Спосіб контролю нерівномірності повітряного зазору асинхронного двигуна

Изобретение относится к области испытания асинхронных двигателей (АД). Служит для определения степени неравномерности их воздушного зазора (HВЗ) косвенным путем. Может быть использовано для диагностирования технического состояния подшипников АД, так как износ подшипников всегда сопровождается изменением степени НВЗ АД. Известны [1, 2, 3] способы контроля НВЗ АД, заключающиеся в возбуждении в воздушном зазоре двигателя постоянного магнитного поля путем подключения одной и более фаз обмотки статора к источнику постоянного тока, изменении в процессе контроля положения полюсов этого поля, например, путем поочередного подключения источника постоянного тока к различным фазам обмотки статора, питании обмотки статора в процессе контроля и от источника переменного тока, определении степени неравномерности воздушного зазора двигателя по изменениям информативных параметров при изменении положения полюсов постоянного магнитного поля в воздушном зазоре, используя общие для двигателей данного типа градуировочные данные. Способ [1] заключается в том, что двигатель сначала запускают до установившейся частоты вращения подключением к источнику питания трехфазного тока, затем переводят его в режим динамического торможения, например, путем переключения двух выводов обмотки статора к источнику постоянного тока, при этом фиксируют время торможения (интенсивность торможения, выбег) в интервале изменения частоты вращения, близкого к линейному, Повторно запускают двигатель, после чего его снова переводят в режим динамического торможения при тех же условиях, но при другом положении полюсов магнитного поля в воздушном зазоре, например, путем подключения к источнику постоянного тока двух других выводов обмотки статора, При этом также фиксируют время торможения двигателя (интенсивность торможения, выбег) в том же интервале изменения частоты вращения. О степени НВЗ испытуемого АД в этом способе судят по изменению времени его динамического торможения (интенсивности торможения, выбега) при различных положениях полюсов постоянного магнитного поля в воздушном зазоре АД. При этом используют полученные заранее опытным путем общие для двигателей данного типа градуировочные данные в относительных единицах. Недостатками данного способа контроля НВЗ АД являются трудности измерения частоты вращения ротора (интенсивности торможения, выбега) и определения их изменений при затрудненном и невозможном доступе к валу АД в процессе эксплуатации, а также трудности определения времени торможения АД (интенсивности торможения, выбега) в одинаковом в различных опытах интервале изменения частоты вращения ротора, близкого к линейному (при различных положениях полюсов магнитного поля в воздушном зазоре АД). В способе [2] эти недостатки устраняются путем совмещения при контроле двигательного режима работы АД и динамического торможения. При его использовании исключается необходимость доступа к валу двигателя при проведении контроля, так как. контроль осуществляется без необходимости измерения величин, которые в процессе контроля быстро изменяются независимо от оператора. Способ [2] заключается в том, что ненагруженный АД запускают до установившейся частоты вращения также, как и в способе [1]. Затем АД переводят в режим работы, совмещающий двигательный режим и динамическое торможение, в частности, путем подачи определенного пониженного напряжения на одну из фаз обмотки статора от источника переменного тока и подключения другой фазы к источнику постоянного тока через дроссель и диод. После этого постепенно с задержками увеличивают момент двигателя в режиме динамического торможения пока скольжение в совмещенном двигательном режиме не станет критическим. Делают это путем постепенного с задержками увеличения тока в фазе обмотки статора, подключенной к источнику постоянного тока. О том, что скольжение стало критическим судят, в частности, по началу быстрого затормаживания двигателя вплоть до остановки. Фиксируют значение постоянного тока, при котором начинается быстрое затормаживание двигателя. Повторяют все описанные выше операции в той же последовательности и при тех же условиях, но при другом положении в воздушном зазоре полюсов магнитного поля, возбуждаемого источником постоянного тока, в частности, при повороте этого магнитного поля на 120 электрических градусов по отношению к первоначальному положению, что достигают путем подключения источника постоянного тока к другой (ранее незадействованной) фазе обмотки статора. О степени НВЗ АД судят по полученным изменениям постоянного тока для достижения начала быстрого затормаживания АД при различных положениях полюсов магнитного поля, создаваемого в воздушном зазоре источником постоянного тока, также используя заранее полученные опытным путем общие для двигателей данного типа градуировочные данные в относительных единицах. По технической сущности наиболее близким к заявляемому изобретению является способ контроля НВЗ АД [3], выбранный в качестве прототипа. Он заключается в подключении выводов фаз обмотки статора двигателя к источнику трехфазного переменного тока, создании магнитного поля в воздушном зазоре АД источником постоянного тока путем подключения к этому источнику двух выводов обмотки статора (основное магнитное поле), в плавном увеличении электромагнитного момента АД до трогания ротора с места путем увеличения переменного напряжения при неподвижном роторе, в измерении в момент трогания ротора значений указанного переменного напряжения при различных положениях полюсов магнитного поля в воздушном зазоре, создаваемого источником постоянного тока, в частности, путем поочередного подключения этого источника к двум различным выводам обмотки статора. При этом о степени несимметрии воздушного зазора АД судят по изменениям момента трогания двигателя (напряжения трогания, тока трогания и др.) при подключении источника постоянного тока к обмотке статора АД и отключении его, которое соответствует различным положениям полюсов магнитного поля, возбуждаемого в АД источником постоянного тока (в частности, когда изменение момента трогания получается наибольшим и когда оно получается наименьшим). Существенными недостатками этого способа, как и способов [1, 2] являются относительно небольшая чувствительность и недостаточно высокая точность результатов контроля, Кроме того, недостатком данного способа является большой разброс значений информативных параметров в случае трогания ротора из различных начальных положений, требующий усреднения этих значений. Наличие разброса показаний можно объяснить неодинаковыми положениями зубцов статора и ротора относительно друг друга при трогании ротора из различных начальных положений. В основу изобретения поставлена задача создания способа контроля НВЗ АД, устраняющего названные выше недостатки для упрощения контроля и повышения достоверности его результатов. Для решения поставленной задачи заявляемый способ включает следующие основные операции: - кратковременно намагничивают магнитную цепь АД до глубокого насыщения, в частности, путем подключения двух выводов обмотки статора к источнику постоянного тока; - образуют слаботочную измерительную цепь переменного тока, а частности, путем подключения одной или более фазных обмоток статора к источнику переменного тока, максимально исключив взаимное влияние источников постоянного и переменного тока друг на друга; - измеряют значения информативных параметров (тока в измерительной цепи, напряжения в ней и др.) при данном фиксированном положении полюсов двигателя при подключении к источнику постоянным током; - перемещают полюса двигателя при том же значений постоянного тока в другое фиксированное положение, поворачивая магнитное поле на 120 электрических градусов по отношению к первоначальному положению путем подключения источника постоянного тока к другой паре выводов обмотки статора; - повторно измеряют значения информативных параметров (тока при том же, что и при первом измерении значений напряжения или наоборот напряжения при установке того же, что и при первом измерении тока в измерительной цепи и др.) при новом положении полюсов в воздушном зазоре; -определяют степень НВЗ АД по полученным изменениям переменного тока, напряжения или других величин в измерительной цепи при перемещении полюсов из одного положения в другое и равных других условиях, используя заранее полученные опытным путем общие для двигателей данного типа градуировочные данные в относительных единицах. Поставленная задача решается путем использования сильной зависимости индуктивности (реактивного сопротивления) индуктивного элемента, включаемого в электрическую цепь переменного тока от степени насыщения его магнитной цепи, выполненной из ферромагнитных материалов, чем заявляемый способ принципиально отличается от способов [1, 2, 3], физической основой которых служит зависимость электромагнитного момента АД и его момента трогания от степени НВЗ. Зависимость индуктивности (индуктивного сопротивления) от степени насыщения магнитной цепи настолько велика, что в технике она используется для создания магнитных усилителей. В заявляемом способе, благодаря использованию этой сильной зависимости, достигается значительно более высокая чувствительность информативного параметра к степени НВЗ, чем в известных способах. При неравномерном воздушном зазоре и одном и том же постоянном токе, обеспечивающем глубокое насыщение магнитной цепи АД, степень этого насыщения изменяется при изменении положения полюсов магнитного поля в воздушном зазоре, что и используется в заявляемом способе для контроля степени НВЗ. За счет высокой чувствительности заявляемого способа достигается возможность измерять даже малую степень НВЗ АД, встречающуюся в эксплуатационно-ремонтной практике асинхронных машин. В отличие от магнитных усилителей изменения значений индуктивности цепи переменного тока, в заявляемом способе обусловлены не изменениями постоянного тока, а изменениями магнитного сопротивления на пути магнитного потока. Чем больше степень НВЗ в АД, тем больше изменяется магнитное сопротивление замкнутых контуров его магнитной цепи при перемещении полюсов магнитного поля, создаваемого постоянным током, в воздушном зазоре. Значения же постоянного тока при этом перемещении в заявляемом способе поддерживаются неизменными. Очень важно, что и в заявляемом способе контроля, как и в способах [1, 2, 3], для определения НВЗ АД между собой сравнивают результаты, полученные на основании опытов, проводимых на одном и том же объекте (испытуемом АД), следующих сразу же друг за другом (почти одновременно), при одних и тех же условиях, с использованием одних и тех же приборов и, следовательно, практически с одинаковой погрешностью. При этом абсолютная погрешность контролируемых величин, также как и их значения, не имеют существенного значения, так как информативным является само отличие контролируемых величин, определяемое в относительных единицах. Таким образом, поставленная задача решается за счет того, что заявляемый способ контроля НВЗ АД·заключающийся в возбуждении в воздушном зазоре двигателя постоянного магнитного поля путем подключения одной и более фаз обмотки статора к источнику постоянного тока, изменении в процессе контроля положения полюсов этого поля, например, путем подключении источника постоянного тока к различным фазам обмотки статора, питании обмотки статора в процессе контроля и от источника переменного тока, определении степени НВЗ двигателя по изменениям информативных параметров при изменении положения полюсов постоянного магнитного поля в воздушном зазоре, используя общие для двигателей данного типа грудуировочные данные, согласно с изобретением, при контроле магнитную систему двигателя намагничивают до глубокого насыщения путем соответствующего увеличения постоянного тока в фазных обмотках статора, а о степени НВЗ двигателя судят по изменениям тока в измерительной цепи, включающей одну или более фазных обмоток статора и питаемой от источника переменного тока, при том же подведенном к этой цепи напряжении или наоборот по изменениям напряжения при том же установленном в этой цепи тока, изменениям индуктивности этой цепи иди других величин, которые вызываются перемещением полюсов постоянного магнитного поля из одного положения в другое. Следовательно, заявляемое изобретение существенно отличается тем, что: - производят намагничивание магнитной цепи испытуемого двигателя до глубокого насыщения постоянным током, в частности, путем подключения двух выводов его обмотки статора к источнику постоянного тока; - используют при глубоком насыщении магнитной цепи АД в качестве информативных параметров о степени НВЗ изменения тока, напряжения, индуктивности и других величин в одной фазе обмотки статора или более при питании от источника переменного тока и повороте постоянного магнитного поля из одного фиксированного положения в другое; - отсутствует необходимость запуска испытуемого двигателя или доведения его до трогания с места. На фиг.1 показана электрическая схема реализации предлагаемого способа для трехфазного асинхронного двигателя с соединением статорных обмоток в звезду с нейтральным проводом (источник постоянного напряжения подключен к двум фазам двигателя, источник переменного напряжения - к третьей незадействованной фазе и нейтральному проводу); на фиг.2 электрическая схема реализации предлагаемого способа для трехфазных асинхронных двигателей с соединением статорных обмоток в открытый треугольник; на фиг.3, 4 электрические схемы реализации предлагаемого способа при использовании заграждающих и переменного (использование таких электрических фильтров для постоянного тока фильтров обусловлено необходимостью исключения взаимного влияния источников постоянного и переменного тока друг на друга); на фиг.3 - статорные обмотки соединены в звезду; на фиг.4 - в треугольник. На фиг.5 изображена картина магнитного поля, создаваемого постоянным током, в двухполюсном асинхронном двигателе при подключении источника литания к различным выводам. На фиг.6 показано сложение векторов магнитных потоков (а) и (б), создаваемых двумя из трех различными сосредоточенными обмотками, оси которых смещены в пространстве на угол 120°. Для двухполюсной машины геометрический градус равен электрическому число пар полюсов На фиг.3 (b), видно, что вектор так как повернулся относительно вектора на угол Проводилась проверка изменения НВЗ трехфазного АД типа МТ-3000 с номинальным напряжением 200В и частотой 400Гц, на базе которого была создана установка для изменения эксцентриситета ротора. При помощи двух фланцев закрепляется пакет статора. Приспособление позволяет изменить положение ротора в расточке статора от концентрического до касания со статором. Ротор с подшипниками устанавливается в стальных обоймах. Эти обоймы запрессованы в стальные втулки, которые винтами прижимаются к фланцам и удерживают ротор в строго определенном положении относительно статора. Ослабив винты, можно перемещать втулки в вертикальной плоскости по направляющим и таким обрезом смещать ротор в расточке статора. При этом можно устанавливать различные виды неподвижного эксцентриситета (односторонний, равносторонний, разносторонний). Измеряется эксцентриситет с помощью индикатора часового типа, установленного на специальном штативе. Для определения НВЗ асинхронного двигателя заявляемым способом обмотки статора машины подключают к источникам питания по схеме, показанной на фиг.1. Опыты проводились при двух крайних значениях относительного эксцентриситета: 0,1 и 1,0. Цепь постоянного тока формировалась последовательно из фаз двигателя и и и а измерительная цепь соответственно этому из фазы: и Сила постоянного тока в цепи поддерживалась 25А, переменное напряжение в измерительной цепи - 12В. В качестве диагностического параметра использовалась разность максимального и минимального значений (из трех измеренных в фазах или тока в измерительной цепи. Данные измерений сведены в таблицу. Из таблицы видно, что при увеличении относительного эксцентриситета диагностический параметр увеличился в Это указывает на достаточную чувствительность предлагаемого способа контроля НВЗ АД. Технико-экономическая эффективность заявляемого изобретения определяется следующим. Для осуществления контроля НВЗ АД с помощью предлагаемого способа не требуется сложных и дорогостоящих устройств для измерения частоты вращения ротора двигателя и времени его выбега. В результате стоимость устройств для его реализации в 3 ... 5 раза ниже стоимости устройств в аналогичных способах. Применение способа улучшает условия для перевода технического обслуживания и ремонта асинхронных двигателей на более прогрессивную технологию - на обслуживание по состоянию, а также дает возможность осуществлять прогнозирование вероятности отказа двигателей, связанного с износом подшипников, так как этот износ сопровождается увеличением эксцентриситета ротора.