Устройство для определения места и степени повреждения стержней короткозамкнутой беличьей клетки ротора асинхронного двигателя Советский патент 1992 года по МПК G01R31/06 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для определения состояния короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей.

Известно устройство контроля стержней беличьей клетки роторов асинхронных двигателей, состоящее из нагрузочной и измерительной цепей, расположенных на общем Ш-образном магнитопроводе.

Недостатком этого устройства является то, что при неисправности двух проверяемых стержней возможны ложные суждения об их целостности. Устройство не позволяет определять место и степень повреждения стержня ротора.

Известно устройство, содержащее намагничивающую и измерительные цепи. Питание намагничивающей цепи осуществляется от сети переменного напряжения 50 Гц.

Однако это устройство недостаточно чувствительно при повреждении стержня в пазовой части. Это связано с тем, что индуктивная составляющая сопротивления стержня, согласно результатам эксперимен1ов, на порядок выще активной составляющей. Так как стержень лежит в пазу, по всей длине которого осуществляется металлический контакт, часть тока обтекает поврежденный участок через железо ротора и соседние стержни (фиг. 1). Сопротивление стержня на частоте 50 Гц соразмеримо (меньше в 1,51,5 раза) с сопротивлением железа ротора между двумя стержнями. Поэтому при обрыве часть тока будет протекать по стержню.

Цель изобретения - повышение точности определения степени повреждения

стержней ротора в сборе путем измерения активного сопротивления на более низкой частоте, чем у прототипа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения места и степени повреждения стержней беличьей клетки ротора асинхронного двигателя, содержащем намагничивающую и измерительную цепи, питание намагничивающей цепи осуществляется от дополнительного источника напряжения пониженной частоты.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность определения степени повреждения стержней за счет того, что измеряет активные потери в стержнях ротора на более низкой частоте (5-10 Гц). На более низких частотах по сравнению с частотой 50 Гц уменьшается индуктивная составляющая сопротивления стержня и становится меньше активной составллж щей. Сопротивление стержня на частот /, 5-10 Гц меньше сопротивления железа рс тора между стержнями в 10-20 раз. Поэтом:; значительно меньшая часть тока при обры ве стержня будет протекать по стержнгс Кроме того, при измерении на более низкик частотах уменьшаются потери на гистаре зис и вихревые токи в намагничивающем .. измерительных индукторах и в железе ротора, что повышает точность измерения активных потерь в контролируемом медном стержне.

На фиг,2 представлена электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый индуктор 1, выполненный в виде П-образного магнмтопровода с намотанной на нем обмоткой 2 возбуждения, второй индуктор 3, выполненный в виде П-образного магнитопровода с намотанной на нем измерительной обмоткой 4, ваттметр 5, обмотка напряжения которого подключена параллельно источнику 6 питания низкой частоты и возбуждающей обмотке 2, а токовая обмотка ваттметра 5 включена между первым и вторым выводами измерительной обмотки 4. Индукторы 1 и 3 прикладываются к ротору 7 асинхронного двигателя над проверяемым стержнем 8.

. Устройство работает следующим образом.

Над каждым стержнем 8 короткозаглкнутого ротора 7 последовательно устанаа ливают одновременно индукторы 1 и 3 и подключают устройство к источнику напряжения частотой 5-10 Гц. Ток 11, протекая по обмотке 2 первого индуктора 1, создает в его магнитопрбводе поток Фь который охватывает стержень 7 и наводит в нем ток fv

Этот ток, в свою очередь, создает магнит иый поток в магнитопроводе второго индуктора 3. Под воздействием магнитного патока в обмотке 4 возникает ЭДС.

Исправный стержень 8 имеет сопротир ление, определенное поперечным сечение ; и удельным сопротивлением материала. Плохое качество соединения с кольцом, замыкающим все стержни, а также наличие г стержне повреждения в виде трещин и раз рывов увеличивает сопротивление стерж - тем больше, чем существеннее нзиспрае ность, Сопротивление стержня, имеющег разрыв, равняется приблизитель;,) мечности.

При исправном стержне 8 ток 2 t стер жне S максимален, так как сопротивление указанного стержня мало, следовательно, максимален гчлагнитный поток Ф2 в магнитепроводе второго индуктора 3. Следователе но, мгхсимзльны ЗДС и ток з, навсдикыь магни. ным пото;:о;1 Ф2 э измерительной ос мотке А.

EcEi-i стержень 8 имеет скру- :ч дсфекг ш аго активное сопрот11Блен(ле больше г.г протиалеиий исправного стержня, ток .: протекающими через деф8кт Ь й стержень 8. укеньшае с. при зтом меиьшиг и оудуг

НЙГИИТНЫЙ ГОТОК Ф2 Ш ток з G ,u: :

Если стержень 8 имеет обрыв, то ток 12 ЭДС обмотки 4 равны нулю. Таким образом, чем серьезнее дефект стержня 8, тем больше его сопротивление, меньше ток 12, меньше ток з, наводимый в обмотке 4, что отражается в показаничх ваттметра 5,

С помощью ,-тра измеряется произведение тока 8 изрюрительь:3й обмотке -:: i3 K2ii, (К2 - коэффициент трансформациу.) на напряжение питания U2(U2 - падение напряжения в стержне: Ki - коэффициент трансформации) и косинус угла между ними.

. Lb.cos(3,Ui)K.li.U2x

xcos{ri7U2), .

По результатам контроля всех стержней составляет график показаний ваттметра 5 от номера стержня (фиг.З). Нулевые показания ваттметра 5 свидетельствуют о разрыве стержня. Отклонения показания ваттметра 5 от среднего Рср более чем на 50% в сторону уменьшения свидетельствуют о наличии дефекта в стержне, который может привести к разрыву стержня в процессе эксплуатации. Причем чем меньше показания ваттметра, чем более существенным является дефект.

Полное сопротивление стержня ротора равно

Индуктивная составляющая сопротивления пропорциональна частоте

.L,

где L - индуктивность стержня, лежащего в пазу ротора асинхронного двигателя.

Если полное сопротивление стержня, лежащего в пазу, как показали результаты измерений, при Гц составляет 5.1 х Ом, то его активное сопротивление О.б Ю Ом, а индуктивное сопротивление 5,08-10 Ом. При снижении частоты до 5-10 ц индуктивное сопротивление уменьши ся соответственно в 5-10 раз и станет приблизительно равным активному сопротивлению. Сопротивление железа ротора между стержнями, шунтирующее сопротивление стержня, является преимущественно активным и с понижением частоты изменяется незначительно. Таким образом, если при частоте 50 Гц сопротивление стержня и шунтирующее сопротивление окружающего его железа соотносятся как 1;(2-3), то на частоте 5-10 Гц как 1:(10-20), Значительно меньшая часть тока при обрь;ве стержи ; будет протекоть по стержню.

Применение источника питания частотой 5-10 Гц снижает потери на гистерезис м вмхреаые токи h (Ki и - коэффициенты) соответственно в 5 и 25 раз.

Как показали результаты измерений, применение источника питания пониженной частоты позволяет повысить чувствительность устройства при контроле стержня е пазовой части по сравнению с устройством с источником питания 50 Гц приблизительно в 2-2,5 раза.

Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я

Устройство для определения места и степени повреждения стержней короткозамкнутой беличьей клетки ротора асинхронного двигателя, содержащее источник

питания, первый индуктор, первый вывод обмотки возбуждения которого соединен с первым выводом ваттметра, второй индуктор, первый и второй выводы измерительной обмотки которого соединены

соответственно с вторым и третьим выводами ваттметра, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения повреждения стержней, в устройство введен дополнительный источник напряжения

частотой 5-10 Гц, первый, второй, третий, четвертый выводы которого соединены соответственно со вторым выводом обмотки возбуждения первого индуктора, с четвертым выводом ваттметра, с первым и вторым

выводами источника питания.

Использование: в электроизмерительной технике, для определения места и степени повреждения стержней коротко-замкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей. Сущность изобретения: устройство содержит 2 магнитопровода с измерительной и намагничивающей обмотками устанавливаются последовательно над каждым стержнем, измерительная обмотка включается в цепь напряжения ваттметра, намагничивающая обмотка подключается через токовую цепь ваттметра к дополнительному источнику напряжения пониженной частоты 5-10 Гц. При наличии обрыва, трещины, некачественной пайки к коротко- замкнутым кольцам сопротивление стержня возрастает, мощность, передаваемая по стержню, уменьшается, что регистрируется ваттметром. По показаниям ваттметра определяется качественное состояние стержня. 3 ил.

X X X )с )| ч я я х X « - X X X X у X X XjX мгн х м X и х ) «

J.A1 Л...О .../ 7

)( X XX )« X м X н )М)«Н KXtf XX Х4 к X ХХХЖ X ХХ

ХХХХХХХХХХХХХХХЧУХУХХХХХХХХХХХХХУУХХХХХ

(Hije.l

2

7

г.. 3