CC BY
13
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 212
1971
ВЛИЯНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИИ НА КАЧЕСТВО АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Б. И. Бурштейн, О. П. Муравлев, Э. К. Стрельбицкий
(Рекомендована научным семинаром кафедр электрических машин
и общей электротехники)
В целях быстрого повышения качества продукции в нашей стра:'°-введена государственная аттестация качества, при проведении которой основное внимание уделяется техническим характеристикам и стабильности качества. При аттестации продукции пересматриваются стандарты, устанавливаются научно обоснованные требования к качеству и разрабатываются методы объективного контроля уровня качества.
Существующие стандарты [1,2] устанавливают допуски на выходные параметры асинхронных двигателей, но они не являются достаточно обоснованными и технологические погрешности при изготовлении асинхронных двигателей малой мощности значительно превышают установленные допуски [3]. Эти стандарты предусматривают при контрольных испытаниях измерение тока и мощности холостого хода и короткого замыкания. Однако при изготовлении асинхронных двигателей, например, на Пермском электротехническом заводе, из-за отсутствия достоверного правила пересчета параметров контрольных испытаний на параметры номинального режима приходится проводить испытания в номинальном режиме.
Для асинхронных двигателей выходными параметрами считаем пусковой и максимальный моменты, пусковой ток, номинальное скольжение, коэффициент полезного действия и коэффициент мощности, а входными — основные и локальные размеры и характеристики применяемых материалов (воздушный зазор, удельное сопротивление материала обмотки ротора, длины ротора и статора, число витков и т. д.).
Рассеивание выходных параметров и параметров контрольных испытаний обусловлено одной причиной: рассеиванием входных параметров, которое характеризует технологию изготовления. Используя это положение, нами разработаны методы расчета допусков на выходные параметры и методы определения допустимых значений параметров контрольных испытаний, которые учитывают реальные точностные показатели технологии и пригодны для оценки качества асинхронных двигателей при проектировании и производстве.
Уравнения для расчета допусков и рассеивания выходных параметров вероятностным методом имеют вид
ш
V (1)
1 = 1, 2,..., п; ] - I, 2,..., ш,
где
3 и §х. — половина поля допуска в процентах для выход-1 1 ных и входных параметров;
пит — число выходных и входных параметров; су — коэффициент влияния j-ro входного параметра
на i-й выходной.
Расчет коэффициентов влияния для трехфазных машин подробно изложен в [4, 5], а формулы для расчета сч однофазных машин нами получены на основании имеющихся методик поверочного расчета и уточнены по опытным данным.
Расчет коэффициентов влияния проведен для 13 типоразмеров универсальных асинхронных двигателей серии УАД мощностью от 1 до 70 вт, а также конденсаторных двигателей ABE 0,71/4 и ABE 0,72/4 мощнввтью 180 и 270 вт.
Исследование универсальных двигателей представляет особый интерес, так как позволяет произвести сравнение чувствительности выходных параметров к отклонениям входных в однофазном и трехфазном режимах.
В табл. 1 приведены значения коэффициентов влияния входных параметров на пусковой момент для нескольких асинхронных двигателей: УАД 32(3) (трехфазный режим Р = 7 вт), УАД 32(1) (однофазный режим Р = 4 вт), ABE 071/4 (Р= 180 вт) и АО 32-4 (Р=1 кет).
Таблица 1
Входной Тип двигателя
параметр УАД 32(3) УАД 32(1) ABE 071(4) АО 32-4
W, — 1,134 1,251 2,032 — 1,543
diip 1,540 0,782 — 0,092 0,904
lm — 0,975 — 0,401 — 0,100 — 0,634
Pai 0,518 0,885 1,083 0,748
6 0,369 0,036 0,054 0,703
и — 0,097 —0,010 — 0,013 —0,462
h 0,116 0,766 0,940 0,030
'-2 — 0,505 — 1,752 — 2,380 — 0,203
Хс 0,000 1,072 1,470 0,000
Сравнение коэффициентов влияния показывает, что в однофазном режиме выходные параметры более чувствительны к изменению удельного сопротивления обмотки ротора. Большой коэффициент влияния имеет рабочая емкость.
Значение 6Х} определяют точностные возможности технологии изготовления и для Пермского электротехнического завода приведены в [3].
В качестве примера в табл. 2 приведен расчет рассеивания пускового момента, пускового тока и скольжения для универсального двигателя УАД 32 в трехфазном и однофазном режимах.
На основании проведенных исследований по рассеиванию параметров можно заключить, что при мощностях меньше 50 вт существующая технология заливки роторов не может обеспечить рассеивания пускового момента и скольжения в допустимых стандартом пределах. В двигателях мощностью менее 10 вт возможен полный или неполный обрыв одного 113 стержней обмотки, что трудно контролировать, а вклад этого дефекта в рассеивание выходных параметров значителен. Отклонения реличины емкости рабочего конденсатора от номинала оказывают существенное влияние на рассеивание пусковых параметров однофазных двигателей.
Определение допустимых значений параметров контрольных испытаний тесно связано с расчетом допусков на выходные параметры: ис-
пользуются те же самые коэффициенты влияния входных параметров н» выходные Cjj и точностные показатели технологии§х..
Отклонения параметров контрольных испытаний связаны с отклонениями входных параметров зависимостью
Av=FAx", (2)
где Av= (Alo-, АРо, Д1к, ДРк) — вектор отклонений параметров контрольных испытаний, составляющие которого являются отклонениями тока и потерь холостого хода и короткого замыкания при контрольных испытаниях;
Дх=(ДрЛ1- Л(РСт + Рмех), Д6, Дхс) —вектор отклонений существенно влияющих входных параметров;
F — матрица коэффициентов влияния входных параметров на параметры контрольных испытаний. Элементы этой матрицы fij определяются аналитически [4—6].
Таблица 2
Выходной параметр
j трехфазный режим однофазный режим
Мп 1п S Мп 1п S
1 W, 54 88,2 207 66,0 8,55 360
2 dnp 36Д 15,2 4,7 9,24 1,90 23,6
3 lm 0,578 0,168 0,03 0,098 0 0,26
4 Pai 157 60,6 585 460 12,0 585
5 б 47,0 2,55 0 0,45 0,76 2,68
6 li 0,038 0,002 0 0 0 0,02
7 h 0,026 0,268 1,56 1,12 0,06 2,00
8 Z2 39,8 105,8 704 479 13,8 865
9 Xc 0 0 0 115 29,7 0
m 2 с* i — 1 334,5 272,8 1502 1131 66,7 1838
8У.> J —1 % 18,3 16,5 38,8 33,4 8,16 42,9
Основываясь на том, что отклонения выходных параметров и параметров контрольных испытаний линейно зависят от одних и тех же сильно действующих входных параметров, нами разработан метод преобразования границ выходных параметров в границы контрольных испытаний.
Сущность этого метода состоит в определении пределов существенно влияющих входных параметров, при которых обеспечивается соответствие выходных параметров стандартным допускам. Затем по уравнению (2) определяются допустимые границы для параметров контрольных испытаний.
Достоинство этого метода состоит в том, что параметры контрольных испытаний могут быть рассчитаны на стадии проектирования двигателя с учетом особенностей конкретного производства.
Уравнения для определения допустимых значений входных параметров имеют вид
с14АРа! + С1-Д8 + с,9Дхс + сИ0Д(Рст + Рмех) = ± »1, (3)
где
= УСьКг + С2Лир + С«,,»',. + + С2^
Ду1 — стандартный допуск 1-го входного параметра;
61 — половина поля рассеивания слабо влияющих входных параметров. Знак 61 берется обратным знаку Ду1.
Для ряда универсальных и конденсаторных асинхронных двигателей малой мощности были рассчитаны зоны. Проверка применимости этих зон была осуществлена на Пермском электротехническом заводе и дала положительные результаты. Было установлено, что для двигателей в однофазном режиме при контрольных испытаниях можно измерять только токи холостого хода и короткого замыкания, а универсальные асинхронные двигатели достаточно испытывать в одном каком-либо резюме.
На рис. 1 представлены зоны допустимых значений тока холостого хода и тока короткого замыкания для универсального двигателя УАД 32..
Рис. 1
Многоугольник АБСД ограничивает зону допустимых значений контрольных параметров для трехфазного режима, а многоугольник А'В'С'Д' — для однофазного. Для однофазного режима откладывается ток
1к(п=1к<1)+Л, (4)
где
1к(1) — ток короткого замыкания в однофазном режиме, измеренный при контрольных испытаниях
А= 1Кр(з>— 1кр(1);
Iкр(з) — расчетный ток короткого замыкания в трехфазном режиме;
1кр(1> — расчетный ток короткого замыкания в однофазном режиме.
Многоугольник КЬЛШ определяет зону для двигателей, удовлетворяющих требованиям однофазного и трехфазного режимов.
Таким образом, рассеивание выходных параметров и допустимые значения параметров контрольных испытаний могут быть рассчитаны на стадии проектирования асинхронных двигателей на основе точностных показателей предполагаемой технологии их изготовления.
Сравнение полей рассеивания выходных параметров с допусками по ГОСТ 183-66 показывает, что стандартные допуски при существующей технологии обеспечить невозможно.
Результаты исследований позволили разработать научный подход к построению зон допустимых значений параметров контрольных испытаний.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 183—66. «Электрические машины. Общие технические требования».
2. ГОСТ 10799—64. «Электродвигатели асинхронные однофазные конденсаторные с короткозамкнутым ротором от 10 до 400 вт. Основные параметры и технические требования».
3. Б. И. Б у р ш т е й н, О. П. Муравлев, Э. К. С т р е л ь б и ц к и й. Рассеивание параметров асинхронных двигателей мощностью от 1 до 70 вт. Известия ТПИ, т. 190, 1968.
4. О. П. Муравлев, Э. К. Стрельбицкий. Обеспечение необходимой точности при производстве асинхронных двигателей. «Электротехника», 1966, № 7,
5. О. П. Муравлев, Э. К. Стрельбицкий. Расчет допусков на параметры асинхронных двигателей. «Электротехника», 1968, № 11.
6. О. П. М у р а в л е в , Э. К. Стрельбицкий. Расчет зон допустимых значений параметров контрольных испытаний трехфазных асинхронных двигателей. Известия ТПИ, т. 172, 1967.
