Автор: Е.А. Кузьмин
Источник: Электротехника, электромеханика и электротехнологии. Труды XI Региональной научно-практической студенческой конференции - Томск, 31 мая-3 июня 2011 г. - Томск: ТПУ, 2011. - 380 с.
С начала 80-х годов 20 века большое развитие в мире получили методы состояния электрических машин, основанные на выполнении мониторинга потребляемого тока АД, с последующим выполнением спектрального анализа полученного сигнала. Это позволило с высокой степенью достоверности определять состояние различных элементов двигателя. Физический принцип, положенный в основу этого метода заключается в том, что любое возмущение в работе электрической или механической части электродвигателя приводят к изменениям магнитного потока в зазоре электрической машины, и, следовательно, к модуляции потребляемого электродвигателем тока. Наличие в спектре тока двигателя характерных частот определенной величины говорит о наличии повреждений механической части электродвигателя, в том числе обрыв фазы ротора, или связанного с ним механического устройства [2].
Целью нашего исследования заключалась в обнаружении признаков повреждения ротора при помощи спектральною анализа тока статора АД. В качестве повреждения рассматривался обрыв фазы ротора асинхронного электродвигателя.
Для достижения данной цели были проведены экспериментальные исследования на учебном лабораторном стенде «Электрический привод» и на математической модели асинхронного двигателя.
Математическое описание АД произведено в трехфазной неподвижной системе координат 
в программном комплексе «Mathcad». Математическая модель представляет собой систему дифференциальных уравнений, решаемых численными методами [1]. В данной модели мы моделировали нормальный и аварийный режимы работы АД.
В ходе моделирования было выявлено, что при обрыве фазы ротора меняется модуль тока статора (рис. 1). В поврежденном состоянии АД, модуль имеет большее число колебаний при переходном процессе, чем при нормальном режиме работы АД. Так же изменяется его спектральный состав (рис. 2).
Те же режимы работы АД были смоделированы на лабораторной установке «Электрический привод».
Рисунок 1 – Модуль тока статора асинхронного двигателя при математическом моделировании: а) асинхронный двигатель без повреждений, б) асинхронный двигатель с поврежденным ротором
Рисунок 2 – Спектральный состав модуля тока статора асинхронного двигателя при математическом моделировании: а) асинхронный двигатель без повреждений, б) асинхронный двигатель с поврежденным ротором
На лабораторной установке была собрана электрическая схема питания асинхронного двигателя. Так же в схему были включены датчики токов и напряжения, и датчик скорости. При помощи датчиков тока и напряжения снимались данные тока и напряжения статора. В фазу ротора «А» был последовательно включен реостат. Реостатом мы изменяли добавочное сопротивление ротора. При каждом изменении сопротивления дынные записывались на компьютер, в виде массивов.
При помощи дискретного преобразования Фурье были получены спектры токов и напряжений.
При анализе полученных данных было установлено, что при обрыве фазы ротора изменяется модуль тока статора. Основные признаки – это изменение амплитуды и частотного спектра модуля тока статора.
Рисунок 3 – Модуль тока статора асинхронного двигателя полученный на экспериментальной установке: а) асинхронный двигатель без повреждений, б) асинхронный двигатель с поврежденным ротором
Рисунок 4 – Спектральный состав модуля тока статора полученного на экспериментальной установке: а) асинхронный двигатель без повреждений, б) асинхронный двигатель с поврежденным ротором
На данном этапе исследования можно сказать, что изменение модуля тока статора и его спектральною состава являются признаками при обрыве фазы ротора.
В дальнейшем мы будем выявлять другие признаки различных повреждений ротора методом спектрального анализа тока статора.
В перспективе рассматривается возможность производить спектральный анализ тока статора при помощи вейвлет-анализа и преобразования Гильберта. В настоящее время эти методы спектрального анализа широко распространены.
1. Однокопылов И.Г. Диссертация на соискании ученой степени к.т.н. «Асинхронный электропривод механизма подъема крана мостового типа с повышенной безопасностью и живучестью», Томск, 2008 г.
2. Рогачев В.А. Диссертация на соискании ученой степени к.т.н. «Диагностирование эксцентриситета ротора асинхронных электродвигателей по гармоническому составу тока статора», Новочеркасск, 2008 г.
Научный руководитель: А.С. Глазырин, к.т.н., доцент, ЭПЭО, ЭНИН, ТПУ.