Full Text

В последние годы расширяется интерес к применению методов спектрального анализа состояния электрических машин, в том числе и двигателей переменного тока. Как правило, методика строится на сравнении спектрограмм потребляемых токов исправного (нового двигателя) и двигателя, выработавшего некоторый ресурс. Объективно, сам двигатель является источником несинусоидальных искажений ввиду естественных факторов: дискретности обмоток, изменения степени насыщения магнитной цепи, неоднородности пазовой области магнитопровода. Неисправности двигателя или плохое качество сборки приводят к дополнительному искажению основного магнитного потока, следовательно, и формы потребляемого тока. В публикациях приводится достаточно много примеров, как на спектрограммы токов влияет наличие витковых замыканий обмоток статора или обрыв стержней ротора [1, 2]. Рассматривается также влияние эксцентриситета ротора или неисправности подшипников. В то же время недостаточно внимания уделяется влиянию формы питающего напряжения. Расширение применения на промышленных предприятиях силовых преобразователей (выпрямителей и преобразователей частоты) привело к тому, что если напряжение и соответствует требованиям стандарта, то во всяком случае далеко от идеального. Ниже приводится описание методики, позволяющей исключить влияние несинусоидальности питающего напряжения на результаты спектрографического анализа состояния асинхронного двигателя. Предлагаемая методика отличается тем, что разложению в спектр подвергается не мгновенное значение потребляемого тока, а величина эквивалентного сопротивления двигателя, вычисляемого по стандартному выражению: , где и – изображающие векторы соответственно напряжения и тока статора. Изображающий вектор тока статора определяется из зарегистрированных мгновенных значений фазных токов: , где При регистрации двух фазных значений, исходя из баланса токов, выражение преобразуется к виду тогда компоненты изображающего вектора тока статора определяются следующим образом: Аналогично для напряжений статора достаточна регистрация мгновенных значений двух линейных напряжений. После аналитических преобразований получаем Для математической обработки сигналов применялись средства программного пакета MatLab. Проведем сравнительный анализ спектрограмм токов статора и полного сопротивления асинхронного двигателя мощностью 1 кВт и номинальной частотой вращения 1410 об/мин, полученных в лаборатории электрических машин кафедры электротехники и электромеханики. На рис. 1 приведены временная диаграмма (в верхнем окне) и спектрограмма (в нижнем окне) тока статора, потребляемого асинхронным двигателем. Увеличение мгновенного значения тока в начале временной диаграммы объясняется его пуском. Выделенная область соответствует установившейся работе двигателя в режиме холостого хода, для которой и производится разложение в гармонический ряд. Видно, что форма тока не является идеальной (несинусоидальные искажения составляют 3,54 %). В частности, присутствуют значительные составляющие на частотах 25, 75, 150, 250 и 350 Гц. Рис. 1. Временная диаграмма и спектрограмма токов статора асинхронного двигателя На рис. 2 приведены временная диаграмма и спектрограмма полного сопротивления асинхронного двигателя. Бросок значения сопротивления двигателя в конце временной диаграммы (Time = 2,6 с) объясняется его отключением от питающего источника. Визуальное сравнение спектрограмм тока статора и полного сопротивления показывает, что распределение гармоник в значительной мере отличается. Заметим, что для идеального двигателя сопротивление в установившемся режиме должно быть просто постоянным (если не учитывать насыщение, дискретность обмоток и неоднородность воздушного зазора). В данном случае наблюдаются гармоники на частотах, кратных частоте питающего напряжения. Вместе с тем изменяется численное соотношение гармоник. Так, например, в меньшей степени проявляются частоты 25, 75, 150 и 250 Гц. С другой стороны, наоборот, больший вес приобретают четные гармоники – 100, 200 и 300 Гц. Рис. 2. Временная диаграмма и спектрограмма полного сопротивления асинхронного двигателя В части анализа состояния двигателя из приведенного примера, например, можно говорить о том, что отсутствие заметных гармоник на частотах скольжения f1∙(1 ± s) свидетельствует об электрической и магнитной симметрии ротора, что является вполне нормальным. А наличие четных гармоник, например, может быть признаком эксцентриситета ротора или неравномерности воздушного зазора. В заключение можно отметить, что применение методики спектрографического анализа может служить полезной основой для оценки состояния электродвигателей в процессе их эксплуатации. Но для построения критериев оценки требуются многостороннее обоснование и накопление практического опыта и статистических данных. В частности, стоит вопрос о влиянии дискретности измерений на погрешности оценок.

About the authors

Vladislav Aleksandrovich Zhiznevskiy

Email: lis@pstu.ac.ru

Mikhail Evgen'evich Tyulenev

Email: nipo@pstu.ru

References

Statistics

Views

Abstract - 24

PDF (Russian) - 10

Refbacks

• There are currently no refbacks.