АЛІ ДЖАМАЛЬ ДЖАССЕМ

Факультет: Електротехнічний

Спеціальність: Електричні мережі і системи

Керівник: Полковніченко Дмитро Вікторович

    alialkaissi@yahoo.com

Автореферат на тему:

ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТЕЙ ПЕРЕХОДУ ВІД СИСТЕМИ ПОПЕРЕДЖУВАЛЬНИХ РЕМОНТІВ ДО СИСТЕМИ ОБСЛУГОВУВАННЯ АСИНХРОННИХ ЕЛКТРОДВІГУНІВ І ЗА СТАНОМ

Матеріали за темою магістерської роботи: Біографія | Посилання | Звіт про пошук | Індівідуальне завдання  

     Введення

 У наш час асинхронні двигуни є найпоширенішими електричними машинами. Вони споживають близько 40% електроенергії, вироблюваної в світі. Таке обширне поширення асинхронні  електродвигуни набули через свою конструктивну простоту, низьку вартість, високу експлуатаційну надійність.

    Разом з великими достоїнствами асинхронні двигуни мають і деякі недоліки - в процесі експлуатації можливі пошкодження елементів двигуна, що в свою чергу призводить до передчасного виходу його з ладу.

    Основними причинами виходу з ладу двигунів змінного струму є: пошкодження елементів статора і ротора, підшипників і інше. Це призводить до порушення безперервності технологічних процесів з подальшим браком продукції, витратами на відновлення і ремонт електродвигунів, а також на відновлення нормальних технологічних процесів виробництва. Процес автоматизації управління технологічними процесами шляхом використовування діагностики технічного стану електродвигунів в робочих режимах дозволяє до мінімуму понизити збиток від цих наслідків за рахунок раннього виявлення дефектів.

Актуальність теми

 Експлуатація електродвигунів, що знаходяться в аварійному технічному стані, призводить до прямих фінансових втрат, пов'язаних з непрогнозованим виходом з ладу устаткування  і викликаним цим порушенням технологічного процесу, і до значних додаткових витрат електроенергії, обумовленим підвищеним електроспоживанням. У зв'язку з цим питання діагностики асинхронних двигунів вельми актуальне.

    Процес автоматизації управління технологічними процесами шляхом використання діагностики технічного стану устаткування, у тому числі і електродвигунів, в робочих режимах дозволяє до мінімуму понизити збиток від цих наслідків за рахунок раннього виявлення дефектів. Контролю і аналіз поточного технічного стану дозволяють упровадити технологію обслуговування електродвигунів «по стану». Тобто обслуговування і ремонт виконуються залежно від реального поточного технічного стану електродвигуна, який знаходиться в роботі.

    Таким чином, актуальною є проблема розробки і вдосконалення методів і засобів діагностики технічного стану електродвигунів на основі контролю параметрів робочих режимів.

Мета роботи.

Досліджувати можливості переходу від системи попереджувальних ремонтів до системи обслуговування асинхронних електродвигунів і технологію обслуговування і ремонту залежно від технічного стану електродвигуна, тобто «по стану».

Наукова новизна роботи

Не дивлячись на те, що асинхронні двигуни дуже прості в застосуванні, на підприємствах не досить часу приділяється для діагностики і міжремонтного обслуговування, про що свідчать часті поламки цих двигунів. Враховуючи це, необхідно розробити такі методи, які дозволяли б діагностувати стан двигунів в робочих режимах і не допускали б аварій і крупних ремонтів. Такий метод вже розроблений - це метод «по стану», тому в роботі ми хочемо акцентувати увагу на ньому і постаратися зробити найточніші підрахунки.

Практична цінність роботи

Буде розроблений метод для виявлення зламаних ребер в могутніх двигунах, який заснований на контролі густини магнітного потоку біля ребер ротора (звичайно вони небагато виступають за межі ротора в цих двигунах).

Зміст роботи

Одним з методів дослідження є діагноз зламаних брусків у великих двигунах індукції хвилюванням потоку витоку. Існує можливість знайти наявність зламаних ребер, досліджуючи спектр струму статора. Зламане ребро призводить до того, що компоненти струму, який індукований на обмотці статора при частотах:

Де:

fsb= другорядні частоти через зламані ребра ротора, Гц

f1= номінальна частота, Гц

s=в ковзання

Більш докладно разглянемо метод, заснований на контролі густини магнітного потоку біля ребер.

Густина магнітного струму в датчику хола обчислена, застосовуючи закон Biot Savart 's для кожного ребра, і для струмів статора. Мал. 1 показує моделювання, запропонованим методом.

Мал.1

Частка ротора в результаті густини магнітного потоку в датчику визначається:

Де:

A= струм, що протікає в кожному ребрі ротора

dn= відстань між датчиком і центром ребра

BRr= густина результуюча магнітний потік на роторі

R= радіус ротора

g= відстань між датчиком і центром ребра

Для визначення частки статора, закон Biot Savart 's був застосований в кожному лазу статора, як показано у формулі (8).

Де:

У  формулі (6) показана матриця відстані між щілинами статора і віссю датчика.

Мал. 2 структура, використовувана в моделюванні струмів статора.

Результуюча густина магнітного потоку в датчику холу за рахунок струмів ротора і струмами статора приводиться у формулі (8):

Де:

BT= результуюча густина магнітного потоку на датчику.

Математична модель була здійснена в програмному забезпеченні MATLAB/SIMULINK. Модель моделювалася для справного і несправного ротора. В цілях моделювання використовувалися параметри, які показані в таблиці 1, для гіпотетичного двигуна. На мал. 3 можливо спостерігати густину магнітного поля, що виходить, щодо датчика хола, одержаного для справного двигуна, без поламаних ребер ротора. На мал. 4 показане моделювання з двома поламаними ребрами ротора. Протягом моделювання була помічена зміна густини магнітного поля, в місцях зламаних ребер, вони були ближчими до датчика. Для моделювання зламу, струм зламаного ребра дорівнював нулю в моделі MATLAB.

Таблиця 1

Мал.3                                                Мал.4

Експериментальні тести були зроблені, щоб оцінити достовірність математичного моделювання. Мал. 5 показує установку датчика хола між двома котушками статора в двигуні. Його ротор складається з 58 ребер.

На мал. 6, можна спостерігати початкові експериментальні результати, одержані від безперервного ротора з двома поламаними ребрами. В цьому випадку, помічалося, що густина магнітного поля в датчику має подібну поведінку з результатами моделювання.

Мал. 6 показує хороший збіг між результатами моделювання і експериментальних. В цьому випадку, частка статора, застосовуючи закон Biot Savart для струму кожного лазу статора.

Мал.5

Мал.6                                                    Мал.7

Мал.8                                             Мал.9

Мал. 10 показує зміну плотности магнітного потоку в положительному циклі. Мал. 11 показує розподіл потока ребра щодо положительного циклу.

Мал.10                                           Мал.11

Ми розглянули один з методів дослідження - діагноз зламаних брусків у великих двигунах індукції хвилюванням потоку витоку. Хочеться відзначити, що з розвитком обчислювальної техніки з'явилися розробки автоматичних і автоматизованих систем діагностики електродвигунів (наприклад, на мал.12). При цьому для їх реалізації в якості діагностичних параметрів пропонуються різні робочі параметри електродвигуна.

Мал.12

ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

Дослідження поведінки двигуна індукції стало фундаментальним, тому що потрібно уникнути втрат виробництва, які застосовуються в промисловості. Трифазні двигуни з білячою кліткою широко використовуються на виробництві. В даний час, дуже важливо знати експлуатаційні умови двигуна в режимі реального часу, зменшувати непередбачені поломки, час простою і експлуатаційні витрати. Під час роботи двигуна, багатьох поломок можна уникнути, враховуючи електричні і механічні поломки.

Отже, одним з методів дослідження є метод контролю і плотності магнітного потоку біля ребер ротора. Ми зробили підрахунки і переконалися в необхідності цього методу.

ЛІТЕРАТУРА

1.     C. Kral, F. Pirker, G. Pascoli, H. Oberguggenberger, Influence of rotor cage design on rotor fault detection by means of the Vienna Monitoring Method. International conference on electrical machines (ICEM-2002), Old St. Jan Conference Center, Brugge, Belgium, Conference Record.

2.     C. Kral, F. Pirker, Vienna monitoring method – detection of faulty rotor bars by means of a portable measurement system. International conference on electrical machines (ICEM-2000), Helsenki University of technology, Espoo, Finland, p.873-877.

3.     Хлипальський Ю.З. Диагностирование дефектов клеток роторов асинхронных двигателей с закрытыми пазами: Автореф.дис… канд.техн.наук. Львов, 2000.

4.     Сборник директивных материалов по эксплуатации энергосистем: (Электротехническая часть)/ Минэнерго СССР. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981. - 632 с.

5.     Рогозин Г.Г., Рындин А.В., Баранов Г.Л., Новиков И.В. Устройство для косвенного контроля неравномерности воздушного зазора асинхронного двигателя // Открытия. Изобретения. - 1986. - № 20.

6.     Рогозин Г.Г. Контроль равномерности воздушного зазора асинхронной машины по значению синхронного индуктивного сопротивления // Электричество. - 1981. - № 5. - С. 44-46.

7.     Никиян Н.Г., Саликов М.П. Способ и установка для диагностики короткозамкнутых клеток электрических машин // Электрические станции. – 1999. - № 3. – С. 60-62.

8. Williamson S, Smith A.C.: "Steady-state analysis of 3-phase cage motors with rotor-bar and end-ring faults", IEE Proceedings, Vol. 129, Pt. B, No. 3, pp 93-100, May 1982.

 9. Siyambalapitiya D.J.T, McLaren P.G, Acarnley P.P.: "A Rotor Condition Monitor for Squirrel-Cage Induction Machines", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-23, No. 2, pp 334-340, March/April 1987.

 10. Kliman G.B, Koegl R.A.: "NonInvasive Detection of Broken Rotor Bar in Operating Induction Motors", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 3, No. 4, pp 873-879, December 1988.

11. Thomson, W.T.: "On Line Current Monitoring The Influence on Mechanical Load or an Unique Design on the Diagnosis of Broken Bars in Induction Motors", Proceedings of the International Conference on Electrical Machines, Manchester (UK), Vol.3, pp 1236-1240, 1992

 12. Cho, K.R, Lang J.H, Umans S.D.:" Detection of Broken Rotor Bars in Induction Motors Using State and Parameter Estimation", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 28, No 3, pp 702-709, May/June 1992.

 13. Walliser R.F, Landy C.F.: "The Influence of Interbar Currents on the Detection of Broken Rotor Bars" Proceedings of the International Conference on Electrical Machines, Manchester (UK), Vol.3, pp 1246-1250, 1992

14.Toliyat H.A, Lipo T.A.: "Transient Analysis of Cage Induction Machines Under Stator, Rotor Bar and End Ring Faults", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.10, No.2, pp 241-247, June 1995. 1234567891011121314151617181920-400-2000200400Rotor BarsCurrent (A)

15. Luo X, Liao Y, Toliyat H.A, Antably A.E, Lipo T.A.: "Multiple Coupled Circuit Modeling of Induction Machines", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.31, No. 2, pp 311-318, March/April 1995.

16. Penman, J, Stavrou, A.: "Broken rotor bars: their effect on the transient performance of induction machines" IEE Proc.-Electr. Power Applications, Vol. 143, No. 6, pp 449 - 457, November 1996.

17. Fiser R, Ferkolj S.: "Modelling of Failure States of Induction Machines", Proceedings of the IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference, Bari (Italy), Vol. 3, pp 1195-1198, 1996

18. Manolas S.T, Tegopoulos J, Papadopoulos M.: " Analysis of Squirrel Cage Induction Motors With Broken Rotor Bars", Proceedings of the International Conference on Electrical Machines, pp 19-23, 1996.

19. Fiser R, Ferkolj S.: "Calculation of Magnetic Field Asymmetry of Induction Motor with Rotor Faults", Proceedings of the IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference, Tel Aviv (Israel), Vol.2, pp 1175-1179, 1998 Figure 13. Bar current distribution (in details for positive cycle)

20. Thomson W.T, Rankin D, Dorrell D.G.: "On-Line Current Monitoring to Diagnose Airgap Eccentricity in Large Three-phase Induction Motors - Industrial Case Histories Verify the Predictions" IEEE