Спосіб діагностування електродвигуна

Реферат: Спосіб діагностування електродвигуна шляхом запису значень спожитого струму електродвигуном, виконаних за допомогою датчиків струму та напруги, під'єднаних до електромережі, з подальшим перетворенням, за допомогою аналого-цифрового перетворювача, отриманого сигналу із аналогової форми у цифрову, і формування за допомогою швидкого перетворення Фур'є спектрів струму та напруги, проведення аналізу отриманих спектрів струму та напруги, при якому по співпаданню всіх ліній в спектрах струму та напруги роблять висновок про справність електродвигуна, а при виявленні ліній, які присутні в спектрі струму і відсутні в спектрі напруги, про можливу несправність електродвигуна. Електродвигун під'єднують до електромережі і визначають еталонну спектральну характеристику двигуна шляхом визначення частот із максимальними значеннями амплітуд спектрального шуму електромережі та занесенням їх до бази даних, яку зберігають на накопичувачі даних, а також, протягом 10-15 хвилин, визначають величину розкиду частот із максимальними значеннями амплітуд шляхом запису всіх можливих відхилень значень амплітуд від еталонної та діленням на загальну кількість цих відхилень, після чого електродвигун вмикають в промислову мережу та в інтервалі від 1 до 2 с зчитують з бази даних еталонну спектральну характеристику та порівнюють її з поточною спектральною характеристикою спектрального шуму мережі із врахуванням величини розкиду, у випадку неспівпадань еталонних спектральних характеристик та проміжних на частотах відповідних виникненню дефектів, визначають можливу несправність, вимикають двигун і виконують діагностично-профілактичні роботи. UA 81128 U (54) СПОСІБ ДІАГНОСТУВАННЯ ЕЛЕКТРОДВИГУНА UA 81128 U UA 81128 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Областю використання корисної моделі є промислове обладнання гірничо-збагачувальних фабрик (компресорів, дробилок, млинів, сепараторів, класифікаторів, гідроциклонів тощо) з метою виявлення можливих дефектів, для зниження затрат на ремонт та підвищення надійності роботи електрообладнання. Відомий спосіб проведення діагнозу та прогнозу технічного стану електродвигунів змінного струму та пов'язаних з ним механічних пристроїв, а також прийняття управлінських рішень [патент США № 6275765, 14.08.2001], згідно з яким у основі системи є система підтримки прийняття рішень, до структури якої входить: контрольно-управляючий блок, блок пам'яті, логічна схема виводу, яка слідкує за зміною поточного стану досліджуваного двигуна. Недоліками даного способу є неможливість діагностування декількох електродвигунів віддалених один від одного. Спосіб діагностування електродвигуна шляхом запису значень спожитого струму електродвигуном, виконаних за допомогою датчиків струму та напруги, під'єднаних до електромережі, з подальшим перетворенням, за допомогою аналого-цифрового перетворювача, отриманого сигналу із аналогової форми у цифрову, і формування за допомогою швидкого перетворення Фур'є спектрів струму та напруги, після чого проводять аналіз отриманих спектрів струму та напруги, при якому по співпаданню всіх ліній в спектрах струму та напруги роблять висновок про справність електродвигуна, а при виявленні ліній, які присутні в спектрі струму і відсутні в спектрі напруг, - про можливу несправність електродвигуна [Патент № 2339049 (2008.11.20) Спосіб діагностики електродвигуна змінного струму та пов'язаних з ним механічних пристроїв]. Відомий спосіб передбачає запис у трьох фазах залежностей від часу напруги та струму, спожитих електродвигуном, виконувану за допомогою датчиків струму та напруги, які мають лінійну амплітудно-частотну характеристику з допустимими відхиленнями від лінійності не більше ±3 дБ. Частоти сигналу перетворюють за допомогою аналого-цифрового перетворювача з аналогової форми у цифрову та формують спектри модуля струму, після чого виконують спектральний аналіз отриманих спектрів струмів, при якому по збігу всіх ліній в спектрах модуля вектора парку струму і напруги роблять висновок про відповідність спектра струму живлячої напруги в електричному ланцюзі електродвигуна, а при виявленні ліній, присутніх в спектрі модуля вектора парку струму і відсутніх в спектрі модуля вектора парку напруги - про несправності у роботі електродвигуна. Недоліками відомого способу є неможливість діагностування електрообладнання у випадку знаходження його у важкодоступному місці, тому що даний спосіб передбачає безпосереднє під'єднання датчиків електричного струму до клем обладнання та накопичення великих баз даних, та неможливість одночасного діагностування декількох одиниць електрообладнання, тому що даний спосіб передбачає діагностування лише одного об'єкта. Також, даний спосіб не враховує фізико-конструктивні особливості електрообладнання. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу діагностування електродвигуна за рахунок аналізу спектрального шуму, що утворює обладнання у електромережі, у процесі своєї роботи, через фіксовані інтервали часу, що дозволяє без посереднього під'єднання до електрообладнання його ідентифікувати та визначити можливість виникнення дефекту з метою зниження затрат на ремонт та підвищення надійності роботи електрообладнання. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що при діагностуванні електродвигуна необхідно ідентифікувати його у електромережі, шляхом визначення основних частот, які є максимальними значеннями отриманого спектрального шуму цього обладнання, і якщо обладнання використовується у електромережі вперше, знайдені основні частоти вибрати за еталон роботи електрообладнання у справному стані, і протягом 10-15 хвилин визначають величину розкиду частот із максимальними значеннями амплітуд, шляхом запису всіх можливих відхилень значень амплітуд від еталонної та діленням на загальну кількість цих відхилень, при цьому на основі отриманих неспівпадань основних частот, вибраних за еталон та основних частот, які знаходяться через фіксовані проміжки часу роблять висновок про можливу наявність дефектів у електродвигуні. Згідно з корисною моделлю, при діагностуванні обладнання електродвигун під'єднують до електромережі і визначають еталонну спектральну характеристику двигуна шляхом визначення частот із максимальними значеннями амплітуд спектрального шуму електромережі та занесенням їх до бази даних, яку зберігають на накопичувачі даних, а також протягом 10-15 хвилин визначають величину розкиду частот із максимальними значеннями амплітуд шляхом запису всіх можливих відхилень значень амплітуд від еталонної та діленням на загальну кількість цих відхилень, після чого електродвигун вмикають в промислову мережу та в інтервалі 1 UA 81128 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 від 1 до 2 с зчитують з бази даних еталонну спектральну характеристику та порівнюють її з поточною спектральною характеристикою спектрального шуму мережі із врахуванням величини розкиду, у випадку неспівпадань еталонних спектральних характеристик та проміжних на частотах відповідних виникненню дефектів, визначають можливу несправність, вимикають двигун і виконують діагностично-профілактичні роботи. Заявлена корисна модель ілюструється схемами, де на фіг. 1 представлено приклад спектральної характеристики асинхронного електродвигуна змінного трифазного струму потужністю 2 кВт, де під вказівником 1 та 2 позначено максимальні значення амплітуд, які береться за еталон роботи обладнання у справному стані; на фіг. 2 представлено приклад спектральної характеристики асинхронного електродвигуна змінного трьохфазного струму потужністю 1 кВт, де під вказівником 4, 5 та 6 позначено максимальні значення амплітуд, які беруться за еталон роботи обладнання у справному стані, а під вказівником 3 амплітуда споживаючої мережі; на фіг. 3 представлено приклад спектральної характеристики двигуна змінного трьохфазного струму потужністю 1 кВт, із дефектом замикання ротора об статор, де під вказівником 8, 9 та 10 позначено проміжні максимальні значення амплітуд, під вказівником 7 - амплітуда споживаючої мережі, а під вказівником 11 - амплітуда, яка відповідає дефекту. Спосіб реалізується наступним чином: Електрообладнання (електродвигуни, гідроциклони, млини, насоси) під'єднується до електромережі з деякою напругою (U) та силою струму (І). Для визначення спектрального шуму, яке утворює електрообладнання у електромережі необхідно на кожну фазу (клему) під'єднати аналого-цифровий перетворювач (АЦП), де оптимальна частота дискретизації АЦП становить 44.1 kHz, інтервал зняття спектральних характеристик 1-2 с, та використовуючи метод швидкого перетворення Фур'є, отримати спектральний шум електромережі. Максимальні значення амплітуд спектрального шуму електромережі mахА (n) є основними частотами електрообладнання (див. фіг. 1 вказівник 1, 2), n - кількість максимальних значень амплітуд, вибраних за основні частоти. Якщо дане електрообладнання використовується вперше то необхідно його основні частоти обрати за еталонні при роботі у справному стані: Іет(n)=mахАn (1) Після визначення еталонної спектральної характеристики, протягом 10-15 хв. визначають величину розкиду (h) основних частот, шляхом запису значень амплітуд та діленням їх на кількість записаних значень (р). У процесі роботи можна ідентифікувати (визначити присутність) електрообладнання у електромережі, внаслідок визначення поточного спектрального шуму, визначення його основних частот (In(t)), та порівняння їх з еталонними: Iеm(n)=IП(n)±h, (2) де Iп(t) - основні частоти, зняті через фіксовані інтервали часу. У випадку діагностування декількох одиниць електрообладнання (до 5 одиниць) спочатку окремо один від одного під'єднують кожне електрообладнання до електромережі та знаходять основні частоти які вибирають за еталонні: Iemі(n)=max Аn (3) Потім, підключають все обладнання разом до електромережі та внаслідок визначення поточного спектрального шуму та визначення його основних частот (I п(t)), можна ідентифікувати у електромережі кожне обладнання шляхом порівняння І п(t), їх з еталонними значеннями: Iеmi(n)=IП(n)±h, (4) Для визначення дефекту замикання ротора об статор необхідно перевірити підвищення значення амплітуди на частоті: f (5) f  r h 2 Для визначення дефекту міжвиткових замикань необхідно перевірити підвищення значення амплітуди на частоті: f=fsk±h (6) Для визначення дефекту не співвісності валів та механічного навантаження необхідно перевірити підвищення значення амплітуди на частоті: f=frk±h (7) Де fs - частота напруги живлення, fr - частота обертання ротора, k - коефіцієнти (1,2,3,4,5), h - величина розкиду основних частот. Приклад 1. Визначення замикання ротора об статор у двигуна потужністю 1 кВт та частотою обертання ротора 800 об/хв. АЧХ роботи двигуна у справному стані представлено фіг. 2, де під 2 UA 81128 U 5 10 вказівником 3 позначено значення амплітуди споживаючої мережі. Значення амплітуд, які вибрано як еталонні, знаходяться на частотах 53 Hz, 101 Hz, 124 Hz відповідно (див. фіг. 2, вказівники 4, 5, 6 відповідно). Середня величина розкиду значень амплітуд склала h=3 Hz. Під'єднаємо до мережі електродвигун тієї марки та потужності, що і справний, але вже з відомим дефектом замикання ротора об статор. АЧХ роботи двигуна з дефектом представлено фіг. 3, де під вказівником 7 позначено значення амплітуди споживаючої мережі. Значення проміжних максимальних амплітуд знаходяться на частотах 54 Hz, 100 Hz, 122 Hz (див. фіг. 3 вказівники 8, 9, 10) відповідно. У порівнянні еталонної спектральної характеристики двигуна із отриманою (проміжної) на частоті 403 Hz, з'явилася амплітуда -58dB, що відповідає дефекту замикання ротора об статор. Отже, в результаті моніторингу роботи електродвигуна виявлено дефект. Використання способу діагностування електродвигуна дозволяє діагностувати та підвищити надійність роботи електрообладнання, що у свою чергу дозволяє зменшити витрати на ремонт обладнання та простої виробництва. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 Спосіб діагностування електродвигуна шляхом запису значень спожитого струму електродвигуном, виконаних за допомогою датчиків струму та напруги, під'єднаних до електромережі, з подальшим перетворенням, за допомогою аналого-цифрового перетворювача, отриманого сигналу із аналогової форми у цифрову, і формування за допомогою швидкого перетворення Фур'є спектрів струму та напруги, проведення аналізу отриманих спектрів струму та напруги, при якому по співпаданню всіх ліній в спектрах струму та напруги роблять висновок про справність електродвигуна, а при виявленні ліній, які присутні в спектрі струму і відсутні в спектрі напруги, про можливу несправність електродвигуна, який відрізняється тим, що електродвигун під'єднують до електромережі і визначають еталонну спектральну характеристику двигуна шляхом визначення частот із максимальними значеннями амплітуд спектрального шуму електромережі та занесенням їх до бази даних, яку зберігають на накопичувачі даних, а також, протягом 10-15 хвилин, визначають величину розкиду частот із максимальними значеннями амплітуд шляхом запису всіх можливих відхилень значень амплітуд від еталонної та діленням на загальну кількість цих відхилень, після чого електродвигун вмикають в промислову мережу та в інтервалі від 1 до 2 с зчитують з бази даних еталонну спектральну характеристику та порівнюють її з поточною спектральною характеристикою спектрального шуму мережі із врахуванням величини розкиду, у випадку неспівпадань еталонних спектральних характеристик та проміжних на частотах відповідних виникненню дефектів, визначають можливу несправність, вимикають двигун і виконують діагностично-профілактичні роботи. 3 UA 81128 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 4