Способ контроля опор электродвигателя Советский патент 1991 года по МПК G01M13/04 G01R31/34 

физ1

Способ относится к приборостороению и может быть использован для контроля и диагнстирования опор синхронных гистере- зисных электродвигателей.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния электромагнитных тормозных сил и увеличения производительности контроля за счет уменьшения числа измерений.

На фиг. 1 дана схема оборудования для осуществления способа; на фиг. 2 - схема намагниченности ротора; на фиг. 3 - петля гистерезиса материала ротора; на фиг, 4 - петля размагничивания ротора; на фиг. 5 - график изменения коэрцитивной силы.

Устройство для осуществления способа содержит источник 1 питания контролируемого электродвигателя 2, переключатель 3, отключающий обмотки статора электродвигателя 2 от источника питания 1 и подключающий обмотки к вольтметру переменного напряжения 4, а также управляемый источник постоянного напряжения 5, вольтметр постоянного напряжения 6, конденсатор 7, ключи 8 и 9, измеритель частоты вращения 10 и секундомер 11.

Способ осуществляют с помощью описанного выше оборудования следующим образом.

Разгоняют электродвигатель до рабочих оборотов, выключают питание с помощью переключателя 3, измеряют напряжение, наводимое намагниченным ротором в обмотке статора, с помощью вольтметра А. Это напряжение пропорционально намагниченности ротора В и. следовательно коэрцитивной силе, необходимой для размагничивания (см. фиг. 3).

Импульс постоянного тока с амплитудой, пропорциональной наводимой ЭДС, и постоянной времени экспоненциального спада Т импульса, не менее двух периодов вращения ротора формируют за счет разряда конденсатора 7, предварительно заряженного от источника 5 до напряжения, пропорционального ЭДС.

В результате разряда конденсатора 7 обмотка статора создает магнитное поле, которое сначала резко возрастает, а затем убывает по экспоненте.

После выключения питания ротор представляет собой намагниченный постоянный магнит с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов обмоток (см. фиг. 2). Размагнитить ротор можно, если создать поле, напря- жение которого в каждой точке ротора незначительно превышает коэрцитивную силу, Нс (см. фиг. 4). Причем коэрцитивная сила в каждой точке имеет индивидуальное значение. Она максимальна на полюсах и

равна нулю на нейтралях магнита. ЭДС, наводимая в обмотках статора, пропорциональна степени намагниченности, и, следовательно, величине коэрцитивной силы Нс.

С учетом того, что ротор вращается, обеспечить синхронизацию размагничивающего поля с полем ротора практически невозможно. Поэтому в зависимости от

момента подачи размагничивающего импульса создаваемый им магнитный поток может складываться или вычитаться с магнитным потоком ротора. Для того чтобы гарантировать размагничивание, необходимо поддержать значение напряженности размагничивающего поля в течение полного периода изменения проекции оси магнитного поля ротора на ось обмотки статора, в которую подан размагничивающий импульс

(см. фиг. 2).

В этом случае за время действия импульса сильно намагниченные участки ротора размагнитятся, а слабо намагниченные - наоборот намагнитятся до меньшей величины, зависящей от свойств материала.

Для размагничивания остальных участков ротора необходимо повторить ш/кл размагничивания с меньшей напряженностью поля статора, т. е. оно должно плавно умень шаться до нуля.

Если скорость уменьшения напряженности мала, то размагничивание потребует большого числа циклов перемагничивания (см. фиг. 3), на что будет расходоваться

внешняя энергия, нагревающая ротор. При большой скорости напряженность поля на следующем цикле HI+I будет меньше коэрцитивной силы и размагничивание прекратиться (см. фиг. 36). Оценка скорости

уменьшения напряженности размагничивающего поля статора выполнена на петле перемагничивания магнитотвердого материала, апроксимированной отрезками прямых (см. фиг. 4). Петля в виде параллелограмма описывается коэффициентами /л,fi ,fi2, являющимися тангенсом соответствующих углов. Это допустимо, так как материал в гистерезисных электродвигателях работает в условиях, далеких от насыщения.

Пусть исходная намагниченность материала на полюсе ротора соответствует петле I. Коэрцитивная сила для нее равна НС1. Размагничивание будет иметь место, когда

; после статора Hi станет больше НС1. Но при этом материал ротора перемагнитится. Из- за вращения ротора напряженность размагничивающего поля в рассматриваемом месте ротора будет периодически меняться.

Поэтому точка состояния материала перемещается по диаграмме, последовательно проходя точки а-в-с-д-и-к. В результате состояние материала ротора в данном месте будет изменяться по новой петле пере- магничивания - (и-к-ж-з). Коэрцитивная сила Нс2 для петли II равна

().

что вытекает из геометрических соотношений фиг. 4.

Следовательно,если неравенство

Hi Hi+1 Hi(1 -). pi +

где р- угол поворота ротора;

Р - число пар полюсов статора, соблюдается, то размагничивание будет продол-, жаться. Но, чем ближе Нм к значению HI, тем большее количество циклов перемагни- чивания потребуется для полного размагничивания, увеличится длительность процесса и потери энергии на нагрев ротора. Что не всегда допустимо.

Предельному условию размагничивания удовлетворяет ступенчатое изменение Н с каждым поворотом ротора на угол 2тг /Р (см. фиг, 5)

.УЭ-И + тгСглаживая эту зависимость и переходя к пределу, получим, что изменение напряженности должно подчиняться дифференциальному уравнению

где со-угловая скорость вращения ротора. После интегрирования, считая что и) меняется за время размагничивания незначительно, имеем экспоненту, равную

(-ЈЈ)

Учитывая, что Т -, определим постоянную времени спада размагничивающего импульса

-тЈ .

Так как ц (л , то для надежного размагничивания практически всех магнито- твердых материалов, применяемых в гистерезисных электродвигателях, гдолж- но быть больше перехода Т вращения ротора по меньшей мере вдвое.

Естественным приближением ступенчатого размагничивающего импульса является его треугольны и аналог, не требующий больших аппаратных затрат. Важно, чтобы обеспечивалось условие превышения всех точек треугольного импульса над ступенчатым. Это достигается увеличением амплитуды реального импульса, что учитывается при проведении размагничивания предлагае- - мым способом.

Таким образом, зная величину ЭДС, наводимой в статоре, частоту вращения при размагничивании можно сформировать импульс, обеспечивающий качество размагничивания. При этом регулировка постоянной времени осуществляется соответствующим

0 выбором емкости конденсатора 7. Измерение параметра, характеризующего качество опор электродвигателя, в описываемом варианте- времени выбега, производится секундомером 11.

5 Пример конкретного исполнения. Осуществлялся контроль времени выбега синхронного гистерезисного электродвигателя типа 1МС-1. Он разгонялся до синхронной частоты вращения Гц. После выклю0 чения питания ЭДС, наводимая в обмотке статора, измерялась вольтметром ВЗ-38. Она изменялась от запуска к запуску от 7 до 12 В. В конкретном запуске ЭДС равнялась 10,3 В. По таблице напряжение на

5 конденсаторе, обеспечивающее надежное размагничивание, должно быть равно 26,5 В. Конденсатор 7 емкостью 500 мкф типа К50-6 заряжался от источника 5 типа В5- 7. Напряжение на конденсаторе контроли0 ровалось вольтметром В7-17. Затем конденсатор разряжался на обмотку статора электродвигателя. Длительность заднего фронта составляла 5,5 ,мс. После разряда конденсатора величина ЭДС. наводимой в

5 другой обмотке, стала менее 10 мВ. Таким образом, ротор был практически полностью размагничен и, следовательно, сведена к нулю вредная,нестабильная от запуска к запуску компонента сопротивления вра0 щению, пропорциональная квадрату магнитного потока ротора. Время выбега, измеренное секундомером 11, равно 395 с. Оно в среднем на 80% больше времени, измеренного способом, выбранным в каче5 стве прототипа, а его разброс при повторных испытаниях сократился в 6, 4 раза и составил ±5 с. Это позволило при контроле опор электродвигателя ограничиться однократным испытанием. Ранее для осредне0 ния разброса необходимы были 5-кратные измерения. А главное, что из результата измерения полностью исключена аддитивная помеха от электромагнитного момента. Это позволило четко разделить причины брака

5 электродвигателей и целенаправленно воздействовать на технологический процесс. Формула изобретения Способ контроля опор электродвигателя, при котором разгоняют последний до рабочих оборотов, размагничивают ротор и

непрерывно измеряют до полной остановки ротора параметр, связанный с качеством опор, преимущественно время выбега, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния электромагнитных тормозных сил и увеличения производительности контроля за счет уменьшения числа измерений, при размагничивании ротора на обмотку статора электродвигателя подают импульс постоянного тока, амплитуда которого пропорциональна электродвижущей силе, наводимой в статоре перед размагничиванием, при этом постоянная времени экспоненциального спада импульса составляет не менее двух периодов вращения ротора.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения влияния электромагнитных тормозных сил и увеличения производительности контроля за счет уменьшения числа измерений. Для осуществления способа электродвигатель разгоняют до рабочих оборотов, измеряют напряжение, наводимое намагниченным ротором в обмотке статора и пропорциональное коэрцитивной силе, необходимой для размагничивания ротора. При размагничивании ротора на обмотку статора подают импульс постоянного тока. Амплитуда его пропорциональна наводимой ЭДС и постоянной времени экспоненциального спада импульса не менее двух периодов вращения ротора. 5 ил. з д

О&мотни статора.

Hi

Фиг.З

pff/rropa

Krf

статора.

Фие.7,

-//

I

Ifl Art 6rt -p P J

Фц&.5

ФигЛ

8fT P