Разработка программно-аппаратного комплекса диагностики межвитковых замыканий статорных обмоток асинхронных двигателей под рабочим напряжением на основе использования двух критериев

background image

background image

32

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 2 (21), 

июнь

 2021

До

 38% 

неисправностей

 

асинхронного

 

электродвигателя

 

(

АД

приходится

 

на

 

повреждения

 

изоляции

 

статора

Не

-

смотря

 

на

 

большое

 

разнообразие

 

методов

достоверность

 

определения

 

межвитковых

 

замыканий

 

статорных

 

обмоток

 

под

 

рабочим

 

напряжением

 

еще

 

остается

 

на

 

низком

 

уров

-

не

Разработанные

 

нами

 

новые

 

методы

 

диагностики

 

по

 

от

-

дельным

 

параметрам

 

в

 

совокупности

 

позволят

 

постоян

-

но

 

мониторить

 

техническое

 

состояние

 

статорной

 

обмотки

 

и

 

выявлять

 

ее

 

повреждения

 

на

 

ранней

 

стадии

 

их

 

развития

Приводятся

 

результаты

 

экспериментов

 

на

 

лабораторном

 

стенде

 

с

 

межвитковыми

 

замыканиями

 

АД

которые

 

под

-

тверждают

 

более

 

высокую

 

достоверность

 

мониторинга

.

Разработка

 

программно

-

аппаратного

 

комплекса

 

диагностики

 

межвитковых

 

замыканий

 

статорных

 

обмоток

 

асинхронных

 

двигателей

 

под

 

рабочим

 

напряжением

 

на

 

основе

 

использования

 

двух

 

критериев

Диагностика

 

и

 

мониторинг

Роман

 

ДОЛГИХ

старший

 

преподаватель

 

кафедры

 

информатики

вычислительной

 

техники

 

и

 

прикладной

 

математики

 

Энерге

-

тического

 

факультета

 

ЗабГУ

Иван

 

СУВОРОВ

д

.

т

.

н

., 

профессор

 

кафедры

 

энергетики

 

Энергетического

 

факультета

 

ЗабГУ

Марат

 

БАКУШЕВ

,

ведущий

 

инженер

 

службы

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автоматики

 

центра

 

управления

 

электрическими

 

сетями

 

филиала

 «

Читаэнерго

» 

ПАО

 «

Россети

 

Сибирь

»

Р

азвитие

 

электроэнергетики

 

за

 

последние

 

годы

 

характеризуется

 

активным

 

вне

-

дрением

 

электронной

 

аппаратуры

Внедрение

 

новой

 

техники

 

и

 

технологий

 

спо

-

собствует

 

ухудшению

 

показателей

 

качества

 

электроэнергии

 (

ПКЭ

), 

что

 

приводит

 

к

 

снижению

 

надежности

 

аппаратуры

 

и

 

возрастанию

 

отказов

 

в

 

работе

 

электри

-

ческих

 

машин

Асинхронные

 

электродвигатели

  (

АД

являются

 

неотъемлемой

 

частью

 

электромеханических

 

систем

Важность

 

бесперебойной

 

работы

 

такого

 

двигателя

 

крайне

 

высока

поскольку

 

если

 

не

 

имеется

 

запасного

 

двигателя

то

 

рабочий

 

процесс

 

может

 

быть

 


background image

33

остановлен

 

на

 

длительный

 

период

а

 

простой

 — 

это

 

денеж

-

ные

 

потери

.

Эксплуатационная

 

надежность

 

и

 

эффективность

 

функ

-

ционирования

 

электрического

 

оборудования

 

на

 

основных

 

этапах

 

жизненного

 

цикла

 

может

 

быть

 

достигнута

 

с

 

помо

-

щью

 

использования

 

методик

 

и

 

средств

 

оценки

 

техниче

-

ского

 

состояния

 

электрооборудования

Трехфазные

 

асин

-

хронные

 

двигатели

 

переменного

 

тока

применяемые

 

для

 

приводов

 

различного

 

рода

 

вентиляторов

насосов

транс

-

портеров

конвейеров

дымососов

лебедок

преобразова

-

тельных

 

агрегатов

получили

 

большое

 

распространение

 

в

 

современной

 

промышленности

Согласно

 

статистиче

-

ским

 

данным

 

в

 

России

 

эксплуатируется

 

не

 

менее

 50 

млн

 

единиц

 

асинхронных

 

двигателей

 

напряжением

 0,4 

кВ

Срок

 

их

 

службы

 

при

 

правильной

 

эксплуатации

 

составляет

 

при

-

мерно

 15–20 

лет

Для

 

проведения

 

оценки

 

технического

 

со

-

стояния

 

электрооборудования

 

необходимо

 

использовать

 

измерительные

 

устройства

приспособленные

 

к

 

опреде

-

ленным

 

условиям

 

эксплуатации

конструктивному

 

и

 

клима

-

тическому

 

исполнению

 

обследуемого

 

объекта

 [1, 2].

Для

 

диагностики

 

технического

 

состояния

 

асинхрон

-

ных

 

электродвигателей

 

используются

 

специальные

 

цифровые

 

устройства

отслеживающие

 

одну

 

или

 

более

 

характеристик

 

состояния

 

двигателя

Существует

 

множе

-

ство

 

причин

по

 

которым

 

может

 

произойти

 

повреждение

 

межвитковой

 

изоляции

Одной

 

из

 

частых

 

причин

 

являет

-

ся

 

межвитковое

 

замыкание

Существует

 

группа

 

методов

 

выявления

 

данного

 

повреждения

 

на

 

ранней

 

стадии

 

его

 

развития

Однако

 

несмотря

 

на

 

большое

 

разнообразие

 

методов

достоверность

 

определения

 

межвитковых

 

за

-

мыканий

 

статорных

 

обмоток

 

под

 

рабочим

 

напряжением

 

еще

 

остается

 

на

 

низком

 

уровне

Проведено

 

исследование

 

существующих

 

способов

 

диа

-

гностирования

 

неисправности

 

асинхронного

 

электродвигате

-

ля

 — 

межвиткового

 

замыкания

 

статорной

 

обмотки

Выделены

 

достоинства

 

и

 

недостатки

 

рассмотренных

 

способов

Большинство

 

методов

 

диагностики

использующих

 

для

 

анализа

 

токи

 

и

 

напряжения

 

в

 

номинальном

 

режиме

 

работы

не

 

предназначены

 

для

 

работы

 

в

 

условиях

 

снижения

 

каче

-

ства

 

электроэнергии

Показатели

 

качества

 

электроэнергии

 

в

 

районах

 

Забайкалья

Иркутской

 

области

 

и

 

бурно

 

развиваю

-

щегося

 

района

 

БАМа

 (

например

строится

 

крупнейший

 

Удо

-

канский

 

горно

-

металлургический

 

комбинат

 

по

 

переработке

 

медной

 

руды

 

и

 

выпуску

 

чистейшей

 

меди

зачастую

 

превы

-

шают

 

нормативные

 

значения

В

 

связи

 

с

 

этим

 

уровень

 

элек

-

тромагнитных

 

помех

 

из

 

питающей

 

сети

 

может

 

быть

 

выше

 

диапазона

 

диагностируемых

 

сигналов

что

 

может

 

привести

 

к

 

несвоевременному

 

выявлению

 

дефекта

 

и

 

допущению

 

его

 

развития

 

до

 

необратимых

 

последствий

Сформулирован

 

метод

 

диагностирования

на

 

основе

 

которого

 

выполнена

 

научно

-

исследовательская

 

работа

 

с

 

небольшими

 

изменениями

 

способа

 

выявления

 

неис

-

правности

Результатом

 

является

 

создание

 

эффектив

-

ного

 

и

 

простого

 

способа

 

диагностирования

 

технического

 

состояния

 

асинхронных

 

электродвигателей

в

 

том

 

числе

 

и

 

в

 

труднодоступных

 

условиях

Результат

 

достигается

 

тем

что

 

способ

 

диагностики

 

межвитковых

 

замыканий

 

АД

включающий

 

измерение

 

ЭДС

 

обмотки

 

электродвигателя

 

при

 

вращении

 

вала

 

по

 

инерции

 

после

 

отключения

 

пита

-

ющего

 

напряжения

отличается

 

тем

что

 

дополнительно

 

измеряют

 

частоту

 

колебаний

 

ЭДС

сравнивают

 

эти

 

значе

-

ния

 

со

 

значениями

измеренными

 

на

 

исправном

 

электро

-

двигателе

и

 

по

 

результатам

 

сравнения

 

делают

 

вывод

 

о

 

наличии

 

межвитковых

 

замыканий

Сущность

 

способа

 

заключается

 

в

 

том

что

 

в

 

определенные

 

моменты

после

 

начала

 

выбега

 

электродвигателя

на

 

его

 

выводах

 

из

-

меряют

 

амплитудные

 

значения

 

затухающих

 

колебаний

 

напряжения

а

 

также

 

текущие

 

значения

 

периода

далее

 

эти

 

значения

 

сравниваются

 

со

 

значениями

зарегистри

-

рованными

 

на

 

заведомо

 

исправном

 

электродвигателе

При

 

разнице

 

в

 

значениях

 

выше

 

допустимого

 

уровня

 

формируется

 

сигнал

 

о

 

наличии

 

межвиткового

 

замыкания

 

и

 

его

 

масштабе

 

в

 

зависимости

 

от

 

того

насколько

 

превы

-

шен

 

порог

Осциллограмма

приведенная

 

на

 

рисунке

 1, 

показывает

 

переходной

 

процесс

 

выбега

 

электродвигате

-

ля

 

при

 

повреждении

 20% 

обмотки

а

 

на

 

рисунке

 2 — 

при

 

Рис

. 2. 

Осциллограмма

 

переходного

 

процесса

 

выбега

 

электро

-

двигателя

 

при

 

повреждении

 40% 

обмотки

Рис

. 1. 

Осциллограмма

 

переходного

 

процесса

 

выбега

 

электро

-

двигателя

 

при

 

повреждении

 20% 

обмотки

400

300

200

100

0

-100

-200

-300

-400

U

В

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,45

0,4

t

, c

400

300

200

100

0

-100

-200

-300

-400

U

В

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

t

, c


background image

34

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 2 (21), 

июнь

 2021

повреждении

 40% 

обмотки

Анализ

 

процессов

 

на

 

выбеге

 

производят

 

по

 

зависимости

 

амплитуды

 

фазного

 

напря

-

жения

 

одной

 

обмотки

 

асинхронного

 

электродвигателя

 

от

 

времени

 

с

 

начала

 

выбега

 

и

 

изменению

 

периода

 

напряже

-

ния

 (

пересчитан

 

на

 

частоту

в

 

зависимости

 

от

 

масштаба

 

повреждения

 

обмотки

Предложенный

 

способ

 

позволяет

 

выявлять

 

межвит

-

ковые

 

замыкания

при

 

этом

 

на

 

результат

 

диагностики

 

не

 

влияют

 

сетевые

 

помехи

 

и

 

искажения

так

 

как

 

все

 

замеры

 

производятся

 

на

 

электродвигателе

отключенном

 

от

 

сети

 

(

источника

 

помех

и

 

вращающемся

 

по

 

инерции

Способ

 

позволяет

 

также

 

диагностировать

 

труднодоступные

 

элек

-

тродвигатели

 

без

 

их

 

демонтажа

так

 

как

 

для

 

диагностики

 

достаточно

 

иметь

 

доступ

 

к

 

выводам

 

электродвигателя

ко

-

торые

 

располагаются

 

вместе

 

с

 

коммутационной

 

аппарату

-

рой

 

в

 

распределительном

 

щите

 [3].

Реализовано

 

микропроцессорное

 

устройство

 

для

 

диа

-

гностики

 

технического

 

состояния

 

асинхронного

 

электро

-

двигателя

реализующее

 

этот

 

способ

Асинхронный

 

элек

-

тродвигатель

 

питается

 

от

 

сети

 

трехфазного

 

напряжения

подключение

 

электродвигателя

 

к

 

сети

 

обеспечивается

 

контактором

На

 

линию

 

питания

 

двигателя

 

между

 

контакто

-

ром

 

и

 

АД

 

подключаются

 

три

 

датчика

 

напряжения

а

 

микро

-

контроллер

 

принимает

 

данные

 

с

 

кнопочной

 

клавиатуры

 

ввода

 

данных

 

и

 

с

 

датчиков

 

напряжения

 

и

 

выводит

 

данные

 

на

 

дисплей

.

Реализован

 

также

 

программно

-

аппаратный

 

комплекс

 

для

 

диагностики

 

технического

 

состояния

 

асинхронного

 

электродвигателя

диагностика

 

которого

 

была

 

основана

 

на

 

методе

 

однократного

 

измерения

 

величины

 

напряжений

приходящих

 

на

 

обмотки

 

статора

 

электродвигателя

а

 

также

 

величины

 

токов

протекающих

 

по

 

каждой

 

из

 

обмоток

На

 

ос

-

нове

 

полученных

 

данных

 

для

 

каждой

 

из

 

обмоток

 

на

 

заве

-

домо

 

исправном

 

электродвигателе

 

вычисляются

 

значения

 

сопротивления

Далее

 

производится

 

диагностика

 

электро

-

двигателя

 

путем

 

измерения

 

напряжения

 

и

 

величины

 

тока

На

 

основе

 

измеренного

 

напряжения

 

и

 

соответствующего

 

известного

 

сопротивления

 

вычисляется

 

идеальное

 

значе

-

ние

 

тока

 

для

 

каждой

 

из

 

обмоток

Апробация

 

комплекса

 

проводилась

 

на

 

специальном

 

стенде

на

 

котором

 

установлен

 

АД

 

с

 

мощностью

 1,2 

кВт

 

на

 

номинальное

 

напряжение

 380 

В

Особенность

 

данного

 

стенда

 

в

 

том

что

 

он

 

позволяет

 

имитировать

 

разную

 

сте

-

пень

 

межвиткового

 

замыкания

 

и

 

регулирование

 

уровня

 

не

-

симметрии

 

напряжений

подаваемых

 

на

 

обмотки

 

статора

 

АД

Апробация

 

производилась

 

при

 

подключении

 

обмоток

 

электродвигателя

 

в

 

звезду

Показания

 

регистрировались

 

как

 

при

 

симметричном

 

питающем

 

напряжении

 

сети

так

 

и

 

асимметричном

Эксперименты

 

проводились

 

на

 

двигате

-

ле

 

без

 

нагрузки

.

Комплекс

 

основан

 

на

 

микроконтроллере

 ATMega328p. 

Структурная

 

схема

 

подключения

 

диагностирующего

 

ком

-

плекса

 

приведена

 

на

 

рисунке

 3. 

Аппаратная

 

часть

 

программно

-

аппаратного

 

комплекса

 

состоит

 

из

 

нескольких

 

элементов

:

 

плата

 

управления

;

 

жидкокристаллический

 

дисплей

;

 

две

 

интегральные

 

микросхемы

 ADS1115;

 

блок

 

преобразования

 

характеристик

 

электросети

.

Блок

 

преобразования

 

выполняет

 

две

 

важные

 

функции

:

1) 

преобразование

 

величин

 

до

 

уровня

 

допустимых

 

для

 

по

-

дачи

 

на

 

измерительное

 

устройство

;

2) 

преобразование

 

переменного

 

напряжения

 

в

 

постоянное

.

Для

 

наиболее

 

полной

 

защиты

 

АД

 

от

 

несимметричных

 

режимов

 

необходим

 

контроль

 

как

 

по

 

напряжению

так

 

и

 

по

 

току

так

 

как

 

в

 

некоторых

 

случаях

 

напряжение

 

в

 

повреж

-

денном

 

проводнике

 

со

 

стороны

 

АД

 

может

 

быть

 

близким

 

к

 

напряжению

 

в

 

нормальном

 

режиме

Поэтому

 

в

 

комплексе

 

применено

 

две

 

интегральные

 

микросхемы

 ADS1115, 

кото

-

рые

 

являются

 

аналого

-

цифровыми

 

преобразователями

один

 

из

 

которых

 

подключается

 

к

 

цепи

 

преобразования

 

на

-

пряжения

а

 

другой

 

к

 

цепи

 

преобразования

 

тока

.

Блок

 

преобразования

 

тока

 

дополнительно

 

нужен

 

для

 

генерации

 

напряжения

 

соответствующего

 

току

протекаю

-

щему

 

в

 

цепи

поскольку

 

измерительное

 

устройство

 

не

 

мо

-

жет

 

вычислять

 

величину

 

силы

 

тока

.

Также

 

одному

 

из

 

выходов

 

микроконтроллера

 

назначена

 

задача

 

управления

 

отключением

 

электродвигателя

 

от

 

сети

 

посредством

 

реле

.

Для

 

реализации

 

алгоритмов

 

управления

 

контроллером

 

был

 

использован

 

язык

 

С

++ 

в

 

среде

 

разработки

 AtmelStudio. 

Данный

 

язык

 

является

 

основным

 

для

 

разработки

 

алгорит

-

мов

 

работы

 

микроконтроллеров

 

и

 

имеет

 

огромное

 

преиму

-

щество

 

в

 

скорости

 

разработки

 

по

 

сравнению

 

с

 

Ассемблером

Для

 

написания

 

приложения

 

для

 

персонального

 

ком

-

пьютера

 

использован

 

язык

 C# 

в

 

среде

 

разработки

 Visual 

Studi

о

 

С

ommunity 2019. 

Всего

 

существует

 

три

 

режима

 

работы

 

комплекса

:

1) 

режим

 

ожидания

;

2) 

режим

 

настройки

 

комплекса

;

3) 

режим

 

диагностики

.

При

 

этом

 

комплекс

 

не

 

может

 

быть

 

переведен

 

в

 

режим

 

диагностики

 

без

 

предварительной

 

настройки

 

оборудования

.

Рис

. 3. 

Топология

 

соединения

 

элементов

 

комплекса

Диагностика

 

и

 

мониторинг


background image

35

межуточным

подвергаются

 

проверке

 

выхода

 

за

 

допустимый

 

предел

После

 

вычисляется

 

глобальная

 

ошибка

 

измерения

.

Если

 

отклонения

 

выходят

 

за

 

пределы

 

допустимой

 

ло

-

кальной

 

или

 

глобальной

 

ошибки

то

 

фиксируется

 

время

 

вы

-

явления

 

межвиткового

 

замыкания

Если

 

за

 

определенный

 

промежуток

 

времени

который

 

на

 

данный

 

момент

 

установ

-

лен

 

равным

 

десяти

 

секундам

межвитковое

 

замыкание

 

вы

-

является

 

в

 

большинстве

 

замеров

то

 

формируется

 

сигнал

 

отключения

 

электродвигателя

 

от

 

сети

если

 

данная

 

опция

 

выбрана

 

оператором

 

для

 

предотвращения

 

полного

 

разру

-

шения

 

обмотки

.

Помимо

 

этого

формируется

 

дополнительно

 

сигнал

 

на

 

пьезоизлучатель

который

 

информирует

 

об

 

остановке

 

электродвигателя

На

 

экран

 

выводятся

 

степени

 

отклоне

-

ний

 

величин

 

измеренных

 

сил

 

тока

 

от

 

идеальных

Сигнал

 

на

 

программно

-

аппаратном

 

комплексе

 

будет

 

присутствовать

 

до

 

тех

 

пор

пока

 

оператор

 

не

 

отключит

 

его

 

вручную

В

 

слу

-

чае

 

использования

 

дополнительно

 

персонального

 

компью

-

тера

 

для

 

слежения

 

за

 

характеристиками

 

сети

 

выводится

 

сообщение

 

на

 

экран

 

оператора

.

В

 

реальной

 

практике

 

электродвигатель

 

нельзя

 

отклю

-

чать

 

без

 

разрешения

 

ответственного

 

персонала

посколь

-

ку

 

при

 

выявлении

 

неисправности

 

сотруднику

 

необходимо

 

выполнить

 

действия

требуемые

 

регламентом

 

для

 

устра

-

нения

 

неисправности

 

и

 

запустить

 

процесс

 

отключения

 

электродвигателя

.

На

 

рисунках

 4–9 

зависимости

 

силы

 

тока

 

от

 

времени

 

отображают

 

изменения

 

измеренного

 

и

 

идеального

 

тока

 

на

 

каждой

 

из

 

обмоток

 

статора

 

электродвигателя

 

при

 

изменении

 

ступени

 

имитации

 

межвиткового

 

замыкания

По

 

оси

 

абсцисс

 

отмечены

 

метки

 

времени

 

t

n

Далее

 

представлено

 

описание

 

соответствия

 

моментов

 

времени

 

и

 

ступеней

 

имитации

 

меж

-

виткового

 

замыкания

приводимых

 

на

 

рисунках

 4–9:

 

t

0

 — 

нулевая

 

ступень

межвитковое

 

замыкание

 

отсут

-

ствует

;

 

t

1

 — 

первая

 

ступень

 

имитации

 

развития

 

межвиткового

 

замыкания

приравнивается

 

к

 

минимальному

 

развитию

 

неисправности

;

 

t

2

 — 

вторая

 

ступень

 

имитации

 

развития

 

межвиткового

 

замыкания

приравнивается

 

к

 

среднему

 

развитию

 

неис

-

правности

;

Для

 

взаимодействия

 

пользователя

 

с

 

комплексом

 

было

 

реализовано

 

два

 

способа

:

 

непосредственно

 

через

 

аппаратное

 

решение

 

комплекса

;

 

путем

 

подключения

 

устройства

 

к

 

персональному

 

ком

-

пьютеру

.

Первый

 

способ

 

примечателен

 

отсутствием

 

необходи

-

мости

 

подключения

 

дополнительного

 

оборудования

Все

 

настройки

 

производятся

 

вводом

 

данных

 

через

 

две

 

управ

-

ляющие

 

клавиши

Также

 

в

 

комплексе

 

имеется

 

жидкокри

-

сталлический

 

дисплей

С

 

помощью

 

дисплея

 

выводится

 

основная

 

информация

 

величин

 

силы

 

тока

напряжения

 

и

 

степени

 

отклонения

 

от

 

допустимых

 

значений

 

тока

 

для

 

каждой

 

из

 

обмоток

То

 

есть

 

весь

 

базовый

 

функционал

 

бу

-

дет

 

доступен

 

при

 

непосредственном

 

использовании

.

Второй

  (

дополнительный

способ

 — 

подключение

 

персонального

 

компьютера

 

к

 

устройству

 

посредством

 

COM-

порта

Данный

 

способ

 

отличается

 

более

 

удобным

 

ин

-

терфейсом

 

для

 

использования

 

комплекса

а

 

также

 

анализа

 

данных

 

за

 

счет

 

отображения

 

всех

 

требуемых

 

характери

-

стик

 

на

 

одном

 

экране

При

 

использовании

 

данного

 

способа

 

уходит

 

необходимость

 

непосредственного

 

контакта

 

поль

-

зователя

 

с

 

комплексом

что

 

позволяет

 

размещать

 

устрой

-

ство

 

в

 

труднодоступных

 

местах

.

Микроконтроллер

 

в

 

процессе

 

диагностики

 

получает

 

от

 

аналого

-

цифровых

 

преобразователей

 

значения

 

силы

 

тока

 

и

 

напряжения

 

по

 

каждой

 

обмотке

 

статора

Поскольку

 

дан

-

ные

 

величины

 

были

 

приведены

 

к

 

значениям

 

в

 

пределах

 

от

 

до

 5 

В

то

 

необходимо

 

их

 

умножить

 

на

 

соответствующие

 

коэффициенты

которые

 

приведут

 

их

 

в

 

соответствие

 

с

 

ре

-

альными

 

величинами

После

 

получения

 

необходимых

 

величин

 

они

 

проверя

-

ются

 

на

 

пороговые

 

значения

 

ошибки

 

выхода

 

за

 

возмож

-

ные

 

пределы

 

измерений

Если

 

данный

 

выход

 

произошел

то

 

увеличивается

 

счетчик

 

выхода

 

за

 

пределы

 

во

 

время

 

из

-

мерительной

 

сессии

который

 

оператор

 

комплекса

 

вправе

 

сбросить

 

в

 

любой

 

момент

 

времени

 

после

 

ознакомления

Рассчитывается

 

отклонение

 

от

 

идеального

 

тока

 

в

 

моменте

 

(

локальная

 

ошибка

).

Когда

 

количество

 

измерений

 

набирается

 

в

 

заданном

 

ко

-

личестве

значения

 

усредняются

 

для

 

выявления

 

средних

 

ха

-

рактеристик

 

сети

Данные

 

характеристики

аналогично

 

про

-

Рис

. 4. 

Измеренные

 

и

 

расчетные

 

величины

 

сил

 

тока

 

первой

 

обмотки

 

Сила т

ок

а

t

0

t

1

t

2

t

3

Рис

. 5. 

Измеренные

 

и

 

расчетные

 

величины

 

сил

 

тока

 

второй

 

обмотки

 

Сила т

ок

а

t

0

t

1

t

2

t

3


background image

36

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 2 (21), 

июнь

 2021

 

t

3

 — 

третья

 

ступень

 

имитации

 

развития

 

межвиткового

 

замыкания

приравнивается

 

к

 

высокому

 

развитию

 

неис

-

правности

.

На

 

рисунках

 4–9 

измеренная

 

сила

 

тока

как

 

и

 

идеаль

-

ная

отмечена

 

на

 

оси

 

ординат

Идеальная

 

сила

 

тока

 — 

это

 

расчетная

 

величина

которая

 

должна

 

присутствовать

 

при

 

измеренном

 

напряжении

 

на

 

обмотке

 

и

 

с

 

известным

 

сопро

-

тивлением

 

соответствующей

 

обмотки

полученная

 

по

 

за

-

кону

 

Ома

.

Для

 

контроля

 

работы

 

программно

-

аппаратного

 

ком

-

плекса

 

был

 

использован

 

мультиметр

 «Mastech M830». 

В

 

соответствии

 

с

 

рисунками

 4–6 

представлены

 

вели

-

чины

 

сил

 

тока

протекающего

 

по

 

обмоткам

 

статора

 

АД

 

при

 

симметричном

 

питающем

 

напряжении

Напряжение

подаваемое

 

от

 

источника

 

электроэнер

-

гии

 

на

 

обмотки

 

статора

 

электродвигателя

равно

 220 

В

На

 

рисунке

 4 

величины

 

сил

 

тока

 

измерены

 

и

 

рассчитаны

 

для

 

первой

 

обмотки

 

статора

на

 

рисунке

 5 — 

для

 

второй

 

обмот

-

ки

а

 

на

 

рисунке

 6 — 

для

 

третьей

 

обмотки

.

Как

 

следует

 

из

 

зависимостей

приведенных

 

на

 

рисунках

 

4–6, 

измеренные

 

значения

 

соответствуют

 

условиям

при

 

которых

 

производилась

 

апробация

На

 

основании

 

указан

-

ных

 

зависимостей

 

можно

 

сделать

 

вывод

 

о

 

том

что

 

межвит

-

ковое

 

замыкание

 

в

 

статорных

 

обмотках

 

АД

 

выявляется

 

при

 

симметричном

 

питающем

 

напряжении

 

без

 

отключения

 

от

 

электрической

 

сети

На

 

рисунках

 7–9 

построены

 

зависимости

аналогичные

 

приведенным

 

на

 

рисунках

 4–6, 

но

 

при

 

несимметричных

 

фазных

 

напряжениях

 

питающих

 

АД

Величины

 

напряжений

подаваемых

 

от

 

источника

 

элек

-

троэнергии

 

на

 

статорные

 

обмотки

 

АД

составляют

первая

 

обмотка

 — 195 

В

вторая

 — 210 

В

а

 

третья

 — 225 

В

Как

 

следует

 

из

 

зависимостей

приведенных

 

на

 

рисун

-

ках

 7–9, 

измеренные

 

значения

 

имеют

 

меньшую

 

динамику

 

из

-

за

 

асимметрии

 

подаваемого

 

напряжения

 

по

 

сравнению

 

с

 

теми

 

случаями

когда

 

напряжение

подаваемое

 

на

 

обмот

-

ки

 

статора

было

 

симметричное

Но

 

при

 

такой

 

асимметрии

 

все

 

равно

 

можно

 

было

 

наблюдать

 

отклонения

 

значений

 

измеренных

 

сил

 

тока

 

от

 

соответствующих

 

идеальных

В

 

основном

 

отклонение

 

проявлялось

 

на

 

третьей

 

ступени

 

имитации

 

межвиткового

 

замыкания

На

 

основе

 

данных

полученных

 

при

 

апробации

 

на

 

лабораторном

 

испытательном

 

стенде

можно

 

утверж

-

дать

что

 

с

 

помощью

 

последнего

 

способа

 

можно

 

диагно

-

стировать

 

асинхронные

 

электродвигатели

 

на

 

наличие

 

межвитковых

 

замыканий

 

в

 

рабочем

 

режиме

 

питающей

 

электрической

 

сети

 

как

 

при

 

симметрии

 

фазных

 

напря

-

жений

так

 

и

 

при

 

их

 

несимметрии

Теоретические

 

осно

-

вы

 

апробированного

 

метода

 

приведены

 

в

 

патенте

 RU 

2537518 «

Способ

 

диагностики

 

межвитковых

 

замыканий

 

асинхронного

 

электродвигателя

» [4]. 

Также

 

на

 

основе

 

данных

полученных

 

на

 

лабораторном

 

испытательном

 

стенде

были

 

установлены

 

допустимые

 

значения

 

от

-

клонений

 

измеряемых

 

в

 

методе

 

величин

которые

 

были

 

заложены

 

в

 

новую

 

версию

 

программно

-

аппаратного

 

ком

-

плекса

.

Разработкой

 

и

 

совершенствованием

 

микропроцес

-

сорных

 

устройств

 

диагностики

 

межвитковой

 

изоляции

 

Рис

. 7. 

Измеренные

 

и

 

расчетные

 

величины

 

сил

 

тока

 

первой

 

обмотки

 

Сила т

ок

а

t

0

t

1

t

2

t

3

Рис

. 6. 

Измеренные

 

и

 

расчетные

 

величины

 

сил

 

тока

 

третьей

 

обмотки

 

Сила т

ок

а

t

0

t

1

t

2

t

3

Рис

. 8. 

Измеренные

 

и

 

расчетные

 

величины

 

сил

 

тока

 

второй

 

обмотки

 

Сила т

ок

а

t

0

t

1

t

2

t

3

Рис

. 9. 

Измеренные

 

и

 

расчетные

 

величины

 

сил

 

тока

 

третьей

 

обмотки

 

Сила т

ок

а

t

0

t

1

t

2

t

3

Диагностика

 

и

 

мониторинг


background image

37

электродвигателя

 

по

 

ЭДС

 

занимались

 

и

 

другие

 

уче

-

ные

которые

 

описывают

 

способы

 

совершенствова

-

ния

 

устройства

в

 

первую

 

очередь

за

 

счет

 

увеличения

 

скорости

 

его

 

работы

в

 

то

 

время

 

как

 

применение

 

не

-

скольких

 

разных

 

способов

 

давало

 

бы

 

более

 

весомый

 

эффект

 

увеличения

 

надежности

 

диагностики

 

АД

 [5, 6]. 

С

 

помощью

 

многопараметрического

 

диагностирования

 

можно

 

выявить

 

тепловые

электрические

 

и

 

механиче

-

ские

 

повреждения

 

на

 

работающей

 

машине

 [7, 8]. 

Однако

 

величина

 

отклонения

 

не

 

дает

 

полной

 

картины

 

влияния

 

отклонения

 

напряжения

 

на

 

работу

 

АД

 [9]. 

С

 

другой

 

сто

-

роны

контроль

 

в

 

реальном

 

времени

 

большого

 

числа

 

ме

-

няющихся

 

параметров

 

требует

 

высоких

 

операционных

 

и

 

вычислительных

 

затрат

Высокая

 

скорость

 

измене

-

ния

 

отслеживаемых

 

характеристик

 

требует

 

незамедли

-

тельной

 

реакции

 

на

 

аномальные

 

значения

Недостаток

 

времени

 

на

 

обработку

 

данных

 

может

 

привести

 

к

 

выходу

 

рабочей

 

машины

 

из

 

строя

 

раньше

чем

 

сработает

 

микро

-

процессорное

 

устройство

 (

такое

 

тоже

 

встречалось

 

в

 

на

-

шей

 

практике

). 

Наиболее

 

перспективным

 

в

 

этой

 

связи

 

видится

 

именно

 

метод

 

последовательного

 

применения

 

способов

 

диагностики

когда

 

алгоритм

 

высокого

 

уровня

 

определяет

 

аномалию

 

в

 

работе

 

АД

 

и

 

в

 

зависимости

 

от

 

уровня

 

изменения

 

характеристик

 

запускает

 

уточняющий

 

алгоритм

основанный

 

на

 

другом

 

способе

 

диагностики

либо

 

отключает

 

двигатель

 

с

 

целью

 

недопущения

 

его

 

дальнейшего

 

повреждения

ВЫВОДЫ

 

На

 

основе

 

проведенных