Экспериментальная проверка метода диагностики асинхронных двигателей по анализа спектра мгновенной мощности трех фаз
УДК 621.313
А.П. Калинов, к.н.т., доц., Д. Г. Мамчур, ас.
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского
ул. Первомайская, 20, 39600, г. Кременчуг, Украина
E-mail: [email protected]
Проведена экспериментальная проверка метода диагностики асинхронных двигателей малой мощности с ана-
лизу спектра потребляемой мощности трех фаз.
Ключевые слова: диагностика, асинхронный двигатель, спектральный состав сигнала.
Введение. Диагностика дефектов асинхронных дви-
гуннов (АД) является чрезвычайно важной и актуальной по-
дачей [1]. Сейчас активно развиваются
методы диагностики АД непосредственно в производственном
почему процессе. Однако большинство из них разработаны для
машин большой мощности, требуют ис-
ния дополнительного оборудования, и их невозможно или
экономически невыгодно применять для диагностики-
ки машин средней и малой мощности. Поэтому на
Сейчас актуален вопрос создания и
внедрение методов диагностики АД средней и
малой мощности.
Анализ предыдущих исследований. Сейчас мо-
мент с целью диагностики АД средней и малой по-
мощности активно развиваются методы, основанные
на анализе спектра сигнала потребляемой мощности
[1]. Однако данные методы не учитывают влияния сети
питания на рассматриваемый сигнал и могут оказывать
ложный результат. Избежать подобных ошибок
позволяет анализ сигнала мощности [1]. В работе [1]
предложен метод диагностики АД на основе ана-
лиза потребляемой мощности трех фаз, а в работе [2]
- Метод отделения влияния на сигнал мощности
некачественных параметров сети.
Цель работы. Экспериментальная проверка ме-
Тодуа диагностики АД на основе анализа сигнала по-
мощности трех фаз.
Материал и результаты исследования. В качестве
исследуемого
использовался
АД
типа
AO 90 S-4 (1,1 кВт; 1410 об / мин; 2,8 А). Нагрузки-
ния создавалось с помощью двигателя постоянным
ного тока независимого возбуждения, присоединенного
к валу исследуемой машины. Для исследования
витковых замыканий обмотки статора в одной из фаз
сделано отпайки, предоставляющая возможность имитации с-
переключение 2,74%, 10%, 17,6% витков. Для ис-
ния обрывов стержней ротора использованы иден-
тических роторы, в одном из которых высверленное отверстие
для возбуждения контакта стержня с короткозамкне-
им кольцом. Анализ выполнен для работы АД при
номинальной нагрузке. Из полученных графиков
спектра сигнала потребляемой мощности видно, что
отделения влияния несинусоидальности и несимметрии
сети питания на сигналы тока и мощности
позволяет исключить из рассмотрения гармоники, которые вы-
званы некачественными параметров сети питания,
существенно упрощает дальнейший анализ (рис. 1-4).
Анализ экспериментальных данных показал, что ба-
вый вариант АД без повреждений статора и ротора
имеет следующие некачественности:
- Гармоника частоты вращения (24,8 Гц для данной-
го АД) и кратные ей в спектрах тока и мощности является
признаку не соосности присоединения погрузочные-
ного механизма к валу двигателя (рис. 1, 2);
- Гармоника двойной частоты сети питания
(100 Гц) в диапазоне суммарной мощности трех фаз
свидетельствует об исходной несимметрии машины, а она не-
значительная величина подтверждает достаточно хороший тех-
ночной состояние машины (рис. 2);
- Гармоника шестикратной частоты сети жил-
ления свидетельствует о нелинейности машины и влияние
кривой намагничивания (рис. 2);
- Гармоника четырехкратной частоты сети жил-
ления в сигнале мощности объясняется наличием
одновременно нелинейности и несимметрии машины и
появляется в спектре в результате перемножения ви-
дповидних гармоник тока и мощности (рис. 2).
Размер всех рассмотренных гармоник для базово-
го варианта АД не является существенным и не превышает 2% от
номинального значения мощности, что свидетельствует о
достаточно хороший техническое состояние машины.
Анализ данных работы АД с обрывом одного стри-
жня ротора позволяет сделать следующие выводы. В
спектрах тока появляются гармоники частот:
(
)
ns
2
1
f
f
n
bb
±
=
,
где
n
f - частота сети, s - скольжение,
n = 1, 2, ....
После отделения влияния некачественных параметрами
ров сети питания в спектрах тока данные гармо-
ники более явно выражены (рис. 3). В спектрах пота-
сти, кроме боковых частот основной гармоники,
появляется гармоника с частотой модуляции (рис. 4),
которая является дополнительным критерием, позволяющим повысить
достоверность и точность диагностики.
При развитии витковых замыканий, как и за налично-
сти несимметрии обмоток статора, значительно пидвищуеть-
ся амплитуда основной гармоники мощности
(100 Гц) (рис. 2, 4). Разделение этих дефектов можно
выполнить при расчете коэффициента мощности
φ
cos, поскольку при наличии витковых замыканий, на
отличие от несимметрии обмоток статора, уменьшается-
ся угол сдвига фазы тока и напряжения, то есть увеличивать
ется значение данного показателя.
Выводы. Экспериментальная проверка метода
диагностики АД на основе анализа спектра мгновенной
мощности трех фаз показала возможность хороших
результатов работы метода при диагностике витковых
замыканий обмоток статора и обрывов стержней рото-
ра. Устранение влияния некачественных параметров сети
питания упрощает процедуру диагностики и под-
превышает достоверность получаемого результата.
| Page 2 |
ПРОБЛЕМЫ АВАРИЙНОСТИ И ДИАГНОСТИКА В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ
Проблемы энергоресурсосбережения в электротехнических системах.
Наука, образование и практика № 1/2011 (1)
a)
б)
Рисунок 1 - Спектры тока неповрежденного АД: базовый сигнал (а)
и сигнал после устранения влияния некачественных параметров сети (б)
a)
б)
Рисунок 2 - Спектр мощности трех фаз неповрежденного АД: базовый сигнал (а)
и сигнал после устранения влияния некачественных параметров сети (б)
a)
б)
Рисунок 3 - Спектры тока АД с обрывом одного стержня ротора базовый сигнал (а)
и сигнал после устранения влияния некачественных параметров сети (б)
a)
б)
Рисунок 4 - Спектр мощности трех фаз АД с обрывом одного стержня ротора базовый сигнал (а)
и сигнал после устранения влияния некачественных параметров сети (б)
ЛИТЕРАТУРА
1. D.Mamchur, A.Kalinov Diagnostics of Asynchro-
nous Motors Based on Spectra Analysis of Power Con-
sumption / / Proc. XI International Ph Workshop
OWD'2009, Poland, Gliwice, 2009, pp. 434-439.
2. Мамчур Д.Г. Устранение влияния параметров
питающей сети на результаты диагностики Асы-
хронных
двигателей
/ /
Вестник
КГУ
им. М. Остроградского.
Научные
труда
КГУ.
- Вып. 3/2010 (62), ч.1 - Кременчуг: КГУ им. М.
Остроградского, 2010. - С. 139-145.