Диагностика асинхронных двигателей на основе спектрального анализа тока статора
Авторы: 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:
- повреждения ротора двигателя (обрыв стержней, ослабление крепления стержней к контактным кольцам, скрытые дефекты литья). Этот вид неисправности обнаруживается по наличию двух симметричных относительно частоты питающей сети пиков в спектре тока;
- несоосность валов двигателя и механической нагрузки. Этот вид неисправности определяется по частотам, кратным частоте вращения ротора;
- дефекты ременной передачи вентилятора. Этот вид неисправности определяется по частотам, кратным частоте биений ремня, определяемой длиной последнего и диаметрами.
Аналогичным образом определяется и наличие других дефектов.
При проведении измерений формируется база данных, позволяю- щая отслеживать динамику развития износа электродвигателя во вре- мени, что дает возможность корректировать графики ремонта обо- рудования.
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 гармони- ческих 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 клемм- ной коробке электродвигателя (без какого-либо нарушения режима его работы), так и в электрощите питания или управления.
Проведение мониторинга асинхронных электродвигателей позво- лит 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.
Список использованной литературы
1. 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.
2. W T Thomson and D Rankin: "Case Histories of Rotor Winding Fault
Diagnosis in Induction Motors", 21"1 Int Conf Proc on Condition
Monitoring, University College Swansea, March 1987
3. William T.Thomson, Mark Fenger “Development of a tool to detect
faults in induction motors via current signature analysis” IEEE Industry
Application Magazine July/August 2001.
4. Nesimi Ertugrul. LabVIEW for Electric Circuits, Machines, Drives,
and Laboratories. National Instruments Corporation, 2002.