Способ контроля неравномерности воздушного зазора электрической машины Советский патент 1987 года по МПК G01R31/34 

J

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно jc методам контроля их технического состояния, ;И может быть иснользовано при определении неравномерности воздушного зазора и зазоров в подшипниках электрических машин постоянного тока, имеющих компенсационные oбмoтJ и.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

На фиг, 1 показана четырехполюс- нал компенсированная машина постоянного тока, поперечный разрез; на фиг. 2 и 3 - ром; на фиг.

13

то же, с овальным рото- 4 и 5 - то же, с несим-

метричной расточкой статора.

Компенсированная машина постоянного тока ,(фиг, 1) состоит из ротора 1 с геометрическим центром в точке О., , статора 2 с геометрическим центром в точке 0. На статоре 2 размещены основные 3 и дополнительные 4 полюса, Ветви 5 компенсационных обмоток, тлеющие начала Н и концы К, соединены последовательно с обмотками дополнительных полюсов 4 и уложены в пазах 6 на обращенных к воздушному зазору поверхностях наконечников основных полюсов 3, На сердечниках ос40

иовньЕС полюсов 3 располагаются катуш- 30 ми полюсами 3 и ротором 1 в верхней ки обмотки 7 возбуж,дения. Последова- части расточку уменьшается от некото- тельно с ветвью 5 компенсационной рого начального знач.ения до ко-, обмотки, расположенной в нижней час- нечного значения , при котором ро- ти расточки статора, включены источник 8 переменного тока, конденсатор 9 перемепной емкости и амперметр 10.

Перед началом контроля, как и в известном способе, статор 2 собранной машины устанавливают на поворотном столе (не показан) так, что одна из ветвей 5 компенсационной обмотки располагается в верхней части окружности расточки статора 2 и симметрично относительно вертикальной плоскости, (фиг. 1, утолщенная линия),

Оси симметрии ветвей 5 компенсационной обмотки совпадают с осями основных 3 и поэтому легко обнаруяшваются с внешней стороны статора 2 линией расположения винтов, крепящих основные полюса 3 к корпусу машины,

К верхней ветви 5 компенсационной обмотки подключают источник постоянного тока (не показан) и пропускают по ней ток. К нижней ветви 5 компеш сационной обмотки через конденсатор 9 переменной емкости подключают источник 8 переменного тока, причем.

.к

тор 1 оказывается полностью притя нутым к полюсам 3, а суммарный зазор в подшипниках g - полностью выбранным .

Одновременно зазор между основными полюсами 3 и ротором 1 в ншкней части расточки статора 2 увеличивается до значения cf благодаря чему .уменьшается индуктивность нижней ветви 5 и происходит расстройка резонансного контура, состоящего из

45 конденсатора 9 и индуктивности нижней ветви 5 компенсационной обмотки, что отмечено, уменьшением показаний амперметра 10.

Если уменьшать ток в верхней

50 ветви 5, то при некотором значении тока, равном току отпускания, сила магнитного притяжения F«- сравняется с весом ротора 1 и он опускается вниз. При этом воздушный зазор в

55 верхней части расточки увеличивается, что способствует еще большему уменьшению силы. В результате этого ротор 1 занимает нижнее положение, а в нижней ветви 5 компенсационной

1308958

s

изменяя емкость конденсатора 9, добиваются при крайнем нижнем положении ротора 1 равенство емкостного сонротивления конденсатора 9 индуктивному сопротивлению нижней ветви 5, (резонанс) чему соответствует мак- сиг-шльные показания амперметра 10, Магнитный поток Ф , созданный током I верхней ветви 5 компенсационпой обмотки, сцепляется с ротором 1 в основном в верхней части расточки. Этот поток вызьшает силы магнитного притяжения, равнодействующая которых F (фиг. 1) при указанной ориентации верхней ветви 5 компенсационной обмотки направлена вертикально вверх. При плавном и медленном увеличении тока в верхней ветви 5 до значения тока трогания сила сравнивается

0 с весом G (фиг, 1) ротора 1, Ввиду этого последний начинает перемеш.ать- ся вверх и выбирается суммарный радиальный зазор cTg (фиг. 1) в под- 1Ш1пниках, Суммарньш радиальный зазор

5 в подшипниках состоит из зазора, между телами качения и кольцами и зазора в посадочных местах внешних колец.

По мере притяжения ротора 1 к статору 2 ВОЗДУ1Ш1ЫЙ зазор между основны40

30 ми полюсами 3 и ротором 1 в верхней части расточку уменьшается от некото- рого начального знач.ения до ко-, нечного значения , при котором ро-

.к

тор 1 оказывается полностью притя нутым к полюсам 3, а суммарный зазор в подшипниках g - полностью выбранным .

Одновременно зазор между основными полюсами 3 и ротором 1 в ншкней части расточки статора 2 увеличивается до значения cf благодаря чему .уменьшается индуктивность нижней ветви 5 и происходит расстройка резонансного контура, состоящего из

45 конденсатора 9 и индуктивности нижней ветви 5 компенсационной обмотки, что отмечено, уменьшением показаний амперметра 10.

Если уменьшать ток в верхней

50 ветви 5, то при некотором значении тока, равном току отпускания, сила магнитного притяжения F«- сравняется с весом ротора 1 и он опускается вниз. При этом воздушный зазор в

55 верхней части расточки увеличивается, что способствует еще большему уменьшению силы. В результате этого ротор 1 занимает нижнее положение, а в нижней ветви 5 компенсационной

обмотки вновь устанавливается резонанс, соответствуют максимальные показания амперметра 10.

Таким образом, амперметр 10 обеспечивает индикацию моментов притяжения и отпускания ротора 1, т.е. фиксацию значений токов трогания и отпускания ротора 1.

Процесс притяжения и отпускания ротора 1 аналогичен процессу срабатывания и отпускания электромагнита постоянного тока.

в пренебрежении насьщением магнитной цепи ток трогания I и ток отпусканияформулам

-от

могут быть найдены по J5

J-T

(I)

де и W G

0

S

соответственно начальный и конечньш зазоры в верхней части расточки j

число витков в верхней ветви 5 компенсационной обмотки , вес ротора 1j магнитная проницаемость

возд5гха;

площадь верхней части поверхности ротора 1, на которой действуют силы магнитного притяжения .

Отношение тока отпускания к току рогания по аналогии с электромагниами вызывают коэффициентом возврата отора К

6

от IT

к

т„

л

- -/- 02) н

Из формулы (2) следует, что чем больше суммарный радиальный зазор в подшипниках, тем меньше коэффициент возврата ротора 1.

Ротор 1 машины в результате возможных технологических погрешностей может иметь не строго круглую поверхность (фиг. 2 и 3). Поэтому измерение коэфициента возврата ротора Kg при каком-либо одном фиксированном положении ротора 1 (фиг. 3) еще не дает возможности судить о суммарном радиальном зазоре (е в подшипниках.

Так, например, при одном и том же суммарном радиальном зазоре ifg в. подшипниках значение коэффициента возврата ротора Kg при измерении его, когда ротор находится в положении.

показанном на фиг. 2, меньше чем значение коэффициента возврата ротора, измеренное при положении ротора, соответствующем фиг. 3.

Это объясняется тем, что началь- ньй зазор , между ротором 1 и верхними полюсами 3 при фиксации ротора 1 в соответствующем положении меньше, чем начальный зазор при повороте ротора 1, например, на 30 (фиг. 3), хотя суммарный радиальный зазор (fg в подшипниках одинаков.

Поэтому за величину, характеризующую суммарный радиальный зазор в подшипниках, целесообразно принять среднеарифметическое значение коэффициента возврата ротора 1 за один полный его оборот. При этом результат тем точнее, чем больше количество измерений коэффициента возврата выполнено за один оборот ротора 1.

Для практики достаточно вьшолнить 12 таких измерений, т.е. при каждом повороте ротора 1 на угол 30°.

Статоры 2 и роторы 1 однотипных машин взаимно заменяемы. Поэтому в соответствии с предлагаемым способом о суммарном радиальном зазоре в подшипниках контролируемой машины судят по среднеарифметическому значению коэффициента возврата ротора 1, сопоставляя его с той же величиной для однотипной машины с заведомо допустимым суммарным зазором в подшипниках.

Если ротор 1 имеет заметную не- круглость поверхности, то значения коэффициента возврата ротора, измеренные при каждом повороте ротора 1 на 30 относительно неподвижно закрепленного статора 2, (фиг. 2 и 3) отличаются друг от друга и от среднеарифметического значения коэффициента возврата. Поэтому степень разброса значений коэффициента возврата относительно его среднеарифметического значения определяет неравномерность воздушного зазора машины, вызванную некруглостью ротора 1.

Объясняется это тем, что при фик ированном положении статора 2 начальньпЧ зазор между основными полюсами 3 и ротором 1 зависит только от ориентации ротора 1 относительно полюсов 3 (фиг. 2 и 3). В результате технологических погрешностей изготов

ления статора 2 и крепления к.нему основных полюсов 3 может возникнуть некруглость расточки.

На фиг. 4 показан статор 2 четы- рехполюсной машины, имеющий некруглость расточки, вследствие того,-что один из основных полюсов 3 (фиг. 4, слева) имеет воздушный зазор между ротором 1 больше, чем остальные по- . люса 3..

Если ограничиться измерениями коэффициента возврата ротора только при одном положении статора 2 (фиг. 4 то при круглой поверхности ротора 1 получается одно и то же значение коэффициента возврата, т.е. несимметрия воздушного зазора, вызванная не- круглостью расточки, не выявлена,

В соответствии с предлагаемым способом для выявления некруглости рас- точки проводят измерения коэффициента возврата ротора при фиксированном положении ротора 1 и поочередной установке путем поворота статора 2 вокруг горизонтальной оси машины последующих ветвей 5 (фиг, 1) компенсационной обмотки в верхней части окружности расточки симметрично относительно вертикальной плоскости.

Например,-при одном и том же суммарном радиальном зазоре в подшипни

ках машины сОр и абсолютно круглом роторе 1 коэффициент возврата, измеренный при ориентации статора 2 относительно ротора 1, соответствующей фиг. 4, меньше, чем коэффициент возврата при ориентации статора 2 относительно ротора 1, соответствующей фиг. 5.

Объясняется это тем, что начальный зазор (ц между основным .полюсом 3, в направлении ори которого действует сила магнитного притяжения и ротором 1 в позиции, соответствующей фиг. 4 меньше, чем в позиции, соответствующей фиг. 5, причем неравенство этих зазоров обусловлено некруглостью расточки статора.2.

Степень разброса значений коэффициентов возврата ротора, измеренных при установках каждой из ветвей 5 компенсационной обмотки в верхней части окружности симметрично вертикали относительно среднеарифметическос

0

5

го коэффициента возврата, полученного за один полный оборот статора 2 относительно зафиксированного ротора 1, характеризует неравномерность воздушного зазора, вызванную некруг- лостью расточки. Компенсированные машины имеют число ветвей 5 компенсационных обмоток, равное числу пар полюсов.

В четырехполюсной машине (фиг. 1) с целью выявления несимметрии воздушного зазора, обусловленной некруг- лостью расточки статора, возможно измерение только двух значений коэф- 5 фициента возврата ротора.

Если некруглостью обладают одновременно ротор и расточка статора,то разброс значений коэффициентов возврата относительно их среднеарифметического значения будет больше, чем при каждом из этих дефектов в о тдель- ностн.

Реализация предлагаемого способа требует плавного и медленного изменения тока в ветвях 5 (фиг. 1) компенсационной обмотки.« Скорость изменения тока должна быть такой, чтобы ЭДС самоиндукции в ветвях 5 компенсационной обмотки бьша практически равна нулю. Это обеспечивает точную фиксацию токов трогания и отпускания ротора, а также безударное притяжение и отпускание ротора 1.

0

В качестве устройств, обеспечива- ющих плавное и медленное изменение тока в ветвях 5 компенсационной обмотки, могут быть использованы, например, генератор постоянного тока с

глубоким регулированием напряжения или автотрансформатор с выпрямлением выходного напряжения (не показаны) .

Способ определения суммарного радиального зазора в подшипниках и неравномерности воздушного зазора собранной компенсированной машины постоянного тока в отличие от известных способов не требует изменения конструкции машины и ее частичной разборки, благодаря чему он менее .трудоемок и не снижает надежность машины.

Дифференцированное выявление причин, вызывающих неравномерность воздушного зазора, особенно важно при ремонте электрических машин, когда дефектные статор 2 и ротор 1 могут быть заменены новыми.

Возможность безразборного контроля компенсированных электрических машин по предлагаемому способу в условиях эксплуатации способствует решению задачи прогнозирования отказов таких машин.

Формула изобретения

Способ контроля неравномерности воздушного зазора электрической машины, содержащей компенсационную обмотку на статоре, заключающийся в измерении неравномерности зазора путем взаимного перемещения ротора и статора и измерения этих перемещений, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности контроля, разделяют компенсационную обмотку на ветви, каждую из которых образуют по крайней мере из двух последовательно соединенных полюсных катушек, разворачивают статор относительно горизо нтальной оси до положения, при котором оси ветвей компенсационной обмотки ориентированы вертикально, подключают одну ветвь компенсационной обмотки,, расположенную в верхней части статора, к источнику постоянного тока, а другую ветвь компенсационной обмотки, размещенную в нижней части статора, подключают к источнику переменного тока, последовательно с которым включен резо- нансньй контур и индикатор, настраивают контур в резонанс при обесточенной верхней ветви компенсационной обмотки, далее плавно увеличивают

постоянный ток, по уменьшению показаний индикатора регистрируют момент трогания ротора вверх, измеряют постоянный ток трогания, плавно умень- тают постоянный ток и фиксируют значение постоянного тока опускания ротора, при котором последний под действием собственного веса опускается вниз, разворачивают ротор на ряд

фиксированных углов в пределах одного оборота при неподвижном статоре и при каждом значении угла повторяют измерение токов трогания и опускания ротора, вычисляют значение коэффициента возврата, равного отношению токов отпускания и трогания, сопоставляют его среднее значение за оборот ротора с аналогичной величиной для однотипной машины, имеющей допустимьй суммарный радиальный зазор в подшипниках, а по разбросу значений коэффициента возврата от среднего . значения судят о неравномерности зазора, обусловленной некруглостью ротора, затем, не изменяя положения ротора, разворачивают статор относительно горизонтальной оси, последовательно устанавливая статор в положениях. При которых с вертикальной

осью последовательно совпадают оси других ветвей компенсационной обмотки, повторяют измерения коэффициента возврата дпя каждого положения .статора и определяют разброс его значеНИИ относительно среднего, по которому судят о неравномерности воздушного зазора, обусловленного некруглостью расточки статора.

К

н

фиг. 1

VLLZ.Z

9LLZ.5

VLiZ.fiРедактор М.Бланар

Составитель А.Трепутнева Техред И.Попович

1795/38

Тираж 731Подписное

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

VLLZ.S

Корректор Л.Патай

Изобретение относится к контролю преимущественно в условиях эксплуатации и ремонта электрических машин постоянного тока, имеющих компенсационные обмотки. Цель изобретения - повышение точности контроля. Сущность способа состоит в том, что в собранной машине вызывают радиальные перемещения ротора вертикально вверх электромагнитной силой, создаваемой медленно увеличиваемым постоянным током, пропускаемым по одной из ветвей компенсационной обмотки. Ротор опускается под /;ействием собственного веса при медленном уменьшении тока в указанной ветви. Параметром контроля является отношение тока отпускания к току трогания ротора - коэффициент возврата. О суммарном радиальном за- эоре в подшипниках судят по среднеарифметическому значению коэффициента возврата за один полный оборот ротора через каждые 30°С. По разбросу значений коэффициентов возврата относительно их среднеарифметического значения отдельно судят о неравномерности воздушного зазора, обус-v ловленной некруглостью ротора или расточки статора. Вьивление дефектного статора или ротора важно при ремонте машин, когда эти элементы .заменяются новыми, а возможность безразборного контроля суммарного радиального зазора в подшипниках создает предпосьшки для прогнозирования отказов компенсированных машин постоянного тока. 5 ил. (О (Л с: 00 о 00 со сд (X)