Експериментальне визначення моментів інерції ротора електродвигуна

Не завжди значення махових моментів або моментів інерції роторів або якорів електричних машин можна знайти в каталогах електрообладнання. Також в даний момент на підприємствах експлуатується велика кількість електричних машин, дані на які можуть загубитися в ході експлуатації. Якщо дані про маховому моменті електричної машини відсутні, то їх можна визначити експериментально за допомогою методів:

• Крутильних коливань;
• Маятникових коливань;
• Падаючого вантажу;
• Вільного вибігу;

Метод крутильних коливань

Суть даної методики полягає в наступному: ротор електромашини підвішують на сталевому дроті за кінець вала. Другий кінець дроту жорстко закріплюють на опорі, як показано на малюнку нижче (а):

При такому визначенні моменту інерції потрібно строго забезпечити вертикальність осі вала ротора. Після чого ротор, підвішений на дроті, закручують на певний кут і підраховують кількість повних коливань z, які ротор зробить за який - то проміжок часу t. Період повного коливання, якщо знехтувати загасанням, можна уявити:

Де k - направляючий момент дроту (момент, що викликає закручування дроту на 1 радіан). Якщо ми знаємо k, то момент інерції ротора можна визначити з наступного виразу:

k можна визначити виходячи з розмірів дроту:

Де Е - модуль кручення для матеріалу дроту в кг / см 2;

r і l - радіус і довжина дроту в см відповідно.

Так як формула не дає точного значення k, більш точно можна визначити його з досвіду. Для цього потрібно вимірювати крутний момент М, необхідний для закручування дроту на кут α. тоді:

Але ще простіше зробити визначення моменту інерції на основі двох дослідів крутильних коливань ротора. Для цього вимірюють тривалість повного коливання як зазначено вище. Другий вимір періоду коливання ротора виробляють з прикріпленим до нього тілом, момент інерції якого відомий Jдоб. Як варіант, це може бути диск з відомими геометричними розмірами і вагою або важіль з вантажами на кінцях (рис. Вище б). якщо Т - період коливань одного ротора, а Т / - з додатковим вантажем, тоді отримаємо вираз:

Завдяки пропорційності між кутом відхилення і напрямних моментом кут початкового закручування може бути взятий довільним.

Метод маятникових коливань

Ротор машини кріплять дротом до шматка кутовий стали так, щоб вершину куточка можна було використовувати в якості призми, щодо якої ротор електромашини зміг би виконувати коливання. Після чого обидва кінці отриманого таким чином маятника спирають на металеві горизонтальні опори так, щоб ротор міг щодо точок опори здійснювати коливання. Момент його інерції щодо осі, що збігається з вершиною куточка, при нехтуванні інерцією останнього буде дорівнює:

Де: G - це вага ротора машини в кг;

е - відстань між віссю ротора і віссю гойдання, вимірюється в м;

Т - період одного коливання в сек.

Знаючи JN. визначають за загальним правилом інерцію ротора щодо осі, що проходить через центр ваги:

Метод падаючого вантажу

Найголовнішим недоліком методик, описаних вище, є те, що для визначення інерції необхідна розбирання електромашини. Метод падаючого вантажу дозволить визначити момент інерції електродвигуна без розбирання останнього.

На кінець вала або шків, що сидить на валу, навивають кілька витків шнура. До іншого кінця шнура прикріплюють вантаж і опускають його через напрямні блоки, або безпосередньо, як показано нижче:

При опусканні вантаж повертає ротор, долаючи тертя в підшипниках електромашини, при цьому вимірюють час t, за яке вантаж опуститься на величину h.

В такому випадку інерція ротора може бути обчислена за формулою:

Де: m - маса вантажу

r - радіус вала або шківа, на який навивається шнур;

t і h - час, і відповідно висота опускання вантажу;

g - прискорення вільного падіння дорівнює 9,81;

Метод вільного вибігу

Перераховані вище методи визначення інерції електричної машини більше підходять до електричних машин малої потужності. При значних габаритних і масових показників машин великої потужності визначення інерції методами маятникових коливань і падаючого вантажу стають практично не придатними, і тим більше не придатні в системі електродвигун - робочий орган. Тому найчастіше застосовують метод вільного вибігу.

Коли двигун відключають від мережі, то за рахунок накопиченої кінетичної енергії, двигун і з'єднаний з ним робочий орган буде обертатися вповільнюючись поступово. Чим більше гальмує зусилля сил тертя і чим менше запас кінетичної енергії, тим швидше буде сповільняться система. Маючи криву самоторможения, показану нижче, яка представляє собою графік залежності швидкості від часу.

З цієї кривої можна зробити висновок про величину гальмівних зусиль. Потужність гальмування в даному випадку буде дорівнює зменшенню кінетичної енергії в часі:

Підставивши в формулу значення кінетичної енергії. яка представлена ​​в джоулях, тоді отримаємо:

З цього виразу можна визначити момент інерції:

Величину поднормалі визначають з кривої гальмування для точки, в якій відомі втрати енергії при гальмуванні. Якщо масштаби обрані, то для побудови кривої самоторможения: μn = об / хв / см - швидкість, μt = сек / см - часу. В такому випадку масштаб поднормалі буде дорівнює:. тобто . де СВ виражена в см.