Экспериментальное исследование влияния нагрузочных режимов на спектр тока статора асинхронного двигателя
Изучение экспериментальной установки, позволяющей измерять осциллограмму тока мотора и рассчитывать ее спектр. Анализ принципа работы микроконтроллера. Особенности идентификации наличия износа и определения режимов деятельности асинхронного двигателя.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.06.2017 |
| Размер файла | 163,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ
Экспериментальное исследование влияния нагрузочных режимов на спектр тока статора асинхронного двигателя
А.Г. Бурцев
Т.В. Дягилева
Диагностика работы асинхронного двигателя (АД) в реальном времени является актуальной задачей, так как позволяет выявить неисправности и определить режим работы двигателя, не выводя его из работы. Один из методов диагностики заключается в анализе спектра тока статора [1]. Он основан на предположении, что все механические дефекты и электрические характеристики обмоток оказывают влияние на форму сигнала тока статора и могут быть зафиксированы путем обработки снятой осциллограммы тока. Чтобы выяснить это, необходимо провести экспериментальные исследования влияния различных режимов работы, а также технического состояния двигателей на спектр тока статора АД. В данной статье исследования ограничены однофазными асинхронными двигателями малой мощности.
В работе поставлена задача разработки цифровой системы для измерения осциллограммы тока статора и построения его спектра.
Экспериментальная установка собрана на основе однофазного электродвигателя АИР56А4, мощность которого составляет 0,12 кВт, напряжение - 220 В, номинальный ток - 0,5 А. В качестве устройства оцифровки данных был использован микроконтроллер PIC16F887 [2], оснащенный 10-ти битным АЦП, со скоростью опроса порта 5 МГц и модуль датчика тока ACS712-05B, принцип работы которого основан на эффекте Холла [3] (рис.1). Данный датчик тока имеет диапазон измерения ±5 А и унифицированный выходной сигнал 0-5 В. Передача данных с микроконтроллера на ЭВМ осуществлялась с помощью интерфейса USART. Для построения спектра тока был использован алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ). Данный алгоритм позволяет сократить объем вычислений по сравнению с обычным дискретным преобразованием Фурье (ДПФ), что важно при использовании микроконтроллеров [4].
На установке имитировались разные нагрузочные режимы работы АД: на холостом ходу, под нагрузкой, с заторможенным ротором. Также имитировалось биение вала, возникающее в изношенных механизмах. Для имитации биения вала к ротору двигателя была дополнительно установлена нагрузка со смещенным центром тяжести в виде лопасти вентилятора с грузом. ток мотор асинхронный двигатель
Рис. 1. - Экспериментальная установка
Для обработки осциллограмм использовалось программная среда MathCad. Сняты осциллограммы разных двигателей (старый и новый) при работе в различных нагрузочных режимах. Частота дискретизации выбрана равной 10 кГц. Длина выборки составила 8192 отсчета. С помощью БПФ рассчитан спектр сигналов. На рис. 2 представлен спектр тока нового и старого двигателя в обычном режиме работы (при отсутствии нагрузки).
Рис. 2. - Спектр тока нового и старого двигателя без нагрузки
Спектры сигналов на рис. 2 похожи и имеют пики на одних и тех же гармониках (50, 150, 250 Гц). Однако из рис. 2 также можно заметить, что амплитуда гармоник старого двигателя больше, чем нового.
Для имитации биения вала двигателя к ротору присоединяется нагрузка со смещенным центром тяжести. С данной нагрузкой были сняты необходимые данные для построения спектра. На рис. 3 представлен спектр тока нового двигателя с дополнительной нагрузкой.
На рис. 4 представлены исходные осциллограммы тока нового двигателя с нагрузкой и без нагрузки.
Сравнение осциллограмм на рис. 4 показало, что при нагрузке амплитуда тока увеличивается. В конкретном опыте амплитуда возросла на 20 %. Сравнение спектров тока двигателя при различных нагрузочных режимах (рис. 3) показывает, что во всех режимах работы под нагрузкой гармоника на частоте 150 Гц заметно увеличивает свою амплитуду. Приведенные параметры могут быть использованы в системе диагностики состояния АД в реальном времени.
Рис. 3. - Спектры тока двигателя при различных нагрузочных режимах
Рис. 4. - Амплитуда тока старого двигателя с нагрузкой и без неё
Разработанная экспериментальная установка является работоспособной и позволяет измерять осциллограмму тока двигателя. В реальном времени микроконтроллер вычисляет спектр сигнала с помощью БПФ. Анализ полученного спектра показал, что по нему можно идентифицировать биение ротора, которое проявляется в росте амплитуды гармоники на 150 Гц. Также по амплитуде сигнала можно оценить величину нагрузки двигателя. Эти данные в дальнейшем предполагается использовать в цифровой системе диагностики двигателя переменного тока. Дополнительно в систему предполагается ввести измерение скорости нагрева корпуса двигателя для получения дополнительной информации о состоянии двигателя.
Литература
1. Julio Sanchez, Maria P. Canton. Microcontroller Programming: The Microchip PIC. CRC Press, 2006, 824 p.
2. Popovic R.S. Hall Effect Devices. Second Edition. CRC Press, 2003, 420 p.
3. Айфичер, Эммануил С., Джервис, Барри У. Цифровая обработка сигналов: практический подход, 2-е издание. // Пер. с англ. - М.: Издательский дом “Вильямс”, 2004, 992 с.
4. Магда Ю.С. Микроконтроллеры PIC: архитектура и программирование. - М. : ДМК Пресс, 2009, 240 с.
5. Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника: учеб. пособие для вузов - М.: Энергоатомиздат, 1987, 528 с.
6. Москаленко В.В. Электрический привод: учебник для студ. высш. учеб. заведений. - М.: Издательский центр “Академия”, 2007, 368 с.
7. Барков А.В., Баркова Н.А, Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации. Учебн. Пособие. СПб.: Изд. Центр СПбГМТУ, 2000, 169 с.
Аннотация
Статья посвящена экспериментальному исследованию влияния нагрузочных режимов на спектр тока асинхронного двигателя. Разработанная экспериментальная установка позволяет измерять осциллограмму тока двигателя и рассчитывать её спектр. Анализ спектрограмм позволяет идентифицировать наличие износа и определять режим работы асинхронного двигателя.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, датчик тока, микроконтроллер, спектр тока, быстрое преобразование Фурье
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Выбор сечения проводников по экономической плотности тока. Режим термической стойкости провода. Соблюдение режимов работы линии по токам нагрузки. Величина тока плавки гололеда. Выбор асинхронного двигателя. Сушка токами нулевой последовательности.
контрольная работа [480,8 K], добавлен 21.04.2014Построения развернутой и радиальной схем обмоток статора, определение вектора тока короткого замыкания. Построение круговой диаграммы асинхронного двигателя. Аналитический расчет по схеме замещения. Построение рабочих характеристик асинхронного двигателя.
контрольная работа [921,2 K], добавлен 20.05.2014Главные параметры асинхронного двигателя с фазным ротором, технические характеристики. Расчет коэффициента трансформации ЭДС, тока и напряжения. Экспериментальное определение параметров схемы замещения. Опыт короткого замыкания и работы на холостом ходу.
лабораторная работа [109,0 K], добавлен 18.06.2015Анализ характеристик двигателя постоянного тока, режимов работы статора, запуска двигателя шасси в условиях низких температур. Физико-химические процессы, протекающие в химических источниках тока. Рекомендации по облегчению работы аккумуляторных батарей.
курсовая работа [582,7 K], добавлен 07.05.2014Определение тока холостого хода, сопротивлений статора и ротора асинхронного двигателя. Расчет и построение механических и электромеханических характеристик электропривода, обеспечивающего законы регулирования частоты и напряжения обмотки статора.
контрольная работа [263,5 K], добавлен 14.04.2015Данные двигателя постоянного тока серии 4А100L4УЗ. Выбор главных размеров асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет зубцовой зоны и обмотки статора, конфигурация его пазов. Выбор воздушного зазора. Расчет ротора и магнитной цепи.
курсовая работа [4,8 M], добавлен 06.09.2012Назначение и описание конструкции трехфазного асинхронного двигателя. Разработка технологического процесса изготовления статора, обоснование типа производства. Применяемые приспособления и нестандартное оборудование. Испытания статора двигателя.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 13.03.2013Расчет статора, ротора, магнитной цепи и потерь асинхронного двигателя. Определение параметров рабочего режима и пусковых характеристик. Тепловой, вентиляционный и механический расчет асинхронного двигателя. Испытание вала на жесткость и на прочность.
курсовая работа [4,8 M], добавлен 10.10.2012Обоснованный выбор типов и вариантов асинхронного двигателя. Пусковой момент механизма, определение установившейся скорости. Расчёт номинальных параметров и рабочего режима асинхронного двигателя. Параметры асинхронного двигателя пяти исполнений.
реферат [165,2 K], добавлен 20.01.2011Расчет исходных данных двигателя. Расчет и построение естественных механических характеристик асинхронного двигателя по формулам Клосса и Клосса-Чекунова. Искусственные характеристики двигателя при понижении напряжения и частоты тока питающей сети.
курсовая работа [264,0 K], добавлен 30.04.2014Выбор основных размеров асинхронного двигателя. Определение размеров зубцовой зоны статора. Расчет ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, рабочих потерь. Вычисление и построение пусковых характеристик. Тепловой расчет асинхронного двигателя.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 27.09.2014Конструкция асинхронного электродвигателя. Асинхронные и синхронные машины. Простые модели асинхронного электропривода. Принцип получения движущегося магнитного поля. Схемы включения, характеристики и режимы работы трехфазного асинхронного двигателя.
презентация [3,0 M], добавлен 02.07.2019Исследование способов регулирования напряжения в электрических цепях переменного и трехфазного тока с последовательным и звездообразным соединением приемников. Испытание однофазного трансформатора и трехфазного асинхронного двигателя с замкнутым ротором.
лабораторная работа [831,0 K], добавлен 27.12.2010Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки сечения провода обмотки статора. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Расчёты основных потерь.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 10.01.2011Паспортные данные асинхронного двигателя. Моделирование схемы в пакете SkyLab. Переходные процессы фазного тока и угловой скорости при пуске двигателя. Переходные процессы электромагнитного момента и угловой скорости. Динамическая пусковая характеристика.
лабораторная работа [270,3 K], добавлен 18.06.2015Выбор конструкции асинхронного двигателя и его основных размеров. Расчет зубцовой зоны и обмотки статора. Коэффициенты, необходимые для расчёта воздушного зазора: магнитная проницаемость и напряжение. Расчет параметров машины, потерь и КПД двигателя.
реферат [2,0 M], добавлен 06.09.2012Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Конструкция асинхронного двигателя с фазным ротором. Снижение тока холостого хода. Магнитопровод и обмотки. Направление электромагнитных сил. Генераторный режим работы.
презентация [1,5 M], добавлен 09.11.2013Определение размеров и выбор электромагнитных нагрузок асинхронного двигателя. Выбор пазов и типа обмотки статора. Расчет обмотки и размеры зубцовой зоны статора. Расчет короткозамкнутого ротора и магнитной цепи. Потери мощности в режиме холостого хода.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 10.09.2012Определение трехфазного асинхронного двигателя и обмоточных данных, на которые выполнены схемы обмоток. Перерасчет обмоток на другие данные (фазное напряжение и частоту вращения магнитного поля статора). Установление номинальных данных электродвигателя.
курсовая работа [1006,7 K], добавлен 18.11.2014Перспектива совершенствования технологии проектирования электрических машин. Выбор главных размеров. Расчет зубцовой зоны и обмотки статора, магнитной цепи, параметров рабочих режимов, потерь, рабочих характеристик. Работа двигателя при отключениях.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 17.08.2013
