WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Одной из несимметрий, существенно влияющих на уровень внешнего магнитного поля электрических машин, является несимметрия основного воздушного зазора, вызванная, в частности статическим эксцентриситетом ротора. Статический эксцентриситет ротора является наиболее часто встречающимся видом несимметрии в электрической машине. Причины его появления – неточность установки ротора относительно расточки статора и выработка подшипников в процессе эксплуатации. Анализ (2.6) показывает, что наличие статического эксцентриситета ротора приводит к появлению в зазоре электрической машины спектра гармоник магнитной индукции с порядком выше и ниже основной.

B B cos(t p ) 1 0.52...

m 0.5 B cos(t p 1) 1 0.752...

m 0.5 Bm cos(t p 1) 1 0.752... (2.6) 0.25 B cos(t p 2 )2 1 2...

m 0.25 Bm cos(t p 2)2 1 2......

Наиболее ярко выраженными являются гармоники порядка (р-1) и (р+1), где p – основная гармоника индукции ВМП ЭД (50 Гц). Теоретические выкладки подтверждаются экспериментальными данными. Чем больше отличие порядка гармоники от основной, тем меньше её уровень, что связано с числовым коэффициентом при Bm и с возрастающей степенью относительного эксцентриситета, который всегда меньше единицы.

Таким образом, наличие дефектов статора, а также дефектов подшипникового узла приводит к появлению во внешнем магнитном поле электрических машин пространственных гармоник, порядок которых ниже порядка основной пространственной гармоники и которые в значительной мере определяют характер изменения индукции внешнего магнитного поля электрической машины во времени.

Наряду с нарушением эксцентриситета ротора в работе были рассмотрены дефекты обмотки статора ЭД. При возникновении данных неисправностей нарушаются электрическая и магнитная симметрии обмоток статора и, как следствие этого - нарушается симметрия индукции третьей гармоники в фазных обмотках.

В этих случаях индукции третьих гармоник в трех фазах статора представляют уже несимметричную систему и их сумма не равняется нулю. В результате этого в пространстве воздушного зазора машины появляется результирующая индукция частоты 3f1, (f1 – частота сети).

При возникновении межвитковых и межфазных замыканий в обмотке статора в повреждённых фазных обмотках для токов третьей гармоники образуется отдельный самостоятельный замкнутый контур, где они будут циркулировать. Подобно эффекту, получаемому при соединении обмотки в треугольник, в поврежденных фазных обмотках должна происходить частичная компенсация высших гармонических составляющих, в том числе третьих гармонических. Благодаря этому в фазных величинах поврежденных фаз значение данных гармоник должно уменьшаться по мере увеличения тока в короткозамкнутом контуре, т. е. по мере усиления степени тяжести этих повреждений.

Одновременно электрические замыкания в фазных обмотках должны привести к определенному увеличению значений третьей гармоники в неповрежденных фазах, так как увеличение тока в короткозамкнутом контуре усиливает несимметрию токов в фазах. Это приводит к росту результирующего потока от токов третьей гармоники.

Зная, что появление спектра гармоник магнитной индукции в воздушном зазоре приводит к появлению аналогичного спектра во внешнем магнитном поле машины, можно сделать вывод, что признаком межвитковых и межфазных замыканий является наличие третьей и кратных ей гармоник во ВМП ЭД.

В третьем разделе проведен комплекс экспериментальных исследований, направленных на обоснование зависимостей между характером изменения индукции ВМП ЭД во времени и степенью развития различных дефектов.

Для достижения цели была создана лабораторная установка, включающая в себя:

Асинхронный двигатель;

Датчик;

Экранированный кабель;

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

Персональный компьютер (ПК);

Программное обеспечение на ПК.

Структурная схема лабораторной установки изображена на рисунке 3.1.

Персональный компьютер устройустройство Датчик ЭД АЦП ство заобработки писи Рисунок 3.1 – Структурная схема экспериментального стенда Магнитная индукция ВМП ЭД воздействует на первичный преобразователь (датчик), в результате чего в датчике генерируется аналоговый сигнал. Аналоговый сигнал с датчика подается на вход АЦП. Во время аналого-цифрового преобразования дискретные отсчеты преобразуются в последовательность чисел, причем поток цифровых данных, представляющий сигнал, включает как полезные, так и нежелательные высокочастотные компоненты и помехи. Для фильтрации высокочастотных помех полученные цифровые данные пропускаются через цифровой фильтр.

Оцифрованный сигнал характеризуется такими величинами, как частота дискретизации и величина квантования. Для записи и предварительной оценки сигнала был использован программный продукт CoolEdit Pro 2.1.

Для анализа гармонического состава сигнала была использована программа PowerGraph 3.3 (рисунок 3.2). Для спектрального анализа в программе «PowerGraph» используется алгоритм «Быстрое преобразование Фурье».

Спектроанализатор позволяет строить различные типы спектральных графиков, проводить дополнительные статистические вычисления в заданных частотных полосах.

Для изучения процессов изменения ВМП ЭД применялось моделирование дефектов изоляции статора ЭД.

Разница между моделью и реальным процессом заключается в продолжительности развития дефекта. Ухудшение изоляции статора ЭД происходит при продолжительной эксплуатации, перегрузках и прочих не нормальных режимах. Процесс этот может растягиваться на долгое время, что значительно затрудняет исследования. Искусственные замыкания в обмотках статора создавались при помощи специальных предварительно выведенных из лобовой части обмотки статора выводов. Для имитации переходного сопротивления изоляционного слоя в точке замыкания эти выводы замыкаются через регулируемое активное сопротивление.

Это позволяет регулировать значение тока в короткозамкнутом контуре и получать различные степени тяжести исследуемых повреждений, которые создаются путем изменения тока в короткозамкнутом контуре. Результаты проведенных экспериментов приведены на рисунках 3.3 – 3.5.

Рисунок 3.2 – Основное рабочее окно программы PowerGraph 3.Рисунок 3.3 – Гармонический состав индукции ВМП ЭД без дефекта Рисунок 3.4 – Гармонический состав индукции ВМП ЭД в точке наибольшей амплитуды сигнала при межвитковом замыкании Рисунок 3.5 – Гармонический состав индукции ВМП ЭД в точке данного раздела является нахождение зависимостей между показ наибольшей амплитуды сигнала при межфазном замыкании В ходе описанных лабораторных исследований, проведенных в Алтайском государственном техническом университете им. И. И. Ползунова путем ускоренного старения изоляции ЭД, моделирования витковых и межфазных замыканий обмоток, была доказана зависимость между спектром гармоник индукции внешнего магнитного поля электрического двигателя и видом дефекта. Результаты данных исследований позволили установить, что анализ спектра индукции внешнего магнитного поля асинхронного двигателя дает возможность получить достоверную информацию не только о виде дефекта, но и о степени его развития.

Четвертый раздел посвящен формализации метода диагностирования ЭД и экспертной системы, позволяющей определять характер повреждения двигателя по результатам диагностики. В разработанном методе диагностики использованы принципы зависимости изменения индукции внешнего магнитного поля электродвигателя от развития в нем дефектов.

При обследовании двигателей производились замеры общего уровня индукции внешнего магнитного поля ЭД, регистрировался ее спектральный анализ и фиксировались формы полученных сигналов. Средствами информационно-логического анализа строились каналы связи и оценивалось количество информации о дефектах ЭД, содержащейся в гармониках ВМП ЭД.

На основе информационного анализа удалось получить следующие результаты:

- построить оптимальную «классификацию» явлений и параметров для данных исследований (величина шага ранга, количество рангов и т.д.);

- выявить область значений параметра, где явление устойчиво (инвариантно);

- определить меру зависимости явления от каждого состояния параметра, от параметра в целом и от совокупности состояний параметров;

- исключить параметры, связанные с явлением косвенно, в основном в результате взаимной связи с некоторым третьим явлением;

- на основании выявленных связей создать возможность для научной постановки опытов по изучению данного явления.

Информационный анализ является лишь первым шагом в обработке материала. Но установление формы логической зависимости явления от рассматриваемого набора параметров разрешается с применением функций многозначной логики. В результате обработке данных, полученных экспериментальным путем, информационно - логическим анализом были получены следующие зависимости: для межфазного замыкания f=Kf9 Kf1 V (Kf3 Kf7) Kf5 (4.1) для междувиткового замыкания f=Kf9 V (Kf1 Kf5) Kf3 V Kf7 (4.2) Заключительным этапом стало сопоставление теоретических и наблюдаемых распределений частот различных значений. Результатом исследований является алгоритм, где входными параметрами будут некоторые значения различных факторов (Kfi), а выходным параметром будет значение функции.

Полученные зависимости легли в основу метода диагностики. Удалось добиться диагностирования неисправностей подшипникового узла ЭД, а также определения дефектов обмотки статора двигателя. Весь возможный диапазон значений уровня дефектности разбит на четыре ранга (I ранг – дефект отсутствует; II ранг – незначительный уровень развития дефекта; III ранг – высокий уровень развития дефекта, необходимо срочное ТО; VI ранг – критическое развитие дефекта, не допустима дальнейшая эксплуатация). Используя полученные зависимости, был проведен ряд испытаний и получена значительная база знаний, достаточная для построения на ее основе экспертной системы. На рисунке 4.1 приведена блок – схема экспертной системы. В аналитическом блоке, на основе полученных в третьем разделе зависимостей на базе информационно-логического анализа, разработан алгоритм построения канала связи между развитием дефектов ротора и статора электродвигателя и спектром его внешнего магнитного поля.

Раздел априорных данных является основой при построении канала связи. Сбор данных проводился на различных предприятиях Калманского, Первомайского и Алтайского районов аграрного комплекса Алтайского края, а также при моделировании развития дефектов в лаборатории. Правильное ранжирование – разбиение всей совокупности данных на отдельные сегменты (ранги) - ключевой момент в определении точности и достоверности прогноза. Однако эти показатели имеют между собой обратную зависимость, т.е. увеличение точности прогноза неизменно приведет к снижению его достоверности. Поиск оптимального соотношения является отдельной проблемой, требующей разработки дополнительных алгоритмов, реализованных, например, при помощи нейросетей. На сегодняшний день в системе реализована возможность изменения рангов вручную на усмотрение пользователя.

Еще одним важным разделом предлагаемого алгоритма является анализ данных – это раздел предлагаемой системы, в котором производится оценка информативности гармоник спектра и определение рабочей гипотезы. Для оценки рабочей гипотезы необходима контрольная выборка (КВ), которая должна обладать необходимым разнообразием (быть представительной), а также эти данные не должны входить в априорную базу данных. Если результаты расчета при помощи рабочей гипотезы не опровергают данные КВ, то гипотеза утверждается. Иначе необходимо произвести изменения рабочей гипотезы.

Рассмотренная система позволяет оценить количественно гармоники спектра, определяющие развитие того или иного дефекта. Большую сложность при этом вызывает ограниченное количество априорных данных, поэтому в системе реализована возможность адаптации, алгоритм которой изображен на рисунке 4.2. Данная возможность позволяет накапливать опыт, автоматически анализировать данные при изменении базы априорных значений, и как следствие - изменять рабочую гипотезу без вмешательства пользователя.

Практическая реализация алгоритма осуществлена средствами языка программирования Delphi 2006.

Определение ранжирования Аналитический блок Анализ данРабочая ных гипотеза Контрольная выборка Изменение гипотезы в ручную Производится оценка состояния электродвигателя Спектр ВМП Рабочий блок Рисунок 4.1 - Блок – схема экспертной системы Добавление информации в апри- Анализ изменения данорную базу данных ныхизменение коэффициентов Да/нет Изменение гипотезы Да/нет Контрольная выборка (проверка) Рабочий блок Рисунок 4.2 - Алгоритм адаптации экспертной системы Таким образом, при анализе ситуации, сложившейся в агропромышленном комплексе, было выявлено, что показатели надежности установленного в данном секторе производства электрооборудования являются неудовлетворительными, планирование отсутствует, а ремонты происхо ные Априорные данИсходные для расчета данные дят на 85 % по факту выхода из строя электродвигателей, что влечет за собой значительные убытки от простоя оборудования. Наиболее рациональным путем решения сложившейся ситуации является разработка метода, позволяющего наиболее точно и всесторонне оценить фактическое состояние электродвигателя при наименьших затратах, а также создание экспертных систем для оценки результатов диагностики, с целью повышения эффективности использования метода.

Основные выводы и результаты исследований 1. Установлено, что внешнее магнитное поле электрических машин в значительной мере определяется различного рода несимметриями обмоток статора и магнитной системы. Несимметрии, обусловленные возникшими дефектами, изменяют характер внешнего магнитного поля, вызывая спектр пространственных гармоник индукции, что дает возможность использовать индукцию ВМП для диагностирования ЭД.

2. Теоретически доказана зависимость между наличием в двигателе дефектов и проявлением определенных гармоник в спектре ВМП ЭД, а именно:

1) наличие статического эксцентриситета ротора приводит к появлению во внешнем магнитном поле электрических машин пространственных гармоник, порядок которых ниже порядка основной пространственной гармоники и которые в значительной мере определяют уровень внешнего магнитного поля электрической машины;

2) наличие во ВМП ЭД гармоник k-1 и k+1, где k – основная гармоника, может служить диагностическим признаком выработки подшипников;

3) наличие во ВМП ЭД гармоник 3k может служить диагностическим признаком межвитковых и межфазных замыканий обмотки статора.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»