Контроль технического состояния асинхронных электродвигателей на основе спектрального анализа токов статора

Автор: Полковниченко Д.В., Ясинский А.В.
Источник: Электротехнические и электромеханические системы/ Материалы конференции. – Севастополь: СевНТУ. – 2011

Методы диагностики состояния электрических машин, основанные на выполнении мониторинга потребляемого тока с последующим выполнением специального спектрального анализа полученного сигнала, получили в последнее время широкое распространение [1-3].

Проведение мониторинга тока АД может быть выполнено как непосредственно на нем, так и в электрощите питания (управления).

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.

Аналогичным образом определяется и наличие таких дефектов, как: межвитковые замыкания обмоток статора; повреждения подшипников; повышенный эксцентриситет ротора; ослабление элементов крепления электродвигателя; дефекты механической части связанных с электродвигателем устройств [1].

Недостатками данного способа являются сложность оценки результатов, поскольку любая амплитудно модулируемая частота f учитывается в спектре дважды - по обе стороны питающего напряжения f1, – т.е. в виде (f1-f) и в виде (f1+f). Такой двойной учет модулируемой частоты обуславливает недостаточную точность диагностирования (вероятность наложения частот от различных повреждений возрастает в 2 раза и не является необходимой) и отсутствие возможности увеличения числа анализируемых гармоник частоты f.

От этого недостатка можно избавиться, используя для диагностики векторы Парка тока и напряжения.

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. При этом гармоники в спектре модуля вектора Парка тока, соответствующие различным видам неисправностей, отличаются друг от друга [4].

Ниже приведен математический аппарат, с помощью которого можно получить векторы Парка тока и напряжения.

На кафедре электрических станций ДонНТУ разработан метод диагностирования технического состояния АД на основании функциональных зависимостей мгновенных значений тока статора или их соотношений [5], например зависимость і1(t)=f[і2(t)], где

Анализ полученных зависимостей показывает, что для полностью исправного двигателя зависимость i1(t)=f[i2(t)] представляет собой правильную окружность (рис.1,а). При возникновении дефекта происходит ее искажение. Так возникновение дефекта короткозамкнутого ротора приводит к образованию кольца, толщина которого согласно зависимости i1(t)=f[i2(t)] пропорциональна степени дефекта короткозамкнуто- го ротора АД (рис.1,б). При возникновении дефекта обмотки статора зависимость i1(t)=f[i2(t)] представляет собой эллипс (рис.1,в). При этом по виду эллипса можно определить не только наличие дефекта, но и вид дефекта, его степень и поврежденную фазу. Так степень развития дефекта можно определить по изменению диаметров большой и меньшей осей эллипса, а от того какая фаза поврежденная зависит направление наклона зависимости.

Рисунок 1 – Зависимости токов i1(t)=f[i2(t)] для исправного двигателя и при различных видах дефектов

Список использованной литературы

1. В. С Петухов, В. А. Соколов Диагностика состояния электродвигателей Метод спектрального анализа потребляемого тока. «Новости электротехники», № 31 2005 г. Стр. 50-52.
2. T. Assaf, H. Henao, G.-A. Capolino, A spectral method for on-line computation of the harmonics of symmetrical components in induction machines. International conference on electrical machines (ICEM-2002), Old St. Jan Conference Center, Brugge, Belgium, Conference Record.
3. В. С Петухов Диагностика электродвигателей. Спектральный анализ модулей векторов Парка напряжения и тока http://mcsa.electrik.org.
4. W. T. Thomson : "A Review of On-Line Condition Monitoring Techniques for Three- Phase Squirrel-Cage Induction Motors -Past Present and Future" Keynote address at IEEE Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drives, Gijon, Spain, Sept. 1999 pp 3-18.
5. Захарченко П.І., Сивокобиленко В.Ф., Полковніченко Д.В., Чекавський Г.С. Контроль справності обмоток короткозамкнених асинхронних електродвигунів // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – Кременчук: КДПУ, 2005. – Вип. 4/2005 (33). – С.89-92.