Спосіб діагностики ексцентриситету ротора в асинхронних двигунах

Реферат: Спосіб діагностики ексцентриситету ротора в асинхронних двигунах полягає у під'єднанні до обмоток статора датчиків струмів, вимірюванні миттєвих значень струмів фаз статора, проведенні спектрального аналізу струмів статора та вимірюванні величини амплітуд гармонік, величина яких залежить від ексцентриситету. До обмоток статора під'єднуються датчики напруги, проводиться вимірювання миттєвих значень міжфазних напруг та струмів статора, визначається значення миттєвої активної потужності та проводиться спектральний аналіз і вимірювання амплітуд гармонік миттєвої активної потужності, які відповідають за ексцентриситет ротора асинхронного двигуна. UA 94726 U (54) СПОСІБ ДІАГНОСТИКИ ЕКСЦЕНТРИСИТЕТУ РОТОРА В АСИНХРОННИХ ДВИГУНАХ UA 94726 U UA 94726 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електротехніки, а саме до способів діагностики ротора асинхронних двигунів, і може бути використана на підприємствах гірничодобувної, машинобудівельної та металургійної галузі. Відомий спосіб визначення ексцентриситету [Сурков Д.В., Никиян Η.Γ. "Способ диагностики эксцентриситета по величине потенциала нейтральной точки".: Патент Рос. федерації № 55995, МПК G01R 31/34], за яким для визначення ступеня ексцентриситету обмотки статора з'єднуються за схемою зірки з нульовою точкою, система діагностики містить симетричну зірку резисторів та вольтметр. При цьому симетрична зірка резисторів і трифазна обмотка статора підключені до одного і того ж джерела трифазного напруги, а вольтметр підключений до нульових точок симетричною зірки резисторів і трифазної обмотки статора. За допомогою вольтметра проводиться вимірювання потенціалу нульової точки, який є прямо пропорційним ступеню ексцентриситету. Ознаки спільні зі способом що заявляється: використання електричних параметрів асинхронного двигуна (АД) для виявлення ексцентриситету ротора АД. Недоліки наведеного способу визначення ексцентриситету: необхідність доступу до нульової точки обмоток асинхронного двигуна, що є не завжди можливим, вплив на результати діагностики не симетрії напруги живлення та несиметричність обмоток статора. Як прототип способу, що заявляється, вибраний спосіб діагностики відносного ексцентриситету за допомогою спектрального аналізу струмів статора [Нафтулін I.B. "Спектральний аналіз струмів статора асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором": автореферат. - Донецьк, 2008]. Спосіб полягає у вимірюванні миттєвих значень струму статора, та проведенні спектрального аналізу цих струмів, вимірюванні амплітуд гармонік які утворюються в наслідок ексцентриситету. Ознаки спільні зі способом що заявляється: використання принципу проведення спектрального аналізу електричних сигналів асинхронного двигуна, виявлення ексцентриситету на основі вимірювання амплітуд гармонік, які відповідають за ексцентриситет. Недоліки прототипу при проведенні діагностики даним методом частоти гармонік від інших пошкоджень асинхронного двигуна можуть співпадати або бути близькими до значень частот гармонік утворені ексцентриситетом, що погіршує точність діагностики. В основу запропонованої корисної моделі поставлена задача розробки способу діагностики ексцентриситету ротора асинхронних двигунів, який здатний за аналізом електричних сигналів АД виявляти ексцентриситет з високою точністю, та відображувати діагностичну інформацію достовірність якої не залежить від наявності інших пошкоджень в АД. Поставлена задача вирішується тим, що для діагностики ексцентриситету використовуються сигнали миттєвих струмів та напруг для визначення миттєвої активної потужності асинхронного двигуна, що дозволяє провести її спектральний аналіз. Визначення гармонік, які відповідають за ексцентриситет проводиться шляхом розрахунку в блоці обробки інформації частот відповідних гармонік. Технічним результатом пропонованого способу є підвищення точності та достовірності діагностичної інформації шляхом проведення спектрального аналізу миттєвої активної потужності двигуна та виділення амплітуд гармонік, залежних від ексцентриситету ротора, що в свою чергу дозволить своєчасно виявити дане пошкодження та провести відповідні ремонтні роботи. Тим самим збільшити ресурс роботи АД та покращити енергетичні показники. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на фігурі 1 наведено блок-схему системи діагностики ексцентриситету в АД, на якій прийняті такі позначення: ДЖ - джерело живлення; ДС 1, ДС 2, ДС 3 - датчики струмів, ДН 1, ДН 2, ДН 3 - датчики напруг; АД - асинхронний двигун; БОС - блок обробки сигналів; Ε І - екран індикації. На фігурі 2 наведено графік складу спектру миттєвої активної потужності при наявності ексцентриситету ротора в АД, на якій прийнято позначення: P(f) - миттєва активна потужність; f- частота гармонік; fст - основна гармоніка викликана частотою живлячої мережі; fоб - гармоніки викликані наявністю ексцентриситету ротора. Спосіб реалізується наступним чином: за допомогою датчиків струму ДС 1, ДС2, ДС3 (Фіг.1), які під'єднані до фаз статора АД, та датчиків напруги ДН 1, ДН 2, ДН 3, які додатково під'єднані до фаз статора, вимірюються поточні значення струмів фаз статора та міжфазні значення напруги. За виміряними сигналами струму та напруги розраховується трифазна миттєва активна потужність за виразом: p=uaіa+uвів + uсіc, (1) де іa, ів, іc, - миттєві струми статора; ua, uв, uс, - миттєві міжфазні напруги. 1 UA 94726 U Статичний ексцентриситет виявляється на гармоніках частот прямування стрижнів ротора, які є бічними частотами основної гармоніки, і розраховуються за виразом: fstat = Кbns ± nfs, 5 10 (2) де fstat - частота, що відповідає статичному дисбалансу; Kh - кількість стрижнів ротора; ns частота обертання ротора; fs - частота мережі живлення; n - номер непарної гармоніки частоти мережі живлення. Динамічний ексцентриситет виявляється на основній гармоніці частоти спрямування стрижнів ротора та її субгармоніках і бокових частотах робочої швидкості навколо них і розраховується за виразом: fdyn=Kbns ± nfs ± ns (3) Змішаний ексцентриситет. На практиці виникнення статичного ексцентриситету зазвичай відбувається одночасно і розраховуються як: і динамічного 15  1 s  fmix  f 1  k , p   (4) де k=0,1,2… - кількість стрижнів ротора. У випадку ексцентриситету ротора гармоніки струму частот fr, що визначаються, згідно з виразом (4), призводять до модуляції фазного струму: 20 i ecc t   it   25 k  2 e1k cos2f s  kf r t   e1k     1   , 2 k 1  e2k cos2f s  kf r t   e2k   (5) де fs - частота мережі живлення; Iе1к., αа1к - амплітуда та початковий кут фази частоти модуляції fs-kfr; Ιe2k, αe2k - амплітуда та початковий кут фази частоти модуляції fs+kfr. У цьому випадку миттєва потужність фази АД, який має ексцентриситет ротора, визначається за наступним виразом: p ecc t   i ecc t ut   0  U1 1 cos cos2t   U11 sin sin2t   k  e1k cos2f s  kf r t   e1k      2U1 cos2t    . k 1  e2k cos2f s  kf r t   e1k   30 (6) Ексцентриситет ротора призводить до появи у спектрі потужності фаз бічних компонент відносно основної гармоніки на частотах 2fs-kfr та 2fs+kfr, а також додаткової гармоніки на частоті kfr. За визначеними частотами проводиться вимірювання амплітуд гармонік які залежать від ексцентриситету. На фігурі 2 наведено графік складу спектра миттєвої активної потужності, де fоб - гармоніки викликані наявністю ексцентриситету ротора, вимірюючи амплітуди даних гармонік визначається величина ексцентриситету ротора в АД. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб діагностики ексцентриситету ротора в асинхронних двигунах, що полягає у під'єднанні до обмоток статора датчиків струмів, вимірюванні миттєвих значень струмів фаз статора, проведенні спектрального аналізу струмів статора та вимірюванні величини амплітуд гармонік, величина яких залежить від ексцентриситету, який відрізняється тим, що до обмоток статора під'єднуються датчики напруги, проводиться вимірювання миттєвих значень міжфазних напруг та струмів статора, визначається значення миттєвої активної потужності та проводиться спектральний аналіз і вимірювання амплітуд гармонік миттєвої активної потужності, які відповідають за ексцентриситет ротора асинхронного двигуна. 2 UA 94726 U 3 UA 94726 U Комп’ютерна верстка М. Мацело 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