close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

246

код для вставкиСкачать
В. Д. АВИЛОВ, В. В. ХАРЛАМОВ,
Е. И. ШЕЛЬМУК
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
ОМСК 2001
1
Министерство путей сообщения Российской Федерации
Омский государственный университет путей сообщения
В. Д. АВИЛОВ, В. В. ХАРЛАМОВ, Е. И. ШЕЛЬМУК
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Утверждено редакционно-издательским советом университета в
качестве методических указаний к лабораторным работам по курсу
“Современные методы диагностирования электрических машин”
для студентов 4-го курса
Омск 2001
2
УДК 621.313
Современные методы диагностирования электрических машин: Методические указания к лабораторным работам по курсу “Современные методы диагностирования электрических машин”/ В. Д. Авилов, В. В. Харламов,
Е. И. Шельмук. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2001. 21 с.
Методические указания включают в себя описания четырех лабораторных
работ по дополнительному курсу «Современные методы диагностирования
электрических машины» дисциплины «Электрические машины». Даны
методические рекомендации по диагностированию работы коллекторно-щеточного
узла и условий коммутации машин постоянного тока с использованием современных
приборов и методик. Все работы содержат элементы учебных исследований.
Предназначены для студентов 4-го курса очного обучения в соответствии с
программой специальности 180700 – «Электрический транспорт (железнодорожный транспорт)».
Библиогр.: 3 назв. Табл. 6. Черт. 6.
Рецензенты: доктор техн. наук В.Н. Лисунов;
доктор техн. наук В.Н. Горюнов.

3
Омский гос. университет
путей сообщения, 2001
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………..………………………….. 5
Лабораторная работа 1. Определение области безыскровой работы…………….. 5
1.1. Основные теоретические положения……………………………………. ... 6
1.2. Порядок проведения работы……………………………………………….. 7
1.3. Ход работы………………………………………………………………….. 8
1.4. Контрольные вопросы……………………………………………………… 9
Лабораторная работа 2. Установка щеток машин постоянного тока на
геометрическую нейтраль…………………………….…… 9
2.1. Основные теоретические положения………………………………………. 9
2.2. Порядок проведения работы………………………………………………..11
2.3. Ход работы…………………………………………………………………. 11
2.4. Контрольные вопросы…………………………………………………….. 12
Лабораторная работа 3. Корректировка параметров поперечной магнитной
цепи машин постоянного тока………………………… 13
3.1. Основные теоретические положения…………………………………… 13
3.2. Порядок проведения работы……………………………………………. 15
3.3. Порядок расчета…………………………………………………………. 15
3.4. Контрольные вопросы…………………………………………………… 17
Лабораторная работа 4. Оценка состояния профиля коллектора………………. 17
4.1. Основные теоретические положения…………………………………… 17
4.2. Порядок проведения работы…………………………………………….. 18
4.3. Ход работы………………………………………………………………… 18
4.4. Контрольные вопросы……………………………………………………. 20
Библиографический список………………………………………………………. 20
4
ВВЕДЕНИЕ
На современном электроподвижном составе железных дорог России в
качестве привода используются тяговые электрические двигатели постоянного тока, надежность и долговечность которых во многом зависит от качества работы
коллекторно-щеточного узла. Обслуживанию таких машин в эксплуатации уделяется большое внимание.
По решению методического совета электромеханического факультета в
соответствии с учебной программой многоуровневой подготовки специалистов в
учебную программу введен дополнительный курс «Современные методы
диагностирования электрических машин», в которой предусмотрено выполнение
цикла лабораторных работ.
В настоящих методических указаниях рассматривается методика диагностирования работы коллекторно-щеточного узла с использованием современных диагностических средств и приборов, разработанных кафедрой «Электрических
машин и общей электротехники» ОмГУПСа.
При выполнении данных работ студенты должны проявить максимум
самостоятельности в решении практических инженерных задач. Большую помощь
в этом может оказать дополнительная литература, указанная в библиографическом списке.
При проведении лабораторных работ необходимо строго выполнять правила
техники безопасности, несоблюдение которых может привести к поражению электрическим током. Схемы разрешается включать только после проверки преподавателем или дежурным лаборантом правильности монтажа. Перед включением схемы
необходимо убедиться в том, что никто из людей не находится в контакте с
элементами схемы. Все переключения в схеме производить при снятом напряжении и
полной остановке машин. При обнаружении каких-либо неисправностей в схеме,
появлении запаха дыма, чрезмерном нагреве элементов и т.п. немедленно отключить
схему и доложить преподавателю или дежурному лаборанту.
Авторы выражают искреннюю благодарность профессорам В.Н. Лисунову и
В.Н. Горюнову за их труд по рецензированию настоящих указаний.
Лабораторная работа 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТИ БЕЗЫСКРОВОЙ РАБОТЫ
Ц е л ь р а б о т ы: получить практические навыки в определении класса
коммутации по ГОСТ 183–74; научиться опытным путем определять зоны
безыскровой работы машин постоянного тока (МПТ) при помощи приборов
объективной оценки уровня искрения и визуальным способом [1, c. 113–115,
138–141, 2, c. 74–82, 102–111].
5
1.1. Основные теоретические положения
Качество коммутации в значительной мере определяет надежность и
долговечность работы коллекторно-щеточного узла и машины в целом. Одним из
способов оценки коммутации МПТ является способ определения зоны
безыскровой работы (рис. 1), снятой по методу, предложенному В. Т. Касьяновым. Зона представляет собой зависимость тока подпитки дополнительных
полюсов (ДП) Iп при изменении тока нагрузки Ia: Iп =f(Ia).
Эксперимент по определению зоны безыскровой работы проводится при
номинальной частоте вращения машины путем изменения намагничивающей
силы обмотки возбуждения ДП. Для отдельных нагрузок (в пределах от холостого
хода до номинальной и выше) определяют верхний и нижний пределы отклонения тока в обмотке добавочных полюсов от соответствующего тока цепи якоря,
при которых коммутация соответствует степени искрения, равной одному баллу
по шкале ГОСТ 183-74. Степень искрения определяется визуально по
интенсивности световых вспышек на сбегающем крае щетки и состоянию
поверхности скользящего контакта. Кроме того, степень искрения можно
определять при помощи приборов объективной оценки уровня искрения.
Полученная экспериментальным
путем безыскровая зона характеризует
коммутационную устойчивость МПТ во
+Iп
всем диапазоне рабочих нагрузок: чем
меньше ширина зоны, тем напряженней
+∆Iп работает машина в коммутационном
отношении.
Эксперимент проводится на опытIa
ной установке (рис. 2), которая состоит
из механически сочлененной пары
"двигатель-генератор" постоянного тока.
–Iп
Частота вращения двигателя изменяется
Рис. 1
с помощью реостата Rд, установленного
в цепи возбуждения (на рис. 2 не
указан).
Конструкция
установки позволяет задавать режимы недокоммутацииперекоммутации путем изменения числа витков обмотки ДП . Подпитка – отпитка
испытуемой машины (ИМ) осуществляется изменением сопротивления Rп–о,
включенного последовательно в цепь подпитывающего генератора (ПГ). Ключ
SA1 позволяет изменять полярность ПГ. Реостат Rп.г служит для регулирования
возбуждения ПГ. С помощью контактора КМ1 к испытательной машине
подключается нагрузочный реостат Rн, позволяющий ступенчато нагружать
машину в диапазоне (0–1,5)Iан. Возбуждение ИМ регулируется при помощи
реостата Rвим.
В качестве прибора объективной оценки уровня искрения используется
индикатор искрения (ИИ), разработанный на кафедре «Электрические машины и
6
общая электротехника» ОмГУПСа. Первичным преобразователем информации
об условиях коммутации служит емкостной датчик, установленный на
щеткодержателе в зоне сбегающего края щетки.
ОВпг
М
Rпг
ПГ
G
РА1
Rп-о
PA3
РА2
SА1
ОВдп
SA2
Rв. им
ИМ
G
КМ1
Rн
РV1
ОВим
М
К индикатору
искрения
Рис. 2
1.2. Порядок проведения работы
1) Ознакомиться с расположением и назначением оборудования
и
измерительных приборов.
2) Установить количество витков ДП w = 63 (режим недокоммутации),
снять зависимость Iп = f(Iа), контролируя уровень искрения как визуально,
так и при помощи прибора ИИ и устанавливая значения тока нагрузки Iа = 0; 10;
20; 25 А.
3) Установить количество витков ДП w = 68 (режим нормальной
коммутации), снять зависимость Iп = f(Iа), контролируя уровень искрения как
визуально, так и при помощи прибора ИИ и устанавливая значение тока
нагрузки Iа = 0; 10; 20; 25 А.
4) Установить количество витков ДП w = 75 (режим перекоммутации),
снять зависимость Iп = f(Iа), контролируя уровень искрения как визуально,
7
так и при помощи прибора ИИ и устанавливая значения тока нагрузки Iа = 0; 10;
20; 25 А.
5) Построить на одном графике все снятые зависимости Iп = f(Iа).
6) Сопоставить результаты и сделать выводы.
1.3. Ход работы
При определении зоны безыскровой работы визуальной оценкой уровня
искрения соблюдайте следующий порядок работы. Опыт начинайте с холостого
хода при разомкнутом контакторе КМ1. Установите номинальную частоту
вращения с помощью реостата Rд в цепи возбуждения приводного двигателя.
Затем реостатом Rв.и.м установите ток возбуждения ИМ iв = 0,4А по амперметру
PA3. Ключ SA1 переключите в режим отпитки и, медленно изменяя величину
сопротивления реостата Rп–о,одновременно наблюдайте за сбегающим краем
щетки. При появлении первой искры под сбегающим краем щетки прекратите
изменение сопротивления Rп–о и по амперметру РА1 замерьте ток отпитки Iп,
после чего реостат Rп–о верните в исходное положение. Опыт повторите три раза,
результаты измерения занесите в табл. 1.
Таблица 1
Экспериментальные данные
Режим
коммутации
Перекоммутация
Нормальная
коммутация
Недокоммутация
8
Добавочный ток ДП Iп, А
режим подпитки ДП
режим отпитки ДП
Ток
визуальная оценка прибор- визуальная оценка приборнагрузки
3
3
ная
ная
номер
номер
Ia , A
∑ I п оценка
∑ I п оценка
замера
замера
i =1
i =1
1
2
3
1
2
3
3
3
0
10
20
25
0
10
20
25
0
10
20
25
Затем при помощи ключа SA1 переведите ПГ в режим подпитки и в том же
порядке троекратно измерьте ток подпитки Iп. Результаты измерений также
занесите в табл. 1.
Выполнив измерения при холостом ходе, при помощи контактора КМ1
подключите нагрузку. Регулируя величину сопротивления Rн по амперметру РА2,
установите значения тока нагрузки Iа = 10, 20, 25 А и повторите опыт три раза.
Результаты измерения занесите в табл. 1.
При построении зависимости Iп = f(Iа) для каждого значения тока Iа берите
среднее арифметическое значение тока подпитки Iп.
Порядок проведения работы при определении зон безыскровой работы с
помощью индикатора искрения ИИ аналогичен рассмотренному выше. Отличие
заключается в следующем. При медленном изменении сопротивления Rп–о
необходимо наблюдать за показанием соответствующего стрелочного индикатора, установленного на лицевой панели ИИ. Изменение сопротивления Rп–о
прекращается при отклонении стрелки на 40 делений в режиме подпитки и на 50
делений в режиме отпитки. Измерения проводятся один раз для каждого значения
тока нагрузки Iа. Результаты измерений заносятся в табл. 1.
1.4. Контрольные вопросы
1) Перечислите классы коммутации по ГОСТ 183–74.
2) С какой целью снимаются зоны безыскровой работы МПТ?
3) Какое влияние на вид зависимости Iп = f(Iа) оказывает характер
коммутации?
4) Почему в крупных МПТ с увеличением тока нагрузки зона безыскровой
работы имеет тенденцию к сужению?
Лабораторная работа 2
УСТАНОВКА ЩЕТОК МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА НА
ГЕОМЕТРИЧЕСКУЮ НЕЙТРАЛЬ
Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с различными методами установки щеток
машин постоянного тока на геометрическую нейтраль; закрепить теоретические
знания [1, c. 99–102; 2, с. 116–122; 3, c.154–156 ]
2.1. Основные теоретические положения
В машинах постоянного тока (МПТ) щетки должны быть установлены на
геометрической нейтрали. При сдвиге щеток с геометрической нейтрали на
9
некоторый угол α в машине возникает продольная составляющая Fad и остается
поперечная Faq МДС, определяемые по соответствующим выражениям:
Fad =
2α
π
⋅ A;
Faq =
(2α −π )
π
⋅ А,
(1)
где А – линейная нагрузка машины, А/м.
Продольная МДС Fad создает продольный поток Фad, который может
сильно увеличивать или уменьшать результирующий поток Фрез машины в
зависимости от того, совпадает МДС Fad с МДС обмотки возбуждения Fв или
направлена против нее. Поперечная МДС Faq, создавая свой магнитный поток
Фaq, действует на поток Фрез так же, как и при расположении щеток на
геометрической нейтрали.
Проверку правильного положения щеточной траверсы машины можно
производить индуктивным методом с использованием источника постоянного или
переменного тока. Эксперимент проводится на неподвижной машине после
предварительной пришлифовки щеток к коллектору.
При использовании и с т о ч н и к а п о с т о я н н о г о т о к а обмотку
возбуждения (ОВ) отключают от якорной цепи, если машина имеет
последовательное или параллельное возбуждение, или от источника напряжения
возбуждения при независимом возбуждении и подключают ее через ключ SA1 к
аккумуляторной батарее (рис. 3). Для предотвращения пробоя изоляции ОВ при
размыкании ключа значение тока в ней не должно превышать примерно 5–10% от
номинального тока возбуждения Iв. К зажимам обмотки якоря через ключ SA2
подключают милливольтметр PV1 с нулем в середине шкалы.
SA1
~ 220
ОВ
M
M
SA2
Y
PV1
Рис. 3
Рис. 4
Эксперимент основывается на индуктивной связи обмоток якоря и
возбуждения. При размыкании или замыкании ключа SA1 в обмотке якоря
10
индуцируется ЭДС трансформации, направление которой зависит от
расположения щеток относительно геометрической нейтрали. Чем больше угол α,
тем выше значение индуцируемой ЭДС. Таким образом, точному расположению
щеток на геометрической нейтрали соответствует нулевое или минимальное
показание милливольтметра PV1.
Установка щеток на геометрическую нейтраль индуктивным методом с
использованием и с т о ч н и к а п е р е м е н н о г о т о к а производится по
следующей схеме (рис. 4). К разнополярным щеткам машины подключается
входной канал электронного осциллографа (ЭО), работающего в режиме
синхронизации от напряжения сети переменного тока Uc. К зажимам ОВ, которая,
как и при источнике постоянного тока, должна быть отключена от якорной цепи
или независимого источника постоянного тока, подводится переменное
напряжение Uc = 220 В. Если щетки машины сдвинуты с геометрической
нейтрали, то на экране ЭО появляется устойчивое изображение синусоиды,
амплитуда которой определяет степень отклонения щеток с нейтрали.
Следовательно, уменьшение амплитуды кривой до нуля или минимального
значения свидетельствует о точной установке щеток на нейтрали.
2.2. Порядок проведения работы
1) Ознакомиться с экспериментальной установкой.
2) Установить щетки машины на геометрическую нейтраль с источником
постоянного тока.
3) Установить щетки машины на геометрическую нейтраль с источником
переменного тока.
4) Сделать выводы.
2.3. Ход работы
Предварительно щеточную траверсу установите в такое положение, чтобы
линия щеток приходилась примерно против середины главных полюсов. Затем
произведите пробное замыкание и размыкание тока возбуждения, при этом
стрелка милливольтметра PV1 должна отклоняться вправо или влево от нулевого
положения. Лучше ориентироваться по показаниям прибора в момент размыкания
цепи возбуждения, так как показания при этом получаются более точными.
Необходимо иметь в виду инерционность процесса нарастания тока iв в ОВ.
После замыкания ключа SA1, нужно подождать несколько секунд, чтобы ток iв
достиг установившегося значения.
Направление смещения щеточной траверсы определите после пробного
размыкания цепи ОВ следующим образом. С милливольтметра PV1 снимите один
из проводников и прикоснитесь к коллектору с обеих сторон щетки, каждый раз
размыкая цепь ОВ. Направление смещения щеток определите по знаку
отклонения стрелки милливольтметра. Например: если получено положительное
11
отклонение, то щетки смещайте в направлении той стороны щетки, где было
получено отрицательное отклонение.
Определив направление смещения щеток, необходимо как можно точнее
установить их на линии геометрической нейтрали. Правильность положения
щеток следует проверить при различных положениях якоря (не менее четырех).
Якорь поворачивайте в одном и том же направлении в ту сторону, в которую
якорь вращается в рабочем режиме. Внимание! Якорь проворачивать только при
разомкнутом ключе SA2! При каждом положении якоря показания
милливольтметра PV1 занесите в табл. 2. Чем меньше алгебраическая сумма
показаний отличается от нуля, тем точнее установка щеток. Закрепив траверсу,
необходимо снова проверить правильность ее положения.
Последовательность эксперимента при использовании индуктивного метода
переменного тока следующая. Соберите схему, приведенную на рис. 4, подайте
питание и настройте ЭО. Затем, ослабив щеточную траверсу, найдите такое
положение щеток относительно геометрической оси, при котором на экране ЭО
исчезнет сигнал или установится синусоида с минимальной амплитудой.
Направление смещения щеток от геометрической оси определите по знаку
амплитуды отклонения синусоиды. Изменение знака амплитуды синусоиды на
противоположный при смещении щеточной траверсы свидетельствует о переходе
щеток через геометрическую ось. Закрепив траверсу, измерьте амплитуду
синусоиды при четырех различных положениях якоря. Результаты измерения
занесите в табл. 2. Если алгебраическая сумма замеров близка к нулю, установка
считается завершенной. В противном случае внесите соответствующую
корректировку в положение щеток на коллекторе.
Таблица 2
Таблица экспериментальных данных
Метод
Измеряемая
величина
Постоянного Показания миллитока
вольтметра PV1, дел.
Переменного
Амплитуда
тока
Синусоиды, дел.
1
Положение якоря
2
3
4
2.4. Контрольные вопросы
1) Чем объясняется необходимость установки щеток на геометрическую
нейтраль?
2) Какой физический принцип положен в основу методов установки щеток
МПТ на геометрическую нейтраль?
3) Почему необходимо отключать милливольтметр PV1 при повороте якоря
машины?
4) Какой метод предпочтительней и почему?
5) Какие условия необходимо соблюдать при проведении эксперимента?
12
Лабораторная работа 3
КОРРЕКТИРОВКА ПАРАМЕТРОВ ПОПЕРЕЧНОЙ
МАГНИТНОЙ ЦЕПИ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с одним из методов корректировки
параметров поперечной магнитной цепи машины постоянного тока (МПТ) по
результатам экспериментальных исследований условий коммутации; получить
практические навыки расчета параметров поперечной магнитной цепи [1, c. 138–
141; 2, с. 150–155, 218–225].
3.1. Основные теоретические положения
Настройку условий коммутации МПТ в условиях эксплуатации можно
производить различными методами: с использованием потенциальных щеточных
диаграмм; U – образных зависимостей; безыскровых зон В.Т. Касьянова и др.
Наиболее часто применяется метод безыскровых зон, получаемых в результате
экспериментальных исследований условий коммутации МПТ. Безыскровая зона
представляет собой зависимость тока подпитки Iп дополнительных полюсов (ДП)
в функции тока якоря Ia испытуемой машины: Iп = f(Ia). Отклонение средней
линии безыскровой зоны ∆Iп от оси абсцисс при определенном значении тока
якоря Ia позволяет определить величину, характеризующую степень необходимой
корректировки параметров поперечной магнитной цепи машины:
∆I
(2)
G=± п .
Ia
Элемент поперечной цепи маСтатор
шины приведен на рис. 5, где δ1 –
воздушный зазор между якорем и
сердечником добавочных полюсов
δ2
(ДП); δ2 – воздушный зазор между
сердечником ДП и статором МПТ,
bп.д
этот зазор заполнен немагнитными
hк
прокладками; hк – высота катушки
δ1
обмотки ДП, м;
bд – ширина
полюсного наконечника ДП, м; bп.д –
bд
ширина сердечника ДП у станины, м.
Якорь
Коррекция параметров поперечной магнитной цепи машины основыРис. 5
вается на определении оптимального
коммутирующего магнитного потока ДП Фк. опт в зависимости от величины Gопт,
определенной в результате проведения эксперимента. При расчетах предпо13
лагается, что магнитная система машины ненасыщена. Расчет производится по
формуле:
(1 ± Gопт )(γFд + F к) − Fa
,
γRδ 2 + Rδ 1
Фк. опт =
(4)
где Fд, Fк, Fа – намагничивающая сила обмоток ДП, компенсационной (КО), и
якоря соответственно, А;
Rδ1 – сопротивление магнитному потоку ДП первого воздушного
зазора,
Rδ 1 =
kδ δ 1
,
µ 0(bд + 1,25δ 1)lд
(4)
где lд –осевая длина ДП, м;
kδ – коэффициент Картера,
кδ =
где t1 − зубцовое деление;
γ 1 − расчетный коэффициент,
t1
t1 − γ 1δ 1
,
(5)
2
γ
1
 bД 


δ
=  1  ;
bД
5 +
δ
(6)
1
Rδ2 – сопротивление магнитному потоку ДП второго воздушного зазора,
Rδ 2 =
δ
2
µ 0(bп.д + 1,5δ 2)lд
;
(7)
γ – расчетный коэффициент,
γ=
Rσ
;
Rσ + Rδ 2
(8)
Rσ – магнитное сопротивление потоку рассеяния ДП,
Rσ =
S
,
µ 0 hк lд
(9)
где S – расстояние между наконечниками ДП и рядом находящегося главного
полюса (ГП), м.
Коррекцию коммутирующего потока ДП Фк. опт можно производить изменением числа витков обмотки возбуждения ДП или регулировкой зазоров δ1 и δ2.
В данной работе корректировка осуществляется изменением зазора δ1 при
δ2 = const либо δ2 при δ1= const, либо одновременным изменением зазоров δ1 и δ2.
14
3.2. Порядок проведения работы
1) В соответствии с заданным вариантом по табл. 3 и 4 выбрать
необходимые для расчета значения.
2) Рассчитать оптимальный коммутирующий поток ДП Фк.опт.
3) Определить оптимальные воздушные зазоры:
а) δ 1' при δ2 = const;
б) δ 2' при δ1 = const;
в) δ 1' и δ 2' при их одновременном изменении.
4) Сопоставить результаты и сделать выводы.
Таблица 3
Технические характеристики МПТ
Первая
цифра
шифра
0, 5
1, 6
2, 7
3, 8
4, 9
Gопт
kδ
l д,
м
b д,
м
S,
м
h к,
м
Fд,
А
Fк,
А
Fа,
А
+0,030
−0,015
+0,025
−0,020
+0,015
1,15
1,20
1,21
1,18
1,23
0,69
0,45
0,41
0,43
0,50
0,057
0,040
0,030
0,026
0,042
0,050
0,060
0,062
0,054
0,049
0,10
0,15
0,09
0,11
0,10
7035
12920
11100
12000
10185
6030
−
−
−
−
10301
9642
8556
9666
7073
Таблица 4
Технические характеристики МПТ
Вторая цифра
шифра
0,5
1,6
2,7
3,8
4,9
δ1,
δ2,
м
0,024
0,008
0,009
0,010
0,009
м
0,008
0,006
0,006
0,002
0,005
bП.Д,
м
0,120
0,054
0,040
0,050
0,032
3.3. Порядок расчета
Коррекция воздушного зазора ведет к изменению магнитного
сопротивления коммутирующему потоку Фк.опт, поэтому для определения
оптимального зазора необходимо пересчитать соответствующее значение
сопротивления.
15
Предварительно
по
исходным
данным
определите
магнитные
сопротивления потоку рассеяния Rσ, потоку ДП первого Rδ1 и второго Rδ2
воздушных зазоров, а также коэффициент γ и поток Фк.опт, используя
формулы (9), (4), (8) и (3).
При выполнении п. 3а (подразд. 3.2.) новое магнитное сопротивление
определите по формуле:
γ FД + Fк − Fa
Rδ 1 =
− γ Rδ 2 ,
ϕФк. опт
'
(10)
где ϕ – поправочный коэффициент, учитывающий изменение реактивной ЭДС Ер
от величины δ1
δ′
ϕ = 1,006  1 
 δ1 
− 0 , 09
.
(11)
В соответствии с найденным значением Rδ' 1 из формулы (4) определите
оптимальное значение воздушного зазора δ 1' . Поскольку коэффициент ϕ зависит
от неизвестного значения δ 1' , предварительно необходимо принять ϕ = 1, а затем,
используя метод приближения, внести уточнение в определение Rδ' 1 . Обычно
уточнение достаточно выполнить 2–3 раза.
При выполнении п. 3б (подразд. 3.2.) новое магнитное сопротивление
определите по формуле:
Fд + Fк − Fa − Фк. опт Rδ 1
Rδ' 2 = Rσ
.
(12)
Фк. опт ( Rσ + Rδ 1 ) + Fa − Fк
В соответствии с найденным значением Rδ' 2 из формулы (7) определите
оптимальное значение воздушного зазора δ 2' .
При одновременном изменении воздушных зазоров новое магнитное
сопротивление определите по формуле:
Fд + Fк − Fa − ϕ Фк. опт Rδ' 1
'
Rδ 2 = Rσ
.
(13)
'
ϕ Фк. опт ( Rσ + Rδ 1 ) + Fa − Fк
Задавая ряд значений δ1при условии Фк. опт = const определите Rδ' 1 и, используя
формулы (13) и (7), рассчитайте зависимость δ1 = f(δ2). Результаты расчета
занесите в табл. 5. Оптимальное значение зазоров δ 1' и δ 2' выберите по кривой
δ1 = f(δ2). Рекомендуется отклоняться от заводских размеров δ1 не более чем на
±30%, сохраняя соотношение δ1/δ2 = 5−6.
16
Таблица 5
Расчет зависимости δ1 = f(δ2)
Рассчитываемые
параметры
Величина воздушного зазора
0,6δ1
0,8δ1
δ1
1,2δ1
1,4δ1
Rδ' 1
Rδ' 2
δ2
3.4. Контрольные вопросы
1) Что такое коммутация в МПТ?
2) Перечислите методы
настройки коммутации МПТ в условиях
эксплуатации.
3) С какой целью выполняется коррекция параметров поперечной
магнитной цепи МПТ?
4) К чему сводится коррекция параметров поперечной магнитной цепи
машины?
4) На чем основывается расчет коррекции?
6) Какое допущение положено в основу расчета параметров поперечной
магнитной цепи?
7) Какой из методов корректировки параметров поперечной магнитной
цепи предпочтительней в крупных и маломощных машинах?
Лабораторная работа 4
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПРОФИЛЯ КОЛЛЕКТОРА
Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с методами оценки профиля коллектора
машин постоянного тока (МПТ); научиться пользоваться профилометром ПКП;
приобрести опыт обработки профилограмм [1, c. 113–115; 2, c. 111–116, 199–207].
4.1. Основные положения теории
Одним из основных факторов, влияющих на условия коммутации машин
постоянного тока, является механическая устойчивость скользящего контакта.
Устойчивость контакта определяется состоянием элементов коллекторнощеточного узла (КЩУ), и в первую очередь профиля коллектора. Наличие
неровностей на коллекторе приводит к возникновению радиальных колебаний
щеток, вызывающих пульсацию контактного давления. В результате происходит
17
изменение падения напряжения под щеткой, а, следовательно, и нарушение
оптимальных условий коммутации, что вызывает искрение щеток , неравномерно
распределенное по коллектору. Поэтому необходимо контролировать поверхность
коллектора при производстве, эксплуатации и ремонте МПТ.
Для диагностирования состояния профиля коллектора наибольшее
применение получил вихретоковый метод с использованием бесконтактного
преобразователя
измерения
перемещений.
Разработанный
кафедрой
«Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПСа на основе данного
метода профилометр ПКП позволяет производить оценку профиля коллектора в
статических и динамических режимах.
Датчик профилометра устанавливается над рабочей поверхностью
коллектора машины с определенным зазором δизм, который должен превышать
величину предполагаемого значения максимального биения коллектора. Однако
необходимо учитывать, что увеличение зазора выше значения δ = 400 мкм. ведет
к значительному росту погрешности измерений, поскольку зависимость
напряжения на выходе схемы линеаризации прибора от величины зазора
становится нелинейной.
Контроль профиля коллектора в статическом режиме производится по
показаниям стрелочного индикатора, установленного на лицевой панели прибора.
В динамическом режиме контроль ведется с помощью электронного
осциллографа (ЭО), подключенного к выходу профилометра. При работе прибора
в режиме «Биение» осуществляется автоматическое определение величины
общего биения коллектора машины при его вращении.
4.2. Порядок проведения работы
1) По заданной преподавателем величине максимального биения коллектора
установить требуемый зазор δизм.
2) Определить общее биение коллектора испытуемой машины.
3) Произвести оценку состояния профиля коллектора испытуемой машины в
статическом режиме работы.
4) Произвести оценку состояния профиля коллектора испытуемой машины в
динамическом режиме работы и зарисовать осциллограмму развертки профиля
коллектора.
5) Выполнить гармонический анализ профиля коллектора испытуемой
машины.
6) Сделать выводы.
4.3. Ход работы
Для выполнения п.1 (подразд. 4.2.) установите датчик над центром
коллекторной пластины и соответствующей кнопкой прибора перейдите в режим
18
«Зазор». Затем, вращая микрометрический винт 2 датчика ( рис. 6), переместите
его подвижную часть 3 до соприкосновения с контролируемой поверхностью.
Момент соприкосновения фиксируйте по прекращению движения стрелки
индикатора прибора. Ручкой «Уст. 0» установите показание стрелочного
индикатора, соответствующее требуемому зазору δизм. После этого, вращая
микрометрический винт, 2 установите зазор δизм между датчиком и коллекторной
пластиной, при этом стрелка индикатора должна совпасть с нулевым делением.
Рис. 6
Для определения величины общего биения коллектора машины нажмите
кнопку «Биение» на панели прибора и зафиксируйте полученное значение по
стрелочному индикатору.
При оценке профиля коллектора в статическом режиме якорь испытуемой
машины поворачивайте вручную. Одновременно по стрелочному индикатору
определите значение перепадов ∆hj между соседними коллекторными пластинами
и сравните с допустимым значением ∆hдоп.
При оценке
профиля коллектора в динамическом режиме работы
подключите к выходу профилометра ЭО. Добившись устойчивого изображения
развертки профиля коллектора на экране ЭО, зарисуйте ее.
19
Гармонический анализ профиля коллектора предполагает разложение
периодической функции прфиля коллектора η(х) с периодом 2π в ряд Фурье для
определения спектра амплитуд и фаз высших гармоник:
а0 n
 2π

η = + ∑Аν sinν х + ϕν ,
2 ν =1
 L

(14)
а
где 0 – постоянная составляющая;
2
ν – номер гармоники;
Аν, φν – амплитуда и фаза ν -й гармоники;
L – длина окружности коллектора, м.
Для выполнения гармонического анализа разработана специальная
программа расчета на ЭВМ. Для анализа с помощью ЭВМ введите в программу
массив точек, соответствующих относительным высотам коллекторных пластин
h, мкм., значения которых определите по профилограмме как расстояние от
нулевой оси до верхней точки соответствующей коллекторной пластины.
Результаты гармонического анализа занесите в табл. 6 и постройте спектрограмму
Аν = f(ν).
Таблица 6
Результаты гармонического анализа
Номер гармоники ν
Амплитуда ν-й
гармоники Аν, мкм
1
2
3
…
20
4.4. Контрольные вопросы
1)
Каковы
причины
ухудшения
качества
коммутации
при
неудовлетворительном механическом контакте?
2) Методы, применяемые для диагностирования профиля коллектора.
3) Принцип работы профилометра ПКП.
4) В каком режиме работы профилометра возможна более качественная
оценка профиля коллектора и почему?
Библиографический список
1. В о л ь д е к А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974. 840 с.
2. А в и л о в В.Д. Методы анализа и настройки коммутации машин
постоянного тока. М.: Энергоатомиздат, 1995. 237 с.
3. Г е м к е Р.Г. Неисправности электрических машин. Л.: Энергия,
1969. 272 с.
20
Приложение 1
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЧЕТУ
1. Измерение частоты вращения методом сравнения.
2. Классификация приборов для оценки уровня искрения.
3. Методы динамического контроля профиля коллектора. Принцип действия
вихретокового преобразователя.
4. Методы измерения сопротивления обмоток при постоянном токе.
5. Методы измерения электрической мощности.
6. Методы определения КПД.
7. Опыт ненагруженного двигателя для определения потерь в стали.
8. Опыт самоторможения для определения потерь в стали.
9. Виды датчиков температуры. Методы измерения температуры.
10. Виды датчиков температуры. Метод термометра.
11. Виды датчиков температуры. Метод сопротивления.
12. Виды датчиков температуры. Метод заложенных датчиков и метод
встроенных датчиков.
13. Методы измерения температуры вращающих тел.
14. Измерение частоты вращения методом прямого преобразования.
15. Измерение частоты вращения частотным методом.
16. Измерение частоты вращения методом сравнения.
17. Измерение скольжения асинхронного двигателя методом амперметра
постоянного тока.
18. Измерение скольжения асинхронного двигателя стробоскопическим
методом.
19. Измерение угла нагрузки синхронной машины с помощью измерительной обмотки.
20. Метод непосредственной нагрузки ЭМ без отдачи энергии в сеть.
21. Метод непосредственной нагрузки ЭМ с отдачей энергии в сеть
(машины постоянного тока).
22. Метод непосредственной нагрузки ЭМ с отдачей энергии в сеть
(машины переменного тока).
23. Метод взаимной нагрузки. Параллельное и последовательное включение
источника электрической энергии.
24. Метод взаимной нагрузки. Подключение механического источника
энергии.
25. Метод косвенной нагрузки ЭМ.
26. Приборы для установки щеток на нейтраль.
21
Приложение 2
БИЛЕТЫ ДЛЯ ЗАЧЕТА
БИЛЕТ № 1
1. Классификация приборов для оценки уровня искрения.
2. Метод косвенной нагрузки ЭМ.
БИЛЕТ № 2
1. Методы динамического контроля профиля коллектора. Принцип действия
вихретокового преобразователя.
2. Метод взаимной нагрузки. Подключение механического источника
энергии.
БИЛЕТ № 3
1. Виды испытаний ЭМ.
2. Метод взаимной нагрузки. Параллельное и последовательное включение
источника электрической энергии.
БИЛЕТ № 4
1. Методы измерения сопротивления обмоток при постоянном токе.
2. Метод непосредственной нагрузки ЭМ с отдачей энергии в сеть (машины
переменного тока).
БИЛЕТ № 5
1. Методы измерения электрической мощности.
2. Метод непосредственной нагрузки ЭМ с отдачей энергии в сеть (машины
постоянного тока).
22
БИЛЕТ № 6
1. Методы определения КПД.
2. Метод непосредственной нагрузки ЭМ без отдачи энергии в сеть.
БИЛЕТ № 7
1. Опыт ненагруженного двигателя для определения потерь в стали.
2. Приборы для установки щеток на нейтраль.
БИЛЕТ № 8
1. Опыт самоторможения для определения потерь в стали.
2. Виды датчиков температуры. Метод заложенных датчиков и метод
встроенных датчиков.
БИЛЕТ № 9
1. Виды датчиков температуры. Методы измерения температуры.
2. Измерение скольжения асинхронного двигателя методом амперметра
постоянного тока.
БИЛЕТ № 10
1. Виды датчиков температуры. Метод термометра.
2. Измерение угла нагрузки синхронной машины с помощью измерительной
обмотки.
БИЛЕТ № 11
1. Виды датчиков температуры. Метод сопротивления.
3. Измерение скольжения асинхронного двигателя стробоскопическим
методом.
23
БИЛЕТ № 12
1. Методы измерения температуры вращающих тел.
2. Измерение частоты вращения методом сравнения.
БИЛЕТ № 13
1. Измерение частоты вращения методом прямого преобразования.
2. Измерение частоты вращения частотным методом.
24
АВИЛОВ Валерий Дмитриевич,
ХАРЛАМОВ Виктор Васильевич,
ШЕЛЬМУК Евгений Ильич
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Редактор Т.С. Паршикова
* * *
Подписано в печать
. Формат 60×84 1/16.
Бумага офсетная. Плоская печать.
Усл. п. л. . Уч.-изд. л. .
Тираж
экз. Заказ .
*
*
Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа
Типография ОмГУПСа
*
644046, г. Омск-46, пр. Маркса, 35
25
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
24
Размер файла
256 Кб
Теги
246
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа