Способ измерения воздушного зазора в электрических машинах

Авторы патента:

G01R31/34 - испытание электрических машин (испытание электрических обмоток G01R 31/06; способы и устройства для изготовления, эксплуатации и ремонта электрических машин H02K 15/00)

G01B7/31 - для проверки соосности

G01B7/14 - для измерения расстояния или зазора между разнесенными предметами или отверстиями (G01B 7/30 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2287167:

Омский государственный университет путей сообщения (RU)

Способ относится к области испытаний электрических машин косвенными методами. На роторе и статоре электрической машины устанавливают датчики Холла симметрично друг другу с противоположных сторон ротора и статора. Возбуждают постоянное электромагнитное поле и приводят во вращение ротор испытуемой электрической машины. Измеряют сигналы, пропорциональные электромагнитному полю в воздушном зазоре между ротором и статором. По сопоставлению измеренных сигналов судят о величине воздушного зазора между ротором и статором и о величине характере перекоса осей ротора и статора. 2 ил.

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к испытаниям электрических машин косвенными методами.

Известны способы контроля и измерений неравномерности воздушных зазоров, преимущественно асинхронных машин, которые базируются на явлении электромагнитной индукции [1].

На основании цилиндра ротора испытуемой машины создают полюса остаточной намагниченности, ротор приводят во вращение от приводного двигателя, при этом остаточный поток полюсов пересекает обмотку статора и наводит в ней ЭДС. При наличии эксцентриситета магнитное сопротивление воздушного зазора периодически меняется, что вызывает модуляцию ЭДС с частотой вращения ротора. По глубине модуляции контролируют неравномерность воздушного зазора.

Способ косвенного контроля неравномерности воздушного зазора электрической машины [2] заключается в том, что испытуемую машину стыкуют с приводным синхронным двигателем. Синхронно вращают ротор данной машины, например, трехфазной, на одну из фаз которой предварительно подают переменное напряжение. Индуктируемое в остальных двух фазах напряжение измеряют и сравнивают, отключают напряжение от первой фазы и подают на вторую. Повторно измеряют и сравнивают индуктируемое напряжение в первой и третьей фазах. Затем отключают напряжение от второй и подают на третью фазу. Измеряют и сравнивают напряжение первой и второй фазы. По максимальной разнице между напряжениями в фазах судят о неравномерности воздушного зазора.

Данный способ, как и предыдущий, имеет ограниченную область применения (только многофазные электрические машины переменного тока) и не позволяет контролировать воздушные зазоры под главными и добавочными полюсами в машинах постоянного тока, а также воздушные зазоры в электрических машинах других типов. По результатам измерений данным способом судят только об общей неравномерности воздушного зазора.

За прототип принят способ измерения характеристики воздушных зазоров в электрических машинах [3], по которому в электрических машинах любых габаритов и типов: постоянного тока, асинхронных линейных двигателей и т.п. для получения подробной картины геометрии воздушного зазора магнитопровода произвольно выбирают две базы, относительно которых производят измерения: одну на подвижной массе - роторе (якоре) испытуемой электрической машины, другую на неподвижной массе - статоре. На выбранных базах устанавливают измерители электромагнитного поля. На одну из фаз машины переменного тока, либо на обмотку возбуждения или обмотку добавочных полюсов машины постоянного тока подают регулируемое постоянное напряжение. Приводят во вращение подвижную массу испытуемой электрической машины и измеряют одновременно сигналы с измерителей электромагнитного поля, расположенных на подвижной и неподвижной массах электрической машины.

По сопоставлению сигналов, снятых с измерителей, расположенных на подвижной и неподвижной массах, судят о величине и характере неравномерности, а именно: эксцентриситете, вызванном смещением оси вращения ротора (якоря) по отношению к оси расточки статора; эксцентриситете, эллипсности или биении поверхности железа ротора (якоря) по отношению к оси вращения, но данный способ не позволяет выявить перекоса оси вращения подвижной массы относительно оси неподвижной.

Целью изобретения является создание способа контроля и измерений перекоса оси вращения подвижной массы - ротора (якоря) относительно оси неподвижной - статора.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе выбирают четыре базы: две на подвижной массе - роторе (якоре) испытуемой электрической машины, две другие на неподвижной массе - статоре. Базы выбираются симметрично друг другу и располагаются с противоположных сторон подвижных и неподвижных масс. На выбранных базах устанавливают измерители электромагнитного поля. Возбуждают постоянное электромагнитное поле, приводят во вращение подвижную массу испытуемой электрической машины. По сопоставлению сигналов, снятых с измерителей, расположенных на подвижной и неподвижной массах, судят о величине и характере перекоса оси вращения ротора (якоря) по отношению к оси расточки статора (окружности, образованной наконечниками главных или добавочных полюсов).

Рассмотрим предлагаемый способ измерения воздушного зазора и контроля перекоса осей подвижных и неподвижных масс применительно к четырехполюсной машине постоянного тока с добавочными полюсами и компенсационной обмоткой. На фиг.1 схематично изображена магнитная цепь машины постоянного тока.

Для осуществления предлагаемого способа берут машину постоянного тока и устанавливают на стенд. На испытуемой машине выбирают четыре базы: две на якоре 1 - подвижные массы отсчета; две на главном полюсе 2 или добавочном 3 - неподвижные массы отсчета. На выбранных базах устанавливают измерители электромагнитного поля, например датчики ЭДС Холла, на якоре 1 измерители 6 и 7, на главном полюсе измерители 4 и 5.

Измерители устанавливают симметрично друг другу с противоположных сторон подвижных и неподвижных масс. За подвижную массу предпочтительнее брать зубец якоря 1, так как увеличивается чувствительность измерителей 6 и 7.

На обмотку возбуждения главных полюсов 2 подают регулируемое постоянное напряжение с таким расчетом, чтобы по обмотке протекал ток порядка 0,5 его номинального значения. Этим самым снижается влияние насыщения отдельных участков магнитопровода главных полюсов 2, особенно зубцовой зоны якоря 1, на линейность характеристик выходных сигналов с измерителей 4, 5, 6 и 7. Выходные сигналы с измерителей подают через аналого-цифровой преобразователь на ЭВМ.

Включают приводной двигатель и вращают якорь испытуемой электрической машины. При этом записывают одновременно на ЭВМ уровни и формы ЭДС с четырех измерителей магнитного поля 4, 5, 6 и 7. В случае перекоса осей подвижных о-о и неподвижных о₁-o₁ масс в вертикальной плоскости (фиг.1) за один оборот якоря 1 на ЭВМ запишутся определенные уровни и формы ЭДС (фиг.2). ЭДС 8 соответствует сигналу с измерителя 4, а ЭДС 9 с измерителя 5. Уровень ЭДС 8 выше ЭДС 9 в виду того, что воздушный зазор между измерителем 4 и железом якоря 1 меньше чем под измерителем 5. ЭДС 8 и 9 кроме постоянной составляющей определенного уровня содержит переменную составляющую, обусловленную зубчатостью якоря. Частота пульсаций переменной составляющей зависит от частоты вращения приводного двигателя и числа пазов якоря 1. Максимальному значению переменной составляющей ЭДС 8 и 9 соответствует прохождение под измерителем зубца якоря, минимальному значению - паза. Одновременно с измерителей 6 и 7 (фиг.1), закрепленных на зубце якоря 1, поступают на ЭВМ ЭДС 10 и 11 (фиг.2), причем ЭДС 10 соответствует измеритель 6, ЭДС 11 - 7. ЭДС 10 и 11 повторяют профиль образующих башмаков главных полюсов 2. Уровни сигналов для верхнего и нижнего главных полюсов от измерителей 6 и 7 поменяются местами. Для главных полюсов 2, находящихся в горизонтальной плоскости уровни сигналов одинаковы, т.к. воздушные зазоры равные.

Как видно из приведенного примера, предложенный способ, по сравнению с существующими, можно применять для контроля перекоса осей подвижных и неподвижных масс и измерения воздушных зазоров в электрических машинах любых типов: постоянного тока, асинхронных, синхронных и других, имеющих воздушный зазор.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №585578, кл. Н 02 К 15/00, 1977.

2. Авторское свидетельство №541246, кл. Н 02 К 15/16, 1977.

3. Патент №2192701, МПК7 Н 02 К 15/00, G 01 R 31/34.

Способ измерения воздушного зазора в электрических машинах, основанный на измерении электромагнитных полей, пропорциональных изменению зазора, с возбуждением электромагнитных полей различной ориентации, отличающийся тем, что измеряют одновременно сигналы, пропорциональные электромагнитному полю в воздушном зазоре между ротором и статором, измерителями, установленными с противоположных сторон ротора и статора симметрично друг другу, и по сопоставлению измеренных сигналов судят о величине и характере перекоса осей ротора и статора.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии электромашиностроения, в частности к контролю величин посадочного натяга контактных колец на валы роторов электрических машин, например турбогенераторов.

Устройство для испытания машины постоянного тока // 2281525

Изобретение относится к электромашиностроению. .

Электрифицированный стенд для исследования электрических машин // 2281524

Изобретение относится к технике испытания электрических машин для исследования их статических и динамических характеристик. .

Способ диагностики состояния посадочных натягов бандажных колец на бочку и центрирующие кольца ротора электрической машины // 2280939

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии электромашиностроения, и касается, в частности, контроля величин натягов горячей посадки бандажных колец роторов крупных электрических машин, например, турбогенераторов.

Способ диагностики состояния посадочных натягов бандажных колец на составные части ротора электрической машины и устройство для его осуществления // 2280306

Изобретение относится к области электротехники и касается технологии электромашиностроения, в частности к контролю величин натягов горячей посадки бандажных колец роторов крупных электрических машин, например турбогенераторов.

Способ диагностики состояния посадочной части бандажных колец и массивного сердечника ротора электрической машины и устройство для его осуществления // 2279751

Изобретение относится к области электротехники, а именно технологии электромашиностроения, в частности, к контролю состояния посадочной части бандажных колец и сердечника роторов крупных электрических машин, например, турбогенераторов.

Способ обнаружения дефектов узлов крепления статора на работающей электрической машине // 2279103

Изобретение относится к области электротехники и может быть использован в диагностике электрических машин, преимущественно турбо- и гидрогенераторов электростанций.

Испытательно-нагрузочный стенд // 2277248

Способ контроля электротехнического состояния электрических машин // 2274869

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для экспресс-контроля работоспособности электрических машин, в частности электрических двигателей, генераторов постоянного, переменного токов и трансформаторов.

Способ измерения аксиальной координаты датчика при контроле изоляции листов шихтованных сердечников электрических машин и устройство для его реализации // 2272245

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для диагностики и контроля состояния изоляции между листами электротехнической стали шихтованных сердечников электрических машин электромагнитным методом.

Устройство для центровки валов механизмов // 2279036

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля соосности при монтаже и центровке механизмов, например дизеля с генератором, электродвигателя с насосом и т.д.

Измеритель наклона вала роторного механизма // 2253088

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на железнодорожном транспорте для диагностики подшипников различных роторных механизмов, изменяющих при работе ориентацию в пространстве, например колесных пар, электродвигателей, редукторов и т.д.

Способ измерения зазора между измерительным преобразователем и контролируемой поверхностью (варианты) // 2234054

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для бесконтактного измерения зазоров, эксцентриситета, неровности, геометрических размеров и перемещений деталей машин и механизмов.

Способ контроля размеров труб и устройство для его осуществления // 2057290

Устройство для измерения несоосности валов // 1793203

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для центровки валов, например, судовых энергетических установок. .

Устройство для центровки валов // 1633270

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и центровки соединяемых валов. .

Устройство для измерения несоосности валов роторов // 1578455

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться, например, в машиностроении при центрировании механизмов, имеющих вращательное движение. .

Устройство для контроля точности позиционирования // 1425433

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повьшение точности контроля соосного позиционирования двух деталей, а также определение направления несоосности в устройстве электроконтактного типа, которое содержит диэлектрическую втулку 1 с конической расточкой и закрепленные в этой втулке электропроводные контактные пластины 2, которые могут быть выполнены разрез-: ными.

Датчик для измерения смещений оси вала // 1421986

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение чувствительности датчика трансформаторного типа, предназначенного для измерения осевых и радиальных смещенийоси вращающего или неподвижного вала, например электриче- .ской машины.

Способ контроля отклонения от прямолинейности // 1375948

Изобретение относится к измерительной технике. .

Тепловой дистанционный способ измерения и контроля расстояния между телами // 2287130

Изобретение относится к области измерения неэлектрических величин электрическими методами и может быть использовано, например, при исследованиях пограничного слоя на элементах летательных аппаратов и их моделей.