Васильева Ю. З., Полищук В. И. Диагностика повреждения короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Москва, январь 2015 г.). — М.: Буки-Веди, 2015. С. 50-53. URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/124/6888/ (дата обращения: 27.06.2018).
Введение. При эксплуатации асинхронных двигателей (АД) повреждения в обмотке ротора (беличьей клетке) является довольно распространенным дефектом, до 10 % от всех повреждений в зависимости от мощности и типа машины [1]. Диагностировать механические повреждения в короткозамкнутой обмотке ротора АД крайне сложно ввиду отсутствия источников информации об электрических параметрах в обмотке ротора. Основным направлением исследований по диагностике таких повреждений считается частотный анализ статорных токов и напряжений [2], поскольку, любые повреждения в цепях ротора искажают магнитное поле АД, и, следовательно, в статорных токах и напряжениях должны проявляться искажения в зависимости от конкретного вида дефекта, произошедшего в роторных цепях.
Спецификой работы АД является переменная скорость вращения ротора в зависимости от нагрузки на валу, а, следовательно, и поврежденный дефект обмотки ротора наводит искажение в форме тока статора с непостоянной периодичностью [3]. Использование спектрального анализа оправдывается для стационарных сигналов, которые имеют периодический характер. Наличие нестабильности спектра Фурье при разложении статорного тока не даст однозначной трактовки технического состояния «беличьей клетки». Перспективным может быть направление декомпозиции токов статора на основе вейвлет-разложения [4].
Постановка задачи. На основе экспериментально снятых данных исследовать возможность применения вейвлет-преобразования для выявления диагностического признака механического повреждения короткозамкнутой обмотки АД.
Экспериментальные данные и их обработка. На рис.1 приведены осциллограммы токов фаз АД при наличии трещины в стержне обмотки ротора.
Рис. 1. Осциллограммы токов фаз АД при наличии трещины в стержне обмотки ротора
Сигналы фазных токов снимались с помощью гальванически развязанных датчиков тока и через плату ввода сигналов с АЦП подавались на компьютер. Затем массивы цифровых значений обрабатывались в программе MATLAB в которой имеются различные вейвлет функции.
Непрерывное прямое вейвлет-преобразование производится на основе выражения:
где 
вейвлет-коэффициенты; а — параметр масштаба; b — параметр времени; 
– базисная функция.
Большие значения а соответствуют низким частотам, а маленькие значения b — высоким [5].
Условие конечности ограничивает набор функций, которые можно использовать в качестве вейвлетов:
В качестве базисных функций могут быть выбраны любые функции, в том числе скачкообразные, импульсные, тригонометрические и т. д. Число вейвлетов, которое используется при разложении определяет уровень декомпозиции сигнала. При анализе экспериментальных данных был использован вейвлет Хаара. Как показал сопоставительный анализ токов фаз статора АД с повреждением и без повреждения существенных различий не выявлено.
В виду того, что искажение передается через магнитное поле, а оно общее для всей машины, то было решено подвергнуть вейвлет-анализу результирующий модуль токов статора определяемый по формуле:
,
где: iA, iB, iC– мгновенные значения токов обмоток статора.
На рис. 2 представлен результирующий модуль токов статора при пуске АД с повреждением рис 2,б и без повреждения рис.2,а. Как видно из рис.1 и рис. 2 искажение вызванное обрывом стержня незначительны в токах фазы и, более информативно проявляет себя в результирующе модуле токов статора.
Используя вейвлет Хаара, результирующий вектор модуля токов статора был разложен на компоненты, а затем восстановлен с помощью процедуры обратного вейвлет-преобразования из коэффициентов декомпозиции соответствующих уровней.
Рис. 2. Результирующий модуль токов статора в режиме пуска АД: а) – без повреждения; б) – при обрыве стержня
На рис. 3 показаны графики пятого составляющего сигнала декомпозиции результирующего модуля токов статора (D5). Во остальных коэффициентах детализации изменения не наблюдались.
Рис. 3. Графики составляющей D5: а) – без повреждения; б) – с обрывом
Компонент D5 реагирует на обрыв стержня ротора и при увеличении количества оборванных стержней амплитуды его пульсаций увеличивается, что служит однозначным диагностическим признаком наличия дефекта.
Выводы.
Использование вейвлет-разложения на компоненты при анализе токов статора для выявления повреждения в обмотке ротора АД более информативно чем спектральный анализ.
Вейвлет-разложение результирующего модуля токов статора является предпочтительным, так как в этом случае информационный признак повреждения проявляется сильнее, чем при вейвлет-разложении токов отдельных фаз.
Литература:
1. Сивокобыленко В. Ф., Костенко В. И. Причины повреждения электродвигателей в пусковых режимах на блочных тепловых электростанциях // Электрические станции. — 1974. — № 1. — С. 33–35.
2. Рогачев В. А. Диагностирование эксцентриситета ротора асинхронных электродвигателей по гармоническому составу тока статора: Дис.... канд. тех. наук.: 05.09.01. –Новочеркасск, 2008. — 173 с.
3. Купцов В. В. Разработка метода диагностирования АД на основе конечно-элементной модели: Дис… канд. техн. наук: 05.09.03. — Магнитогорск, 2010. — 142 с.
4. В. И. Полищук, Глазырин А. С., Глазырина Т. А. Функциональная вейвлет-диагностика состояния обмоток роторов трехфазных электрических машин// Электричество. — 2012. — № 6. — C. 42–45.
5. Дьяконов В. П. Вейвлеты: От теории к практике / В. П. Дьяконов. — М.: Солон-Р, 2002. — 448 с.
Основные термины (генерируются автоматически): результирующий модуль токов статора, повреждение, обмотка ротора, осциллограмма токов фаз, обрыв стержня, наличие трещины, MATLAB, спектральный анализ, магнитное поле, стержень обмотки ротора.
moluch.ru
Асинхронные двигатели в системах электропривода
Схема управления асинхронным двигателем с использованием магнитного пускателя (рисунок 6) включает в себя магнитный пускатель, состоящий из контактора KM и двух встроенных в него тепловых реле защиты KK...
Асинхронные двигатели в системах электропривода
Основным элементом в схеме управления реверсом (рисунок 8) является реверсивный магнитный пускатель, который включает в себя два линейных контактора (KM1 и KM2) и два тепловых реле защиты (KK)...
Изготовление статора трёхфазного асинхронного двигателя
...
Изготовление статора трёхфазного асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции и несложностью обслуживания. Как и любая машина переменного тока, асинхронный двигатель состоит из двух основных частей - ротора и статора. Статором называется неподвижная часть машины...
Импульсные водородные тиратроны
Основные элементы конструкции тиратрона (рис. 2): подогревный оксидный катод, анод и расположенная между ними двойная металлическая перегородка с отверстиями, выполняющая роль управляющей сетки...
Модернизация рыбоочистительной машины РО-1М
Рыбоочиститель РО-1М Очистка рыбы производится путем механического воздействия вращающихся рифленых поверхностей на чешую рыбы. На предприятиях общественного питания для очистки рыбы применяются приспособления РО-1...
Организация и выполнение технического обслуживания и ремонта асинхронного двигателя АИР63А2
Данный двигатель состоит из: Статор -- неподвижная часть электрической машины, взаимодействующая с подвижной частью -- ротором. Ротор -- вращающаяся часть двигателей и рабочих машин, на которой расположены органы...
Пиролиз как термический метод переработки древесины
Экстрактор. Наиболее экономичным и технологически надежным является способ выделения из жижки уксусной кислоты. Извлечение ее растворителем-экстрагентом. Процесс извлечения уксусной кислоты из жижки ведут в экстракторах...
Проектирование сушильного цеха с камерами СПЛК-2
...
Разработка лесосушильного цеха на базе сушильных камер ВК-4
...
Современное помольное оборудование
Измельчение материала в струйной мельнице происходит в размольной камере, в которую подают сжатый воздух или перегретый пар. Мелющий поток через сопла поступает в камеру измельчения, где формирует аэрозоль из твердого измельчаемого вещества...
Технология производства пастеризованного молока
Вначале оценивается качество молока и производится его приемка, в процессе которой молоко перекачивается центробежными насосами 1 из автомолцистерн...
Технология ремонта и обслуживание асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
№ п/п Наименование и содержание работ Оборудование и приспособления Технические требования 1 Наружный осмотр электрической машины, в том числе систем управления, защиты, вентиляции и охлаждения...
Управление асинхронными двигателями
Рис. 3. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором Используя схему асинхронного двигателя (рис. ) рассмотрим запуск в две ступени который проводится с использованием релейно-контакторной аппаратуры...
Центробежные компрессоры
Центробежным называется такой компрессор, сжатие газа на колесе которого осуществляется за счет действия центробежных сил инерции на массы воздуха, увлекаемые во вращательное движение совместно с колесом компрессора...
prod.bobrodobro.ru
Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя. Скольжение. Зависимость частоты тока, индуктивного сопротивления, э.д.с. обмотки ротора и коэффициента мощности от скольжения.
Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя
В основе принципа действия асинхронного двигателя лежит закон электромагнитной индукции.
Неподвижная часть асинхронного двигателя – статор имеет трехфазную обмотку, при включении которой в сеть возникает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения этого поля
n1=f1∙60/p.
Вращающаяся часть двигателя – ротор, который состоит из вала, сердечника и обмотки. Обмотка ротора состоит из стержней, уложенных в пазы сердечника и замкнутых с двух сторон кольцами.
Вращающееся поле статора пересекает проводники (стержни) обмотки ротора и наводит в них э. д. с. Но так как обмотка ротора замкнута, то в стержнях возникают токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает на проводниках обмотки ротора электромагнитные силы Fпр, направление которых определяется по правилу «левой руки». Силы Fпр стремятся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Совокупность сил Fпр, приложенных к отдельным проводникам, создает на роторе электромагнитный момент М, приводящий его во вращение со скоростью n2. Вращение ротора через вал передается исполнительному механизму.
Таким образом, электрическая энергия, поступающая в обмотку статора из сети, преобразуется в механическую.
Направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения ротора, зависит от порядка следования фаз напряжения, подводимого к обмотке статора. При необходимости изменить направление вращения ротора асинхронного двигателя следует поменять местами любую пару проводов, соединяющих обмотку статора с сетью.
Разность скоростей ротора и вращающегося поля статора характеризуется величиной, называемой скольжением,
s=(n1 - n2)/n1,в процентах: s=[(n1 - n2)/n1]∙100.
Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в пределах от 0 до 1. При этом s≈0 соответствует режиму ХХ, когда ротор двигателя не испытывает противодействующих моментов, а s≈1 соответствует режиму КЗ,когда противодействующий момент двигателя превышает вращающий момент и поэтому ротор двигателя неподвижен (n2=0).
Скольжение, при номинальной нагрузке, называется номинальным.Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меняется незначительно (1-6%). Чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение.
Скольжение S характеризует скорость пересечения обмоток ротора вращающимся магнитным полем. С изменением скорости вращения двигателя изменяется скольжение S и соответственно изменяется частота ЭДС и токов в роторе, что видно из уравнения:
f2 = p(no - n)/60 = pno/60 ∙ (no - n)/no = f1 ∙ S.
При пуске двигателя S = 1; f2 = f1, при ХХ: S ≈ 0, f2 ≈ 0.
Наибольшее значение э. д. с. Е2 в обмотке ротора асинхронного двигателя возникает в момент пуска, когда ротор неподвижен (n = 0, S = 1) и магнитный поток пересекает обмотку ротора с максимальной скоростью. Поэтому величина тока ротора, а следовательно, и тока статора в этот момент будет также наибольшей.
Коэффициент мощности асинхронных двигателей в режиме холостого хода обычно не превышает 0,2. При увеличении нагрузки на валу двигателя растет активная составляющая тока I1 и коэффициент мощности возрастает, достигая наибольшего значения (0,80 - 0,90) при нагрузке, близкой к номинальной. Дальнейшее увеличение нагрузки на валу двигателя сопровождается уменьшением cos φ1 что объясняется возрастанием индуктивного сопротивления ротора (x2s) за счет увеличения скольжения, а следовательно, и частоты тока в роторе.
Устройство трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым и фазным роторами. Недостатки электродвигателя с короткозамкнутым ротором и возможности их устранения.
Неподвижная часть машины - статор - состоит из сердечника, обмотки и корпуса (станины). Сердечник статора является частью магнитопровода машины, имеет форму полого цилиндра с равномерно расположенными на внутренней поверхности пазами осевого направления.
Он представляет собой пакет, набранный и спрессованный из отдельных тонких листов электротехнической стали (толщиной 0,5 или 0,35 мм), отштампованных в виде колец с равномерно расположенными вдоль внутренней окружности выступами и впадинами, которые при сборке образуют пазы. Листы до сборки в пакет с обеих сторон покрывают изоляционной пленкой (окалиной или лаком) для уменьшения вихревых токов, возникающих в сердечнике при работе машины, и снижения потерь энергии в ней.
В пазах сердечника размещают трехфазную обмотку, выполненную из изолированного медного (реже алюминиевого) провода.Сердечник статора с обмоткой расположен (обычно запрессован) внутри корпуса, который отливают из чугуна или алюминиевого сплава. К корпусу статора крепятся два литых подшипниковых щита со сквозными центральными отверстиями для подшипников, в которых вращается вал ротора.Концы обмотки статора присоединены к зажимам, расположенным в коробке выводов, укрепленной на корпусе двигателя.
Вращающаяся часть машины - ротор - состоит из сердечника, обмотки и вала. Сердечники статора и ротора разделены небольшим (обычно 0,1...0,4 мм) воздушным зазором.Сердечник ротора 1, являющийся частью магнитопровода, представляет собой спрессованный из отдельных тонких листов электротехнической стали пакет, имеющий форму цилиндра с продольными пазами по наружной поверхности и центральным отверстием для вала.
У двигателей с короткозамкнутым ротором роторная обмотка представляет собой вставленные в пазы сердечника неизолированные медные или алюминиевые стержни, торцы которых с обеих сторон соединены короткозамыкающими кольцами, выполненными обычно из того же материала, что и стержни.
Такую короткозамкнутую обмотку называют также «беличьей клеткой.
Устройство статора асинхронного двигателя с фазным ротором и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Различие между этими электродвигателями заключается в устройстве ротора.
Фазный ротор имеет три фазные обмотки, соединенные между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора, вследствие чего этот двигатель получил также название двигателя с контактными кольцами. Три кольца жестко насажены на вал ротора (через изоляционные прокладки). На кольца накладываются щетки, которые размещены в щеткодержателях, укрепленных на одной из подшипниковых крышек. Щетки, скользящие по поверхности колец ротора, все время имеют с ними хороший электрический контакт и соединены, таким образом, с обмотками ротора. Щетки соединены с трехфазным реостатом.
Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором наряду с простотой конструкции, высокой надежностью в работе, долговечностью, низкой стоимостью и универсальностью, обладает одним существенным недостатком: при его пуске возникает пусковой ток, значение которого в 5-7 раз больше номинального. Большой пусковой ток, на который электрическая сеть обычно не рассчитана, вызывает значительное снижение напряжения, что, в свою очередь, отрицательно влияет на устойчивую работу соседних электроприемников.
Чтобы уменьшить пусковые токи трехфазных асинхронных короткозамкнутых двигателей больших мощностей, их включают с помощью переключателя схем со "звезды" на "треугольник". При этом сначала обмотки двигателя соединяются по схеме "звезда", потом, после того как ротор двигателя наберет номинальную частоту вращения, его обмотки переключаются в схему "треугольник".
Недостатки асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором затруднения в регулировании скорости вращения; низкий cos φ при недогрузка
1.3 Принцип самовозбуждения генераторов постоянного тока. Условия самовозбуждения.
Процесс самовозбуждения протекает следующим образом. Магнитный поток остаточного магнетизма в обмотке вращающегося якоря наводит ЭДС. Эта ЭДС (ЭДС остаточного магнетизма Еост) невелика и составляет 1-3 % номинального напряжения машины. Так как обмотка возбуждения подключена к якорю, то ЭДС Еост создает в ней небольшой ток. Этот ток, протекая по обмотке возбуждения, увеличивает магнитный поток полюсов, который в свою очередь увеличивает ЭДС в якоре. Увеличение ЭДС вызывает повышение тока в обмотке возбуждения, который еще сильнее увеличивает магнитный поток полюсов и ЭДС, наводимую в якоре, что вызывает дальнейшее возрастание тока возбуждения, и т.д.
Самовозбуждение генератора происходит в том случае, если ток Iв, протекающий по обмотке возбуждения, создает магнитный поток, направленный согласно с потоком остаточного магнетизма. При неправильном включении обмотки возбуждения эти потоки будут направлены встречно и самовозбуждения происходить не будет. Тогда для изменения направления тока Iв в обмотке возбуждения следует поменять местами концы подводящих проводников, соединяющих обмотку возбуждения с якорем.
Из изложенного следует, что для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы был остаточный магнитный поток, чтобы сопротивление цепи обмотки возбуждения было меньше критического и чтобы обмотка возбуждения была правильно подсоединена к якорю.
megaobuchalka.ru
