Автор: Ряполов П. А., Рыженко В. В.
Источник: Инновационные материалы и технологии – 2011 / Материалы международной научно-практической конференции БГТУ В. Г. Шухова, Белгород 2011
Асинхронные двигатели переменного тока являются в настоящее время крупнейшими потребителями электрической энергии. Они потребляют свыше 80% вырабатываемой электроэнергии. В процессе эксплуатации возможны повреждения элементов двигателя, что в свою очередь приводит к преждевременному выходу его из строя.
Основными причинами выхода из строя двигателей переменного тока являются: повреждения элементов статора и ротора, подшипников и другое.
В некоторых случаях внезапный выход из строя двигателя может привести к авариям и длительным простоям производства. Эксплуатация находящихся в аварийном техническом состоянии электродвигателей приводит к прямым финансовым потерям, связанным с непрогнозируемым выходом из строя оборудования и вызванным этим нарушением технологического процесса, и к значительным дополнительным затратам электроэнергии, обусловленным повышенным электропотреблением. В связи с этим вопрос диагностики асинхронных двигателей весьма актуален. Основным методом сегодня является вибродиагностика состояния элементов электродвигателей. Этот способ достаточно дорог и трудоемок. Для установки оборудования должен быть обеспечен доступ к обследуемому объекту, что в условиях производства сопряжено с определенными трудностями, необходима остановка электродвигателя.
В последнее время получили развитие методы диагностики состояния электрических машин, основанные на выполнении мониторинга потребляемого тока с последующим выполнением специального спектрального анализа полученного сигнала [1, 3], что позволяет с высокой степенью достоверности определять состояние различных элементов двигателя.
Проведение мониторинга тока асинхронного электродвигателя может быть выполнено как непосредственно на нем, так и в электрощите питания (управления). То есть диагностика возможна без остановки привода.
В состав комплекса для анализа состояния и условий работы асинхронных электродвигателей входит разъемный токовый датчик (токовые клещи-преобразователь), аналого - цифровой преобразователь (АЦП, частота оцифровки 1,25 МГц), персональный компьютер (ПК) с установленной средой NI LabView [4] и разработанным программным обеспечением для сбора и обработки информации.
Физический принцип, положенный в основу работы диагностического комплекса, заключается в том, что любые возмущения в работе электрической или механической части электродвигателя и связанного с ним устройства приводят к изменениям магнитного потока в зазоре электрической машины и, следовательно, к слабой модуляции потребляемого электродвигателем тока.
Таким образом, наличие в спектре тока двигателя характерных (и не совпадающих) частот определенной величины свидетельствует о наличии повреждений электрической или механической части электродвигателя и связанного с ним механического устройства.
С помощью данного метода возможна диагностика следущих повреждений:
Аналогичным образом определяется и наличие других дефектов.
При проведении измерений формируется база данных, позволяющая отслеживать динамику развития износа электродвигателя во времени, что дает возможность корректировать графики ремонта оборудования.
Асинхронные двигатели чувствительны к качеству электроэнергии, поэтому для полного анализа условий работы машины рекомендуется проводить мониторинг приложенного к электродвигателю напряжения. Это позволяет определить его несимметрию, наличие высших гармонических составляющих и импульсов перенапряжений – т. е. тех факторов, которые напрямую влияют на срок службы и экономичность работы двигателя.
Измерения могут быть выполнены как непосредственно на клеммной коробке электродвигателя (без какого-либо нарушения режима его работы), так и в электрощите питания или управления.
Проведение мониторинга асинхронных электродвигателей позволит провести диагностику и анализ условий работы машин и связанных с ними механических устройств, что позволит выявлять своевременно выявлять неисправности, существенно сократит затраты, связанные с аварийным ремонтом оборудования, и снизит затраты электроэнергии.