Способ определения активных потерь в магнитопроводе статора электрической машины переменного тока Советский патент 1989 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть 1 споль- зовано для определения электромагнитных параметров магнитопровода статора с целью контроля влияния технологические: факторов на изготовление электродвигателей.

Целью изобретения является повышение точности определения активных потерь i3 маг нитопроводе статора электрической машины за счет учета пульсационных и поверхностных потерь,

реакции магнитопровода статора на магнитное поле индуктора.

На фиг.1 приведена векторная диаграмма, поясняющая процесс пере- магничивания магнитопровода статора; на фиг.2 - график распределения мат- нитного потока в полости магнитопровода статора; на фиг. 3 и 4 - устройство для осуществления способа.

Контролируемый магнитопровод статора 1 с помощью оправки 2 закреплен на валу 3 приводного электродвигателя 4, установленного в опоре 5. Устройство включает также индуктор 6, веберметр 7 и источник 8 питания. Электродвигатель 4 крепится к опоре 5 винтами 9. Датчики веберметра 7 (не показаны) соединены с ним проводниками 10 через разъем 11. В цепь источника 8 может быть включен амперметр 12, фиксирующий ток в обмотке 1 индуктора 6.

С помощью индуктора 6 в полости статора 1 создают постоянное магнитное поле с синусоидальным распределением, поток которого фикси- руют. Затем с помощью электродвигателя 4 вращают статор 1 и вновь фиксируют поток (распределение) поля Ф fp , а также ток I в обмотке индуктора 6, амплитуду Ф потока, угол d между распределением Фот,и Фт, коэффициент К;- формы кривой магнитного потока в зазоре между магнито- проводом и индуктором 6 и частоту вращения статора I.

Распределение магнитного поля фик с помощью веберметра 7, ток в обмотке индуктора 6 - по шкале источника 8. Величины Кр и d определяют по кривым Фогт,,и Фгп,(Лиг.2), а круговую частоту LU вращения статора 1 - с помощью тахометра. К,, по определению равен отношению амплитуды первой гармоники магнитной индукции потока ,к максимальному значению магнитной индукции полного потока Ф„

Активные потери в магнитопро- воде статора 1 определяют из соотношения

РСТ -7 , Ф I sino(l,

где W - число витков в обмотке 13 индуктора 6.

Индуктор 6 можно выполнить в виде ротора, из листов электротехничес- кой стали. Обмотка 13 укладывается D пазы ротора. При проведении автоматизированного контроля (фиг.4) автомат-раскладчик устанавливает статор I в посадочное гнездо оправки 2 (например, с помощью электромагнита) В производственных условиях контроль годности статора I может проводиться по результатам сравнения потерь в эталонном и контролируемом изделиях,

Если в пазы ротора асинхронного электродвигателя положить обмотку поэбу:.лсния, распределенную по закону сину , ;, и подключить ее к источ-

1шку постоянного напряже П1я, а ротор поместить в расточку статора 1, то МДС обмотки можно представить пространственной функцией

FO() I, Fc,sinV-J- X, (1) где Г,„ W К I.J

) - номер гармоники; 2р - число полюсов; W - число витков в обмотке возбуждения (индуктора 6); К,, - коэффициент формы поля возбуждения индуктора 6 для V-й гармоники;

1 - постоянный ток намагничивания .

В воздушном зазоре между статором 1 и индуктором 6 данной МДС соответ- ствует распределение магнитной индукции

7

В„(х) B sinV-; :- х, (2)

V 1 f omV (o-

удельная магнитная проводимость воз- дущного зазора; /ис,- магнитная постоянная; Кдр- коэффициент воздушного зазора; Кц- коэффициент насьпце- ния; сР- длина воздушного зазора).

В данном режиме работы активные потери в магнитопрсводе статора 1 отсутствуют .

При вращении статора 1 с частотой п он перемагничивается с частотой

f ) р

(3)

где п - частота вращения;

S 1 - скольжение магнитопровода

статора относительно магнитного поля неподвижного индуктора.

Данный режим соответствует работе электродвигателя 4 при определенной нагрузке.

Пусть эквивалентный приведенный ток намагничивания для v-й пространственной гармоники в пакете статора 1 равен I . Тогда ЭДС, обусловленная этим током, выражается

v -р%-i:vWKw.. ()

где m - число фаэ.

Приведенньм эквивалентный ток 1,у может быть выражен

i;, S,E;,/I/TI ;A ; , (s)

где Е - 3KBHBaj:eHTHaH приведенная ЭДС;

Ri-)H X,,/ - эквивалентные приведенные активное и индуктивное сопротивления магнитопрово- да статора 1,

Решив совм стно систему (11) и (14), получают

/ 2mfvSv(WKw) isino/v 1. ,.гх vpZ Tc c7-2coio(vl

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения электромагнитных параметров магнитопровода статора для контроля влияния технологических факторов при изготовлении электродвигателей. Целью изобретения является повышение точности определения активных потерь в магнитопроводе статора электрической машины за счет учета пульсационных и поверхностных потерь, реакции магнитопровода статора на магнитное поле индуктора. С помощью индуктора в полости статора создают поле с синусоидальным распределением, которое фиксируют. Затем статор приводят во вращение и вновь регистрируют распределение поля (потока), а также ток в обмотке индуктора и частоту вращения статора. Активные потери P_ст определяют из соотношения P_ст=φ/4K_FWΩI₌φ/SINλ/, где K_F - коэффициент формы кривой магнитного поля

W - число витков обмотки индуктора

ω - круговая частота вращения статора

I₌ - ток в обмотке индуктора

α - угол между распределением магнитного потока при неподвижном и вращающемся статоре

φ - амплитуда распределения потока при вращающемся статоре. 4 ил., 2 табл.

2

0,

1Г

В

l-oV

omv

где F

hij

П1л) 7

F /7

J tv,,) / -

rnV

(8)

где Z, - величина, пропорциональная магнитному сопротивлению контура намагничивания. Если МДС выразить через среднее значение, тогда в формулах (7) и (8 истинное значение магнитного сопротивления

где - магнитный поток, пронизыващий воздушный зазор, для л)-й гармоники; 2 - полюсное давление; .1 - высота магнитопровода; В - амплитуда магнитной индукции для гармоники. Дпя данного режима можно написат уравнение равновесия tЦC

+ Г„. Г„,(6)

- комплекс результирующей

МДС. Введем обозначения:

6m-j FO J/Z;;,.(7)

Ф

Z - --- Z г

Уравнение (6) можно записать в бескомплексной форме на основании фиг. 1

F

Im J

X COS d.

om-J m

Подставив (4), (5), (7) и (8) (10), получают

(R;V) + (s,x;)

if SV-/W,KP

((,)- 2 : 7 f vcow7iJ

Из треугольника OMN имеют FO,./COS F j/cos(), (12)

от-О

где

tgvv S,X;,/R;. (13)

После преобразования (12) и (13) получают ..(S.X;,) (R )ЧcOSo(.v) /

(14)

1 V

/sinVv .

IV

2mfvSviW ; K ilLC l-cos v { , .

vpz ;ic -i-c;;-2c5s D(v

l DW vl

где Cv ™;.

Угол cfi d определяется согласно фиг.2.

В формулах (4),(15) и (16) фигурирует число фаз m обмотки индуктора 6. Однако бегущее магнитное поле в воз- д тцном зазоре, созданное постоянной НДС, может быть заменено аналогичным магнитным полем, созданным переменным током в т-фазной обмотке. Пусть амплитуда синусоидальной

МДС в воздушном зазоре при питании обмотки постоянным током

25

30

35

40

F -2-- W KJ,,(17)

где W - число витков обмотки индуктора;

коэффициент форм. поля воз- буждеш1я для первой гармоники.

Если синусоидальная МДС в воздушном зазоре индуцируется переменным током,обтекающим т-фазную обмотку с числом витков в фазе W и обмоточным коэффициентом К, то амплитуда этой ЩC выражается V2m Из условия F F- пол чают

F.

W .

- - П К Т - - 2р W , - р

(18) W . (19) (20)

iJ

Отсюда находят

2 V mKw

- -Тк7- Для синусной обмотки к f 1 и вы- д5 ражение (20) принимает В1Щ

li

Если подставить в (15) и (16) вместо Z выражение (7), а вместо по2)

стоянного тока - выражение (20), та

получают для .л) 1

R( OiZO ii§y5wlsiD° f O-y V icT+Cr -2cosc(Ti

I QA 2 §y dc iLicos jfor« s .„„X

T tC,+CV-2cosc. lU

Для вычисления активных потерь в одной фазе магнитопровода статора пользуются зависимостью

сто

(I,v) -R v,

(24)

Для всех m фаз активная моршость вычисляется по формуле для первой пространственной гармоники получаютPcT

,. S г „ ,5 .К.) R.(,-,.

сг (I;)R; -{|- yf;bbyi.(25)2ЦК;) . (х ,) -(27)

Если в последнюю формулу в место RI и х подставить (22) и (23), ток Е Ж ф ,(26) 10 подставить из (20), то получают при

1Г ТW ГТ1.

где

LJ

7

S 1

1/ wS(WKj -| -lsino(l(C, + CV - (Ф

-. «. -

( - созо()21Фоп,

При S 1 последняя формула принимает вид

Р, - -шЖ |81пс 1(,. (29)

Пример. Выбран магнитопровод статора 1 асинхронного электродвигателя КД-180-4/56 Р. Индуктор 6 имел 28 пазов, в которые была уложена че- тырехполюсная, распределенная по закону синуса, обмотка возбуждения с числом витков W 940 и обмоточным коэффициентом К j;, 0,775. Величина магнитного потока в воздушном зазоре измерялась в помощью 23 одновитковых измерительных (датчиков), прикрепленных к внешней поверхности индуктора 6. Выводы измерительных катушек поочередно подключались к входам микровеберметра Ф 199. Измерения проводились в момент подключения обмотки возбуждения к источнику 8 постоянного тока. Магнитопровод статора 1 приводился во вращение с частотой 1500 мин- .

Результаты измерения магнитного потока в воздушном зазоре с помощью 7 измерительных катушек на полюс при различных величинах тока возбуждения приведены в табл. 1.

Расчеты потерь в магнитопроводе статора 1 проводились по формуле (29 с помощью ЭВМ Электроника 100/25. Результаты расчета активных потерь в магнитопроводе статора 1 асинхронного электродвигателя КД-180-4/56 Р приведены в табл. 2.

Применение предлагаемого способа определения активных потерь в магни- топроводй статора электрической машины переменного тока позволит повысить точность измерений при исследоS 1

(28)

0

5

0

5

0

5

0

5

вании влияния отдельных технологических факторов в процессе изготовления электродвигателей, а также поможет выбрать оптималыше геометрические размеры и способы крепления магни- топроводов, поскольку контроль производится в реальных условиях использования статора.

Например, проведенные эксперименты позволили выявить, что крепление пакета статора электродвигателя КД- 180-3/560 при помощи скоб снижает потери на 5,2 Bj по сравнению с креплением с помощью сварки.

Формула изобретения

Способ определения активных потерь в магнитопроводе статора электрической машины переменного тока, включающий вращение магнитопровода статора в постоянном магнитном поле с постоянной угловой скоростью,, о т- лич ающийся тем, что, с целью повьщ1ения точности, в полости магнитопровода статора с помощью индуктора создают магнитное поле с синусоидальным распределением, Ликси- руют распределение магнитного потока в зазоре между магнитопроводом статора и индуктором, после чего осуществляют вращение магнитопровода статора в постоянном магнитном поле с постоянной угловой скоростью, одновременно фиксируя распределение магнитного потока в зазоре между магнитопроводом статора и индуктором, ток в обмотке индуктора и круговую частоту вращения магнитопровода статора, а активные потери в магнитопроводе статора определяют из соотношения

РСТ K -W-tO-I,.

sinci .

9 1506407

е Pj - активные потери в магнитопроводе статора; К - коэффициент формы кривой

магнитного потока в зазоре с между магнитопроводом статора и индуктором; W - число витков обмотки индуктора;

ы - угловая частота перемапи- Ю чивания магнитопровода статора;1 - ток в обмотке индуктора;

ФотУ

tfuf.

ц

- «1

( Т а

10

амплитуда магнитного потока в зазоре между магнитопроводом статора и индуктором;

пространственный фазовый угол мезвду распределениями магнитного потока в зазоре между магнитопроводЬм статора и индуктором при неподвижном и при вращающемся магнитопроводе статора.

блица 1

6

Фат

Ф.

mi

фиг. 2

Фпг.З

ФигЛ

Составитель С.Шумилишскак Редактир О.ЮрковецклШ Техред М.ХоданичКорректор М.Самборская

Заказ 5432/АЗ

Тираж 714

ВНШ-ШИ Госукарствепного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР П3 )35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное