УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ШИХТОВАННОГО МАГНИТОПРОВОДА

Полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть применена для оценки качества магнитопровода из листовой с изолированным покрытием электротехнической стали до сборки электротехнических устройств и электрических машин, предназначенных для работы на переменном или пульсирующем токах.
При изготовлении тяговых двигателей, а также при проведении их капитальных ремонтов возникает необходимость оценки пригодности шихтованных частей магнитопровода для дальнейшей эксплуатации.
При изготовлении элементов магнитопровода возможны отклонения технологического характера (появление заусениц, некачественная лакировка, образование короткозамкнутых контуров при сборке магнитопроводов полюсов, якорей или роторов и т.п.). Это все может приводить к образованию коротко-замкнутых контуров на пути прохождения магнитного потока и, как следствие, к возникновению э.д.с., которая вызывает вихревые контурные токи. Контурные токи увеличивают магнитное сопротивление магнитопровода изменяющемуся во времени магнитному потоку и увеличивают потери в стали, тем самым снижают к.п.д. двигателя. Кроме того, при работе на пульсирующем и переменном токах и в переходных режимах контурные токи влияют на отставание изменяющегося потока, протекающего по магнитопроводу, от изменений тока. Это сказывается на коммутационных процессах коллекторных машин, ухудшая их коммутационную надежность. Теоретические и практические исследования способности магнитопровода проводить изменяющийся во времени магнитный поток исследовались многими [1], [2], [3], [4]. Наиболее фундаментальные исследования нашли отражение в работе В.Е.Скобелева «Двигатели пульсирующего тока» [5]. Все способы оценки магнитных систем, изложенные в указанных источниках, имеют общий недостаток - магнитная система электрической машины оценивается интегрально, т.е. в собранной машине. В случае получения низкого значения критерия способности магнитопровода проводить изменяющийся во времени магнитный поток затруднительно судить, за счет какого элемента магнитной системы он получен. Поэтому из-за индивидуальности конструкций частей магнитопровода электрических машин эффект повышения магнитного сопротивления за счет контурных токов необходимо определять экспериментальным путем для отдельных частей магнитной системы до сборки электрической машины.
Наиболее близким по технической сущности (прототип) является устройство для отыскания дефектных стержней короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей. (Справочник по ремонту крупных электродвигателей. Под ред. Р.И.Соколова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. 272 с., ил.) [6].
1
На фигуре 1 приведена схема этого устройства. Устройство состоит из двух измерительных обмоток 1 и 1, обмотки датчика 2, индикаторного прибора 3 и шихтованного магнитопровода 4.
1
Устройство функционирует следующим образом. Обмотка 2 запитывается от источника переменного тока. В шихтованном магнитопроводе 4 появляется поток, разветвляющийся на две части магнитопровода и проходящий через магнитопровод ротора с короткозамкнутой обмоткой 5. В контурах, образованных стержнями короткозамкнутой обмотки, появляется э.д.с. и возникают токи, пропорциональные проводимости контуров. Проводимость стержней зависит от качества пайки (заливки) короткозамкнутой обмотки. Если проводимости короткозамкнутых контуров разнятся, то это приводит к разным значениям магнитного потока в частях магнитопровода. В измерительных обмотках 1 и 1, включенных последовательно и встречно, наводятся переменные э.д.с. различающиеся по величине, геометрическая сумма их векторных значений образует вектор небалансной э.д.с. Наличие этой э.д.с. фиксируется индикаторным прибором 3. Кроме того, так как поток проходит и по шихтованному магнитопроводу ротора, то не исключается возможность демпфирования его коротко-замкнутыми контурами, которые могут иметь место при дефектах его шихтовки.
Это устройство определяет наличие небалансной э.д.с., полученной в результате геометрической суммы векторов э.д.с. короткозамкнутых контуров, образованных стержнями короткозамкнутой обмотки и короткозамкнутых контуров шихтованного магнитопровода ротора.
Недостатком устройства является то, что оно не может до сборки раздельно делать оценку способности частей ротора (короткозамкнутой обмотки и шихтованного магнитопровода) проводить изменяющийся во времени магнитный поток.
Задача полезной модели - оценка качества магнитопровода, (а именно его способности проводить изменяющийся во времени магнитный поток) до сборки электротехнических устройств.
Эта задача решается тем, что в предлагаемом техническом устройстве содержится шихтованный магнитопровод, с расположенными на нем двумя встречно включенными обмотками и измерительной обмоткой с подключенным к ней индикаторным прибором отличающееся тем, что магнитопровод состоит из шихтованного нижнего и верхнего ярма, между которыми находятся с одной стороны шихтованный эталонный магнитопровод, а с другой - шихтованный испытываемый магнитопровод.
1
На фигуре 2 а) представлен эскиз предлагаемого устройства, а на фигуре 2 б) - принципиальная электрическая схема. Устройство состоит: из двух обмоток, имеющих равное количество витков 1 и 1 измерительной обмотки 2, шихтованного нижнего и верхнего ярма 3 и шихтованного эталонного магнитопровода 4 (тщательно выполненных с соблюдением соответствующей технологии изготовления), испытываемого шихтованного магнитопровода 5 и индикаторного прибора V.
1
1
~
Устройство функционирует следующим образом. Обмотки 1 и 1 включены последовательно и встречно (фигура 2 б) и запитываются от источника переменного тока (U). Вектора магнитодвижущих сил (м.д.с.) ( и  или ) этих обмоток равны и противоположно направлены (фигура 3). В замкнутом магнитрпроводе, состоящем из последовательно включенных частей 3, 4 и 5, создается переменный поток , вектор которого равен геометрической сумме векторов потоков (,  или ), создаваемых м.д.с. обмоток 1 и 1 (фигура 3).
1
Если шихтованный испытываемый магнитопровод 5 имеет дефекты, то в короткозамкнутых контурах, образованных в нем, появляется э.д.с., и возникают вихревые токи, пропорциональные проводимости этих контуров. Согласно закону Ленца вихревые токи создают магнитный поток, препятствующий изменению магнитного потока, который создается м.д.с. обмотки 1 испытываемого шихтованного магнитопровода 5.
В обмотке датчика (измерительной обмотке) 2 наводится переменная э.д.с. Действующее значение этой э.д.с. фиксируется индикаторным прибором V.
1
1
~
До проведения испытаний с испытываемым шихтованным магнитопроводом 5 необходимо определить критерий качества магнитопровода. Для этого вместо него устанавливается тщательно выполненный с соблюдением соответствующей технологии изготовления шихтованный эталонный магнитопровод, аналогичный эталонному магнитопроводу 4. И в этом эксперименте обмотки 1 и 1 включаются последовательно и встречно (фигура 2 б) и запитываются от источника переменного тока (U). М.д.с. этих обмоток равны. В замкнутом магнитопроводе, состоящем из последовательно включенных частей 3, 4 и 5, возникает переменный поток , вектор которого равен геометрической сумме векторов потоков, создаваемых обмотками 1 и 1. В этом опыте геометрическая сумма будет равна нулю или близка к нулю, что и определяет критерий качества магнитопровода.
Условные векторные диаграммы м.д.с. и создаваемые ими магнитные потоки показаны на фигуре 3.
Векторная диаграмма, представленная на фигуре 3а, демонстрирует результаты опыта по определению критерия качества магнитопровода.
1
На векторной диаграмме показаны векторы м.д.с.:  - создаваемая обмоткой 1 эталонного шихтованного магнитопровода 4;  - создаваемая обмоткой 1 второго эталонного шихтованного магнитопровода. Вектора этих м.д.с. равны и направлены практически противоположно друг относительно друга. Отстающие вектора потоков, создаваемые этими м.д.с.  и , также равны и практически направлены противоположно друг относительно друга. Геометрическая сумма этих векторов  равна нулю. Однако из-за технологических отклонений, получающихся в процессе изготовления магнитопроводов, она может незначительно отличаться от нулевого значения, что допустимо считать это критерием качества магнитопровода проводить изменяющийся во времени магнитный поток.
Векторная диаграмма, показанная на фигуре 3 б) демонстрирует результаты опыта с плохим качеством испытываемого шихтованного магнитопровода.
На векторной диаграмме показаны векторы м.д.с.:  - создаваемая обмоткой 1 шихтованного эталонного магнитопровода 4;  - создаваемая обмоткой 1 испытываемого шихтованного магнитопровода 5. Вектора этих м.д.с. равны и направлены практически противоположно друг относительно друга. Отстающие вектора потоков  и , создаваемые этими м.д.с., равны по модулю, но поток  испытываемого шихтованного магнитопровода 5 из-за большего магнитного сопротивления переменному магнитному потоку отстает на больший угол от м.д.с. .
Геометрическая сумма этих векторов  имеет величину, значительно превышающую критерий качества магнитопровода.
Технический эффект заключается в том, что с помощью предлагаемого устройства в электротехническое изделие будет монтироваться заведомо качественный элемент шихтованного магнитопровода, что предотвращает затраты на разборку электротехнического устройства и замену элемента шихтованного магнитопровода, не отвечающего техническим требованиям.
Литература
1. Сравнительная оценка магнитных систем тяговых двигателей Елкин С.Н., Долгошеев Э.А., Михайлов А.И Сб. науч. тр. "Электровозостроение" ВЭлНИИ, Новочеркасск, 1971, т 13, с.183-190
2. Критерий оценки магнитных систем коммутирующего потока двигателей пульсирующего тока. Скобелев В.Е., Долгошеев Э.А., Семенюк А.К. ИВУЗ "Электромеханика" - №11, 1983, с.45-50"
3. Устройство для оценки качества магнитных систем электрических машин пульсирующего тока Аликин Р.И., Долгошеев Э.А., Москалев Б.А., Попов В.Б. "Электровозостроение", СНТ, т.28, с.82-86 Новочеркасск, 1987
4. К вопросу определения добротности магнитопровода коммутирующего потока тяговых двигателей в переходных режимах их работы. Скобелев В.Е., Долгошеев Э.А. "Электровозостроение", СНТ, т.30, с.107-118 Новочеркасск, 1989
5. Двигатели пульсирующего тока. Скобелев В.Е. "Энергия", 1968. 231 с.
6. Справочник по ремонту крупных электродвигателей/ Под ред. Р.И.Соколова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. 272 с., ил.