О возможности проведения контроля состояния асинхронных электродвигателей с частотно-регулируемым приводом методом спектрального анализа
А.Н. Назарычев, М.А. Захаров, А.С. Страхов, Е.М. Новоселов, Д.А. Полкошников, А.А. Скоробогатов
Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 5, сс. 66—74
Скачать PDF
Состояние вопроса. Одной из важных задач современной энергетики является повышение надежности функционирования асинхронных электродвигателей. Перспективным направлением контроля их технического состояния являются методы спектрального анализа сигналов. Однако очень мало внимания уделяется диагностике асинхронных двигателей в составе частотно-регулируемого электропривода, а также использованию преобразователей частоты в целях диагностики. В связи с этим вопросы, связанные с контролем состояния асинхронных электродвигателей с частотно-регулируемым приводом, являются актуальными и требуют проведения научных исследований. Целью исследования является экспериментальная оценка возможности применения метода спектрального анализа для оценки технического состояния асинхронных двигателей, в качестве приводов которых используются преобразователи частоты.
Материалы и методы. Исследования проведены на асинхронном двигателе типа АИР71А6 при исправной обмотке ротора и наличии одного оборванного стержня. В качестве диагностического сигнала рассмотрено внутреннее магнитное поле в установившемся режиме работы и при пуске двигателя. Оценка состояния осуществлена на основе определения в спектре амплитуд гармоник от фиктивной обмотки ротора. Для обработки сигнала использовано оконное преобразование Фурье.
Результаты. Получены спектры внутреннего магнитного поля при пуске и в установившемся режиме при питании двигателя от автотрансформатора и при использовании преобразователя частоты. Установлено, что диагностический признак наличия оборванных стержней, заключающийся в увеличении амплитуд гармоник от фиктивной обмотки ротора, проявляется при питании электродвигателя не только от автотрансформатора, но и от преобразователя частоты. Сопоставление амплитуд гармоник при наличии и отсутствии преобразователя частоты позволяет сделать заключение о том, что возникающие от преобразователя помехи незначительно влияют на амплитуды характерных гармоник.
Выводы. На примере сигнала внутреннего магнитного поля показано, что методы спектрального анализа могут быть использованы для диагностирования состояния асинхронных двигателей в составе частотно-регулируемого электропривода.
1. Седунин А.М., Афанасьев Д.О., Сидельников Л.Г. Контроль технического состояния асинхронных двигателей на основе спектрального анализа потребляемого тока // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. – 2013. – Вып. 12. – С. 15–18.
2. Siddiqui K.M., Sahay K., Giri V.K. Health Monitoring and Fault Diagnosis in Induction Motor – A Review // International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering. – 2014. – Vol. 3. – Issue 1. – P. 6549–6565.
3. Скоробогатов А.А. Анализ спектра магнитного поля в зазоре асинхронного двигателя при повреждении обмотки ротора // Вестник ИГЭУ. – 2006. – Вып. 2. – С. 75–78.
4. Вейнреб К. Диагностика ротора асинхронного двигателя методом спектрального анализа токов статора // Известия Российской академии наук. Энергетика. – 2013. – № 4. – С. 133–154.
5. Диагностика неисправностей асинхронных двигателей на основе спектрального анализа токов статора / Н.Р. Сафин, В.А. Прахт, В.А. Дмитриевский и др. // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2014. – № 3. – С. 34–39.
6. Mehala N. Current Signature Analysis for Condition Monitoring of Motors // International Journal of Electronics and Computer Science Engineering. – 2012. – Vol. 1, No. 3. – P. 1629–1633.
7. Turk N. Fault Diagnosis of Induction Motor using MCSA // International Journal of Electrical and Computer Engineering. – 2016. – Vol. 8. – P. 13–18.
8. Экспериментальное определение диагностических признаков повреждения обмоток роторов высоковольтных двигателей электростанций в режиме пуска / А.Н. Назарычев, Е.М. Новоселов, Д.А. Полкошников и др. // Дефектоскопия. – 2020. – № 5. – С. 3–11.
9. Экспериментально-аналитическое определение диагностического признака дефектов обмотки ротора асинхронного электродвигателя / Е.М. Новоселов, В.А. Савельев, А.С. Страхов и др. // Вестник ИГЭУ. – 2018. – Вып. 4. – С. 44–53.
10. Диагностика и прогнозирование состояния асинхронных двигателей на основе использования параметров их внешнего электромагнитного поля / А.Ю. Алексеенко, О.В. Бродский, В.Н. Веденев и др. // Вестник АлтГТУ. – 2006. – № 2. – C. 9–13.
11. Finite Element Diagnosis of Rotor Faults in Induction Motors Based on Low Frequency Harmonics of the Near-Magnetic Field / A. Ceban, V. Fireteanu, R. Romary, et al. // IEEE International Symposium on Diagnostics for Electric Machines, Power Electronics & Drives, Fault Modeling in Electrical Machines, Power Electronics and Drives. – Bologna, Italy, 2011. – P. 192–198.
12. Ceban A., Pusca R., Romary R. Study of Rotor Faults in Induction Motors Using External Magnetic Field Analysis // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – May, 2012. – Vol. 59, No. 5. – P. 2082–2093.
13. Лукьянов А.В., Мухачев Ю.С., Бельский И.О. Исследование комплекса параметров вибрации и внешнего магнитного поля в задачах диагностики асинхронных электродвигателей // Системы. Методы. Технологии. – 2014. – № 2(22). – С. 61–69.
14. Русов В.А. Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам. – Пермь, 2012. – 252 c.
15. Gritli Y., Di Tommaso A.O., Miceli R., Filippetti F., Rossi C. Vibration Signature Analysis for Rotor Broken Bar Diagnosis in Double Cage Induction Motor Drives // 4th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives, Istanbul, Turkey, 13–17 May, 2013. – Istanbul, Turkey, 2013. – P. 1814–1820.
16. Курнышев Б.С., Фомин П.А. Электромагнитная совместимость регулируемых асинхронных электроприводов / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново, 2005. – 100 с.