Виктор Петухов ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

[ДонНТУ]

[Портал магистров]

Электронная библиотека

тема магистерской работы «Разработка и исследование цифровой системы контроля параметров асинхронного двигателя»

Статьи из Internet

     Автор: Виктор Петухов, к.т.н., член IEEE, А&Alpha Consulting, г. Москва.

ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Спектральный анализ модулей векторов Парка тока и напряжения

     Анотация: в статье рассмотрен метод анализа наиболее характерных повреждений асинхронных двигателей.

   Потери от эксплуатации неисправных электродвигателей и внезапного выхода ответственного оборудования из строя дорого обходятся как бюджету предприятия, так и его имиджу. Поэтому основной задачей технических служб является обеспечение заданного уровня надежности электродвигателей путем выявления неисправностей на ранней стадии возникновения, отслеживания динамики развития неисправностей, определения и планирования рациональных сроков проведения ремонтов.

   Для исключения наложения частот от различных повреждений и, как следствие, искажения картины реального состояния агрегата предлагается следующий метод диагностики состояния электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств, принципиально основанный на методе спектр-токового анализа. Спектр-токовый анализ – это процедура мониторинга (записи) сигналов тока и напряжения на клеммах электродвигателя, их последующий спектральный анализ с целью определения наличия электрических и механических неисправностей (повреждений) электродвигателей. В основу анализа спектров модулей векторов Парка тока (далее PI) и напряжения (далее PU) как средства диагностики состояния электродвигателей заложены следующие принципы:

Наличие электрических и механических неисправностей приводит к изменениям магнитного потока (амплитудной модуляции) в воздушном зазоре электрической машины, что дает возможность выявить гармоники тока, характерные для неисправностей оборудования.

Питающее напряжение не является идеально синусоидальным, поэтому в получаемых спектрах PI и PU присутствуют гармоники, обусловленные качеством питающего напряжения, но неисправности электродвигателя и механической нагрузки вызывают соответствующие гармоники только в спектре тока.

В отличие от простого спектрального анализа сигналов тока, при формировании спектров модуля вектора Парка любая модулируемая амплитудной модуляцией характерная частота f учитывается в спектре вектора Парка только один раз.

Гармоники в спектре PI, соответствующие различным видам неисправностей, отличаются друг от друга.

   Таким образом, выявление в спектре PI характерных гармоник достоверно и однозначно свидетельствует о наличии электрических и механических неисправностей в электродвигателе и приводимом им в действие устройстве.
При диагностировании каждый агрегат рассматривается как единая конструкция, состоящая из привода (электродвигатель), редуктора, передачи и механического устройства (насоса, вентилятора и т.п.). Диагностика состояния электродвигателей на основе анализа спектров PI и PU проводится по следующему алгоритму. С помощью датчиков тока и напряжения осуществляется запись в трех фазах зависимостей напряжения и тока, потребляемых электродвигателем, от времени. Записанные сигналы пропускаются через фильтр низких частот с частотой среза выше наибольшей полезной частоты сигнала, что необходимо для недопущения появления ложных спектров. Это обусловлено тем, что получаемые результаты измерения представляют собой не непрерывную функцию, а выборку значений, полученных с определенным шагом аргумента по времени – D Величину, обратную D, называют частотой дискретизации. Половину частоты дискретизации называют частотой Найквиста: f_N = 1 / (2 · D). Из аналоговой формы записанные сигналы преобразуются в цифровую форму. С помощью вычислительных средств формируются спектры PI и PU по следующим выражениям:

где a, b, c – обозначения фаз;
I – ток;
U – напряжение.
   Полученные спектры PI и PU подвергаются спектральному анализу. При совпадении всех линий в спектрах PI и PU делается вывод о соответствии спектра тока питающему напряжению в электрической цепи электродвигателя. При выявлении линий, присутствующих в спектре PI и отсутствующих в спектре PU, можно сделать вывод о несоответствии спектра тока питающему напряжению в электрической цепи электродвигателя, которое может быть обусловлено неисправностью.

   Для обнаружения неисправностей электродвигателя выделяются характерные частоты электродвигателя и связанных с ним механических устройств. Характер и степень развития неисправности выявляются путем сравнения значений амплитуд PI на характерных частотах со значением PI на частоте 0 Гц.Диагностирование основных неисправностей электродвигателя осуществляется на следующих характерных частотах:

наличие межвитковых замыканий в обмотках статора и повреждения ротора – на частоте питающей сети;

несоосность валов электродвигателя и связанных с электродвигателем механических устройств – на частотах, кратных частоте вращения электродвигателя;

дефекты ременной передачи нагрузки – на частотах, кратных частоте биений ремня;

повреждения подшипника – на частотах, кратных частоте вращения ротора;

повреждения связанных с электродвигателем механических устройств из группы: насос, вентилятор, компрессор – на лопаточной частоте.

   Вывод о наличии неисправности электродвигателя можно сделать на основе сравнения значений амплитуд PI на частотах, характерных для повреждений, с уровнем сигнала при частоте, равной нулю. Если амплитуды PI на характерных частотах ниже амплитуды модуля PI на частоте 0 Гц на заданную величину, делается вывод о хорошем техническом состоянии электродвигателя и связанных с ним механических устройств. В случае если указанная разница между амплитудами больше заданной величины, делается заключение о наличии соответствующего данной характерной частоте PI повреждения. Спектральный анализ полученного сигнала и сравнение амплитуд PI производят преимущественно в частотной области от минус 100 дБ до 0 дБ путем выявления признаков неисправностей (повреждений) в виде пиков (амплитуды PI) на характерных частотах. В целях снижения эффекта растекания спектра при выполнении спектрального анализа с помощью алгоритма Быстрого Преобразования Фурье (БПФ) используются оконные функции.

   На рис. 1–4 представлены частотные характеристики PI для исправного электродвигателя и электродвигателя с различными видами повреждений (амплитуды сигналов откладываются по вертикальной оси, частоты – по горизонтальной оси). Стрелкой обозначены характерные частоты, соответствующие диагностируемой неисправности.

   Источник: http://www.news.elteh.ru/arh/0/10.php

-Наверх-        -В библиотеку-

[Биография]

[Автореферат]

[Библиотека]

[Ссылки]

[Поиск]

[Задание]

	Электронная библиотека тема магистерской работы «Разработка и исследование цифровой системы контроля параметров асинхронного двигателя» Статьи из Internet Автор: Виктор Петухов, к.т.н., член IEEE, А&Alpha Consulting, г. Москва. ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Спектральный анализ модулей векторов Парка тока и напряжения Анотация: в статье рассмотрен метод анализа наиболее характерных повреждений асинхронных двигателей. Потери от эксплуатации неисправных электродвигателей и внезапного выхода ответственного оборудования из строя дорого обходятся как бюджету предприятия, так и его имиджу. Поэтому основной задачей технических служб является обеспечение заданного уровня надежности электродвигателей путем выявления неисправностей на ранней стадии возникновения, отслеживания динамики развития неисправностей, определения и планирования рациональных сроков проведения ремонтов. Для исключения наложения частот от различных повреждений и, как следствие, искажения картины реального состояния агрегата предлагается следующий метод диагностики состояния электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств, принципиально основанный на методе спектр-токового анализа. Спектр-токовый анализ – это процедура мониторинга (записи) сигналов тока и напряжения на клеммах электродвигателя, их последующий спектральный анализ с целью определения наличия электрических и механических неисправностей (повреждений) электродвигателей. В основу анализа спектров модулей векторов Парка тока (далее PI) и напряжения (далее PU) как средства диагностики состояния электродвигателей заложены следующие принципы: Наличие электрических и механических неисправностей приводит к изменениям магнитного потока (амплитудной модуляции) в воздушном зазоре электрической машины, что дает возможность выявить гармоники тока, характерные для неисправностей оборудования. Питающее напряжение не является идеально синусоидальным, поэтому в получаемых спектрах PI и PU присутствуют гармоники, обусловленные качеством питающего напряжения, но неисправности электродвигателя и механической нагрузки вызывают соответствующие гармоники только в спектре тока. В отличие от простого спектрального анализа сигналов тока, при формировании спектров модуля вектора Парка любая модулируемая амплитудной модуляцией характерная частота f учитывается в спектре вектора Парка только один раз. Гармоники в спектре PI, соответствующие различным видам неисправностей, отличаются друг от друга. Таким образом, выявление в спектре PI характерных гармоник достоверно и однозначно свидетельствует о наличии электрических и механических неисправностей в электродвигателе и приводимом им в действие устройстве. При диагностировании каждый агрегат рассматривается как единая конструкция, состоящая из привода (электродвигатель), редуктора, передачи и механического устройства (насоса, вентилятора и т.п.). Диагностика состояния электродвигателей на основе анализа спектров PI и PU проводится по следующему алгоритму. С помощью датчиков тока и напряжения осуществляется запись в трех фазах зависимостей напряжения и тока, потребляемых электродвигателем, от времени. Записанные сигналы пропускаются через фильтр низких частот с частотой среза выше наибольшей полезной частоты сигнала, что необходимо для недопущения появления ложных спектров. Это обусловлено тем, что получаемые результаты измерения представляют собой не непрерывную функцию, а выборку значений, полученных с определенным шагом аргумента по времени – D Величину, обратную D, называют частотой дискретизации. Половину частоты дискретизации называют частотой Найквиста: f_N = 1 / (2 · D). Из аналоговой формы записанные сигналы преобразуются в цифровую форму. С помощью вычислительных средств формируются спектры PI и PU по следующим выражениям: где a, b, c – обозначения фаз; I – ток; U – напряжение. Полученные спектры PI и PU подвергаются спектральному анализу. При совпадении всех линий в спектрах PI и PU делается вывод о соответствии спектра тока питающему напряжению в электрической цепи электродвигателя. При выявлении линий, присутствующих в спектре PI и отсутствующих в спектре PU, можно сделать вывод о несоответствии спектра тока питающему напряжению в электрической цепи электродвигателя, которое может быть обусловлено неисправностью. Для обнаружения неисправностей электродвигателя выделяются характерные частоты электродвигателя и связанных с ним механических устройств. Характер и степень развития неисправности выявляются путем сравнения значений амплитуд PI на характерных частотах со значением PI на частоте 0 Гц.Диагностирование основных неисправностей электродвигателя осуществляется на следующих характерных частотах: наличие межвитковых замыканий в обмотках статора и повреждения ротора – на частоте питающей сети; несоосность валов электродвигателя и связанных с электродвигателем механических устройств – на частотах, кратных частоте вращения электродвигателя; дефекты ременной передачи нагрузки – на частотах, кратных частоте биений ремня; повреждения подшипника – на частотах, кратных частоте вращения ротора; повреждения связанных с электродвигателем механических устройств из группы: насос, вентилятор, компрессор – на лопаточной частоте. Вывод о наличии неисправности электродвигателя можно сделать на основе сравнения значений амплитуд PI на частотах, характерных для повреждений, с уровнем сигнала при частоте, равной нулю. Если амплитуды PI на характерных частотах ниже амплитуды модуля PI на частоте 0 Гц на заданную величину, делается вывод о хорошем техническом состоянии электродвигателя и связанных с ним механических устройств. В случае если указанная разница между амплитудами больше заданной величины, делается заключение о наличии соответствующего данной характерной частоте PI повреждения. Спектральный анализ полученного сигнала и сравнение амплитуд PI производят преимущественно в частотной области от минус 100 дБ до 0 дБ путем выявления признаков неисправностей (повреждений) в виде пиков (амплитуды PI) на характерных частотах. В целях снижения эффекта растекания спектра при выполнении спектрального анализа с помощью алгоритма Быстрого Преобразования Фурье (БПФ) используются оконные функции. На рис. 1–4 представлены частотные характеристики PI для исправного электродвигателя и электродвигателя с различными видами повреждений (амплитуды сигналов откладываются по вертикальной оси, частоты – по горизонтальной оси). Стрелкой обозначены характерные частоты, соответствующие диагностируемой неисправности. Источник: http://www.news.elteh.ru/arh/0/10.php -Наверх- -В библиотеку-
[Биография]
[Автореферат]
[Библиотека]
[Ссылки]
[Поиск]
[Задание]

Электронная библиотека

тема магистерской работы «Разработка и исследование цифровой системы контроля параметров асинхронного двигателя»

Статьи из Internet

ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Спектральный анализ модулей векторов Парка тока и напряжения

ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Спектральный анализ модулей векторов Парка тока и напряжения