КОНТРОЛЬ АСИМMЕТРИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ (перевод с английского Нехаевой М.А.)

Peter Vas OXFORD EDITION 2003

1 Выявление статической и динамической эксцентричности воздушного зазора в асинхронных машинах

Асинхронная машина может выйти из строя из-за эксцентричности воздушного зазора, которая может возникнуть из-за отклонения вала, неточного задания движения, и т.д. Если  эксцентричность воздушного зазора велика, тогда результирующие несбалансированные  радиальные силы  (неравное магнитное натяжение) могут привести к трению ротора о статор, и это может привести к повреждению стержня статора и обмоток. Можно выявить эксцентричность воздушного зазора в машинах путем использования не инвазивной технологии, для этого можно  использовать контроль токов статора.

Имеются два типа эксцентричности воздушного зазора: статическая  и динамическая эксцентричность воздушного зазора. В случае статической эксцентричности воздушного зазора  параметр длины минимального радиального воздушного зазора фиксируется в пространстве. Таким образом, например, статическая эксцентричность может быть вызвана смещением стержня или неправильным расположением статора или ротора на сборочной стадии.  При допущении, что вал ротора собран достаточно жестко, уровень статической эксцентричности не изменяется. Из-за  асимметрии  воздушного зазора токи статора будут содержать хорошо определяемые компоненты,  и они могут быть выявлены.

В случае динамической эксцентричности воздушного зазора, центр ротора не находится в  центре вращения и минимальный воздушный зазор вращается с ротором. Из этого следует, что динамическая эксцентричность  зависит от времени и пространства (статическая эксцентричность - только в пространстве). Например, динамическая эксцентричность может быть вызванная  изгибом вала ротора,  механическими резонансами при критической скорости, и так далее. При динамической эксцентричности, сторона-лента компоненты появляются вокруг гармоник в токах статора текущего спектра частот.

Это может быть показано некоторыми изменениями в обозначении что, в общем, частотные составляющие в токах статора индукционной машины могут быть вычислены как:

Где   - основная частота статора, k - любой интеграл, число пазов ротора, и  число приказа эксцентричности, который для статической эксцентричности  и для динамической эксцентричности . Далее s -скольжение, P число пар полюсов, и v - гармоническая м.д.с. статора временных гармоник (v=±1, ±3, ±5, ±7, и так далее.). Это следует из того что   дает принципиальную пазовую гармоническую частоту, и при временных гармониках статора  компоненты частоты, если следует из (1) что когда число пазов ротора более высокое, результирующие составляющие частоты в токах статора из-за эксцентричности увеличиваются.

Таким образом определяя график тока статора, и путем использования анализатор частот спектра, можно выявить присутствие асимметрий воздушного зазора, используя (1). Например, если f_1=50 Гц, P=2 (четырехполюсная машина), v=1, и s=0, 02, из этого следует из (1), учитывая что k=1, принципиальная пазовая гармоническая частота получается как 50 (28_0.98/2+1) =736 Гц и это одна из токовых временных гармоник статора, которая присутствует из-за статической эксцентричности (когда n_d=0). Другая составляющая частоты из-за статической эксцентричности может быть получена как 50 (28_0.98/2-1) =636 Гц. Две составляющих частоты тока статора из-за динамической эксцентричности получаются из (1), учитывая n_d=1 (k=1), и таким образом 50 (28+1) 0.98/2+1=760, 5 и

50 (28-1) 0.98/2+1= 711.5 Гц.

Ток статора может быть отслежен путем использования простого трансформатора тока -  обоймы вокруг одного из снабжающих кабелей электрической машины. Можно использовать полностью численные технологии для наблюдения за эксцентричностью в двигателях. В таком случае отслеженная линия сигнала тока численным путем с использованием А/D преобразователя и анализ может быть выполнен путем использования FFT.

Необходимо отметить, что когда сигнал анализируется обычными FFT технологиями, производится спектр, который покрывает диапазон из d.c. для выбранной максимальной частоты (). Решимость спектра определяется типом трансформатора, то есть, числом образцов обычно описывали сигнал. Например, когда преобразовывают для 1 кГц, берутся образцы k=1024, и результирующий спектр нормально состоит из N=400 линии частоты, который evenly spaced. Из этого следует что когда анализ исполняется в данном частотном диапазоне (0-), в случае нормальных FFT технологий, можно чтобы увеличить решимость только изменяя тип трансформатора. Однако, путем использования ZOOM FFT, решимость может быть увеличена без того, чтобы увеличивать размер трансформатора, но только соответственно меньшая часть первоначального частотного диапазона может быть проанализирована за это время. В случае обычного FFT для данного типа трансформатора, более хорошая решимость может быть получена путем уменьшения  ,и таким образом теряя высокую частоту информации, или увеличивая размер преобразователя (который требует больше вычислительного времени). Используя ZOOM FFT, увеличенная решимость может быть получена без того, чтобы терять высокую частоту информации, или увеличения размера преобразователя. ZOOM FFT может быть внедрен (численно) двумя путями. Любое увеличение  решимости получается передвижением частотного диапазона, представляющего интерес, а затем путем использования численного низкопропускного  процеживания, или регистрации длины сигнала времени (увеличение образцов фактором N) и преобразования этого частями с использованием меньшего преобразователя.

Наконец, должно быть отмечено что вместо мониторинга линии тока, также возможно выявить эксцентричность в индукции обрабатывая анализы местоположения статора в текущем пространстве.