Способ определения потерь в скользящем контакте электрической машины Советский патент 1991 года по МПК H02K15/00 G01R31/34 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при определении КПД электрических машин и потерь в скользящем контакте непосредственно на электрической машине в ее рабочем режиме.

Цель изобретения - повышение точности определения потерь в скользящем контакте электрической машины.

На фиг.1 приведена электрическая схема испытуемой машины; на фиг.2 - вспомогательного тарированного двигателя; на фиг.З - измерительные средства, с помощью которых реализуется способ; на фиг.4 - экспериментальные значения полученных потерь в скользящем контакте.

Потери в скользящем контакте измеряют в следующей последовательности- электрическую машину 1 сочленяют с тарированным двигателем 2, приводят ее во вращение до заданной скорости V, пропускают рабочий ток заданного значения через скользящий контакт |а на возбужденной током 1В машине, измеряют при установившемся тепловом и электромагнитном состоя нии превышение темпе- ратуры ©кв поверхности трения над окружающей средой и потери во вращающемся якоре Д РЯв. При этом потери в якоре измеряют с помощью электрических приборов 3-7, а измерение превышения температуры контактной поо с со VI о ел

верхности производится температурным датчиком, например термопарой 8 и милливольтметром 9, с помощью экстраполяции кривой остывания на момент отключения. После чего снимают основное возбуждение (в-0), обеспечивая вращение приводным двигателем, и при достижении установившихся значений превышения температуры измеряют потери в якоре ГДРяо и превышение температуры контактной поверхно- сти ©комашины теми же измерительными средствами. А затем при той же окружной скорости VK машины отключают токи нагрузки и возбуждения, обеспечивая вращение также приводным двигателем. При необходимости снимают и остаточную намагниченность путем циклического пере- магничивания машины при одновременном уменьшении тока возбуждения и изменения его полярности. При достижении установившегося теплового состояния с помощью приводного тарирования двигателя измеряют потери на трение РТщ и превышение температуры контактной поверхности 0Тщ, на обесточенной и невозбужденной машине. По результатам выполненных измерений потери в контакте при заданном рабочем токе 1а и окружной скорости VK вычисляют по формуле

(( - л 5.Д Ряв,

в гДряв-гДРяо

СО

На фиг.2 позициями обозначены кривые: 10-потери Ј Рк в скользящем контакте в функции плотности тока в нем по предлагаемому способу; 11 -то же, по известному способу; 12 - то же, по стандарту МЭК ГОСТ 2582-81; 13 - потери на трение при определении ЈРк по известному способу; 14 - потери на трение по стандартам МЭК.

Уравнение теплового баланса для контактной поверхности электрической машины в установившемся состоянии имеет вид:

л1

,(2)

где АР- тепловой поток, подогревающий поверхность трения за счет потерь во вращающемся якоре электрической машины ЈДРЯВ): ДР КД©як

яГЪ.Л

@кл- действительное превышение температуры поверхности трения с учетом наличия дополнительного теплового потока АР, который может быть измерен при опыте;

К - коэффициент теплоотдачи с рассматриваемой поверхности, зависящий от

свойств поверхности и от скорости омывающего воздуха. Откуда

г I/ //ИЛ А Ч/о

2.гк К ,(о)

где Л ©як - повышение температуры поверхности трения за счет наличия дополнительного теплового потока АР.

При отсутствии тока нагрузки и возбуждения на машине . Поэтому уравнение теплового баланса при той же скорости омывающего воздуха, а следовательно, и той же окружной скорости контактной поверхности VK const примет следующий вид:

.(4)

где РТЩ, ©тщ-могут быть получены при опы Поэтому

к - ,-7щ

©гщ

(5)

Из опыта может быть получено превышение температуры АОяк

Действительно: 2А Ряв К2 Л ©як

1ДРяв-ГДРЯо К2Д0як ,(6)

где К2 - коэффициент пропорциональности; л

к в о - повышение температуры поверхности трения за счет наличия дополнительного теплового потока, обусловленного магнитными потерями во вращающемся якоре (2.Ряв- ЈРяо). Поэтому

ЈД РЯВу

.О) А А гЧ

Л ©як - (©кв ©

ч

ЈД Ряв -ZA Ряо Подставив в выражение (3) значения К и соответственно, из выражений (5) и (7), определяют суммарные потери в скользящем контакте электрической машины при заданном рабочем токе а и окружной скорости VK по формуле (1). При необходимости получить потери в контакте при других значениях тока нагрузки и скорости вращения опыт повторяют при этих значениях тока и скорости.

Предложенный способ был реализован на коллекторной электрической машине постоянного тока типа ДК-309А. Номинальное напряжение 1) В, ток часового режима А, мощность кВт. Потери на коллекторе 51Рк определялись со щетками маркиЭГ-61,поверхность

.6x3, см2 при ,8 м/с. Результаты приведены на фиг.2. Кривая 10 за- висимостиЈРк в функции плотности тока у получена предлагаемым способом, а кривые 11,12-существующими. Потери2Рк(кривая 10) определяются соотношением (1),ГРК (кривая 11) - соотношением (кривая 12) - соотношением I Рк РТщ+213. Из приведенных результатов видно, что различие потерь на коллекторе, полученных этими способами, при малых плотностях тока нагрузки (до 5 А/см2) сравнительно неболь- шое 9%. При токах.близких к номинальному ( у 13 А/см ), достигает 30%. Погрешность известных методов обусловлена в основном неточным определением потерь на трение (кривые 13 и 14), когда считается, что с ростом плотности тока эти потери либо неизменны, либо даже уменьшаются. В действительности с ростом у потери на трение растут, что обусловливает в предлагаемом способе большие значения потерь в скользящем контакте по сравнению с существующими способами (кривая 10 выше кривых 11 и 12). Точность предлагаемого способа подтверждается и практикой: при больших плотностях тока износ коллектора и щеток электрических машин больше.

Таким образом, использование данного способа определения потерь в скользящем контакте электрической машины по сравне- нию с существующими способами позволяет повысить точность определения потерь в рабочих режимах не менее чем в 1,3 раза, что, соответственно, повысит точность определения КПД электрической машины.

Характеристика потерь в скользящем контакте, полученная с помощью данного способа, дает возможность прогнозировать величину износа щеток, контактной поверхности, а соответственно, и срок службы электрической машины на стадии проектирования. Кроме того, предложенный способ позволит вести настройку работы скользящего контакта электрической машины (определение рациональных размеров, конструкции, материала щеток и контактной поверхности) из условия минимальных потерь в контакте, что улучшит работу скользящего контакта и повысит КПД электрической машины . Способ может быть

рекомендован для всех коллекторных и неколлекторных машин, имеющих скользящий контакт в любом диапазоне токовых нагрузок и скоростей Он прост в выполнении, так как не требует при определении Рк измерения электрических потерь в контакте, что связано с экспериментальными трудностями.

Формула изобретения Способ определения потерь в скользящем контакте электрической машины, заключающийся в том, что сочленяют вал испытуемой электрической машины с валом вспомогательного тарированного двигателя, пропускают по якорной цепи испытуемой машины рабочий ток при установившейся частоте вращения и измеряют потери на трение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения потерь в скользящем контакте электрической машины, измеряют в установившемся режиме превышение температуры поверхности трения и потери во вращающемся якоре при подключенной обмотке возбуждения, отключают ток возбуждения испытуемой машины и повторяют те же измерения, далее отключают ток якоря и измеряют потери на трение и превышение температуры поверхности трения, при этом суммарные потери определяют по формуле

fou гQL - (РХ, - О в

щ

э)

1ДРЯВ-ЈДР

яо

I

Ряв© кв - соответственно потери во вращающемся якоре и превышение температуры поверхности трения в установившемся состоянии на возбужденной машине;

1Д Ряо© ко - то же, но при отсутствии возбуждения;

РТЩ. ©тщ - потери на трение и превышение температуры поверхности при отключенных токах якоря и возбуждения.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности определения потерь в скользящем контакте электрической машины. Сочленяют валы испытуемой машины и вспомогательного тарированного двигателя при установившемся тепловом режиме, установившихся электромагнитных параметрах и частоте вращения. Измеряют потери на трение, суммарные потери и превышение температуры поверхности трения в трех режимах питания: при рабочем токе якоря и возбуждения, при отключенном токе возбуждения, при отключенных токах якоря и возбуждения испытуемой машины, а суммарные потери определяют по формуле, приведенной в описании изобретения. 4 ил.

Фиг.1

- Ig const

фиг. 2

фиг.З