УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ЭКСЦЕНТРИСИТЕТА РОТОРА АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к области диагностики электрических машин, в частности к устройствам диагностики относительного эксцентриситета ротора асинхронных двигателей.
Известно устройство для измерения неравномерности воздушного зазора электрической машины, содержащее трехфазный источник питания, блок установки напряжения, блок коммутации фаз статорной обмотки, блок фильтров, настроенных на частоту зубцовой гармоники, преобразователь, схему возведения в квадрат, сумматор-накопитель, программный блок, два индикатора контроля (А.С. СССР 1120257 кл. G 01 R 31/34 Опубл. в Б.И., 1984, №39). Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет проводить диагностику при работающем двигателе.
Известно устройство косвенного контроля неравномерности воздушного зазора электрической машины, содержащее источник трехфазного напряжения с нулевым проводом, подключенную к нему обмотку статора с общей точкой, присоединенной к нулевому проводу источника трехфазного напряжения, датчик тока, включенный в разрыв цепи нулевого провода, анализатор гармоник, подключенный к выходу датчика тока (А.С. СССР 1219989 кл. G 01 R 31/34, Опубл. в Б.И., 1986, №11). Недостатками данного устройства являются: необходимость наличия нулевого провода сети; ток нулевого провода может привести к искажению токов и напряжений диагностируемого двигателя; потенциал нулевого провода сети может быть искажен другими потребителями,
подключенными к тому же источнику питания, например статическим преобразователем частоты; величина тока нулевого провода зависит от сопротивления в цепи нулевого провода.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство измерения относительного эксцентриситета электрической машины, содержащее трехфазную обмотку статора, подключенную к источнику питания, симметричную звезду резисторов, подключенную к тому же источнику питания, электронный вольтметр, включенный между нулевыми точками обмотки статора и звезды резисторов (А.С. СССР 1176274 кл. G 01 R 31/34 Опубл. в Б.И., 1985, №32). Недостатком данного устройства является недостаточная точность при малых значениях относительного эксцентриситета (не более 0,5) из-за наличия в диагностическом сигнале значительного «шумового» сигнала.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности путем выделения зависящих от эксцентриситета ротора высших гармоник диагностического сигнала.
Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для диагностики относительного эксцентриситета ротора асинхронных двигателей с трехфазной обмоткой -статора, соединенной по схеме звезды с нулевой точкой, содержит симметричную звезду резисторов, вольтметр, полосовой фильтр высших гармоник, при этом симметричная звезда резисторов и трехфазная обмотка статора подключены к одному и тому же источнику трехфазного напряжения, вход полосового фильтра подключен к нулевым точкам симметричной звезды резисторов и трехфазной обмотки статора, а вольтметр подключен к выходу полосового фильтра.
На фигуре 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства. На фигуре 2 изображена экспериментальная зависимость
зубцовой гармоники напряжения между точками схемы О и О' в функции от относительного эксцентриситета s ротора асинхронного двигателя.
Устройство состоит из трехфазной обмотки статора 2 испытуемого двигателя, симметричной звезды резисторов 3, подключенных к трехфазному источнику питания 1, полосового фильтра 4, вольтметра 5.
oo'
1
1
Устройство работает следующим образом. На трехфазную обмотку статора 2 и симметричную звезду резисторов 3 подают напряжение от трехфазного источника питания 1. После выхода испытуемого двигателя на установившийся режим работы с помощью полосового фильтра 4 из напряжения U между нулевыми точками симметричной звезды резисторов и трехфазной обмотки статора О и О' выделяют высшие гармоники с частотами nƒ (ƒ- частота питающего напряжения; n=1, 2, 3, ...), зависящие от эксцентриситета, действующее значение которых измеряется вольтметром 5. Для полученного значения напряжения высших гармоник по опытной или расчетной зависимости определяют значение эксцентриситета s. Измерение производят в режиме холостого хода при полном или пониженном напряжении питания.
2
2
При наличии эксцентриситета ротора в воздушном зазоре асинхронного двигателя возникают дополнительные гармоники магнитного поля с числом пар полюсов p±k (р - число пар полюсов двигателя, k=1, 2, 3, ...). От взаимодействия этих гармоник с короткозамкнутой обмоткой ротора возникает поле реакции ротора, содержащее гармоники порядка p±k±cZ (здесь с=1, 2, 3, ..., Z - число пазов ротора двигателя) с частотами и/р При определенном сочетании коэффициентов k и с всегда возникают гармоники порядка, кратного трем, которые влияют на потенциал точки О обмотки статора. Одновременно в воздушном зазоре имеются гармоники порядков
2
1
p±k±cZ с частотами nƒ, вызванные основной гармоникой поля, гармониками от насыщения сердечников статора и ротора.
oo'
oo'
При увеличении эксцентриситета результирующие гармоники магнитного поля зубцового порядка возрастают. Это приводит к увеличению гармоник зубцовой частоты в напряжении U. Частота этих гармоник зависит от типа двигателя. Определение порядка и частоты информативных гармоник в напряжении U для каждого типа двигателя производится расчетным или экспериментальным путем. Полосовой фильтр служит для выделения указанных гармоник и имеет несколько полос пропускания для различных типов двигателей.
Возможны два варианта диагностики с помощью данного устройства:
oo'
1) при наличии опытной или расчетной зависимости некоторой гармоники напряжения U от эксцентриситета по измеренному значению этой гармоники определяют величину относительного эксцентриситета;
oo'
2) при отсутствии опытной или расчетной зависимости проводят измерения гармоник напряжения U через определенные интервалы времени и по динамике изменения действующего значения этих гармоник судят об изменении величины эксцентриситета ротора. При этом предполагается, что первое измерение проводилось на исправном двигателе.
Использование предложенного устройства для диагностики относительного эксцентриситета ротора асинхронных двигателей позволяет повысить точность диагностики за счет выделения информативных гармоник диагностического сигнала.