Современные методы анализа переходных режимов и установившихся периодических процессов базируются на осциллографировании токов и напряжений в цепях электрических машин. Методика осциллографирования затрагивает широкий круг вопросов [Л. 39, 40]. В данном разделе приведены только начальные рекомендации по подбору, включению и градуировке осциллографических гальванометров (шлейфов), а также использованию электронных осциллографов в практике работ по наладке электрических машин.
Работа с магнитоэлектрическими — шлейфовыми осциллографами. Контролируемые токи или напряжения, измеряемые в пропорциональных им величинах — миллиамперах, вызывают поворот рамки осциллографических гальванометров. Гальванометры построены по принципу магнитоэлектрических измерительных приборов: многовитковая рамка вращается в поле постоянного магнита и угол ее отклонения линейно пропорционален величине протекающего тока. Для демпфирования рамки чувствительных гальванометров помещают в масло. Частота собственных колебаний у гальванометров типовых осциллографов лежит в пределах 500—5 000 Гц. Переходные и периодические процессы, анализируемые при наладке электрических машин, длятся обычно не менее 0,01 сек, и быстродействие гальванометров оказывается достаточным.
Осциллографирование при работе с машинами постоянного тока.
Подбор вибраторов производится по закону Ома для постоянного тока.
При осциллографировании напряжений рекомендуется выбирать гальванометр по возможности более грубый, но с учетом имеющихся добавочных сопротивлений.
Рис. 5-13. Определение масштабов осциллограмм методом нагрузки гальванометров.
а — градуировка гальванометров для осциллографирования токов; б — то же для осциллографирования напряжений.
Небольшие токи, до 10 а, удобно осциллографировать, пользуясь набором шунтов и переключателей,
имеющихся в приставке осциллографа. При больших токах, порядка сотен и тысяч ампер, приходится использовать стандартные шунты на 45—75 мв из схемы электропривода.
Выбирая гальванометр, следует учитывать знакопеременный сигнал и неполное использование шунтов по току; напряжение, имеющееся на шунте, составляет обычно не более 10—15 мв. Достаточное отклонение (5—10 мм) при столь малом напряжении могут дать только гальванометры высокой чувствительности, например, Н135-0,6 и Н135-0,9.
При питании вибраторов от шунтов резко сказывается сопротивление подводящих проводов. Масштаб отклонения зайчиков вибраторов Г на экране и на пленке (1 мм — т а или 1 мм — п в), найденный путем расчета, рекомендуется проверить методом нагрузки от постороннего источника питания (рис. 5-13,а, б).
Для потенциального отделения измеряемого тока от гальванометра осциллографа и для увеличения сигнала могут применяться трансформаторы постоянного тока на повышенной частоте или магнитные усилители, подключаемые к шунтам.
Рис. 5-14. Градуировка гальванометров при осциллографировании переменных токов.
а — исследование цепи напряжения; б — исследование цепи тока; в —пример осциллограммы.
Осциллографирование при работе с машинами переменного тока. При осциллографировании переменных напряжений добавочное сопротивление Rд выбирается с учетом того, что отклонение гальванометра Г будет определяться не действующим, а двойным амплитудным значением измеряемого напряжения. Токи в цепях статоров машин удобно осциллографировать с помощью трансформаторов тока ТТ (рис. 5-14), во вторичной цепи которых включены обычные шунты на 3—5 а. Градуировку гальванометров цепей напряжения рекомендуется производить с помощью автотрансформатора (типа РНО-2-250), а градуировку гальванометров цепей тока — путем пропускания через шунт переменного тока от трансформатора тока ТТ.
Масштаб напряжения U (или тока I) определяется по амплитуде Н колебаний зайчиков и измеренному напряжению
Рис. 5-15. Схема фильтра для осциллографирования напряжений или токов.
Когда на одной пленке записывается несколько электрических величин и скорость пленки не превышает 50 мм/сек, накладывающиеся синусоиды затемняют друг друга. В этом случае рекомендуется выпрямить, а затем отфильтровать синусоидальные величины.
На рис. 5-15 приведена схема фильтра для осциллографирования напряжений или токов. В последнем случае фильтр присоединяется зажимами а—б к трансформатору тока ТА с ненасыщенным сердечником. Для того чтобы фильтр мало искажал регистрируемый переходный процесс, постоянная времени фильтра должна быть в 5—15 раз меньше длительности контролируемого отрезка времени. Так, например, для осциллографирования процесса ускорения двигателя, продолжающегося 0,3—1 сек, можно применить фильтр с постоянной Т= 0,02-0,1 сек. В приведенной схеме
T=R1C1+R2C2.
Приняв R0 = R1=R2= 5 ком и C1= C2 = 2 мкф, получим T=2RC=2· 5· 103· 2· 10-6 = 0,02 сек.
На рис. 5-16 приведены осциллограммы изменения тока, напряжения статора и скорости асинхронного прокатного двигателя при входе металла в валки. Осциллограммы на рис. 5-16,в и г сняты с использованием фильтров; при отсутствии фильтров (отключены конденсаторы С1 и С2) осциллограмма имеет вид, приведенный на рис. 5-16,б. Действие фильтров RC может быть рассчитано с помощью графиков, представленных на рис. 4-18.
Для более эффективного сглаживания пульсаций рекомендуется применять фильтры с двумя и более звеньями (см. рис. 5-15). Постоянная времени многозвенного фильтра Тф определяется суммой постоянных отдельных звеньев, а общий коэффициент сглаживания ζф — произведением коэффициентов каждого звена
Действие фильтров может быть определено по характеристикам затухания (рис. 5-17).
Рис. 5-16. Осциллограммы асинхронного прокатного электропривода, снятые при входе металла в валки. а — схема включения гальванометров; б — гальванометр Г1 включен через выпрямитель без фильтра; в, г — гальванометры включены через Ш-образные фильтры RC.
По горизонтальной оси, как принято при оценке фильтров, отложена относительная частота ωRС=ωТ в логарифмическом масштабе; по вертикали отложен показатель затухания
где ∆U', ∆U" — амплитуды сравниваемых пульсаций до и после фильтра.
Форму периодически повторяющихся напряжений и токов у машин переменного тока, а также периодические пульсации напряжений тахогенераторов удобно наблюдать с помощью электронного осциллографа. Малогабаритные осциллографы должны стать приборами индивидуального пользования всех наладчиков.
Рис. 5-17. Схемы фильтров и характеристики затухания.
а— однозвенный RС-фильтр; б — двухзвенный RС-фильтр; в — трехзвенный RС-фильтр; г — характеристики затухания, соответствующие схемам а, б, в.
Осциллографы с катодными трубками обладающими свойством послесвечения (сохранения следа зайчика в течение порядка 3 сек) могут быть использованы для наблюдения (и фотографирования) переходных процессов, длящихся единицы секунд, например для подбора желаемой диаграммы токов при пуске двигателя. С этой целью для контроля постоянной составляющей сигнала из работы выводится усилитель переменного тока, а время развертки увеличивается путем подключения конденсаторов. На рис. 5-18,а показана схема подачи на катодный осциллограф одновременно двух сигналов через контакты поляризованного реле типа РП5. Если катушку реле питать от источника переменного тока с частотой 50 Гц, то его контакты будут переключаться и на экране можно наблюдать сразу два переходных процесса. Примерная осциллограмма пуска двигателя, срисованная с экрана трубки типа 13ЛO36, показана на ipuc. 5-18,б; линии послесвечения состоят из отдельных точек.
Рис. 5-18. Получение кривых двух сигналов на электронном осциллографе.
а — включение контактов поляризованного реле; б — осциллограммы тока и скорости электропривода.
