагреву двигателя. Из-за кратковременности пус ка нагрев обычно не превьш1ает до- пустимого, но оставлять двигатель продолжительное время под повьщ1ен- ным переменным напряжением и при не

подвижном роторе нельзя во избежание чрезмерного нагревания и повреждения изоляции обмоток. При пониженном напряжении такой перегрев исключается и время контроля не ограничивается что с оздает более удобные условия для осуществления контроля.

О неравномерности воздушного зазора двигателя судят по относительным изменениям информативных электрических параметров в момент трога- ния при возбз денин в этом зазоре магнитного поля постоянным током и при его отсутствии. В качестве таких параметров служат необходимые для начала трогания значения подводимого к обмотке статора напряжения переменного тока, сопротивления, включае мого в разрыв одного из указанных вьппе линейных проводов, или изменяющиеся при изменении этих величин другие электрические величины, например , ток.

Оценка степени нерав 1омёрности воздушного зазора согласно предлагаемому способу производится путем сравнения данных, которые получены :з процессе контроля, т.е. при одних и тех же подшипниках и когда Количество смазки, ее физико-химическое состояние, степень загрязнения и ряд других факторов, от которых также за зисит момент сопротивления двигателя .не успевают измениться в связи с относительно небольшой продолжительностью процесса контроля и поэтому не вносят дополнительной погрешности. I Это Существенно повышает достовер- , ность получаемых результатов контроля. Сравниваются данные, которые получены при наличии возбуждения и его

отключения, когда составляющая в моменте сопротивления М ,обусловлен- ная силой одностороннего магнитного притяжения и поэтому непосредственно связанная со степенью неравномерности воздушного зазора двигателя, становится незначительной.

Для осуществления функций контроля основное магнитное поле в воздушном зазоре асинхронного двигателя воздуждается постоянным током и одновременно двигатель доводится до трогания путем питания его переменным током при значительно пониженном , напряжении, ( 15-20 В при и„

0

5

0 5

0

5

0

5

0

5

200 в). При этом одна из фаз обмотки статора подключается к источнику :постоянного тока, а две другие - к источнику трехфазного или однофазного переменного тока так, чтобы приложенные к ним напряжения были сдвинуты по фазе друг относительно друга.

Неравномерность воздушного зазора двигателя определяется по степени отличия значения информативных электрических параметров в момент трогания в случае доведения двигателя до трогания при наличии возбуждения постоянным током и когда это возбуждение отключено. Во всех случаях проводимое напряжение переменного тока должно быть таким, чтобы ток в обмотках двигателя не превышал номинального значения, т.е. менее (0,2-0,3)U. Постоянный ток при контроле для исключения перегрева двигателя .за время контроля нецелесообразно увеличивать более чем (1,1-1,25) и„.

Проводились проверки изменения неравномерности воздушного зазора авиационного асинхронного двигателя МГТ-750К2. Технология контроля неравномерности воздушного зазора асинх- ронньсх двигателей заключалась в про- ведении поочередно двух операций. Трехфазный источник переменного напряжения номинальной частоты подвели к двум выводам фазной обмотки и нейтральному проводу, причем величину подводимого напряжения увеличивали от нуля до напряжения трогання с помощью трансформатора напряжения. Затем двигатель включили по схеме, показанной на фиг. 1, и увели- чили величину переменного трезфазно- го напряжения до U/p . О степени не- равномерности воздушного зазора сут дили по степени отличия напряжения трогания или токов в фазах при про- ведении этих двух операций.

В соответствии с формулой (1) сила одностороннего магнитного притяжения при одном и том же эксцентриситете зависит от квадрата индукции в воздушном зазоре двигателя - (квадрата напряжения).. В такой же степени зависит от напряжения и приращение момента сопротивления М . При трогании вращающий момент двигателя Mg равен моменту сопротивления М .

. 71

Чувствительность способа опреде- л Ietcя производной

g -

лм лТ

Поэтому она при данном приращении эксцентриситета возрастает в такой же степени, как и приращение момента сопротивления М. Повышение чувствительности предлагаемого способа позволило судить о реальном эксцентриситете ротора даже при незначительном его изменении в процессе эксплуатации ( е 5-10%), что особенно важно для авиационных . асинхронных двигателей, которые имеют небольшой воздушный зазор.

Использование предлагаемого способа контроля неравномерности воздушного зазора асинхронных двигателей не требует внесения каких-либо изменений в сушествующую конструкцию двигателя и осуществляется без демонтажа двигателя с объекта установки. Возможность исключения регулятора с плавным регулированием подводимого ко всем фазам двигателя напряжения позволяет упростить и снизить стоимость устройства при реализации способа. Это достигается доведением двигателя до трогания путем уменьшения регулируемого сопротивления, включенного в разрыв одного из проводов, подводящих электрическое переменное напряжение питани к статорным обмоткам.

Применение способа улучшает условия для перевода технического обслуживания и ремонта асинхронных двигателей на более прогрессивную технологию - на обслуживание по состоя 1-шю, а также дает возможность осу-

9988

ществлять прогнозирование вероятности отказа двигателей, связанного с износом подшипников, приводя цего к появлению эксцентриситета ротора,

Формула изобретения

Способ контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя с трехфазной обмоткой на статоре, заключающийся в подключении двигателя на многофазное напряжение, создании дополнительной несимметрии магнитного поля в воздушном зазоре

щя увеличения сил одностороннего тя- же1Шя, плавном увеличении электромагнитного момента путем изменения переменного .напряжения на обмотке статора и изменении в момент трогания ротора с места параметров двигателя, зависимых от неравномерности зазора, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности способа контроля, дополнительную несимметрию магнитного поли в воздушном зазоре создают путем подключения одной из фаз двигателя на постоянное напряжение, а переменное напряжение подключают к двум

другим фазам двигателя, при этом измеряют параметры - ток и напряжение переменного тока, , характеризующие неравномерность воздушного зазора при отключенном и включенном постоян- ном напряжении, а о неравномерности воздушного зазора судят по относительным изменениям электрических информативных параметров в момент трогания при отключенном и включенном постоянном напряжении, причем зависимость указанных параметров от эксцентриситета устанавливают заранее.

Фиг

//v

-Xi.

ФигЗ

фиг А

Редактор ЛИчелинская

(pus. 5

Составитель В.Никаноров

Техред В.Кадар Корректор Л.Пилипенко,

Заказ 4406/42

Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к области испытания асинхронных двигателей. Целью изобретения является повышение чувствительности. Способ заключается в подключении двигателя на многофазное напряжение, создании дополнительной несимметрии магнитного поля в воздушном зазоре, в плавном увеличении электромагнитного момента путем изменения переменного напряжения на обмотке статора и в изменении 9 момент трогания ротора параметров двигателя, зависимых от неравномерности зазора. Дополнительно в способе несимметрию магнитного поля в зазоре создают, путем подключения одной из фаз двигателя на постоянное напряжение,а переменное напряжение подключают к двум другим фазам двигателя при отключенном и включенном постоянном напряжении, а о неравномерности воздушного зазора судят по относительным изменениям электрических информативных параметров в момент трогания ротора при отключенном и включенном постоянном напряжении, причем зависимость указанных параметром от эксцентриситета устанавливают заранее, 5 ил. i (Л С ГС СП о ;о со 00