Діагностика асинхронних двигунів на основі аналізу сигналу споживаної потужності

10. Експериментальна перевірка розроблених методів підтвердила результати теоретичних досліджень та показала можливість проведення діагностики на основі аналізу сигналу споживаної трифазним АД потужності за сформульованими логічними виразами. Зокрема, дослідження для АД типу АО90S-4 показали, що для непошкодженого двигуна внесок низькочастотної складової сигналу споживаної потужності трьох фаз у сумарне значення вищих гармонік сигналу складає 0,8 %, у той час як при обриві чотирьох стрижнів ротора частка низькочастотної складової підвищується до 8 %. Наявність виткових замикань 2,74 % обмотки однієї з фаз статора для цього ж АД призводить до зміни відсоткового внеску в сумарне значення вищих гармонік споживаної потужності: значення амплітуд частотного проміжку гармоніки основної частоти мережі живлення зменшується в 5 разів, при цьому зростає у 2 рази значення амплітуд гармонік частотного проміжку подвійної частоти мережі живлення, що збігається з результатами, отриманими на математичних моделях.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Сидоренко В. М. Автоматизація розрахунку складових миттєвої потужності електричних сигналів / В. М. Сидоренко, Д. Й. Родькін, О. П. Чорний, Д. Г. Мамчур // Вісник КДПУ. Наукові праці КДПУ. - Вип. 6 (29). - Кременчук : КДПУ, 2004. - С. 18-23.

2. Мамчур Д. Г. Принципы построения систем мониторинга ресурса электрических машин / Д. Г. Мамчур, А. П. Калинов, В. Я. Мастеровой // Вісник КДПУ. Наукові праці КДПУ. - Вип. 3 (32). - Кременчук : КДПУ, 2005. - С. 180-183.

3. Калінов А. П. Математичні моделі для дослідження впливу конструктивних несиметрій електричних машин на їх електромагнітні параметри / А. П. Калінов, Д. Г. Мамчур // Вісник КДПУ. Наукові праці КДПУ. - Вип. 3 (44). Ч. 2 - Кременчук : КДПУ, 2007. - С. 150-154.

4. Мамчур Д. Г. Отделение влияния некачественности питающей сети на электрические машины переменного тока в задачах диагностики / Д. Г. Мамчур, А. П. Калинов, Херардо Веласке Ангуло // Вісник НТУ «ХПІ», «Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика» - Харків : НТУ «ХПІ», 2008. - № 30. - С. 559-562.

5. Калинов А. П. Энергетические характеристики асинхронных двигателей в динамических режимах работы / А. П. Калинов, Д. Г. Мамчур, А. В. Чумачёва // Збірник наук. праць Дніпродзержинського державного технічного університету: (техн. науки) - Дніпродзержинськ : ДДТУ. - 2009. Вип. №1 (11). - С. 104-110.

6. Мамчур Д. Г. Оцінка режимів роботи і діагностика асинхронних двигунів на основі показників якості перетворення енергії / Д. Г. Мамчур, А. П. Калінов // Вісник КДПУ ім. М. Остроградського. Наукові праці КДПУ. - Вип. 3 (56). Ч. 1 - Кременчук : КДПУ імені Михайла Остроградського, 2009. - С. 90-96.

7. Калінов А. П. Дослідження режимів роботи асинхронних двигунів з пошкодженнями обмоток статора і ротора та з неякісним кріпленням до основи / А. П. Калінов, Д. Г. Мамчур, О. В. Браташ, Ж. І. Ухань, О. І. Простак // Вісник КДПУ ім. М. Остроградського. Наукові праці КДПУ. - Вип. 3 (56). Ч. 2 - Кременчук : КДПУ ім. Остроградського, 2009. - С. 103-107.

8. Мамчур Д. Г. Устранение влияния параметров питающей сети на результаты диагностики асинхронных двигателей / Д. Г. Мамчур // Вісник КДУ ім. М. Остроградського. Наукові праці КДУ. - Вип. 3/2010 (62). Ч. 1 - Кременчук : КДУ ім. М. Остроградського, 2010. - С. 139-145.

9. Kalinov A. Research of the Asynchronous Motor's Observability for Estimation Operating Conditions And Energy Efficiency / A. Kalinov, D. Mamchur, A. Chumachova // X International PhD Workshop OWD'2008, рр. 357-362.

10. Mamchur D. Diagnostics of asynchronous motors based on spectra analysis of power consumption / D. Mamchur, A. Kalinov // XI International PhD Workshop OWD'2009, рр. 434-439.

АНОТАЦІЯ

Мамчур Д. Г. Діагностика асинхронних двигунів на основі аналізу сигналу споживаної потужності. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 - Електричні машини і апарати. - Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського. Кременчук, 2010.

Дисертація присвячена питанням удосконалення методів діагностики та оцінювання працездатності асинхронних двигунів шляхом аналізу сигналу споживаної двигуном потужності. Аналіз існуючих методів та систем діагностики асинхронних двигунів показав необхідність створення методу, який дозволяв би проводити діагностику АД без виведення його з виробничого процесу і при цьому надавав би можливість оцінювання енергетичної складової пошкодження задля можливості врахування додаткового руйнування елементів АД. У роботі запропоновано здійснювати аналіз на основі енергетичних процесів, що відбуваються при роботі двигуна, задля чого запропоновано використовувати діагностичні ознаки на основі аналізу сигналу споживаної потужності. Для досягнення поставленої мети синтезовано математичні моделі АД для дослідження найбільш розповсюджених типів дефектів. У результаті аналізу модельних даних сформульовано діагностичні показники, основані на аналізі зміни характеристик сигналу споживаної потужності при появі та розвитку дефектів і неякісностей. За сукупним аналізом значень сформульованих показників сформовано логічні вирази для діагностики найбільш розповсюджених типів дефектів АД та оцінювання працездатності двигуна. Для підвищення достовірності діагностики розроблено метод відокремлення впливу параметрів мережі живлення на характеристики АД.

Ключові слова: асинхронний двигун, діагностика, споживана потужність, перетворення Фур'є, неякісне живлення.

АННОТАЦИЯ

Мамчур Д. Г. Диагностика асинхронных двигателей на основании анализа сигнала потребляемой мощности. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.01 - Электрические машины и аппараты. - Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского. Кременчуг, 2010.

Диссертация посвящена вопросам усовершенствования методов диагностики и оценки работоспособности асинхронных двигателей на основании анализа сигнала потребляемой мощности.

Анализ существующих методов и систем диагностики асинхронных двигателей показал, что на данный момент существует необходимость разработки метода, не требующего для своей реализации дорогостоящего оборудования, при этом позволяющего выполнять диагностику АД без вывода из производственного процесса с возможностью оценки энергетической составляющей повреждения для учёта дополнительного разрушения элементов АД. В работе предложено выполнять данного рода анализ на основании энергетических процессов, происходящих при работе двигателя, для чего предложено использовать анализ изменения характеристик сигнала потребляемой мощности при появлении и развитии дефектов АД. Данный метод основан на анализе мгновенных значений токов и напряжений АД, показателей и характеристик, рассчитанных на их основе.

С целью исследования диагностических признаков наиболее типичных дефектов и оценки работоспособности АД синтезированы математические модели, позволяющие комплексно учитывать взаимное влияние электромагнитных, электромеханических и механических процессов, происходящих в системе при наличии наиболее распространённых дефектов и некачественностей АД, таких как обрыв стержней ротора, параметрическая несимметрия и витковые замыкания в обмотках статора, некачественные крепления АД к основанию, различные виды дисбалансов ротора. Некачественности электрической части АД, такие как витковые замыкания и несимметрия обмоток статора, а также обрывы стержней ротора анализируются за счёт введения дополнительных электрических контуров. Анализ влияния механических дефектов АД, таких как некачественные крепления с основанием и дисбаланс ротора выполняется за счёт введения соответствующих элементов математического описания механической части АД и учётом взаимного влияния изменения геометрического положения элементов АД и его электрических характеристик.

Анализ данных математического моделирования позволил сформулировать ряд диагностических показателей, основанных на изменении характеристик сигнала потребляемой мощности при появлении и развитии дефектов, которые могут использоваться как для разделения различных видов дефектов АД при диагностике, так и для оценки общего технического состояния АД в процессе эксплуатации и оценки возможности дальнейшей работы при данных условиях производственного процесса. В основу оценки текущего технического состояния положен анализ переменной составляющей сигнала потребляемой мощности. Отношение амплитуд переменных составляющих сигнала к его номинальному значению позволяет судить об общем техническом состоянии двигателя. При подробной диагностике дефектов АД, целью которой является определение типа и степени развития конкретного дефекта, производится анализ совокупного значения рассчитанных диагностических показателей, а также спектра потребляемой трёхфазным АД мощности.

Для косвенного определения характеристик и параметров АД, необходимых для расчёта сформулированных диагностических показателей, была разработана соответствующая процедура. Основой расчёта всех параметров и характеристик служат мгновенные значения токов и напряжений статора АД. Дополнительная информация о техническом состоянии АД может быть получена на основании анализа спектров наблюдаемых электромагнитных и электромехнических величин. На основании сигналов, полученных при математическом моделировании, с использованием процедуры косвенного определения характеристик и параметров АД рассчитаны показатели качества электроэнергии и сформулированные в работе диагностические показатели, на основании совокупного анализа значений которых разработаны логические правила для диагностики наличия рассмотренных видов некачественностей и дефектов, а также для оценки работоспособности машины при данных эксплуатационных условиях.

В работе показано, что при анализе экспериментальных данных возникают ошибки, вызванные влиянием качества питающей сети, что может привести к неверному диагнозу. Для анализа распределения потоков энергии в электромеханической системе в точке подключения к питающей сети разработана компьютерная программа, формирующая символьные выражения составляющих гармоник потребляемой мощности на основе известных составляющих гармоник токов и напряжений, что позволяет анализировать вклад высших гармоник токов и напряжений в процесс формирования энергии определённой гармоники мощности. Для решения задачи отделения влияния параметров питающей сети на анализируемые сигналы АД был разработан метод пересчёта составляющих межфазных токов и напряжений статора, позволяющий анализировать спектр потребляемой мощности трёх фаз без учёта компонент, вызванных некачественностью питающей сети, что позволяет повысить точность и информативность диагностики АД на основании анализа спектра потребляемой мощности трёх фаз.

Для проверки разработанных методов было создано алгоритмическое, программное и аппаратное обеспечение системы диагностики АД на основании анализа сигнала потребляемой мощности. Анализ экспериментальных исследований показал адекватность теоретических выкладок и результатов, полученных при математическом моделировании.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, диагностика, потребляемая мощность, преобразование Фурье, некачественное питание.

THE ABSTRACT

Mamchur D. G. Diagnostics of induction motors based on the power consumption signal. - the Manuscript.

The candidate's thesis for a speciality 05.09.01 - Electrical machines and devices. - Kremenchuk Mykhaylo Ostrogradskiy national university. Kremenchug, 2010.

Thesis is devoted to questions of improvement of diagnostics and operability estimation methods for induction motors (IM) by analysis of power consumption signal. Analysis of existing IM diagnostic systems showed necessity of creation the method for on-line IM diagnostics with energy component of damage estimation in order to possibility of taking into account additional destroying of IM components. It was proposed to analyze IM conditions basing on energy processes of IM under operating conditions. For this it was proposed to use diagnostic indicators, which are based on analysis of power consumption signal changes when there are damages of IM. For prevail, there were created mathematical models for investigation of most typical IM damages. As result of model's data analysis, it were formulated diagnostic indicators. Basing on total analysis of formulated indicators values, the logical rules for diagnostic of most typical damages and operability estimation were formed. The method for elimination of the influence of supply mains low quality parameters on the results of IM diagnostics was developed for improvement of diagnostics accuracy.

Keywords: induction motor, diagnostics, power consumption, Fourier transform, low-quality voltage.

Размещено на Allbest.ru