SU1201787A1

SU1201787A1 - Method of measuring non-uniformity of magnetic permeance of multiphase electric machine and apparatus for accomplishment of same

Info

Publication number: SU1201787A1
Application number: SU843723932A
Authority: SU
Inventors: Александр Евгеньевич Малиновский
Original assignee: Гомельский политехнический институт
Priority date: 1984-04-05
Filing date: 1984-04-05
Publication date: 1985-12-30

Abstract

1. Способ измерени неравномерности магнитной проводимости многофазной электрической машины переменного тока, основанный на подключении одной из фаз статорной обмотки к напр жению источника питани , приведени ротора во вращение, измерении ЭДС, наводимой на другой фазе статорной обмотки, фильтрации указанного сигнала и формировании из него контролируемого сигнала,пропорционального неравномерности магнитной проводимости, отличающийс тем, что, с целью повышени точности, фазу статорной обмотки подключают на посто нное напр жение , ротор электрической машины привод т во вращение от посто (Л роннего привода, а из измеренного сигнала ЭДС другой фазы выдел ют гармоники магнитной проводимости, кратные удвоенной частоте вращени привода. оо 1. A method of measuring the non-uniformity of the magnetic conductivity of a multi-phase AC electric machine, based on connecting one of the phases of the stator winding to the voltage of the power source, turning the rotor into rotation, measuring the EMF induced on the other phase of the stator winding, filtering the specified signal and forming from it a controlled a signal proportional to the non-uniformity of the magnetic conductivity, characterized in that, in order to increase the accuracy, the phase of the stator winding is connected to a constant voltage of the rotor of the electric machine is brought into rotation by constant (A ronnego drive, and from the measured emf signal of the other phase isolated permeance harmonic multiples of twice the frequency of rotation of the actuator. oo

Description

2. Устройство дл измерени неравномерности магнитной проводимости многофазной электрической машины.переменного тока, содержащее источник напр жени , блок подключени источника напр жени к одной из фаз испытуемой электрической машины, фильтр, блок его подключени к другой фазе испытуемой электрической машины, регистрирующий прибор, соединенный с выходом фильтра, отличающеес тем, что, с целью повышени точности измерени , оно содержит электропривод с регулируемой частотой вращени , предназначенный дл соединени с валом испытуемой электричской машины, интегратор с источником 1 опорного напр жени , датчик частоты вращени привода, амплитудный детектор, при этом фильтр выполнен с узкой полосой пропускани , а регистрирующий прибор снабжен вторым измерительным входом2. A device for measuring the non-uniformity of the magnetic conductivity of a multi-phase electric machine. An alternating current containing a voltage source, a unit for connecting a voltage source to one of the phases of the electric machine under test, a filter, a unit for connecting it to another phase of the electric machine under test, a recording device connected to filter output, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, it contains a variable speed electric drive designed to be connected to the shaft my electrical machine, an integrator with a voltage source 1, a drive rotation frequency sensor, an amplitude detector, the filter is made with a narrow bandwidth, and the recording device is equipped with a second measuring input

на который подключен выход датчика частоты вращени , причем амплитудный детектор включен между выходом узкополосного фильтра и первым входом регистрирующего прибора, а интегратор подключен к входу электропривода .To which the output of the rotational speed sensor is connected, the amplitude detector is connected between the output of the narrowband filter and the first input of the recording device, and the integrator is connected to the input of the electric drive.

1one

Изобретение относитс к электромеханике и может быть использовано дл .оперативного технологического контрол неравномерности магнитной проводимости при производстве электрических машин и микpioмaшин переменного тока.The invention relates to electromechanics and can be used for rapid technological control of the non-uniformity of magnetic conductivity in the manufacture of electrical machines and micromachines of alternating current.

Цель изобретени - повышение тоности измерени .The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy.

На фиг.1 приведена схема, по си юща предлагаемый способ измерени ; на фиг.2 - векторна диаграмма магнитных потоков в электрической машине переменного тока; на фиг.З - схема устройства дл осуществлени способа измерени .Figure 1 is a diagram for the proposed measurement method; Fig. 2 is a vector diagram of magnetic fluxes in an AC electrical machine; FIG. 3 is a diagram of the device for carrying out the measurement method.

Устройство состоит из источника 1 посто нного тока, электрической машины 2 переменного тока, узкополосного фильтра 3, амплитудного детектора 4, привода 5, датчика 6 частоты вращени , интегратора 7 и регистрирующего прибора 8. Источник 1 посто нного тока подключен к одной из статорных обмоток электрической машины 2 переменного тока, к другой статорной обмотке подключен вход узкополосного фильтра 3, электрическа машина приводитс в движение с посто нной частотой вращени приводом 5, дл измерени частоты вращени с валом привода 5 соединен датчик частоты 6 вращени . Выход интегратора 7,The device consists of a direct current source 1, an alternating current electric machine 2, a narrowband filter 3, an amplitude detector 4, a drive 5, a rotation speed sensor 6, an integrator 7 and a recording device 8. A direct current source 1 is connected to one of the stator electric windings AC machine 2, the input of the narrow band filter 3 is connected to the other stator winding, the electric machine is driven with a constant frequency of rotation by the drive 5, to measure the frequency of rotation with the drive shaft 5 rotation frequency sensor 6. The output of the integrator 7,

вход которого соединен с шиной опорного напр жени , подключен к входу .управлени приводом 5. Два входа регистрирующего прибора 8 соединены с выходами амплитудного детектора 4 и датчика 6 частоты вращени .the input of which is connected to the reference voltage bus is connected to the input of control of the drive 5. Two inputs of the registering device 8 are connected to the outputs of the amplitude detector 4 and the rotation speed sensor 6.

Способ основан на том, что при неравномерности магнитной проводимости электрических машин переменного тока между двум произвольно расположенными обмотками 9 и 10 статора электрической машины 2 переменного тока (фиг. 1) возникает взаимоиндуктивность, завис ща от неравномерности магнитной проводимо сти.The method is based on the fact that with non-uniformity of magnetic conductivity of electric machines of alternating current between two randomly located windings 9 and 10 of the stator of electric machine 2 of alternating current (Fig. 1) mutual inductance arises, depending on the non-uniformity of magnetic conductivity.

Магнитна проводимость электрической машины переменного тока вл етс функцией, завис щей от угла поворота ротора 6 и направлени оси А, по которому измер етс магнитна проводимость,определ емого углом у.Поэтому ее можно разложить в р д Фурье. Прин в направление оси m обмотки 9 статора за ось действительных чисел, а - мнимых, наход т изменение комплексной магнитной проводимости:The magnetic conductivity of an AC electric machine is a function depending on the angle of rotation of the rotor 6 and the direction of the axis A, which measures the magnetic conductivity, determined by the angle y. Therefore, it can be expanded into a Fourier series. Accepted in the direction of the axis m of the stator winding 9 beyond the axis of the real numbers, and - imaginary, are the change in the complex magnetic conductivity:

лА-1( ,(г;0+ч;), где i 1,2,3...; Д;- амплитуда i-й составл ющей проводимости, Mi - фаза i-й составл ющей проводимости . При создании режима равномерного вращени вала ротора электрической машины переменного тока с частотой uJ угол поворота 0 tJt. С целью определени неравномерности магнитной проводимости магнитопровода , котора однозначно определ етс коэффициентом р да изменени проводимости Я( , запитывают обмотку 9 статора от источника I посто нного тока, выбрав его вели чину равной амплитудному значению тока в номинальном режиме работы . В этом случае в направлении оси обмотки 9 статора (фиг.2) создаетс магнитный поток . В случае равномерного вращени р тора этот магнитный поток можно представить как сумму неподвижного магнитного потока То совпадающего п направлению с осью m и дополнительных магнитных потоков ДФго и , направленных по ос м m и , пульсирующих с частотой, определ ем частотой вращени ротора и номером гармоники изменени магнитной проводимости . Из диаграммы (фиг.2) видно, что случае неравномерности магнитной проводимости по вл етс измен ющеес во времени потокосцепление между обмотками 9 и 10 статора с ос ми где Nrti и Nh - число витков обмоток 9 и 10 статора. ЭДС, созданна этим потокосцеплением в обмотке статора 10, E- W-NHiN ini l/titJAJzOCo ptZ;-- Полученна зависимость дл ЭДС показывает, что ее спектральный сос тав определ етс только неравномерн стью магнитной проводимости при N N, in, и u) - посто нных величинах в св зи с чем по ней можно судить о величинах Л. Дп определени неравномерноети магнитной проводимости ротор эле рической машины переменного тока 2 не должен содержать короткозамкнутых обмоток. Если электрическа машина 2 имеет короткозамкнутые вторичные обмотки, то опыт по определению неравномерности магнитной проводимости необходимо проводить на промежуточном технологическом этапе, когда ротор не содержит короткозамкнутых обмоток. Устройство работает следующим образом . Электрическа машина переменного тока 2 приводитс во вращение приводом 5 с регулируемой частотой вращени вала, преимущественно электрическим . Так., в предлагаемом устройстве может быть применен комплексный электропривод типа ЭШИР-1. Изменение частоты вращени привода 5 осуществл етс по линейному закону за счет подачи на его вход линейного измен ющегос напр жени с вькода интегратора 7. Врем интегрировани интегратором 7 опорного напр жени выбираетс достаточно большим, чтобы в испытуемой машине не возникали переходные процессы, св занш 1е с измерением частоты вращени . Текущее значение частоты вращени вала электрической машины переменного тока 2 определ етс с помощью датчика .6 частоты вращени . Одна из обмоток 9 статора подключаетс к источнику 1 посто нного тока и в электрической машине 2 переменного тока возникают потоки, соответствующие диаграмме на фиг.2. ЭДС, снимаема с другой обмотки 10 статора подаетс на вход узкополосного фильтра 3 со средней частотой пропускани cj. В этом случае амплитуда напр жени на выходе узкополосного фильтра 3 соответствует коэффициенту разложени р да Фурье неравномерности магнитной проводимости по следующему выражениюUi )im{li2t4jK где К - коэффициент усилени узкополооного фильтра 3. Пор дковый номер гармоники i определ етс следующим образом: i и)о /2iO. Напр жение с выхода узкополосного фильтра 3 поступает на амплитудный детектор 4, где вьшр мл етс . Значение амплитуды напр жени Uj и текущего значени и) фиксируетс регистрирующим прибором 8, в качестве которого может быть использован многоканальный самопишущий потенциометр, шлейфовый осциллограф , цифропечатающее устройство и т.д. Анализиру значени Ui и tO , по вьшеприведенным вьфажени м определ ют спектральный соетав неравномерности магнитной проводимости электрической машины пере менного тока. В устройстве, реализующем способ , применен принцип развертывающе го преобразовани , используемый при сн тии спектральных характеристик автоматически, сущность которого заключаетс в следующем. Медленно измен частоту вращени вала, чтобы процесс вл лс квазиустановивши с , фиксируют одновременноамплитуду на выходе узкополосного фильтра 3 и текущее значение частоты, т.е. получают спектрограмму. Частота настройки узкополосного фильтра 3 зависит от пределов изменени частоты вращени привода 5 и от максимально желаемого значени частоты в разложении р да Фурье неравномерности магнитной прово димости. Так, если пределы изменени частоты вращени вала составл ют bJniin-i fTWkX,. то частота настройки фильтра должна быть равна4x30 2cJmu.xt.B этом случае определ ют первый член разложени в р д Фурье Соответственно, при изменении част ты вращени привода 5 можно определить амплитуду разложени с максимальным пор дковым номером i «-о ,, /uJmH Частота вращени cJ и частота, на которую настроен фильтр, а)о раз личны. Измерени не провод т на той частоте вращени , на которую настро ert фильтр. Частота вращени определ етс из выражени i uV2tJ. Датчик 6 частоты вращени необходим дл построени спектрограммы автоматически. Двукоординатный регистрирующий прибор 8 необходим дл автоматического построени спектрограмм. ЭДС, снимаема с обмотки 10 статора , несет информацию только о неравномерности магнитной проводимости , а спектральна фильтраци сигнала осуществл етс не с целью выделени сигнала, несущего информацию о величине неравномерности магнитной проводимости, а с целью определени спектрального состава неравномерности проводимости. В известном устройстве питание осуществл етс переменным током, и на выходе отключенной обмотки имеетс сумма трансформаторной и информационной ЭДС, а также напр жение питани . Фильтраци осуществл етс с целью вьщелени информационной ЭДС. Этот процесс вносит погрешность, завис -, щую от добротности фильтрующего устройства и температуры. Выделение одной лишь зубцовой гармоники не всегда информативно. Что особенно важно дл вращающихс трансформаторов, когда необходимо вы вить неравномерность магнитной проводимости, обусловленной магнит-, ной анизотропией ротора, определить форму изменени магнитной проводимости , обусловленную зубчатостью. Информацию о форме неравномерности зубцовой проводимости несет р д Фурье высщих гармонических составл ющих , кратных зубцовой гармонике. Использование предлагаемого способа измерени неравномерности магнитной проводимости электрических машин переменного тока по сравнению с известными способами сокращает врем измерени неравномерности магнитной проводимости и обеспечирает получение истинного закона изменени магнитной проводимости в зависимости от углового положе-. ни ротора, а также возможность автоматизации процесса измерени неравномерности магнитной проводимости.lА-1 (, (г; 0 + ч;), where i 1,2,3 ...; Д; is the amplitude of the i-th component of conductivity, Mi is the phase of the i-th component of conductivity. When creating the uniform mode rotation of the rotor shaft of an AC electric machine with a frequency uJ, the rotation angle is 0 tJt. In order to determine the non-uniformity of the magnetic conductivity of the magnetic circuit, which is uniquely determined by the ratio of the number of changes in the conductivity I (the stator winding 9 is powered from the DC source equal to the amplitude value of the current in the nominal mode of operation. In this A magnetic flux is generated in the direction of the axis of the stator winding 9 (FIG. 2). In the case of a uniform rotation of the torus, this magnetic flux can be represented as the sum of a fixed magnetic flux That coincides with the direction of the axis m and additional magnetic fluxes of the flow plate and m and pulsating with frequency, determined by the rotor speed and the harmonic number of the change in the magnetic conductivity. From the diagram (Fig. 2) it can be seen that the case of non-uniformity of the magnetic conductivity appears to vary in time between the windings 9 and 10 of the stator with the axles where Nrti and Nh are the number of turns of the windings 9 and 10 of the stator. EMF created by this flux linkage in the stator winding 10, E-W-NHiN ini l / titJAJzOCo ptZ; - The resulting dependence for EMF shows that its spectral composition is determined only by non-uniformity of magnetic conductivity at NN, in, and u) - Constant values in connection with which it is possible to judge the values of L. Dp of determining the non-uniformity of the magnetic conductivity of the rotor of an AC electric machine 2 should not contain short-circuited windings. If electric machine 2 has short-circuited secondary windings, then experience in determining non-uniformity of magnetic conductivity must be carried out at an intermediate technological stage when the rotor does not contain short-circuited windings. The device works as follows. An electric machine of alternating current 2 is driven by a drive 5 with an adjustable frequency of rotation of the shaft, preferably an electric one. So, in the proposed device can be applied integrated electric drive type ESHIR-1. The rotational speed of the drive 5 is varied according to a linear law by applying to its input a linear variable voltage from the code of the integrator 7. The integration time of the reference voltage by the integrator 7 is sufficiently large so that there are no transients in the test machine measurement of rotational speed. The current value of the rotational speed of the shaft of the AC electric machine 2 is determined by the rotation speed sensor .6. One of the stator windings 9 is connected to a source of direct current 1 and currents arise in the alternating current electrical machine 2, corresponding to the diagram in FIG. An emf taken from the other stator winding 10 is fed to the input of the narrowband filter 3 with an average frequency transmission cj. In this case, the voltage amplitude at the output of the narrowband filter 3 corresponds to the Fourier series decomposition coefficient of the non-uniformity of the magnetic conductivity according to the following expression Ui) im {li2t4jK where K is the gain of the narrow-band filter 3. The sequence number of the harmonic i is defined as follows: i and) o / 2iO. The voltage from the output of the narrowband filter 3 is fed to an amplitude detector 4, where it is shown above. The magnitude of the voltage amplitude Uj and the current value of i) is recorded by a recording device 8, which can be used as a multichannel recording potentiometer, loop oscilloscope, digital printing device, etc. By analyzing the values of Ui and tO, the spectral coefficients of the non-uniformity of the magnetic conductivity of an alternating current electric machine are determined according to the above simulations. In the device realizing the method, the principle of the develop- ing transformation is used, which is used when removing the spectral characteristics automatically, the essence of which is as follows. Slowly changing the frequency of rotation of the shaft so that the process appears quasi-set, simultaneously record the amplitude at the output of the narrow-band filter 3 and the current value of the frequency, i.e. get a spectrogram. The frequency of tuning of the narrowband filter 3 depends on the limits of variation of the frequency of rotation of the drive 5 and on the maximum desired value of the frequency in the decomposition of the Fourier series of non-uniformity of magnetic conductivity. So, if the limits of variation of the shaft rotation speed are bJniin-i fTWkX ,. then the filter tuning frequency should be equal to 4x30 2cJmu.xt.B in this case, the first term of the decomposition in the Fourier series is determined. Accordingly, by changing the rotational part of the drive 5, the amplitude of the decomposition can be determined with the maximum sequence number i «-o ,, / uJmH rotation cJ and the frequency to which the filter is tuned, a) are different. The measurements are not carried out at the rotational speed to which the ert filter is tuned. The rotation frequency is determined from the expression i uV2tJ. A rotational speed sensor 6 is needed to build the spectrogram automatically. A two-coordinate recording device 8 is necessary for the automatic construction of spectrograms. The EMF taken from the stator winding 10 carries information only about the non-uniformity of the magnetic conductivity, and the spectral filtering of the signal is carried out not with the aim of extracting a signal carrying information about the magnitude of the non-uniformity of the magnetic conductivity, but with the aim of determining the spectral composition of the non-uniformity of conductivity. In the known device, the power is supplied by alternating current, and at the output of the disconnected winding there is a sum of transformer and information EMF, as well as the supply voltage. Filtering is carried out in order to provide information EMF. This process introduces an error depending on the Q-factor of the filtering device and temperature. Allocation of only one tooth harmonic is not always informative. What is especially important for rotating transformers, when it is necessary to detect the non-uniformity of the magnetic conductivity due to the magnetic anisotropy of the rotor, to determine the shape of the change in the magnetic conductivity caused by serration. The Fourier series of higher harmonic components that are multiples of the tine harmonics carries information about the form of the uneven dentate conductivity. The use of the proposed method for measuring the non-uniformity of the magnetic conductivity of electric machines of alternating current in comparison with the known methods reduces the time of measuring the non-uniformity of the magnetic conductivity and provides a true law of variation of the magnetic conductivity depending on the angular position. neither the rotor, nor the possibility of automating the process of measuring the non-uniformity of magnetic conductivity.

Claims

1. The method of measuring the unevenness of the magnetic conductivity of many

1 _h phase electric machine AC based on the connection of one phase of the stator winding to the supply voltage, driving the rotor in rotation, the measurement of the emf induced in the stator windings of the other phase, filtering said signal and forming therefrom a controlled signal proportional nonuniformity magnetic conductivity, characterized in that, in order to improve accuracy, the phase of the stator winding is connected to a constant voltage, the rotor of the electric machine is brought into rotation from outside its drive, and from the measured emf signal of the other phase isolated permeance harmonic multiples of twice the frequency of rotation of the drive.

SU „„ 1201787

2. A device for measuring the non-uniformity of the magnetic conductivity of a multiphase electric machine. An alternating current containing a voltage source, a unit for connecting a voltage source to one of the phases of the tested electric machine, a filter, a unit for connecting it to another phase of the tested electric machine, a recording device connected to the filter output characterized in that, in order to improve the accuracy of measurement, the bottom contains an electric drive with an adjustable speed of rotation, designed to connect with the shaft of the test an electric machine, an integrator with a reference voltage source, a drive speed sensor, an amplitude detector, while the filter is made with a narrow passband, and the recording device is equipped with a second measuring input to which the output of the speed sensor is connected, and the amplitude detector is connected between the output a narrow-band filter and the first input of the recording device, and the integrator is connected to the input of the electric drive.