Спосіб діагностики стану короткозамкнених стержнів обмоток ротора електричних машин

Реферат: Спосіб діагностики стану короткозамкнених стержнів обмоток ротора електричних машин здійснюють за допомогою датчиків магнітного поля, які встановлюють у торцевій зоні статора поблизу ротора в двох і більше перетинах по колу з обох сторін осердя. За допомогою цих датчиків вимірюють магнітну індукцію, розкладають її в ряд Фур'є і за зміною коефіцієнтів розкладу визначають стан обмотки ротора. UA 73157 U (12) UA 73157 U UA 73157 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонований спосіб належить до силового енергетичного обладнання, зокрема електричних машин змінного струму (турбо- і гідрогенератори, асинхронні генератори й електродвигуни), що мають короткозамкнену обмотку ротора, і може використовуватись для діагностування технічного стану таких обмоток у процесі експлуатації. Існуючі методи оцінки технічного стану короткозамкнених обмоток ротора в процесі експлуатації основані на показниках вібродіагностики, що ускладнює виявлення дефектів на ранній стадії їхнього розвитку, а також ідентифікування місця й величини дефекту, тому, що вібродіагностика характеризує загальний стан обертового комплексу [1]. Як аналог можна розглянути спосіб контролю справності стержнів короткозамкненої обмотки ротора асинхронного двигуна [2]. Принцип такого контролю полягає в тому, що реєструються миттєві значення струмів двох фаз статора в сталому режимі й порівнюють значення двох фаз. При наявності дефекту в короткозамкненій обмотці ротора асинхронного двигуна спостерігається розмитість фазової діаграми, за якою судять про наявність дефекту. Недоліком цього способу є те, що він дає лише якісну картину, яка свідчить про наявність або відсутність дефекту в стержнях короткозамкненого ротора електродвигуна. Як найближчий аналог приймається спосіб діагностики виткових замикань [3] у турбогенераторі, у якому датчики магнітного поля встановлюються в повітряному зазорі, вимірюються радіальні чи тангенціальні складові індукції магнітного поля і за аналізом вищих гармонік ряду визначається стан обмотки збудження. Використання цього способу в гідрогенераторах при встановленні датчиків безпосередньо в зазорі має свої недоліки, пов'язані зі змінною величиною повітряного зазору між полюсами ротора і статором, що передбачено технічною документацією. Для малих зазорів, які мають місце в гідрогенераторах і асинхронних двигунах, реалізація даного способу ще більше ускладнюється. Складним є пристрій, який реалізує даний спосіб. Крім того, всі відомі способи на основі спектрального аналізу [3, 4, 5] визначають виткове замикання обмоток ротора машин, в яких протікає струм. В демпферних системах синхронних машин в сталих режимах струм відсутній, і тому дані способи не придатні для реалізації. Задачею корисної моделі є створення способу діагностики стану обмоток ротора електричних машин шляхом установки датчиків магнітного поля на активному залізі статора, за показниками яких забезпечується безперервний контроль за станом короткозамкнених обмоток ротора електричних машин, що дає новий технічний результат і підвищення надійності і безпеки роботи електричних машин. Поставлена задача вирішується тим, що у торцевій зоні статора поблизу ротора в двох і більше перетинах по колу встановлюють датчики магнітного поля, вимірюють і реєструють в сталих і перехідних режимах миттєві значення складових індукції магнітного поля і за зміною коефіцієнтів розкладу в ряд та огинаючої магнітної індукції при перехідному процесі визначають стан обмотки. Цей спосіб дозволяє оцінювати навіть незначне пошкодження одного зі стержнів обмотки ротора в процесі експлуатації й не допускати лавинного розвитку їх пошкодження, яке веде до аварійної зупинки електричних машин. Установка датчиків із двох сторін машини дозволяє більш точно визначати пошкодження стержнів у місцях пайки їх до короткозамкнених кілець, розташованих із двох сторін машин, установка більше одного датчика дозволяє підвищити точність діагностування шляхом усереднення діагностичних параметрів за показниками датчиків. Вимірюється аксіальна, тангенціальна чи радіальна складові поля, витисненого з повітряного зазору. Алгоритм обчислення постійної розкладу в ряд і огинаючої за показаннями датчиків і порівняння їх значень із результатом моделювання діагностуючих несправностей досить простий, а параметри чутливі до незначних пошкоджень. Для асинхронних машин діагностика здійснюється як у сталих, так і перехідних режимах, у синхронних (турбо- і гідрогенераторах) - у перехідних режимах, коли в стержнях протікають струми. На основі сказаного вище можна зробити висновок про те, що істотні ознаки, які приведено у формулі корисної моделі, є необхідними й достатніми для досягнення нового технічного результату - підвищення надійності й безпеки електричних машин шляхом регулярного контролю параметрів індукції магнітного поля в стаціонарних і перехідних режимах. На кресленні показано один із прикладів розташування датчиків магнітної індукції в гідрогенераторі, де у корпусі статора (1) на поверхні його шихтованого заліза (2) розташовано датчики магнітного поля (3). Запропонований спосіб ґрунтується на тому, що під навантаженням у повітряному зазорі синхронних і асинхронних машинах існують електромагнітні поля, які змінюються при наявності дефектів (обривів) стержнів у короткозамкненій обмотці ротора: у синхронних - у перехідних режимах, в асинхронних - як в перехідних, так і в сталих режимах. 1 UA 73157 U 5 10 Зміна магнітного поля фіксується датчиками магнітного поля, які встановлено на торці осердя статора. За результатами вимірювань проводиться розклад в ряд Фур'є, будується експонента зміни кривої магнітної індукції в перехідному режимі. Параметри огинаючої індукції магнітного поля при зміні струмів обмоток і магнітного поля в повітряному зазорі при перехідному режимі й постійна розкладання в ряд індукції магнітного поля являються діагностичними параметрами наявності пошкоджень. Результати досліджень даного способу, проведених на асинхронному двигуні, наведено в таблиці. Параметр, що характеризує темп спаду кривої індукції, для першого варіанта при установці датчика на торці дорівнює 13,62, для четвертого - 10,45. Дефекти моделювалися з однієї сторони машини. Таблиця Постійна розкладу в ряд складової індукції магнітного поля Ступінь пошкодження 1. 2. 3. 4. 15 20 25 30 Умовно справна машина. 1 Ушкодження А товщини стержня Обрив 1-го стержня Обрив 3-ох стержнів Датчик у зазорі Стаціонарний Перехідний режим процес 1,24 Датчик на торці Стаціонарний Перехідний режим процес 2,5 0,39 0,8 8,8 34,22 32,6 47,56 9,5 16,4 3,13 Дані експериментальних досліджень підтверджують високу чутливість запропонованих діагностичних параметрів для датчиків, які встановлено і в зазорі, і на торці машини, у т.ч. для незначного пошкодження стержня. У результаті установки датчиків магнітного поля в торцевій зоні на активному залізі статора електричних машин і використання запропонованих діагностичних параметрів спрощується застосування способу на практиці, досягається підвищення точності й вірогідності діагностики стану короткозамкнених обмоток ротора, внаслідок чого виключається поява лавиноподібних пошкоджень, що викликають аварійну зупинку електричних машин. Отже, підвищується надійність і безпека роботи електричних машин. Джерела інформації:: 1. Техническая эксплуатация электрических станций и сетей. Правила. - К., 2003.-630 С. 2. Патент 15261 від 15.06.2006 р. Сивокобиленко В.Ф., Полковніченко Д.В. "Спосіб контролю справності стрижнів короткозамкненої обмотки ротора асинхронного двигуна". 3. Патент 5510 від 28.12.1994 р., Конарєв О.П., Кузьмін В.В., Ліцов В.І., Шофул А.К. "Пристрій для контролю виткових замикань в обмотці ротора електричної машини". 4. Патент 2192649 от 10.11.2002 г. Ройтгарц М.Б. "Способ диагностики и контроля витковых замыканий в роторе синхронной машины". 5. Алексеев А.Е., Костенко М.П. Турбогенераторы, ГЭИ. - М.- Л., 1939. - С. 201. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб діагностики стану короткозамкнених стержнів обмоток ротора електричних машин, який полягає у тому, що на статорі встановлюють датчики магнітного поля, вимірюють магнітну індукцію, розкладають її в ряд Фур'є, і за зміною коефіцієнтів розкладу визначають стан обмотки ротора, який відрізняється тим, що датчики магнітного поля встановлюють у торцевій зоні статора поблизу ротора в двох і більше перетинах по колу з обох сторін осердя, вимірюють і реєструють в сталих і перехідних режимах миттєві значення складових індукції магнітного поля і за зміною коефіцієнтів розкладу в ряд та огинаючої магнітної індукції при перехідному процесі визначають стан обмотки. 2 UA 73157 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3