Зубков Антон Геннадиевич
Факультет: Электротехнический
Кафедра: Электрических систем
Специальность: Электрические системы и сети
Тема выпускной работы: Анализ диагностических критериев повреждений элементов конструкции магнитопровода трансформатора
Научный руководитель: Рогозин Георгий Григорьевич
_______________________________________________
Библиотека
← Назад
Обнаружение комбинаций статического и динамического эксцентриситета воздушного зазора в 3–х фазных асинхронных электродвигателях с использованием Мониторинга Статорного Тока
Authors. Ирахис Родригес, Роберто Алвес Перевод. Зубков А.Г.
Аннотация
В статье рассматривается применение Мониторинга Статорного Тока (МСТ), для определения сочетаний статического и динамического эксцентриситета воздушного зазора в 3–х фазных асинхронных электродвигателях. Трехфазный АД - "рабочая лошадь" промышленности и является наиболее широко используемой электрической машиной. В промышленно развитых странах, 70% промышленных процессов используют асинхронный двигатель. По этой причине выявления зарождающихся повреждений двигателя очень важно, и тем самым можно избежать остановки производства и сокращение эксплуатационных расходов. Основная идея обнаружения повреждений двигатель идет от "разновидностей двигателей, токов, потоков, электрической мощности и крутящего момента, вариантов (в частности спектра) в связи с нормальными неустановившимися условиями эксплуатации двигателя". Анализ МСТ является бесконтактным контролем на уровне техники для диагностики неисправностей в трех фазных АД для выявление различных в дефектных и нормальных условиях, в текущем спектре. Экспериментальные испытания были реализованы в АД малой мощности, и результаты будут подтверждены в последующих работах с типичными представителями двигателей.
Примененные термины — статический эксцентриситет, динамический эксцентриситет, диагностика двигателя, текущий анализ двигателя, частотный анализ.
1. Введение
Трехфазный асинхронный двигатель является более надежными в индустрии и является электрической машиной, которая широко используется. Асинхронный двигатель используется почти в 70% всех промышленных процессов. По этой причине важно обнаружить зарождающееся повреждение двигателя. В начале обнаружения сбоев в двигателе и хороший прогноз позволяет избежать производственных потерь и, следовательно, экономических потерь. Основная идея обнаружения повреждений двигатель идет от "переменных двигателя, токов, потоков, электрической мощности и крутящего момента, вариантов (в частности спектра) в связи с нормальными неустановившимися условиями эксплуатации двигателя". Анализ Мониторинга Статорного Тока (АМСТ) является бесконтактным контролем на уровне техники для диагностики неисправностей в трех фазных АД для выявление различных в дефектных и нормальных условиях, в текущем спектре. Асинхронные двигатели могут работать в несимметриях, таких как:
• повреждение обмотки статора (межвитковое или короткого замыкания).
• опрокидывание вала ротора и полный разрыв кольца.
• механические повреждения (подшипниковое разрушение, повреждение вала двигателя или воздушный эксцентриситет).
Несимметричная асинхронная машина работая создает асимметричные потоки, несимметричный токи, пульсирующие моменты и увеличенные потери. Окончательные результаты можно эффективно обработать и сократить температурный нагрев, который может привести к ранней порче изоляции в машине. Таким образом, обнаружение зарождающихся повреждений является очень важным для увеличения времени жизни электрической машины. Повреждение электродвигателе может быть создано путем определения некоторых переменных во входном токе (статорные токи), крутящего момента или потока по сравнению с нормальными переменными режима[1]. Статический и динамический эксцентриситет воздушного зазора производится путем повреждения подшипников и/или повреждение вала двигателя [2]. Собственно подшипники являются одной из основных причин неисправностей во вращающихся машинах [3] Использование контроля шума, вибрации и температуры делает возможным ее обнаружение. Внедрение этих измерительных систем может быть дорогостоящим, и возможно только докажет экономически и практических в случае больших двигателей или критических приложений. В течение последних 20 лет наблюдается значительный объем исследований по разработке новых методов мониторинга состояния для асинхронных электродвигателей.
Одним из успешных технических приемов Анализ Мониторинга Статорного Тока (АМСТ) [4]. Этот документ касается применения АМСТ статических И динамического эксцентриситета воздушного зазора в асинхронных электродвигателях.
Теоретический анализ
Повреждение связанное с эксцентриситетом:
Машинный эксцентриситет это непостоянное условие, которое существует между статором и ротором [5]. Когда эксцентриситет становится большим, в результате несбалансированного радиального ускорения (также известного как несбалансированная магнитной сила или НМС) что может привести к зацепки статора и ротора – при этом возможно к повреждение статора и ротора. Роторный эксцентриситет асинхронных электродвигателей существует в двух формах, статический эксцентриситет (когда ротор смещает, по отношению к статору, центральный зазор, на еще поворачивающейся оси), и динамичный эксцентриситет (когда ротор еще поворачивает по отношению к статору центральный зазор, но не на своем центре). Причин любого из двух типов роторного эксцентриситета много, изношенные подшипники, изогнутый вал ротора, механический резонанс в критической скорости и т.д.
В действительности оба статический и динамический эксцентриситеты, как правило сосуществуют вместе. Неотъемлемая часть статического эксцентриситета существует даже в недавно изготовленных машинах из-за производственной и сборочной технологии, как уже сообщали Доррелл [6]. Это вызывает устойчивую несбалансированную магнитную силу (НМС) в одном направлении. При эксплуатации, это может привести к изгибу вала ротора, приводящее к износу и т.д. Это может привести к некоторой степени динамического эксцентриситета. Если не обнаружить сразу, эти последствия могут быстро увеличить трение статора о ротор и привести к крупной аварии машины [7].
Присутствие статического и динамического эксцентриситета может быть обнаружено с помощью АМСТ [8]. В уравнении, описывающем частотные компоненты интересно посмотреть
Там, где n' = 0 в случае статического эксцентриситета и n' = 1 и -1 в случае динамического эксцентриситета(n' - порядок эксцентриситета), f является основополагающим источником частоты, R количество пазов ротора, s является скольжением, p является число пар полюсов, k является постоянная, а nt является порядок временных гармоник статора, которые присутствуют в электропитание вращающегося двигателя (v = ± 1, ± 3, ± 5, и т.д. .). В случае, если одна из этих гармоник кратна трем, она не может существовать теоретически в линейном токе сбалансированного трех фазной машины. Однако было показано по Нанди [9], Феррах [10], что только в определенной комбинации машины полюсов ротора и числа пазов приведет к статическому или динамическому эксцентриситету связанных компонентов. Однако, если обе, статический и динамический эксцентриситеты существовать вместе, низкочастотные компоненты вблизи основных представлены
также могут быть обнаружены. Смешение эксцентриситетов также приводит к высокочастотным компонентам, как описано в [11]. Моделирование подходов для выявления связанных с ними компонентов эксцентриситета в линейных токах было описано в [12].
Краткое описание отбора данных систем и силового оборудования описано в следующем разделе.
3. Контроль по входной ток
Мгновенные токовый мониторинг осуществляется как показано на рисунке 1. Она представлена асинхронным двигателем, источником питания, нагрузка двигателя (генератор постоянного тока) и резистивной нагрузкой. С левой, система сбора данных можно отметить, что по сути представляет собой компьютер с отобранной таблицей данных. Сбора данных - преобразование статорного тока и напряжения аналогового сигнала в цифровой данные. Цепь показана на рис. 2, а также характеристики оборудования:
The circuit has been shown in Fig. 2, and the equipment characteristics are:
• M: АД, 2 полюса, 220 V, 1680 об / мин, Y, ПФ 0.76,60 Гц
• G:генератор постоянного тока 2.2 кВт, 230 В, 1800 об / мин;
• Нагрузка: Комплект сопротивлений Box ТБ 40,3.3 кВт;
• R:Измерение сопротивления включает в себя семь параллельных сопротивлений по 120 Ом, 1/4 ватт каждое;
• PT: трансформатор напряжения 200/10.
• CT: токовый трансформатор ЙЕФ, 10 / 1,60 Гц, 1 класс;
Входной ток, чей частотный спектр будет использоваться для обнаружения повреждения, был получен путем деления напряжения в комплекте сопротивлений соединенном с трансформатором тока на 1 амперной стороне, входящее значение сопротивления шунта.
Данные снятые с системы в следующих элементах сигналы условного оборудования, данные получены, и программно введены в таблицу. Полученная система подробно описана в Рис. 3. Целью приобретенных данных AT-MIO-16DE-10, с 16 конечными сигналами или 8 дифференциальных входов, дискретностью 12 бит, Макс. Размер отбора 100 KS/с, 32 цифровых входов-выходов, 2 аналоговых выхода, 2 обратимых/таймеры 32 бит,: биполярный входной диапазон 10 вольт. С другой стороны, использовался программы Лаб ВЬЮ, версия 5. Лаб ВЬЮ содержит исчерпывающий набор инструментов для получения, анализа, отображения и хранения данных, а также используется для связи с аппаратурой, такой, как сбор данных, просмотр и управление вращающегося устройства.
Программное обеспечение Лаб ВЬЮ было выбрано для показа входящего тока. Лаб ВЬЮ программы называются виртуальным инструментом или Виз, потому что их внешний вид и функционирование имитирует физические приборы, такие, как Осциллографы и Мультиметры. Лаб ВЬЮ содержит исчерпывающий набор инструментов для получения, анализа и хранения данных. Три виртуальных документы были отмечены в этой работе:
* Виртуальный инструмент 1
— - Приобретать и сохранять токов и скорости;
* Виртуальный Документ 2:
— Для просмотра тока и скорости;
* Виртуальный Документ 3:
— Читает и сравнивает токи в исправном двигателе и при статическом и/или динамическом эксцентриситетом воздушного зазора в асинхронном двигателе.
Результаты экспериментов
Экспериментальная проверка проводилась на стандартном 220 В, 2,0 кВт, 4-полюсным асинхронном двигателе присоединенному к источнику 60 Гц. Подшипники были повреждены загрязненной смазкой. Испытания проводились при полной номинальное напряжении с изменяющимся углом главного статического и динамического эксцентриситета. Шесть точек нагрузки были использованы и в среднем получены 20 спектров линейного тока для одного и того же состояния нагрузки (итак изменение в линейном токе из-за эксцентриситета было замечено). С двигателем несвязанным с линейным током 1,8 А, в скольжения 0.03 ток был 3А, и при полной нагрузке (s = 0.05) ток составил 3,8 А.
А. Тест на здоровом двигателе
Испытания были проведены при следующих значениях:
fl =60 Гц
n=1
n '= 0 для статического эксцентриситета и 1 для динамического эксцентриситета
p = 2
R = 36
ni= 1
Эти тесты показали следующие результаты:
I. А-тесты с разомкнутым двигателем (s = 0,003394):
В данном случае (рис. 4):
1. - Частота статического эксцентриситета была 1137,31 Гц, и величина этой частоты была 63,39 дБ.
2. - Частота динамического эксцентриситета (n '= 1) была 1166,78 Гц, и величина этой частоты была 91,00 дБ.
3. - Частота динамического эксцентриситета (n '= 1) была 1106,78 Гц, и величина этой частоты была 91,81 дБ.
A2. Тест с s = 0,044082 (83,78% от нагрузки):
В данном случае (рис. 5):
1. - Частота статического эксцентриситета была 1093,39 Гц, и величина этой частоты была 60,48 дБ.
2. - Частота динамического эксцентриситета (n '= 1) была 1122.08 Гц, и величина этой частоты была 88.47 дБ.
3. - Частота динамического эксцентриситета (n '= 1) была 1163,19 Гц, и величина этой частоты была 90.84 дБ.
А3 - тесты с снижением нагрузки (S = 0.052777)
1. - Частота статического эксцентриситета была 1084,09 Гц, и величина этой частоты была 64,92 дБ
2. - Частота динамического эксцентриситета (n '= 1) была 1112.28 Гц, и величина этой частоты была 91.84 дБ.
3. - Частота динамического эксцентриситета (n '= 1) была 1055,19 Гц, и величина этой частоты была 80.90 дБ.
5. Заключение
— Эта работа описывает теоретико-экспериментальную методологию, которая была осуществлена для определения зарождающегося повреждений в промышленных асинхронных электродвигателях.
— TЭтот документ показывает, ряд между гармоническими величинами статических и динамических частотах рассмотренных приемлемых или неприемлемых эксцентриситетов, независимо от нагрузки.
— Выполнена экспериментальная сборка и система сбора данных позволит авторам продолжить эту линию исследований.
Литература
1. S.Nandi and H. A. Totiyat, "Condition monitoring and fault diagnosis of electrical machine - a review" en Proa IEEE JAS Annual Meeting Conference 99, vol 1, Phoenix, AZ, Oct 1999, pp. 197-204..
2. William T. Thomsons D. Rankin, and D. G. DorreU, "On-line Current Monitoring to Diagnose Airgap Eccentricity in Large three-Phase Induction Motor - Industrial Case Histories Verify the Preditions". Paper. IEEE Transactions on energy conversion, vol 14. No 4, December 1999. Pp 1372-1378.
3. Eva Monagas y Maria Mago, 'Tallas mбs comunes en los motores de inducciуn de empresas del sector industrial del Edo. Carabobo".Trabajo de Ascenso, Universidad de Carabobo, Barbula, Venezuela, Enero 2004.
4. R. Schoen, T. HabeUer, F. Kamran, and R Bartheld, "Motor bearing damage detection using stator current monitoring" ШЕЕ Trans Ind. Applicat, vol.31, no. 6, pp. 1274-1279, NOV.Dev. 1995.
5. J. R. Cameron, W. T. Thomson, and A. B. Dow, "Vibration and current monitoring for detecting air gap eccentricity in large induction motors", TEE Proceedings, pp. 155-163, vol. 133, pt B, no. 3, May 1986.
6. D. G. Dorrel, W. T. Thomson and S. Roach, "Analysis of air gap flux, current, vibration signals as a function of the combination of static and dynamic air gap eccentricity in 3-phase induction motors", ШЕЕ Trans. Ind. Applru vol. 33, No. 1, pp. 24-34, 1997.
7. S. Williamson and P. Mrrzoian, "Analysis of cage induction motor with stator winding faults", ШЕЕ-PES, Summer Meeting, Jury 1984.
8. P. Vas, "Parameter Estimation, Condition Monitoring and Diagnosis of Electrical Machines", Clarendon Press, Oxford, 1993.
9. S. Nandi and К A. Totiyat, "Detection of Rotor Slot and other Eccentricity Related harmonics in a 3-phase Induction Motor with different Rotor Cages", to appear in IEEE-PEDES 98 Conference -roceedings, Perth, Australia, Nov. 30-Dec.3,1998.
10. A. Ferrari, P. J. Hogben-Liang, K. J. Bradley, G. M Asher, M S. Woolfson, "The effect of rotor design of sensorless speed estimation using rotor slot harmonics identified by adaptive digital filtering using the maximum likelihood approach", IEЕЕ-IAS annual meeting conference recordings. Pp. 128-135, New Orleans, Lousiana, Oct 5-8.
11. J. Penman, H. G. Sedding, B. A Lloyd, W. T. Fink, 'Detection and location of interturn short circuits in the stator windings of operating motors", IEЕЕ Trans. Energy Conv., vol 9, No. 4, Dec 1994.
12. S. Nandy, RajMohan Bharadwaj, H. A Totiyat, A G. Partos, "Performance analysis of a three phase induction motor under incipient
mixed eccentricity condition", to appear in IEEE PEDES'98 Conference Proceedings, ftrth, Australia, Nov. 30- Dec3,1998.
← Назад