RU2074400C1

RU2074400C1 - Device testing squirrel-cage rotors of asynchronous machines

Info

Publication number: RU2074400C1
Authority: RU
Inventors: Роман Александрович Селепина; Юлиан Збигневич Хлипальский; Михаил Андреевич Яцун
Original assignee: Луцкий индустриальный институт
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1997-02-27

Abstract

FIELD: electric machine engineering. SUBSTANCE: invention uses eddy-current method of nondestructive testing, specifically test of quality of manufacture or repair of squirrel-cage windings of rotors of asynchronous machines. Device testing squirrel-cage rotors of asynchronous motors with symmetric three-phase winding fed from A.C. network with secondary ends of windings being connected to unit for stabilization of low rotational speed of rotor, tested rotor, eddy-current transformer pickup of emf proportional to currents of rotor winding, rectifier, aperiodic filter, indicator, comparator, reference voltage source, indication unit, actuating elements "Good ll", "Reject 12". EFFECT: increased productivity and authenticity of results of test under automated process of test of rotors. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехническим устройствам контроля, используемым вихретоковые методы неразрушающего контроля, и может быть использовано в электротехнике при контроле качества изготовления или ремонта короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей. The invention relates to electrical control devices used eddy current non-destructive testing methods, and can be used in electrical engineering to control the quality of manufacture or repair of short-circuited windings of rotors of induction motors.

Известно устройство трансформаторного типа для обнаружения скрытых дефектов роторных клеток асинхронных двигателей [1] содержащее индуктор, питающийся от сети 50 Гц, датчик трансформаторного типа, выходная обмотка которого включена на выпрямитель и конденсатор. A transformer type device for detecting latent defects of rotary cells of induction motors [1] is known, comprising an inductor powered from a 50 Hz network, a transformer type sensor, the output winding of which is connected to a rectifier and capacitor.

Недостатком устройства является то, что оно обладает низкой информативностью и достоверностью контроля, так как содержит фильтрующий конденсатор, который искажает полученную информацию о состоянии роторной обмотки и не позволяет использовать устройство в системах автоматизированного контроля при массовом производстве роторов короткозамкнутых асинхронных двигателей. The disadvantage of this device is that it has a low information content and reliability of control, since it contains a filtering capacitor that distorts the received information about the state of the rotor winding and does not allow the device to be used in automated control systems for mass production of rotors of squirrel-cage induction motors.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство, описанное в [2] Известное устройство содержит дуговой статор, имеющий обмотку постоянного тока промышленной частоты для вращения и возбуждения ротора с к.з. обмоткой, обмотку постоянного тока, датчик трансформаторного типа и измерительный прибор. The closest in technical essence to this invention is the device described in [2]. The known device comprises an arc stator having a DC winding of industrial frequency for rotation and excitation of the rotor with short circuit winding, DC winding, transformer type sensor and measuring device.

Недостатком известного устройства является то, что применение измерительного прибора и человека-оператора, оценивающего дефекты обмоток, снижают производительность труда и достоверность при массовом контроле роторов. Применение указанного устройства не позволяет автоматизировать процесс контроля при сохранении высокой достоверности контроля дефектов ротора. A disadvantage of the known device is that the use of a measuring device and a human operator evaluating winding defects reduce labor productivity and reliability during mass control of rotors. The use of this device does not allow to automate the control process while maintaining high reliability of the control of rotor defects.

Цель настоящего изобретения повышение производительности труда и достоверности результатов контроля при автоматизированном процессе контроля роторов. The purpose of the present invention is to increase labor productivity and reliability of control results in an automated process for controlling rotors.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее статор электрической машины с трехфазной обмоткой переменного тока, узел установки контролируемого ротора эксцентрично внутри статора, датчик токов роторной обмотки и измерительный прибор, дополнительно введены блок стабилизации низкой частоты вращения ротора, подключенный к выводам обмотки статора, последовательно соединенные выпрямитель и апериодический фильтр, подключенные между выходом датчика токов роторной обмотки и измерительным прибором, схема сравнения, входы которой подключены соответственно к выходу апериодического фильтра и выходу источника опорного напряжения, а выход подключен к блоку индикации, выходы которого подключены к исполнительным элементам, при этом ось симметрии датчика токов роторной обмотки размещена в одной плоскости с продольными осями статора и контролируемого ротора. This goal is achieved by the fact that in the device containing the stator of an electric machine with a three-phase AC winding, the installation unit of the controlled rotor is eccentric inside the stator, the rotor winding current sensor and the measuring device are additionally introduced a stabilization unit for the low rotor speed connected to the stator windings, a rectifier and an aperiodic filter connected in series, connected between the output of the current sensor of the rotor winding and the measuring device, comparison circuit, input which are respectively connected to the output of an aperiodic filter and output reference voltage, and an output connected to the display unit, the outputs of which are connected to actuators, wherein the rotor winding currents symmetry axis sensor positioned in the same plane with the longitudinal axes of the stator and rotor controlled.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, на фиг. 2 -графики выходных временных значений ЭДС и напряжений блоков, поясняющих принцип работы предложенного устройства;
а) при исправном роторе;
б) при дефектном роторе.In FIG. 1 shows a block diagram of a device; FIG. 2-graphs of the output time values of the EMF and voltage of the blocks, explaining the principle of operation of the proposed device;
a) with a working rotor;
b) with a defective rotor.

Устройство содержит статор с симметрической трехфазной обмоткой 1, питающейся от сети переменного тока с вторичными концами обмоток, подключенными к блоку стабилизации низкой частоты вращения ротора 2, контролируемый ротор 3, вихретоковый трансформаторный датчик ЭДС, пропорциональной токам роторной обмотки 4, выпрямитель 5, апериодический фильтр 6, индикаторный прибор 7, схему сравнения 8, источник опорного напряжения 9, блок индикации 10, исполнительные элементы 11 "Годен", 12 - "Брак". The device contains a stator with a symmetric three-phase winding 1, powered by an alternating current main with secondary ends of the windings connected to the stabilization unit of the low rotor speed 2, a controlled rotor 3, an eddy current transformer EMF proportional to the currents of the rotor winding 4, a rectifier 5, an aperiodic filter 6 , indicator device 7, comparison circuit 8, reference voltage source 9, display unit 10, actuators 11 "Goden", 12 - "Marriage".

Контролируемый ротор 4 устанавливается относительно статора 1 с трехфазной обмоткой эксцентрично, при этом ось симметрии ротора находится в одной плоскости с продольными осями статора и датчика ЭДС Для стабилизации низкой частоты вращения ротора 3 применен блок 2. Обмотка трансформаторного датчика 4 через выпрямитель 5 подключена к апериодическому фильтру 6, выход которого подключен к измерительному прибору 7 и первому вход у схемы сравнения 8, ко второму входу которой подключен источник опорного напряжения 9. The controlled rotor 4 is installed relative to the stator 1 with a three-phase winding eccentrically, while the axis of symmetry of the rotor is in the same plane as the longitudinal axes of the stator and EMF sensor. To stabilize the low rotor speed 3, block 2 is used. The transformer sensor 4 is wound through a rectifier 5 and connected to an aperiodic filter 6, the output of which is connected to the measuring device 7 and the first input of the comparison circuit 8, to the second input of which a reference voltage source 9 is connected.

Выход схемы сравнения 9 соединен с входом блока индикации
10, выходы которого подключены к исполнительным элементам 11 "Годен", 12 "Брак". Ось симметрии датчика токов роторной обмотки 4 размещена в одной плоскости с продольными осями статора 1 и короткозамкнутого ротора 3.The output of the comparison circuit 9 is connected to the input of the display unit
10, the outputs of which are connected to the actuating elements 11 "Good", 12 "Marriage". The axis of symmetry of the current sensor of the rotor winding 4 is placed in the same plane with the longitudinal axes of the stator 1 and squirrel-cage rotor 3.

Блок 2 обеспечивает низкую стабильную частоту вращения ротора 3, чем гарантируется получение информативного сигнала с датчика ЭДС 4, так как в этом случае в сигнале датчика ЭДС практически исключаются оборотные гармоники от изменения скольжения ротора 3, а чувствительность датчика по амплитуде измеренной ЭДС высокая. Block 2 provides a low stable frequency of rotation of the rotor 3, which guarantees the receipt of an informative signal from the EMF sensor 4, since in this case the reverse harmonic from the slip change of the rotor 3 is practically eliminated in the signal of the EMF sensor, and the sensor sensitivity is high in amplitude of the measured EMF.

Апериодический фильтр 6 работает на принципе экспоненциального сглаживания [3] при котором сглаженная функция наблюдений St текущего значения величины Vt равна
St=αVt+(1-α)St-1
т. е. текущее значение сглаженной величины St в момент времени равно предыдущему ее значению при t 1 плюс доля разности между текущим и предыдущим значениями сглаженной величины. При этом величина St является линейной комбинацией всех предыдущих наблюдений K=1/α, вес которых уменьшается со временем по геометрической прогрессии. Апериодический фильтр 6, выполняющий операцию экспоненциального сглаживания, является предсказывающим, при этом предсказывающее значение некоторой функции Х(t) может быть выражено рядом Тэйлора:

Преобразование Лапласа К(р) для оператора экспоненциального сглаживания имеет вид Кр 1/1 + pT, где Т постоянная времени, определяемая параметрами апериодического фильтра [4]
Работает устройство следующим образом.The aperiodic filter 6 operates on the principle of exponential smoothing [3] in which the smoothed observation function St of the current value of Vt is
St = αVt + (1-α) St-1
that is, the current value of the smoothed quantity St at the moment of time is equal to its previous value at t 1 plus the fraction of the difference between the current and previous values of the smoothed value. Moreover, the value of St is a linear combination of all previous observations K = 1 / α, the weight of which decreases exponentially with time. The aperiodic filter 6 performing the exponential smoothing operation is predictive, while the predictive value of some function X (t) can be expressed by the Taylor series:

The Laplace transform K (p) for the exponential smoothing operator has the form Kp 1/1 + pT, where T is the time constant determined by the parameters of the aperiodic filter [4]
The device operates as follows.

Контролируемый ротор 3 помещают относительно статора 1 эксцентрично так, что между частью поверхности статора 1 и каждого контролируемого ротора 3 сохраняется постоянный воздушный зазор, ротор может вращаться относительно статора. Подключают напряжение на обмотку статора 1. Под воздействием вращающего магнитного поля, создаваемого обмоткой статора 1, ротор 3 начинает вращаться. Одновременно ротор 3 с обмоткой ротора возбуждаются вращающимся магнитным полем, а в обмотках к.з. ротора возникают токи, которые наводят вторичные магнитные потоки, индуктирующие ЭДС в датчике 4. ЭДС переменной частоты, полученную с датчика 4, с помощью выпрямителя 5 выпрямляют и подают на апериодический фильтр 6. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства с исправным и неисправным ротором, приведены на фиг. 2,а,б соответственно. The controlled rotor 3 is placed relative to the stator 1 eccentrically so that a constant air gap is maintained between a part of the surface of the stator 1 and each controlled rotor 3, the rotor can rotate relative to the stator. Connect voltage to the stator winding 1. Under the influence of a rotating magnetic field created by the stator winding 1, the rotor 3 begins to rotate. At the same time, the rotor 3 with the rotor winding is excited by a rotating magnetic field, and in the windings short circuit rotor currents that induce secondary magnetic fluxes inducing EMF in the sensor 4. A variable frequency EMF obtained from the sensor 4 is rectified using a rectifier 5 and fed to the aperiodic filter 6. Timing diagrams explaining the principle of operation of the device with a working and faulty rotor, are shown in FIG. 2, a, b, respectively.

Полученный сигнал с выхода апериодического фильтра 6, пропорциональный величине сопротивления части обмотки контролируемого ротора, преобразованный в напряжение, может быть использован для оперативного контроля с помощью измерительного прибора 7 или для управления блоками 8, 10, используемыми для автоматизации контроля. При наличии сигнала с выхода апериодического фильтра 7 больше уставки схемы сравнения 8 Uоп (фиг. 2а), которая может быть задана от источника опорного напряжения 9, на выходе схемы сравнения будет сигнал, включающий блок индикации 10 в состояние "Годен". При этом включится исполнительный элемент 11 "Годен". При контроле другого ротора, например с оборванным стержнем (фиг. 2б), и наличии сигнала апериодического фильтра меньше напряжения уставки узла сравнения 8 Uоп на выходе устройства сравнения будет сигнал, включающий блок индикации 10 в состояние "Брак". При этом включится исполнительный элемент 12 "Брак". The received signal from the output of the aperiodic filter 6, which is proportional to the resistance of a part of the winding of the controlled rotor, converted into voltage, can be used for operational control using a measuring device 7 or to control units 8, 10 used to automate control. If there is a signal from the output of the aperiodic filter 7, it is greater than the setting of the comparison circuit 8 Uop (Fig. 2a), which can be set from the voltage reference 9, the output of the comparison circuit will have a signal that turns on the display unit 10 in the "Good" state. In this case, the actuating element 11 "Good" will turn on. When monitoring another rotor, for example, with a broken rod (Fig. 2b), and the presence of an aperiodic filter signal is less than the setpoint voltage of the comparison unit 8 Uop, the signal at the output of the comparison device will turn on the indication unit 10 in the “Marriage” state. This will turn on the actuator 12 "Marriage".

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает получение высокой достоверности контроля при автоматизированном процессе контроля испытуемых роторов. Регулируя напряжение можно устанавливать величину уставки, пропорциональную конкретному дефекту ротора, т.е. можно производить и отбраковку роторов по конкретным неисправностям, что обеспечивает высокую производительность процесса контроля. Thus, the proposed device provides high reliability control with an automated control process of the tested rotors. By adjusting the voltage, it is possible to set the setpoint proportional to a specific rotor defect, i.e. rotors can be rejected for specific malfunctions, which ensures high performance of the control process.

Claims

A device for controlling rotors of squirrel-cage induction motors, comprising a stator of an electric machine with a three-phase AC winding, an installation unit of a controlled rotor eccentrically inside the stator, a current sensor of the rotor winding and a measuring device, characterized in that a stabilization unit for low rotor speed is connected to the terminals stator windings, a rectifier and an aperiodic filter connected in series, connected between the output of the current sensor of the rotor winding and the measuring the device, the comparison unit, the inputs of which are connected respectively to the output of the aperiodic filter and the output of the reference voltage source, and the output is connected to the display unit, the outputs of which are connected to the actuating elements, while the axis of symmetry of the current sensor of the rotor winding is placed in the same plane with the longitudinal axes of the stator and controlled rotor.