Автор: Полковниченко Д.В., Ясинский А.В.
Источник: Электротехника и электромеханика – 2011 / Материалы Всеукраинской научно-технической конференции студентов – Донецк, ДонНТУ – 2012
Асинхронные двигатели переменного тока благодаря своей простоте производства и эксплуатации являются в настоящее время наиболее распространенными потребителями электроэнергии. Неожиданный выход двигателя из строя может привести к простоям производства и аварийным ситуациям, а также к затратам на восстановление используемого или даже приобретение нового оборудования. В связи с этим очевидна потребность в диагностике двигателей и своевременном обнаружении их дефектов.
Методы диагностирования асинхронных двигателей можно разделить на две группы: контактные и бесконтактные. Самым распространенным методом диагностики в настоящее время является вибродиагностика, которая относится к контактным методам. Этот метод основан на измерении и анализе вибраций корпуса двигателя. Перечень наиболее распространенных групп методов диагностики приведен ниже в порядке уменьшения эффективности [1]:
1.Спектральный анализ вибрации
2.Спектральный анализ низкочастотных колебаний мощности вибрации
3.Диагностика асинхронных двигателей по среднеквадратичному значению вибросигнала
4.Оценка специальных диагностических параметров (пик-фактор, резкость, относительная величина ударных импульсов)
5.Вейвлет-анализ
6.Вибродиагностика асинхронных двигателей с помощью фазовых портретов (траекторий колебаний)
7.Кепстральный анализ
8.Ультразвуковая дефектоскопия и акустическая диагностика
9.Статистические методы обработки сигналов вибрации
10.Диагностика на основе нейронных сетей
Несмотря на развитость технических средств измерения вибраций и методов их анализа, вибродиагностика имеет ряд недостатков, обусловленных контактным способом крепления датчиков к объекту и необходимостью остановки электродвигателя. В связи с этим возникает необходимость в развитии бесконтактных методов диагностики асинхронных электродвигателей. Рассмотрим некоторые из таких методов.
Диагностика асинхронных двигателей на основе спектрального анализа тока статора производится с помощью диагностического комплекса, в основе работы которого лежит физический принцип, 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 [2]. 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.
Диагностирование эксцентриситета ротора асинхронных двигателей по гармоническому составу тока статора позволяет оценивать предельные параметры эксцентриситета ротора в работающем электродвигателе. Этот способ автоматического контроля основан на сравнении гармоник тока статора, полученных в результате спектрального анализа, с заданными значениями гармоник тока на характерных частотах [3]. Данный способ контроля позволяет повысить надежность и селективность распознавания эксцентриситета на ранней стадии его развития. 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 [4].
Работоспособность асинхронных двигателей можно определять по их функциональному состоянию, которое можно представить тремя вариантами – двумя функциональными (номинальным и неноминальным) и одним нефункциональным – и охарактеризовать с помощью таких показателей, как полезная мощность на валу электродвигателя и быстрота износа обмотки статора [5].
Метод диагностирования обмоток статора и ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по данным контроля мгновенных значений фазных токов и напряжений в рабочих режимах использует комплексный критерий исправности, основанный на использовании симметричных составляющих тока статора и угла наклона механической характеристики асинхронного двигателя в области рабочих скольжений [6].