Badanie oddziaływania magnetycznego wirującego uzwojenia klatkowego przy pomocy uzwojenia prądu stałego

(1)

Nr 52

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

ELEKTRYKA z . 12 1962

ZYGMUNT GOGOLEWSKI K a te d ra Maszyn E le k tr y c z n y c h

WIESŁAW GABRYŚ K a te d ra Napędu E le k try c z n e g o

BADANIE ODDZIAŁYWANIA MAGNETYCZNEGO WIRUJĄCEGO UZWOJENIA KLATKOWEGO PRZY POMOCY UZWOJENIA PRĄDU STAŁEGO

S t r e s z c z e n i e » O pisano m etodę w y z n a c z a n ia w a r to ś c i o r a z p r z e s tr z e n n e g o u s y tu o w a n ia o s i m ag nety czn ej s t r u m ie n ia y/zbudzonego p r z e z w ir u ją c e u z w o je n ie k latk o w e v/ o p a r c i u o p o m iar SEM r o t a c j i dodatkowego u z w o je n ia p rą d u s t a ł e g o , n a w in ię te g o n a t e n sam w ir n ik . Podano w y n ik i pom iarów w ykonanych n a m odelu dośw iadczalnym o ra z w skazano m o ż liw o ś c i p ra k ty c z n e g o wy k o rz y s t a n i a m etody.

1» W s t ę p

D o św iadczaln e w y z n a c z e n ie o s i i w a r t o ś c i s tr u m i e n ia od

d z ia ły w a n ia u z w o je n ia z w a rte g o , w ir u ją c e g o w p o lu s ta ły m s tw a rz a p o dstaw ę do w y ja ś n ie n i a p r z e b ie g u c h a r a k te r y s ty k m echanicznych s iln i k ó w a s y n c h r o n ic z n y c h z w a rty c h p r a c u ją c y c h w u k ła d z ie hamowania d y n am iczn ego , b ąd ź t e ż p r z y z a s i l a n i u tró jfazo w ym ze ź r ó d ł a p rąd o w eg o , a ta k ż e do w y z n a c z a n ia momentu p o ś liz g o w y c h s p r z ę g i e ł m a g n ety cz n y ch . P o staw io n e

z a g a d n ie n ie można by ro z w ią z a ć ró żn y m i m etodam i pomiarowymi np. b a d a ją c r o z k ła d p o l a m a g n ety czn eg o w zd łu ż p o d z i a ł k i biegunow ej p r z e z w prow adzenie do s z c z e l i n y o d p o w ied n ich cz u jn ik ó w , re a g u ją c y c h n a n a t ę ż e n i e p o l a m agnetycznego (n p . s tru m ie n io m ie rz z c z u jn ik ie m w p o s t a c i cew ki b iz m u to w e j, bądź t e ż p ł y t k i H a l l a ) .

(2)

88 Z tGogolewski, W 0Gabryś

W p rz y p a d k a c h m ałych s z c z e l i n p o m iary te g o r o d z a j u n a t r a f i a j ą n a tr u d n o ś c i zw iązane z w prow adzeniem c z u j n i k a w g łą b w ą s k ie j s z c z e l i n y w ir u ją c e j m aszyny, a n i e z a l e ż n i e od te g o otrzym ane krzywe wymagają p la n im e tr o w a n ia d l a u z y s k a n ia w ar

t o ś c i c a łk o w ite g o s tr u m ie n ia ,,

P o s łu ż e n ie s i ę ja k o " d e te k to re m s t r u m i e n i a " dodatkowym uzw ojeniem p rą d u s t a ł e g o może w n i e k t ó r y c h p rz y p a d k a c h dać r e z u l t a t y p e w n ie js z e i d o k ła d n ie js z e od p o m iaru i n d u k c j i m a g n ety cz n ej w s z c z e l i n i e i t o zarów no co do u s y tu o w a n ia

o s i j a k i w a r t o ś c i s t r u m i e n i a m a g n ety cz n eg o „

2 . O pis m etody

D o św iad czen ie wykonujemy n a m odelu z użłobkowanym równo

m ie r n ie s to ja n e m i w irn ik ie m , t a k , j a k w normalnym s i l n i k u a s y n c h ro n ic znym.

W ż ło b k a c h s t o j a n a um ieszczam y cew ki u z w o je n ia p r ą d u s t a ł e g o o poslcoku zb liżo n y m do ś re d n ic o w e g o , b ąd ź t e ż z a s i lamy prądem s ta ły m no rm alne u z w o je n ie tr ó jf a z o w e w jednym z układów , sto so w an y ch p rz y hamowaniu dynamicznym.

W ż ło b k a c h w ir n ik a um ieszczam y b adan e u z w o je n ie k latk o w e o ra z dodatkow e u z w o je n ie p r ą d u s t a ł e g o o r o z p i ę t o ś c i zezwo- jów , o d p o w ia d a ją c e j l i c z b i e biegunów u z w o je n ia s t o j a n a (b a d a n ia p r z e d s ta w io n e w n in ie js z y m r e f e r a c i e p rzep ro w ad zo n o n a m odelu dwubiegunowym).

W yznaczenie o s i i w a r t o ś c i s t r u m i e n i a przeprow adzam y na p o d s ta w ie pomiarów SEM r o t a c j i , indukow anych w u z w o je n iu p rą d u s t a ł e g o pom iędzy p a r ą ruchom ych s z c z o t e k , ro z m ie s z c z o nych n a obw odzie k o m u ta to ra w s ta ły m o d s t ę p i e , o d p o w ia d a ją cym p o d z ia łc e biegunow ej,,

W arto ść SEM r o t a c j i j e s t p r o p o r c jo n a ln a do il o c z y n u r z e c z y w is te j w a r to ś c i nieruchom egu s t r u m i e n i a w obw odzie magne

tycznym p r z e z pewną f u n k c ję f (/?) k ą t a f i zw a rte g o m iędzy o s i ą s z c z o t e k i o s i ą te g o s t r u m i e n i a . F u n k c ja t a z a l e ż y od r o z k ła d u i n d u k c j i m ag n ety c z n ej B - f( x .) w zd łu ż obwodu ’w ir

n ik a (np„ p rz y B s c o n s t . f(/3 ) ma c h a r a k t e r s i n u s o i d a l n y ).

P rz e su w a ją c u k ła d obu n ieru ch o m y ch w zględem s i e b i e s z c z o te k w zdłuż o b w o d u 'w iru jąc eg o k o m u ta to ra i m ie rz ą c m ię d z y ’ n im i n a p i ę c i e d l a każdego k o le jn e g o p o ło ż e n ia wyznaczamy krzyw ą SEM r o t a c j i w f u n k c j i k ą t a « p o ło ż e n ia s z c z o t e k ( k ą t cc m ierzymy w d z i a łk a c h k o m u ta to ra począw szy od dow ol

nego p o ło ż e n ia p r z y ję te g o ja k o p o c z ą tk o w e ).

(3)

Badanie.oddziaływania magnetycznego.. « 89

A m p litu da o trz y m a n e j w t e n sp o só b k rzyw ej j e s t m ia rą w a r to ś c i c a łk o w ite g o s tr u m i e n ia je d n e j p a r y biegunów a k ą t

ccQ u s t a w i e n i a o s i s z c z o t e k p r z y k tó ry m SEM r o t a c j i j e s t równa z e r u o k r e ś l a nam p o ło ż e n ie o s i p r o s to p a d ł e j do o s i m agn ety czn ej te g o ż s tr u m i e n i a (zak ład am y t u , że s e k c je

u zw o jen ia p rą d u s t a ł e g o m ają s y m e try c z n e p o łą c z e n ia c z o ło w e ).

B ezw zględną w a r to ś ć s t r u m i e n i a możemy w y lic z y ć ( z n a ją c dane u z w o je n ia p rą d u s t a ł e g o ) z w zoru

g d z ie o z n a c z a ją j

E - SEM r o t a c j i w w o lta c h ( w a r to ś ć m aksym alna) p - l i c z b a p a r biegunów

a - l i c z b a p a r g a ł ę z i u z w o je n ia p . s . N - l i c z b a p rę tó w u z w o je n ia p . s . n - p r ę d k o ś ć w iro w a n ia w o b r /m in .

N ależ y zauw ażyć, że zarówno m aksym alna w a r to ś ć E ninX SEM r o t a c j i j a k i w a r to ś ć k ą t a <*0 , o k r e ś la j ą c e g o p o ło ż e n ie o s i s tr u m i e n ia n i e z a l e ż ą od k s z t a ł t u p o l a w s z c z e l i n i e , a w ięc i od omówionej p o p rz e d n io f u n k c j i f ( $ ) .

N ależ y ró w n ie ż p o d k r e ś l i ć , że p o m ia r w a r to ś c i s tr u m ie n ia k w a lif ik u je s i ę do m etod " ty p u ek strem aln e g o * 1 a p o m iar k ą t a o s i do m etod " ty p u zero w eg o ", O bie m etody z a l i c z a j ą s i ę więc do k la s y m etod d o k ła d n y c h , co przem aw ia n a i c h k o r z y ś ć .

D okładność p o m iaru k ą t a <*0 można zw ięk szy ć z a g ę s z c z a ją c punkty pomiarowe d o d a t n ie j i u je m n e j w a r t o ś c i SEM r o t a c j i w p o b liż u z e r a i n a s tę p n i e w y z n a c z a ją c g r a f i c z n i e p u n k ttt p r z e j ś c i a krzy w ej E^ 3 £(<*) p r z e z z e r o .

tl p r a k ty c e n ie i n t e r e s u j ę n a s p o ło ż e n ie o s i badanego s tr u m ie n ia w p r z e s t r z e n i , n a to m ia s t w z a g a d n ie n ia c h p o ru szonych n a w s tę p ie podstaw ow e z n a c z e n ie ma u s t a l e n i e wzajem

nego p o ło ż e n ia o s i s t r u m i e n i a wypadkowego o r a z s tr u m i e n i składow ych w zbudzonych o d d z i e l n i e p r z e z p rz e p ły w s t o j a n a i przepły w k l a t k i .

V/ tym c e l u n a le ż y wykonać dwa k o l e j n e pom iary? je d n e p rz y rozw artym ( l u b n ie z a ło ż o n y m ) u z w o je n iu klatkow ym (p o m ia r s t r u m i e n ia s t o j a n a $ 0 ) t a d r u g i w n ie z m ie n io n y c h wa

60 a E

( 1 )

(4)

90 Z o Gogolewski, 7/«Gabryś

ru n k a c h w zb u d zen ia i p r ę d k o ś c i p r z y zw artym u z w o je n iu k l a t “ kowym (p o m ia r s t r u m i e n ia wypadkowego $0 + $/</)•

W z a ł o ż e n i u , że obwód m agn ety czn y j e s t n ie n a s y c o n y możemy z k o l e i w y k r e ś lić p r z e b ie g k rzy w ej d l a o k r e ś l e n i a s tr u m ie ń n i a o d d z ia ły w a n ia k l a t k i $kt, o d e jm u ją c od s i e b i e r z ę d n e obu krzyw ych z d j ę ty c h pom iarow o0

Na p o d s ta w ie otrzy m an y ch krzyw ych można s p o r z ą d z i ć prze-»

s tr z e n n y w ektorov/y w ykres s t r u m i e n i ( a m p litu d y krzyw ych s ą p r o p o r c jo n a ln e do modułów w ektorów , a o d l e g ł o ś c i m iędzy p u n k tami zerowymi - do kątów m ięd zy w e k to ra m i, w sp ó łc z y n n ik p r o p o r c jo n a ln o ś c i d l a modułów o k re ś la m y z w zoru 1 ) .*

W p rzy p ad k u m aszyny dwubiegunowej. i p r z y z a ł o ż e n i u , że r o z k ła d y p ó l w s z c z e l i n i e s ą s i n u s o i d a l n e (c o j e s i w p r z y b l i ż e n iu praw dziw e d l a ro z ło ż o n e g o u z w o je n ia s t o j a n a ) otrzym any w ykres w ektorow y można tr a k to w a ć ja k o czasow o—p r z e s tr z e lm y w ykres wskazowy, z k tó r e g o o d c zy tu jem y w p ro s t k ą t V p r z e s u n i ę c i a fazow ego m iędzy 3EM i prądem w p r ę c i e u z w o je n ia k l a t kowego« J e s t t o m ian o w icie m n ie js z y z kątów pom iędzy w ekto

rem s tr u m ie n ia k l a t k i i p r o s t ą p r o s to p a d ł ą do w e k to ra K<p ) s tr u m ie n ia wypadkowego ( p a t r z r y s 01 , 2 ,3 ; »

O K J- 1

3 e W yniki pom iarów

Pom iary wykonano n a m odelu o n a s tę p u ją c y c h danych?

S to ja n s

S z c z e lin a ? 0 ,4 mm

r

Ś r e d n ic a w y to cze n ia ? 178 mm D ługość? 150 mm

L ic z b a żłobków? 28

U zw ojenie w z b u d zające dwubiegunowe? dwie cew k i sk u p io ne po 27 zwojów o r o z p i ę t o ś c i y . s 11

Z

W irnik?

Ś r e d n ic a 1 7 7 ,2 mm D ługość? 150 mm L ic z b a żłobków? 33

U zw ojenie p rą d u s ta łe g o ? p ę tlic o w e p r o s t e , a s p s l , N -1188, Kł«99^, ^{z ^ 6 ,} y . - 1 5 .

Z

(5)

Badanie oddziaływania magnetycznego..* 91

n i

-Q

a

Rys.1. Wyniki pomiarówstrumieniaoddziaływaniauzwojeniaklatkowegoprzy n = 1500obr/mimajprzebiegi SEMrotacjiw funkcjipołożeniaszczoteknakomu tatorzeb) wykreswektorowystrumieni.Oznaczeniai dane moaelu w tekście,p.3

(6)

92 ZęGogolewskig V7eGabryá

co•H *rH

■o •rs E

•d O ^(U O CO •ri

•P E 0 O ^rV

•H E £

e -p

0 »H w

•H W E W i>5

E t;

U ^•rl O -p to E co <l) o -p 'O ,o0) CU E ^{CO •>«.}

0 E

•H p co

E ^CU

O <"N E p< CO

•H co *->

P=¡ •E

•H *ri /*~s

9

^{E X}

r*J

E ^»

« O 0«

CM E

Go o

COo •p o cO

« T— •p tl i CE^o

P E E ^•s

O 0

>3¿ Í •H

CO O

E 0 ' 0 P E .M O M -P0 to 0o •P ? o O^N E

a; O i—i -p co 0

CU co TJ

i—! O

P4 0

•H ^E CO E ⁰

•H ⁰ E E •CO 0 0 o rd

■r-3 r*H O o •H

" s p

CO 0

E •H ■H

t~3

E cO

O

⁰

*rl P4 CO

E E o

co E 0

p

^<H E co AC 5 o

•H0 «

(7)

Badanie oddziaływania magnetycznego 93

R y s.3 . W yniki pomiarów s t r u m i e n i a o d d z ia ły w a n ia u z w o je n ia klatkow ego p rz y n = 250 o b r/m in s a ) p r z e b i e g i SEM r o t a c j i w f u n k c ji p o ło ż e n ia s z c z o t e k n a k o m u ta to rz e » b ) w ykres wek-

torow y s t r u m i e n i . O z n a c z e n ia i d a n e m odelu w t e k ś c i e 6 p .3

(8)

94 Z »Gogolewski 9 V/ e Gabryś

U zw ojenie k la tk o w e ; L ic z b a p rę tó w ; 33

,

²

P r z e k r ó j p r ę t a ; 10 mm D ługość p r ę t a ; 210 mm

P r ę t y u m ieszczon o w ż ło b k a c h w m ie js c e u s u n ię t y c h k lin ó w . P i e r ś c i e n i e wykonano ja k o o p a s k i z d r u t u m ie d z ia n e g o i p r z y - lu to w ano do p rę tó w .

V¡f c e l u u z y s k a n ia w a r t o ś c i i o s i s t r u m i e n i a s t o j a n a wyko

nano w stęp n y p o m ia r z o tw a r tą k l a t k ą ( j e d n a o p a sk a n i e z a ł o - ż o n a ) . Po z a m k n ię c iu u z w o je n ia k la tk o w eg o p o w tórzo no pomia

r y p r z y tym samym p r ą d z i e w z b u d z e n ia , co w p o m iarze wstępnym [ i » 0 ,2 5 A] i p r z y k i l k u p r ę d k o ś c ia c h o bro to w y ch (n mgy « s 1500 o b r/m in , - 25 Hz, n ^ - 250 o b r /m in , , s 4 4 H z ). W t e n sp o só b w yznaczono w a r to ś ć i . o ś o d d ziały w an ia u z w o je n ia k la tk o w eg o w z a l e ż n o ś c i od c z ę s t o t l i w o ś c i p rą d u .

Na z a łą c z o n y c h ry s u n k a c h 1 ,2 ^ 3 p o kazano p r z e b i e g i k rz y wych o r a z o d p o w ia d a ją c e im w y k resy w ektorow e s tr u m i e n i d la p r ę d k o ś c i ob ro to w y ch 1500, 1000 i 250 o b r /m in .

O z n a cze n ia n a ry s u n k a c h 1 do 35

- s tr u m ie ń wzbudzony, przepływ em s t o j a n a

- s tr u m ie ń wzbudzony przepływ em u z w o je n ia k l a t kowego

$ + 0 . - s tr u m ie ń wypadkowy

O K_L

- SEM r o t a c j i

k - w sp ó łc z y n n ik p r o p o r c jo n a ln o ś c i

K - numer d z i a ł k i k o m u ta to ra w ed łu g n ie ru c h o m e j s k a l i , u m ie s z c z o n e j n a t a r c z y ło ż y s k o w e j.

Na w yk resach w ektorow ych ( b ) z az n aczo n o ró w n ie ż k ą t p r z e s u n i ę c i a fazow ego f m iędzy prądem i SEM w p r ę c i e k l a t k i , co ma o c z y w iś c ie c h a r a k t e r umowny, z g o d n ie z z a s tr z e ż e n i a m i podanymi w p o p rzed n im p u n k c ie .

Rzędne krzyw ych n a n ie s io n o n a r y s . 1 , 2 , 3 po p r z e l i c z e n iu ic h w a r t o ś c i w s to s u n k u g d z ie n Q = 1000 o b r/m in j e s t p r ę d k o ś c ią o b ro to w ą p rz y p o m ia rz e z o tw a r tą k l a t k ą .

(9)

Badanie oddziaływania magnetycznego»« 95

4 . W n io sk i

O p isan a m etoda d a j e w w yniku d o k ła d n e o k r e ś l e n i e w a r to ś c i o ra z u s y tu o w a n ia p r z e s tr z e n n e g o o s i s tr u m i e n i a m agnetycznego wzbudzanego p r z e z w ir u ją c e u z w o je n ie k la tk o w e , a w ięc u m o ż li

w ia d o św ia d c z a ln e s p ra w d z e n ie rozm agnesow ującego d z i a ł a n i a k l a t k i n p . p r z y hamowaniu dynamicznym z w a rty c h s iln ik ó w asy n c h ro n ic z n y c h lu b w e le k tro m a g n e ty c z n y c h s p r z ę g ła c h p o ś liz g o wych z w irn ik a m i k latk o w y m i i t o zarówno w z a l e ż n o ś c i od p r ę d k o ś c i o b ro to w e j j a k ró w n ie ż w f u n k c j i w stęp neg o n a sy c e n ia obwodu m ag n ety czn eg o .

P rz y s in u s o id a ln y m r o z k ł a d z i e p o la w s z c z e l i n i e pom iary p o z w a la ją ró w n ież n a o r i e n t a c y j n e w y z n a c z e n ie p r z e s ło n ię c ia fazowego m iędzy SEM i prądem w p r ę c i e k l a t k i .

Poniew aż o d d z ia ły w a n ie k l a t k i z a l e ż y od w z g lę d n e j p ręd k o ś c i w ir n ik a i p o l a m a g n ety cz n e g o , w ięc u zy sk an e w y n ik i s ą s łu s z n e (o c z y w iś c ie t y l k o w o d n i e s i e n i u do s t r u m i e n i a k l a t k i ) ró w n ież d l a no rm alnego z a s i l a n i a tr ó jf a z o w e g o . W yniki pomia

r u wykonanego w nieruchom ym p o lu s t o j a n a p rz y p r ę d k o ś c i n s ą a k tu a ln e d l a p r ę d k o ś c i ( n Q - n ) w p rz y p a d k u z a s i l a n i a tr ó jf a z o w e g o , p rz y czym n Q o z n a c z a p rę d k o ś ć s y n c h ro n ic z n ą . W p rzy p ad k u r o z p a tr y w a n ia s p r z ę g ł a o b o w iązu je ró w n ież a n a lo

g ic z n a z a le ż n o ś ć m iędzy p r ę d k o ś c ia m i z tym , że p r z e z n Q n a le ż y ro zu m ieć p rę d k o ś ć m a g n eśn icy s p r z ę g ł a .

Wadą m etody j e s t k o n ie c z n o ś ć w ykonania s p e c ja ln e g o m odelu, Metoda n ie d a s i ę w ięc w y k o rz y s ta ć w b a d a n ia c h p rz e m y sło wych gotow ych s iln i k ó w z w a rty c h . Można j ą n a to m ia s t wprowa

d z ić w l a b o r a t o r i a c h badaw czych z a in te re s o w a n y c h w p om iarach p ó l m agnetycznych o r a z c h a r a k t e r y s t y k m ech an iczn y ch k l a t kowych s iln ik ó w a s y n c h r o n ic z n y c h .

Y/arto ró w n ież p o d k r e ś l i ć w a r to ś ć d y d a k ty c z n ą o p isa n y c h pomiarów. Mogą one być w z ię te p o d uwagę w p rog ram ach p ra c s tu d e n c k ic h k ó ł naukowych s p e c j a l n o ś c i m aszyn e le k tr y c z n y c h .

(10)

96 Z.Gogolewski, ÏÏ.Gahrys

MCnblTAHME MArHMTHOrO BPAIIiATEJILHOrO IIOJIH K 0 P 0 T K 0 3 A M K H y T 0 ïï OEMOTKM C nOMOHJBK)

OEMOTKM nOCTOHHHOrO TOKA

/JaH MeTOÆ onpeflejieHMH BejiHHMHbi m npocTpaHCTBeHHoro no-

jio jK e H M H M a r H M T H o ii o c m n o T O K a B 0 3 6 y x c A e H H o r o B p a m a i o m e H C H

K0p0TK03aMKHyT0M 06MOTKOÜ C nOMOipbK) BCnOMaraTeJIbHOM 06- MOTKM nOCTOHHHOrO TOKa. ÆaHbl p03yjIbTaTbI M3MepeHMM M yKa- 3aHbi npaKTMHecKMe ncnojib30BaHMH MeTcma.

ETUDE DU CHAMP MAGNÉTIQUE EXCITÉ PAR LES COURANTS DE L’ENROULEMENT COURT-CIRCUITÉ TOURNANT, À L’AIDE

D ’UN ENROULEMENT À COURANT CONTINU

On présente une méthode de déterminer la valeur d’un flu x excité par les courants d’un enroulement à cage d’ecureuil et la position de l’axe magnétique.

En appliquant cette méthode on utilise un enroulement additionel à courant continu. Les résultats des essais sont été présentés et on a in

dique les diverses applications pratique.