ДИАГНОСТИКА АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СПЕК­ТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ТОКА СТАТОРА

Асинхронные двигатели переменного тока являются в настоящее время крупнейшими потребителями электрической энергии. Они потребляют свыше 80% вырабатываемой электроэнергии. В процессе эксплуатации возможны повреждения элементов двигателя, что в свою очередь приводит к преждевременному выходу его из строя.

Основными причинами выхода из строя двигателей переменного тока являются: повреждения элементов статора и ротора, подшипников и другое.

В некоторых случаях внезапный выход из строя двигателя может привести к авариям и длительным простоям производства. Эксплуатация находящихся в аварийном техническом состоянии электродвигателей приводит к прямым финансовым потерям, связанным с непрогнозируемым выходом из строя оборудования и вызванным этим нарушением технологического процесса, и к значительным дополнительным затратам электроэнергии, обусловленным повышенным электропотреблением. В связи с этим вопрос диагностики асинхронных двигателей весьма актуален. Основным методом сегодня является вибродиагностика состояния элементов электродвигателей. Этот способ достаточно дорог и трудоемок. Для установки оборудования должен быть обеспечен доступ к обследуемому объекту, что в условиях производства сопряжено с определенными трудностями, необходима остановка электродвигателя.

В последнее время получили развитие методы диагностики состояния электрических машин, основанные на выполнении мониторинга потребляемого тока с последующим выполнением специального спектрального анализа полученного сигнала [1-3], что позволяет с высокой степенью достоверности определять состояние различных элементов двигателя.

Проведение мониторинга тока асинхронного электродвигателя может быть выполнено как непосредственно на нем, так и в электрощите питания (управления). То есть диагностика возможна без остановки привода.

В состав комплекса для анализа состояния и условий работы асинхронных электродвигателей входит разъемный токовый датчик (токовые клещи-преобразователь), аналого - цифровой преобразователь (АЦП, частота оцифровки 1,25 МГц), персональный компьютер (ПК) с установленной средой NI LabView [4] и разработанным программным обеспечением для сбора и обработки информации.

Физический принцип, положенный в основу работы диагностического комплекса, заключается в том, что любые возмущения в работе электрической или механической части электродвигателя и связанного с ним устройства приводят к изменениям магнитного потока в зазоре электрической машины и, следовательно, к слабой модуляции потребляемого электродвигателем тока.

Таким образом, наличие в спектре тока двигателя характерных (и не совпадающих) частот определенной величины свидетельствует о наличии повреждений электрической или механической части электродвигателя и связанного с ним механического устройства .

С помощью данного метода возможна диагностика следущих повреждений:

Повреждения ротора двигателя (обрыв стержней, ослабление крепления стержней к контактным кольцам, скрытые дефекты литья). Этот вид неисправности обнаруживается по наличию двух симметричных относительно частоты питающей сети пиков в спектре тока.

Несоосность валов двигателя и механической нагрузки. Этот вид неисправности определяется по частотам, кратным частоте вращения ротора.

Дефекты ременной передачи вентилятора. Этот вид неисправности определяется по частотам, кратным частоте биений ремня, определяемой длиной последнего и диаметрами

Аналогичным образом определяется и наличие других дефектов.

При проведении измерений формируется база данных, позво­ляю­щая отслеживать динамику развития износа электродвигателя во вре­мени, что дает возможность корректировать графики ремонта обо­рудования.

Асинхронные двигатели чувствительны к качеству электро­энергии, поэтому для полного анализа условий работы машины реко­мендуется проводить мониторинг приложенного к электродвигателю напряжения. Это позволяет определить его несимметрию, наличие высших гармони­ческих составляющих и импульсов перенапряжений – т.е. тех факто­ров, которые напрямую влияют на срок службы и эконо­мичность ра­боты двигателя.