Спосіб непрямого визначення статичного ексцентриситету повітряного зазору в синхронних машинах

Реферат: Спосіб непрямого визначення статичного ексцентриситету повітряного зазору в синхронних машинах, при якому вимірюють величини амплітуд першої, третьої, дев'ятої та зубцевої гармоніки електрорушійної сили (ЕРС) обмотки статора синхронної машини та порівнюють одержані величини з еталонними. Вимірювання проводять в режимі холостого ходу та при пониженому значенні струму збудження. UA 78327 U (12) UA 78327 U UA 78327 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до електромашинобудування, а саме до способів визначення та контролю величини статичного ексцентриситету повітряного зазору в синхронних машинах. Корисна модель може бути використана під час проведення заходів з контролю якості та сертифікації синхронних машин на електромашинобудівних та електромашиноремонтних підприємствах. Крім того, корисну модель можна використовувати для діагностики та моніторингу технічного стану синхронних машин, а також при проведенні планових та позапланових ремонтів. Відомий спосіб непрямого контролю ексцентриситету електричної машини, який ґрунтується на аналізі контрольованого сигналу, що формується як відношення максимального амплітудного значення змінної складової до середнього значення другої похідної зубцевої гармоніки електрорушійної сили (ЕРС), яка наводиться магнітним полем розсіювання в датчику, розташованому на корпусі електричної машини при її роботі в режимі холостого ходу [1]. Недоліком зазначеного способу є низька точність визначення величини ексцентриситету повітряного зазору внаслідок екранування вимірюваного магнітного поля корпусом електричної машини, а також неможливість визначення статичного ексцентриситету повітряного зазору. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб визначення статичного та динамічного ексцентриситету повітряного проміжку синхронних машин, який базується на аналізі часових та просторових гармонік ЕРС, яка наводиться в спеціальних вимірювальних обмотках, розташованих на статорі синхронної машини [2]. Недоліком цього способу є необхідність демонтажу та розбору конструкції синхронної машини або навіть зміни її конструкції з метою встановлення вимірювальних обмоток. Крім того, зазначений спосіб має низьку точність через вплив на гармоніки ЕРС реакції якоря та насичення магнітопроводу синхронної машини. Під терміном "ексцентриситет ротора" розуміють зміщення осі ротора відносно осі розточки статора електричної машини обертового руху. Розрізняють статичний ексцентриситет, коли поверхня ротора концентрична відносно осі його обертання, та динамічний ексцентриситет, коли присутня неспіввісність поверхні ротора з віссю його обертання. Запропонований спосіб стосується виключно статичного ексцентриситету ротора при паралельному зміщенні осі ротора відносно осі розточки статора. Відносне значення статичного ексцентриситету визначається за формулою:   min   max max  min , 35 40 45 50 55 де max, min - відповідно максимальне та мінімальне значення повітряного зазору. Статичний ексцентриситет ротора в синхронній машині викликає появу додаткових, а також підсилює існуючі вищі гармоніки магнітного поля. Це, в свою чергу, призводить до викривлення часових залежностей напруги та струму в обмотках статора, появи вібрації корпусу машини, появи сили одностороннього магнітного тяжіння, яка призводить ще до значнішого збільшення ексцентриситету і підвищеного зносу підшипників. Задачею корисної моделі є створення способу непрямого виявлення наявності та визначення величини статичного ексцентриситету повітряного зазору в синхронних машинах, за яким завдяки аналізу гармонічного складу безпосередньо кривої ЕРС фази основної обмотки статора синхронної машини досягається збільшення точності, а також спрощення та здешевлення пристрою вимірювання величини статичного ексцентриситету повітряного зазору. Поставлена задача вирішується завдяки способу непрямого визначення статичного ексцентриситету повітряного зазору синхронної машини, який полягає у визначенні амплітуд певних гармонік ЕРС фази обмотки статора синхронної машини при її роботі в режимі генератора без навантаження та при зменшеному значенні струму збудження, потрібно порівняти одержані значення амплітуд гармонік з заздалегідь відомими значеннями цих же амплітуд без наявності ексцентриситету повітряного зазору, знайти величини відхилення та після підстановки зазначених величин в регресійну модель визначити значення ексцентриситету. Суть запропонованого способу полягає в тому, що для визначення величини статичного ексцентриситету повітряного проміжку синхронної машини запропоновано використовувати регресійну модель, змінні параметри якої є діагностичними ознаками. Спосіб застосовують таким чином. Синхронну машину переводять в режим генератора. Для ліквідування впливу характеру навантаження на розподіл електромагнітного поля в активній зоні синхронної машини і на гармонічний склад кривої ЕРС фази обмотки статора машину переводять в режим холостого ходу. Щоб мінімізувати вплив нелінійних властивостей феромагнітного осердя (наприклад, насичення), струм збудження обмотки ротора зменшують до такої величини, при якій значення ЕРС фази обмотки статора лежить на лінійному відрізку 1 UA 78327 U 5 10 характеристики холостого ходу (наприклад, струм збудження приймається на рівні 25 % від його значення в номінальному режимі роботи синхронної машини). Вимірюють величини амплітуд першої, третьої, дев'ятої та зубцевої гармоніки. Порівнюють ці величини з заздалегідь відомими (еталонними) значеннями амплітуд зазначених гармонік, одержаними при відсутності статичного ексцентриситету. Еталонні значення знаходять або в результаті чисельного розрахунку електромагнітного поля, наприклад, за допомогою методу скінчених елементів, або експериментально, використовуючи еталонний зразок ідентичної синхронної машини. Для кожної з зазначених гармонік знаходять відхилення величини амплітуди від еталонного значення. Підставляють знайдені значення відхилення в регресійну модель окремо для кожної гармоніки. Регресійна модель описується рівнянням:   k1  3  k 2  2  k 3   v  k 4 , v v 15 20 25 30 Де  - величина статичного ексцентриситету, %;  v - величина відхилення гармоніки відносно еталонного значення, %; k1, k2, k3, k4 - коефіцієнти, що визначаються для кожної гармоніки окремо; v - номер гармоніки (наприклад, 1, 3, 9, 43). Параметри регресійної моделі  v , k1, k2, k3, k4 є діагностичними ознаками. Визначене за регресійною моделлю значення статичного ексцентриситету вважається достовірним тільки у разі, якщо це значення однакове або близьке за величиною для всіх зазначених гармонік (першої, третьої, дев'ятої та зубцевої). Таким чином, у порівнянні з прототипом, запропонований спосіб непрямого визначення статичного ексцентриситету синхронної машини дозволяє збільшити точність визначення величини ексцентриситету, оскільки фактори, які найбільше впливають на гармонічний склад кривої фазної ЕРС (навантаження та насичення феромагнітного осердя), або ліквідовані, або нівельовані. Запропонований спосіб не потребує введення всередину конструкції синхронної машини додаткових вимірюючих елементів, що значно спрощує і здешевлює пристрій визначення статичного ексцентриситету повітряного зазору, а також дозволяє не демонтувати синхронну машину і не розбирати її конструкцію. Джерела інформації: 1. SU 1072196, Н02К15/16. Способ косвенного контроля динамического эксцентриситета электрической машины / В.Н. Минаков - Опубл. 07.02.1984. - Бюл. № 5. 2. ЕР 1455436, Н02К15/16, 2004. Method and apparatus for processing signals for eccentricity detection in a synchronous machine / Tu Xuan-Mai; Simond Jean-Jacques - Опубл. 08.09.2004. Бюл. № 37. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Спосіб непрямого визначення статичного ексцентриситету повітряного зазору в синхронних машинах, при якому вимірюють величини амплітуд першої, третьої, дев'ятої та зубцевої гармоніки електрорушійної сили (ЕРС) обмотки статора синхронної машини та порівнюють одержані величини з еталонними, який відрізняється тим, що вимірювання проводять в режимі холостого ходу та при пониженому значенні струму збудження. Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2