Применение преобразователя частоты для диагностики асинхронных двигателей методом спектрального анализа тока статора
М.А. Захаров, А.С. Страхов, Е.М. Новоселов, Д.А. Полкошников, И.Н. Сулыненков, А.А. Скоробогатов
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 3, сс. 46—60
Скачать PDF
Состояние вопроса. В настоящее время одним из наиболее перспективных методов контроля повреждений обмоток роторов асинхронных двигателей является метод спектрального анализа тока статора в установившемся и пусковом режимах работы. Однако практически все подобные исследования проведены без учета преобразователей частоты, которые часто используются в составе приводов. Преобразователи частоты могут использоваться для увеличения продолжительности пуска асинхронного двигателя и изменения величины напряжения и частоты, что позволяет добиться более достоверных результатов диагностики. В связи с этим актуальным является исследование возможностей применения преобразователя частоты для контроля состояния обмоток ротора двигателей по току статора.
Материалы и методы. Для проведения исследований разработан экспериментальный стенд. Исследования проведены на асинхронном двигателе типа АИР71А6 при исправной обмотке ротора и наличии одного оборванного стержня, в качестве силового преобразователя использован преобразователь частоты Веспер E4-8400-010H. Для регистрации тока статора с трансформаторов тока использовано устройство ENMU. Обработка сигналов тока статора осуществлена с помощью оконного преобразования Фурье с использованием оконной функции Флэттоп.
Результаты. Получены и проанализированы частотно-временные спектры сигналов тока статора при наличии и отсутствии обрыва стержня обмотки ротора асинхронного двигателя. Преобразователь частоты использован для увеличения продолжительности пуска и изменения режимных параметров в процессе работы двигателя. Обнаружена характерная для повреждения гармоническая составляющая при наличии обрыва, что подтверждает возможность применения преобразователя для диагностики двигателей.
Выводы. Показано, что преобразователям частоты в процессе диагностики нужно уделять внимание не только как возможному источнику помех и искажения диагностической информации, но и как инструменту для получения более достоверных результатов о состоянии обмоток роторов асинхронных двигателей.
- Babu W.R., Ravichandran C.S., Matheswaran V. Performance Analysis of Medium Voltage Induction Motor Using Stator Current Profile // International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering. – 2015. – Vol. 4, Issue 4. – Р. 2129–2136.
- Андреева О.А. Разработка методов диагностики двигателей собственных нужд электрических станций. – Павлодар: Кереку, 2015. – 142 с.
- Метод контроля состояния обмоток роторов асинхронных электродвигателей при пуске по току статора / А.Н. Назарычев, Е.М. Новоселов, Д.А. Полкошников и др. // Дефектоскопия. – 2020. – № 8. – С. 49–55.
- Instantaneous Frequency of the Left Sideband Harmonic During the Start-Up Transient: A New Method for Diagnosis of Broken Bars / M. Pineda-Sánchez, M. Riera-Guasp, J. Antonino-Daviu, et al. // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2009. – Vol. 56, No. 11. – P. 4557–4570.
- Вейнреб К. Диагностика неисправностей ротора асинхронного двигателя методом спектрального анализа токов статора // Электричество. – 2012. – № 7. – С. 51–57.
- Thomson W.T., Gilmore R.J. Motor current signature analysis to detect faults in induction motor drives – Fundamentals, Data Interpretation and Industrial Case Histories // Proceedings of 32nd Turbomachinery Symposium, Texas, A&M University, USA. – Texas, 2003 September. – P. 145–156.
- Jokic S., Ikic S. Condition assessment of the induction motor based on vibration and current signature analyses // International Electrical Testing Association Journal NETAworld. – 2018. – P. 66–70.
- Diagnosis of Broken Rotor Bars during the Startup of Inverter-Fed Induction Motors Using the Dragon Transform and Functional ANOVA / V. Fernandez-Cavero, L.A. García-Escudero, J. Pons-Llinares, et al. // Applied Sciences. – 2021. – Vol. 11, Issue 9. – P. 1–12. https://doi.org/10.3390/app11093769 (Accessed 24 February 2025).
- Rotor Unbalance and Broken Rotor Bar Detection in Inverter-Fed Induction Motors at Start-up and Steady-State Regimes by High-Resolution Spectral Analysis / R.J. Romero-Troncoso, A. Garcia-Perez, D. Morinigo-Sotelo, et al. // Electric Power Systems Research. – 2016. – Vol. 133. – P. 142–148.
- Practical Aspects of Broken Rotor Bars Detection in PWM Voltage-Source-Inverter-Fed Squirrel-Cage Induction Motors / Zhu Hong-yu, Hu Jing-tao, G. Lei, H. Hao // Journal of Applied Mathematics. – 2013. – P. 1–11. http://dx.doi.org/10.1155/2013/128368 (Accessed 24 February 2025).
- Zaman Sh.Md.K., Liang X., Li W. Fault Diagnosis for Variable Frequency Drive-Fed Induction Motors Using Wavelet Packet Decomposition and Greedy-Gradient Max-Cut Learning. IEEE Access. – 2021. – P. 1–13. URL: https://www.researchgate.net/publication/351184541_Fault_Diagnosis_for_Variable_Frequency_Drive-Fed_Induction_Motors_Using_Wavelet_Packet_Decomposition_and_Greedy-Gradient_Max-Cut_Learning (Accessed 24 February 2025).
- Broken Rotor Bar Fault Diagnostic for DTC Fed Induction Motor Using Stator Instantaneous Complex Apparent Power Envelope Signature Analysis / S. Lachtar, G. Adel, K. Koussa, et al. // International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS). – Sep. 2019. – Vol. 10, No. 3. – P. 1187–1196.
- О возможности проведения контроля состояния асинхронных электродвигателей с частотно-регулируемым приводом методом спектрального анализа / А.Н. Назарычев, М.А. Захаров, А.С. Страхов и др. // Вестник ИГЭУ. – 2024. – Вып. 5. – С. 66–74.
- Новаков А.В., Гладков В.В. Преобразователь частоты для диагностики асинхронных двигателей // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2022. – Вып. 3. – С. 153–158.
- Анализатор спектра на основе алгоритма автокоррекции времени записи сигнала / А.Н. Назарычев, Е.М. Новоселов, А.С. Страхов и др. // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. – 2017. – Т. 23, № 4. – С. 98–109.