Способ контроля прессовки сердечника статора синхронной электрической машины

 

Изобретение относится к области электромашиностроения, а именно к синхронным электрическим машинам. Технический результат изобретения, заключающийся в улучшении способа контроля статора синхронной электрической машины, достигается путем того, что в способе контроля прессовки сердечника статора синхронной электрической машины, основанном на контроле соответствия давления прессовки сердечника заданному значению, при котором периодически определяют величину контролируемого параметра, сравнивают ее с заданным значением, в качестве контролируемого параметра используют величину угла отставания оси деформации сердечника от вектора возмущающей сердечник силы, измеряемую, когда синхронная машина находится в работающем состоянии, а в качестве заданного параметра используют значение этого параметра, полученного при первоначальном вводе машины в эксплуатацию, при этом увеличение величины угла отставания оси деформации сердечника от вектора возмущающей сердечник силы по сравнению с заданным значением свидетельствует о снижении давления прессовки. 3 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению и электроэнергетике, а также может найти применение в других отраслях промышленности, связанных с изготовлением, эксплуатацией и ремонтом синхронных электрических машин.

Известен способ контроля прессовки сердечника статора электрической машины, выполненного из листов электротехнической стали, стянутых посредством нажимных плит и стяжных элементов, и имеющего обмотку, основанный на определении давления прессовки, при котором периодически в нескольких сечениях по длине сердечника осуществляют механическое возбуждение, затем определяют величину контролируемого параметра, в качестве которого используют параметр поглощения энергии колебаний, сравнивают его значение с заданной величиной, а давление прессовки определяют по соотношению полученной величины к заданной, при этом увеличение поглощения энергии колебаний свидетельствует о снижении давления прессовки [1].

Недостатками способа по [1] являются - ограниченные функциональные возможности, обусловленные необходимостью вывода из эксплуатации, разборки (извлечение ротора из статора) электрической машины и создание специальных тестовых воздействий на сердечник; - ограниченная достоверность результатов контроля прессовки сердечника, осуществляемого на статоре разобранной машины, при котором не может учитываться дополнительное влияние термомеханических и механических сил, действующих в реальных эксплуатационных режимах электрической машины, на фактически складывающуюся в таких условиях плотность прессовки сердечника. Действующие во время эксплуатации электрической машины термомеханические и механические напряжения могут влиять на упруго-диссипативные свойства сердечника как в сторону их ухудшения, так и в сторону улучшения. Поэтому параметры, полученные в условиях, когда не действуют эксплуатационные факторы, не в полной мере отражают действительное состояние сердечника в условиях работающей электрической машины.

Изобретением решается задача создания способа контроля прессовки сердечника статора синхронной электрической машины, характеризующегося более широкими функциональными возможностями благодаря его применению в условиях реально работающей машины, т.е. не требующего ее вывода из состояния функционирования, при высокой достоверности результата контроля, обусловленной возможностью учитывать влияние всех эксплуатационно-технологических факторов, действующих во время функционирования электрической машины.

Для решения поставленной задачи в способе контроля прессовки сердечника статора синхронной электрической машины, установленного и закрепленного в корпусе статора и выполненного из листов электротехнической стали, основанном на контроле соответствия давления прессовки сердечника заданному значению, при котором периодически определяют величину контролируемого параметра, сравнивают ее с заданным значением, предложено согласно настоящему изобретению в качестве контролируемого параметра использовать величину угла отставания оси деформации сердечника от вектора возмущающей сердечник силы, измеряемую, когда синхронная машина находится в работающем состоянии, а в качестве заданного параметра использовать значение этого параметра, полученного при первоначальном вводе машины в эксплуатацию, при этом увеличение величины угла отставания оси деформации сердечника от вектора возмущающей сердечник силы по сравнению с заданным значением свидетельствует о снижении давления прессовки.

Положение оси магнитного потока в электрической машине определяется аппаратным методом согласно [2] и несложным расчетным уточнением через следующий набор известных параметров работающей синхронной электрической машины.

I - ток статора синхронной электрической машины; U - электрическое напряжение на выводах статора; Р - активная мощность электрической машины; Х_р - индуктивное сопротивление Потье.

Угловое положение оси деформации сердечника определяется через фазовый сдвиг вибросигнала, снятого с сердечника, относительно оси полюсов обмотки возбуждения синхронной электрической машины. Оценка изменения давления прессовки сердечника статора выполняется сравнением угла отставания оси деформации сердечника от вектора возмущающей силы, действующей по оси результирующего магнитного потока с полученной ранее, при первичном контроле, величиной, или же сравнением с величиной, полученной на другой однотипной синхронной электрической машине при одинаковых или достаточно близких параметрах функционирования электрической машины. Увеличение угла отставания деформации от возмущающей силы свидетельствует об ухудшении упруго-диссипативных свойств системы статора в целом, и, в частности, о снижении давления прессовки сердечника статора, который по своей массе является основной составной частью статора.

Известно, что разница фаз между возмущающей силой и вызываемой ею деформацией определяется степенью поглощения (демпфирования) энергии колебаний в механической системе и соотношением частоты возмущающей силы и частоты собственных колебаний рассматриваемой системы [3]. В синхронной электрической машине частота деформирующей сердечник силы задана конструктивно и остается постоянной весь срок службы машины. Соотношение частоты возмущающей сердечник силы и частоты собственных колебаний сердечника можно принять величиной малоизменяющейся. Справедливость такого допущения может подтверждаться периодическими проверками величин резонансных частот сердечника, например методом двухканального модального анализа. В таком случае явление поглощения энергии колебаний статора будет основным фактором, определяющим отставание деформации сердечника от возмущающей его силы.

Изобретение поясняется на примере выполнения.

На фиг.1 представлен схематично продольный разрез статора электрической машины, на фиг.2 - принципиальная схема взаимного положения различных осей и векторов на поперечном сечении сердечника, на фиг.3 - векторная диаграмма ЭДС (диаграмма Потье [4]).

Сердечник 1 статора синхронной электрической машины выполнен из листов электротехнической стали и закреплен в корпусе 2 при помощи конструктивных элементов 3 и 4.

На фиг. 2 - показаны и обозначены: d - ось полюсов обмотки возбуждения, F_δ - вектор результирующего магнитного поля, k - ось деформации сердечника статора, U - вектор электрического напряжения на выводах электрической машины, E_δ - вектор электродвижущей силы в обмотке статора, создаваемой результирующим магнитным потоком; α - угол отставания оси деформации сердечника статора от вектора результирующего магнитного поля электрической машины, β - угол между осью полюсов обмотки возбуждения и осью деформации сердечника; Θ - угол между осью полюсов обмотки возбуждения и вектором напряжения на выводах электрической машины, δ - угол между векторами E_δ и U. Пунктиром на фиг.2 показана форма деформации сердечника.

Заявляемый способ состоит в следующем.

Сразу после ввода в эксплуатацию и затем периодически в течение срока службы в установившемся режиме работы синхронной электрической машины, оснащенной вибрационными датчиками, установленными на сердечник, и аппаратными средствами измерения фазы вибрации сердечника, осуществляют регистрацию угла отставания деформации сердечника относительно оси полюсов обмотки возбуждения (угол β) и угла между осью полюсов и вектором напряжения на выводах электрической машины (угол Θ), регистрируя одновременно электрический ток, напряжение и активную мощность электрической машины. Далее через параметры I, U, Р, Х_р и соотношения векторной диаграммы (фиг.3) последовательно по формулам вычисляют Падение напряжения в сопротивлении Х_р; Е_р=I•Х_р.

Коэффициент мощности cosϕ; cosϕ = P/(√3•U•I).

Угол ϕ; ϕ = arccosP/(√3•U•I) Угол ϕʹ; ϕʹ = arctg(U•sinϕ+ε_p)/(U•cosϕ); Угол δ; δ = ϕʹ-ϕ. Затем, используя формулу:
α = β-(Θ-90-δ),
определяют угол между осью деформации сердечника статора и осью результирующего магнитного поля электрической машины (угол α).

Полученное значение угла отставания деформации сердечника от оси результирующего магнитного поля синхронной электрической машины сравнивают с измеренным ранее углом отставания. По соотношению вновь полученного и измеренного ранее углов оценивают изменение плотности прессовки сердечника за прошедший период. В случае установки вибрационных датчиков в нескольких сечениях по длине сердечника можно делать сравнительную оценку изменений давления прессовки в разных сечениях одного сердечника.

Сердечник статора или участок статора, имеющий ослабленную прессовку, сильнее поглощает энергию колебаний и, как следствие, имеет большую величину угла отставания деформации сердечника от оси результирующего магнитного поля синхронной электрической машины.

В частном случае, когда соблюдено условие идентичности режимов работы синхронной электрической машины, контроль и оценка изменений прессовки сердечника могут быть выполнены лишь измерением и сравнением с начальным базовым значением смещения фазы вибрации сердечника относительно полюсов обмотки возбуждения (угол β).

Заявляемый способ применим на протяжении всего срока службы синхронной электрической машины.

Реализация заявляемого способа позволяет
- ввести в практику принципиально новый способ объективного контроля прессовки сердечника статора синхронной электрической машины;
- контролировать прессовку сердечника статора на функционирующей электрической машине;
- учитывать влияние на прессовку сердечника всех эксплуатационно-технологических факторов;
- повысить надежность эксплуатации статоров синхронных электрических машин путем более точного отслеживания изменений прессовки сердечника и на этой основе своевременного проведения соответствующих профилактических мероприятий.

Имеющиеся опытные данные подтверждают возможность практического применения заявляемого способа. Угол отставания оси деформации сердечника от вектора возмущающей его с частотой 100 Гц силы, полученный практическими измерениями на одном из генераторов в близком к номинальному режиму работы, составил величину около 40^o (в масштабе частоты 100 Гц). Характеристики поглощающих свойств реальных сердечников, полученные измерениями, дают основания оценивать возможный диапазон изменения угла отставания деформации от возмущающей силы, в зависимости от состояния сердечника, величиной порядка 10^o.

Литература
1. Патент РФ 2155429, МПК Н 02 К 15/00, 2000 г.

2. Коварский Е.М., Янко Ю.И. Испытания электрических машин, М., Энергоатомиздат, 1990, с.125.

3. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле, пер. с англ., М., "Машиностроение", 1985, с.76.

4. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Часть вторая, М. - Л., Энергия, 1965, с.194.

Формула изобретения

Способ контроля прессовки сердечника статора синхронной электрической машины, установленного и закрепленного в корпусе статора и выполненного из листов электротехнической стали, основанный на контроле соответствия давления прессовки сердечника заданному значению, при котором периодически определяют величину контролируемого параметра, сравнивают ее с заданным значением, отличающийся тем, что в качестве контролируемого параметра используют величину угла отставания оси деформации сердечника от вектора возмущающей сердечник силы, измеряемую, когда синхронная машина находится в работающем состоянии, а в качестве заданного параметра используют значение этого параметра, полученного при первоначальном вводе машины в эксплуатацию, при этом увеличение величины угла отставания оси деформации сердечника от вектора возмущающей сердечник силы по сравнению с заданным значением свидетельствует о снижении давления прессовки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3