Экспериментальное исследование устойчивости тихоходных синхронных двигателей

ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО .КРАСНОГО ЗНАМЕНИ (ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. Кирова

Том 242 1972

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ТИХОХОДНЫХ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

А. А. БУИМОВ, Е. В. КОНОНЕНКО, А. Ф. ФИНК

Рассматривая физическую модель работы синхронных двигателей с электромагнитной редукцией скорости, можно видеть аналогию их с синхронными явнополюсными двигателями. Это позволяет записать уравнения равновесия напряжений редукторных двигателей по продольной и поперечной осям ротора и применить методы исследования, хорошо разработанные для обычных синхронных машин [1, 2]. Основное отличие в данном случае заключается в том, что продольная и поперечная оси редукторного двигателя связаны с ротором не жестко, а вращаются синхронно с первой гармонической составляющей проводимости воздушного зазора. Волна проводимости воздушного зазора, образуемая относительным положением зубцов статора и ротора, в синхронном режиме работы перемещается со скоростью магнитного поля статора. Угол а, характеризующий взаимное расположение осей поля и проводимости, может в процессе работы оставаться постоянным или изменяться в зависимости от характера нагрузки и соотношения параметров двигателя. Изменение угла а является причиной неравномерности вращения ротора, так как проводимость зависит от положения зубцов статора и ротора. Исследование уравнения движения ротора, в которое входят параметры двигателя и характер нагрузки, позволяет определить условия возникновения колебаний скорости, их частоту и амплитуду, а также границу устойчивой работы. При этих исследованиях весьма важно измерять и регистрировать колебания скорости вращения ротора реальной машины или выделять и регистрировать характер изменения угла а.

Однако приборы для измерения этого угла серийно промышленностью не выпускаются, хотя разработано несколько методов, которые могут быть использованы для этих целей. К числу их относятся частотно-оптический [3], инерционный [3], методы, основанные на магнитной записи и с применением фотоэлектрических датчиков [4]. Обладая целым рядом положительных качеств, эти устройства не лишены недостатков. Например, к недостаткам частотно-оптического метода можно отнести сложность изготовления установки и трудность обработки полученных осциллограмм. На точность измерения инерционного метода влияют трение в подшипниках, на которых установлен маховик, а также сложность питания фотодиода и ламп накаливания, установленных на вращающемся диске. При измерениях равномерности вращения с помощью магнитной записи на точность измерения оказывают большое влияние внешние магнитные поля машины. Поэтому авторами для из-

мерения колебаний скорости вращения ротора синхронных редукторных двигателей был применен метод, основанный на использовании стробоскопического эффекта и состоящий из легкого диска с зубцами по окружности и регулируемого источника импульсов света. Диск устанавливается на валу испытываемого двигателя и освещается импульсами света с частотой, равной частоте следования зубцов. При постоянной скорости вращения диск для наблюдателя кажется неподвижным. В случае колебаний скорости вращения зубцы в импульсном свете будут перемещаться. Так можно визуально наблюдать процесс колебаний скорости вращения ротора.

Рис. 1. Блок-схема установки для измерения угла а

Для количественной оценки колебаний скорости необходимо записывать величину перемещения зубцов, что осуществлялось с помощью установки, приведенной на рис. 1. Источник света 1 освещает импульсами света фотодиод 3. Между ними находится диск с зубцами 2, установленный на вращающемся валу испытываемого двигателя 4. Электрические сигналы фотодиода усиливаются усилителем 5 и записываются на фотопленку шлейфовым осциллографом 6. Достоинство этого метода заключается в том, что при любой постоянной скорости на пленке записываются сигналы, одинаковые по амплитуде, так как импульс света каждый раз засвечивает фотодиод при каком-то одном положении зубца относительно фотодиода. При переменной скорости вращения фотодиод засвечивается при различных положениях зубца; поэтому на фотопленке записывается ряд сигналов, различных по амплитуде, и огибающая их отражает характер изменения скорости вращения. По величине этих сигналов определяется амплитуда колебаний угла а и его частота.

Для определения амплитуды угла а в геометрических градусах необходимо знать величину сигналов при различных положениях зубца относительно фотодиода. С этой целью при равномерном перемещении зубцов диска снимается эталонная диаграмма, представленная на рис. 2, а. На пленке в этом случае запишется ряд возрастающих сигналов,

а)

6)

6)

Рис. 2. Осциллограммы скорости вращения ротора синхронного ре-дукторного двигателя

г)

минимальный из которых соответствует закрытому зубцом фотодиоду, максимальный — открытому, а остальные— промежуточным положениям. Сравнение осциллограмм (рис. 2, б, в) с эталонной (рис. 2, а) позволяет определить частоту и амплитуду изменения угла на каждом отрезке времени.

Экспериментальные исследования, проведенные с помощью этого устройства, подтверждают теоретические выводы о том, что на частоту и амплитуду колебаний оказывает влияние величина активного сопротивления, вводимого в цепь статора. На рис. 3 представлены расчетные и экспериментальные границы устойчивой работы в зависимости от различной величины активного сопротивления. Испытываемый двигатель имеет следующие параметры: ха = 816 ом; хд = 593 ом; И = 53 ом. Напряжение питания 120 в при частоте Г = 50 гц. Данные осциллограммы (рис. 2, б, в, г) наглядно показывают влияние сопротивления на характер колебаний. Осциллограмма ркс. 2, б снята без введения дополнительного активного сопротивления в цепь обмотки статора. При этом

(30 № НО № 90 80 70

Ю 20 50 40 50 60 70 60 90

Рис. 3. Граница устойчивой работы синхронного редукторного двигателя; а) расчет; б) эксперимент

амплитуда колебаний составляет Да = 5,4° и частота 1\=\2,Ьгц. При том же напряжении, но с введением сопротивления в цепь обмотки статора 20ом колебания уменьшились до Аа = 2Д° и 11=3,6 гц (рис. 2, в). Дополнительное сопротивление в 40 ом полностью сглаживает колебания (рис. 2,: г) . ...

Таким образом, рассмотренный метод может быть использован для измерений амплитуды и частоты колебаний рабочего угла а.

ЛИТЕРАТУРА

1. Е. В. Кононенко, Р. П. Л а а с, А. Ф. Финк. Основные уравнения синхронных редукторных двигателей реактивного типа (СРД-Р). «Изв. ТПИ», т. 212, 1971.

2. В. В. Жуловян. Вопросы теории редукторных синхронных машин. — В сб.: «Вопросы теории и расчета электрических машин». Новосибирск, 1970.

3. Под редакцией Э. Л. Лодочникова и Ф. М. Юферова. Микроэлектродвигатели дйя систем автоматики. «Энергия», 1969.

4. Г. М. Торбенков, В. П. Скурицин, А. А. Я н ко-Т ри н и ц к и й. Прибор для осциллографирования рабочего угла тихоходного синхронного двигателя во время переходных процессов. — «Электромеханика», 1969, № 1.