РОТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Ознакомиться с причинами вибраций электрических машин, видами неуравновешенности и способами балансировки роторов. Выполнить статическую и динамическую балансировку.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Определение и устранение неуравновешенности ротора электрической машины.
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В зависимости от протекающих в электрических машинах физических процессов, вызывающих те или иные вибрации, причины их появления можно разделить на механические, электромагнитные и аэродинамические.
К механическим причинам можно отнести: неуравновешенность вращающейся части электрической машины, неправильную установку машины на фундаменте, ненормальности работы подшипников и т.д.
Электромагнитные причины возникают из-за асимметрии воздушного зазора, витковых замыканий в обмотках ротора, несимметричности распределения обмотки статора, наличия зубцов в статоре и роторе т.д.
Аэродинамические причины связаны с упругими колебаниями газообразной среды, окружающей вращающиеся части машины.
Одной из механических причин вибрации является неуравновешенность или небаланс вращающихся частей. Неуравновешенностью или небалансом называется несовпадение главной оси инерции детали с осью вращения. В зависимости от взаимного расположения этих осей небаланс разделяют на три вида: статический, динамический и смешанный.
Статический небаланс характеризуется тем, что центры тяжести обеих половин ротора равноудалены от середины ротора, находятся в одной осевой плоскости от оси вращения и на одинаковом расстоянии от нее (рис.11,а). В этом случае главная ось инерции параллельна оси вращения (рис.11,б) и лежит в этой же плоскости, а центр тяжести всего ротора смещен от оси вращения. Этот тип небаланса можно выявить без вращения ротора. Центробежные силы R1 и R 2 вызывают на опорах одинаковые по величине и совпадающие по направлению реакции А1=А2.
Динамический небаланс характеризуется тем, что центры тяжести обеих половин равноудалены от середины ротора, находятся в одной осевой плоскости с разных сторон от оси вращения и на одинаковом расстоянии от нее (рис.12,а). В этом случае центр тяжести ротора находится на оси вращения, которая пересекается с главной осью инерции в центре тяжести (рис.12,б). Этот тип небаланса выявляется при вращении ротора. В результате этого небаланса возникает пара центробежных сил R 1 и R 2, которые вызывают на опорах одинаковые по величине и противоположные по направлению реакции А1=-А2.
Смешанный небаланс характеризуется тем, что центры тяжести обеих половин ротора находятся в разных осевых плоскостях и удалены от середины ротора и от оси вращения на разные расстояния (рис.13). В этом случае центробежные силы R 1 и R 2 могут быть приведены к паре и приложенной в центре тяжести радиальной силе R ст . Вибрации опор отличаются как по величине, так и по направлению А1≠А2. Ось инерции пересекает ось вращения не в центре тяжести. При смешанном небалансе имеет место одновременно статический и динамический небаланс. Статический небаланс возникает при несоосности поверхности ротора и поверхности шеек, при кривизне вала ротора, вследствие разности в весе конструктивных элементов, находящихся на противоположных сторонах ротора и т.д. Динамический небаланс возникает при перекосах в процессе посадки на вал таких деталей, как коллектор или бандажное кольцо, при смещении одного из полюсов синхронной явнополюсной машины и т.д.
При равномерном вращении деталей вокруг неподвижной оси центробежные силы, вызванные небалансом, передают на опоры динамические усилия. Проекции этих усилий на вертикальную и горизонтальную оси будут изменяться периодически с частотой вращения детали. Так как у электрических машин опоры не бывают абсолютно жесткими, усилия, воспринимаемые опорами, вызовут их вибрации в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Центробежная сила, создаваемая грузом с массой m, установленным на расстоянии R от оси вращения
(9)
Из этого выражения следует что при постоянной скорости вращения действие небаланса определяется произведением массы груза на расстояние, на котором груз находится от оси вращения. Для того чтобы сравнивать небалансы роторов различных размеров и веса, рассматривают их удельную неуравновешенность
, мкм, (10)
где m – величина груза, г;
R – расстояние балансировочного груза от оси вращения, мм;
М – масса якоря или ротора, кг.
Ротор считается уравновешенным, если он не передает на свои опоры центробежных сил или если эти силы не превышают установленных допусков.
Технологическая операция, выполняемая для снижения небаланса до установленных норм, называется балансировкой. Небаланс, оставшийся в роторе после балансировки, называется остаточным и может быть определен на балансировочном станке.
Для устранения динамических реакций опор необязательно устанавливать уравновешивающий груз точно напротив небаланса (рис.14,а). Точно такого же эффекта можно достичь установкой на роторе грузов в двух торцевых плоскостях (рис.14,б).
Для роторов электрических машин установлены три класса точности уравновешивания: нулевой, первый и второй, отличающиеся между собой величиной допустимой остаточной неуравновешенности. Наименьшую остаточную неуравновешенность допускает нулевой класс. Величины остаточной неуравновешенности в одном и том же классе точности для роторов различных габаритов различны).
В стандартах даются общие указания и рекомендации по выбору класса точности уравновешенности для электрических машин общепромышленного назначения: с обычными требованиями по уровню вибрации достаточно уравновешивания по второму классу точности; уравновешивание по первому классу точности рекомендуют для электрических машин с повышенными требованиями по уровню вибрации с подшипниками класса 0 и 6; уравновешивание по нулевому классу точности необходимо для электрических машин, работающих на подшипниках классов 4 и 5.
Выбор способа балансировки зависит от требуемой точности уравновешивания и возможности достижения ее на имеющемся оборудовании.
СТАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА
Статическую балансировку производят при не вращающемся роторе на призмах (рис.15,а), дисках (рис.15,б) или специальных весах (рис.15,в).
Поверхность призм и дисков, на которую размещаются цапфы (шейки) валов, должна быть обработана с высокой чистотой поверхности. Ширина рабочей поверхности призмы выбирается в зависимости от массы ротора и диаметра шейки вала:
a = m / d , (17)
где: a – ширина призмы мм;
m – масса ротора, приходящаяся на одну призму, кг;
d – диаметр шейки вала, мм.
Для определения неуравновешенности ротор выводят из равновесия легким толчком.
Неуравновешенный ротор стремиться возвратиться в такое положение, при котором его тяжелая сторона окажется внизу. После остановки ротора отмечают мелом место, оказавшееся в верхнем положении. Этот прием повторяется несколько раз. Остановка ротора в одном и том же положении указывает на смещение центра тяжести.
В отведенное для балансировочных грузов место устанавливают пробные грузики. После этого повторяют прием балансировки. Прибавляя или уменьшая массу грузов, добиваются остановки ротора в любом положении. Это будет означать, что ротор статически уравновешен, т.е. его центр тяжести совмещен с осью вращения.
Величину балансировочного груза можно определить с помощью расчета. Для этого фиксируют два положения ротора после самоустановки его на параллелях: без пробного груза (рис.16,а), с пробным грузом, устанавливаемым на ротор под углом 900 к “легкому месту” (рис.16,б).
В положении равновесия справедливо уравнение
, (11)
откуда
, (12)
где: m ур – масса уравновешивающего груза, кг;
m пр – масса пробного груза, кг;
φ – угол смещения “легкого места” от вертикальной оси при установке на ротор пробного груза.
При хорошем состоянии параллелей может быть достигнута точность статической балансировки в пределах 5 - 10 мкм остаточного смещения центра тяжести ротора.
Более точной, чем на призмах и дисках, является балансировка на специальных весах (16,в). Балансируемый ротор 5 устанавливают шейками вала на опоры рамы 4, которая может поворачиваться вокруг своей оси на некоторый угол. Поворачивая балансируемый ротор, добиваются наибольшего показания индикатора 3. Такое показание индикатора соответствует положению ротора, когда его центр тяжести будет расположен в наибольшем удалении от оси поворота рамы.
Добавлением к грузу 1 дополнительного груза (рамки нониуса 2) с делениями добиваются уравновешивания ротора. В момент уравновешивания ротора стрелка индикатора совмещается с нулевым делением. Если повернуть ротор на 1800, то его центр тяжести приблизится к оси качения рамы. Индикатор будет давать наименьшее показание. Ротор уравновешивают вторично передвижением груза 2 по линейке со шкалой, отградуированной в граммах на сантиметр.
Определяют величину момента небаланса:
. (13)
Величина балансировочного груза будет равна:
, (14)
где R – радиус, на котором будет размещаться балансировочный груз.
ДИНАМИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА
Динамическую балансировку производят на специальных станках. В процессе выполнения динамической балансировки оба конца ротора уравновешивают поочередно. Для нахождения величины неуравновешенности и места расположения центра тяжести обоих концов, балансируемый ротор устанавливают на опоры станка и приводят его во вращение. Несбалансированая масса ротора заставляет опору станка колебаться. По наибольшей величине отклонения определяют массу и точку крепления балансировочных грузов на “легкой стороне” или место высверливания необходимого количества металла с “тяжелой стороны”. На рис.17 показана схема балансировочного станка.
Для выполнения динамической балансировки подлежащий балансировке ротор 1 устанавливают на пружинные опоры 2 и 11, которые могут колебаться в плоскости, перпендикулярной оси балансируемого груза. Неуравновешенный ротор, приведенный во вращение от электродвигателя 8, вызывает колебание опор.
Вибрация опор через тяги передается катушкам 3 датчиков, заставляя их перемещаться в магнитном поле и наводя, таким образом, в катушках электродвижущую силу, зависящую от частоты и амплитуды колебаний. Величину неуравновешенности определяют по милливольтметру 7, на котором через усилитель 5 подается напряжение. Это напряжение подается также в цепь стробоскопа 6, лампочка 10 которого мгновенно вспыхивает при каждом обороте в момент наибольшей амплитуды колебания опор.
Отражатель стробоскопа направляет свет от вспышки лампы на шкалу 9 шпинделя станка.
При освещении шкалы пульсирующим светом, частота пульсации которого равна частоте вращения станка, создается впечатление, что шкала оказывается неподвижной относительно указателя. Отметив показание милливольтметра, станок останавливают и в плоскости исправления ротора под углом, согласно показаниям шкалы 9, прикрепляют корректирующий груз. Приводя ротор во вращение и прибавляя или уменьшая величину корректирующего груза, добиваются минимальных показаний милливольтметра 7. Балансировка каждого конца ротора производится отдельно, соответственно в плоскостях исправления А и Б. Переключение вольтметра для измерения колебаний каждой из опор производят поворотом рукоятки переключателя 4.
У роторов и якорей, имеющих стальные нажимные шайбы, балансировочные грузы чаще всего приваривают. У якорей малых машин неуравновешенность устраняется напайкой грузов.
В некоторых электрических машинах на торцевой поверхности нажимной шайбы протачивается кольцевая канавка, имеющая в поперечном сечении форму ласточкиного хвоста. Перемещая груз по канавке и закрепляя его с помощью винтов, добиваются компенсации неуравновешенности.
У короткозамкнутых роторов неуравновешенность устраняют сверлением отверстий в пакете железа ротора или креплением на вентиляционных лопатках, или короткозамкнутом кольце балансировочных грузов.
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
Статическая балансировка
1. Очистить от пыли и грязи рабочие поверхности вала и призм.
2. Установить горизонтально с помощью уровня плоскость поверхности призмы. Отклонение плоскости поверхности призм от горизонтальной плоскости не должно превышать 0,1 мм на один метр длины призмы.
3. Установить ротор на призмах цапфами вала.
4. Вывести ротор из равновесия легким толчком, и после его остановки отметить мелом на торце вала место, оказавшееся в верхнем положении.
5. Повторить прием 4 несколько раз. Добиться остановки ротора в одном и том же положении - это будет указывать на смещение центра тяжести.
6. В отведенное для балансировочных грузов место установить пробный груз весом 1г.
7. Повторить пункты 4 и 5, прибавляя или уменьшая массу грузов. Добиться установки ротора в безразличном положении. Это будет означать, что ротор статически уравновешен.
Результаты взвешивания грузов при проведении опыта занести в табл. 4.
Таблица 4
| Положение ротора | Вес груза |
Примечание: В качестве балансировочного груза использовать шарики из пластилина.
8. Выполнить пункты 1 – 7 с другими роторами.
Динамическая балансировка
1. Установить ротор на пружинные опоры и закрепить одну его сторону.
2. С помощью двигателя 8 привести ротор во вращение.
3. Определить величину неуравновешенности по милливольтметру и по шкале, расположенной на шпинделе станка.
4. Остановить двигатель.
5. Согласно показаниям шкалы, расположенной на шпинделе станка, прикрепить корректирующий груз.
6. Привести двигатель во вращение.
7. Повторять пункты 2 - 5 до тех пор, пока вольтметр не будет давать минимальных показаний.
8. Закрепить вторую сторону ротора.
9. Произвести переключение 4 в другое положение.
10. Повторить пункты 2 - 7, добиваясь минимальных показаний вольтметра.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каковы основные причины вибрации электрических машин?
2. Чем характеризуются статический, динамический и смешанный небаланс и в каких случаях он возникает?
3. Что такое удельная неуравновешенность?
4. Как определяется класс точности уравновешенности?
5. Как проводится статическая балансировка на призмах, дисках и специальных весах?
6. Как определяется величина балансировочного груза с помощью расчета?
7. Как проводится динамическая балансировка?
8. Опишите схему балансировочного станка.
Содержание
1. Общие требования к отчету и правила техники безопасности……….…………..……………………………………...1
2. Лабораторная работа №1. Исследование способов намотки открытых катушек...................................................…........2
3. Лабораторная работа №2. Приемо-сдаточные испытания электрических машин малой мощности……………..……..8
4. Лабораторная работа №3. Исследование схемы сборки микроэлектродвигателя постоянного тока ……………......…..15
5. Лабораторная работа №4. Исследование неуравновешенности роторов электрических ……...……………………...27
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению лабораторных работ по дисциплине “Технология и изготовление электромагнитных устройств и электромеханических преобразователей” для студентов специальности 140601 «Электромеханика» дневной и заочной форм обучения
Составители
Пархоменко Георгий Анатольевич
Перцев Юрий Алексеевич
Титова Лариса Николаевна
В авторской редакции
Подписано в печать 19.04.06.
Усл. печ. л. 2,6. Уч. изд. л. 2,4. Тираж 150 экз. «С»
Зак. №,
Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский просп., 14
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
Дата: 2019-02-02, просмотров: 212.
