Способ контроля обрыва стержня ротора короткозамкнутого асинхронного электродвигателя

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОБРЫВА СТЕРЖНЯ РОТОРА КОРОТКОЗАМКНУТОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ путем подключения обмотки статора к сети, приведения ротора во .вращение и измерения тока статора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, из тока статора выделяют третью гармонику, измеряют пульсации ее амплитуды и по уровню пульсаций судят о наличии обрыва стержней обмотки ротора. Q @ V..-. .-.-rf-iS.; . ; I:-. Фие. f

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) SU (1и

3 А

MD 4 01 Р 31/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3594563/24-07 (22) 24.05.83 (46) 30.10.84. Бюл. Р 40 (72) M.A.Ãàøèìîâ и Н.A.Àñêåðîâ (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова (53) 621.313 (088.8) (56) 1. Гемке Р.Г. Неисправности электрических машин. Л., "Энергия", 1975, с. 161.

2. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин ГЭИ. M. — Ë., 1959, с. 441-442.

3. Reinhardt. Методы обнаружения повреждений короткозамкнутых клеток роторов асинхронных машин. -"25.Int.

Wiss. Kollog, Ilmenau, 27-31 Okt.

1980, Heft2, Vortrag-sr, А2" ° Ilmenau S. 105-108. (54) (57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОБРЫВА

СТЕРЖНЯ РОТОРА КОРОТКОЗАИКНУТОГО

АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ путем подключения обмотки статора к сети, приведения ротора во вращение и измерения тока статора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности контроля, из тока статора выделяют третью гармонику, измеряют пульсации ее амплитуды и по уровню пульсаций судят о наличии обрыва стержней обмотки ротора.

1121633

Изобретение относится. к диагностике технического состояния электрических машин и может быть использован для контроля исправности стержней ротора короткозамкнутых асинхронных электродвигателей.

Эксплуатация короткозамкнутого асинхронного электррдвигателя при наличии даже одного-двух оборванных стержней в роторе приводит к дальнейшему выходу иэ строя других стержней и отказу двигателя в работе.

Известны способы проверки исправности стержней ротора асинхронных корбткозамкнутых электродвигателей, разработанные для случаев заторможенного ротора, один из которых основан на измерении IIQ окружности ротора магнитного потока рассеяния, образующегося вокруг стержней ротора при питании его переменным током пониженного напряжения, равного 20-25% номинального. На каждый паз выступающей части ротора поочередно накладывают тонкую стальную пластину, перекрывающую два зубца ротора. Чри этом . над пазами, в которых нет стержней с обрывом, пластинка притягивается и дрЕбезжит, а при наличии обрыва притяжение и дребезжание исчезают (1 ).

Известен также, способ контроля обрыва стержня ротора, при котором ротор затормаживают и в статор подают пониженнОе напряжение, равное 20-25% номинального. Затем ротор медленно проворачивают и измеряют силу тока в .статоре. При отсутствии обрыва стерж ня сила тока фазы в статоре во всех положениях ротора одинакова, а при обрыве изменяется в зависимости от положения ротора (2 .

Недостатком описанных способов является непригодность их для применения на работающих машинах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля обрыва стержня ротора короткозамкнутого асинхронного электродвигателя путем подключения обмотки статора к сети, приведения ротора во вращение и измерения тока. статора (33.

Известно, что при наличии обрыва стержня ротора в токе статора появляются гармоники, кратные частоте скольжения. Известный способ основан на измерении пульсации полного, тока статора с частотой скольжения.

Эти пульсации малы по величине, происходят не с постоянной частотой, а с частотой скольжения, зависящей от нагрузки электродвигателя, что требует подстройки контура выделения контролируемого сигнала. Все это снижает точность контроля.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

49

55 0

Поставленная цель достигается тем, что по способу контроля обрыва стержня ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя путем подключения обмотки статора к сети, приведения ротора во вращение и измерения тока статора, из тока статора выделяют третью гармонику, измеряют пульсации ее амплитуды и по уровню пульсаций судят о наличии обрыва стержней обмотки ротора.

Физическая сущность изобретения основана на взаилюдействии (интерференции), возникающем при обрыве стержня (несимметрии обмотки ротора), между магнитныи потоком обратных токов третьей. гармоники ротора н магнитным потоком третьей гармоники статора.

Наличие в фазных величинах обмотки статора третьей гармоники (и кратных ей гармоник) обусловлено насыщением магнитной системы основным потоком намагничивания, определяемым величиной намагничивающего тока машины. Ток намагничивания и соответствующий ему основной поток намагничивания при изменении нагрузки от нуля до номинальной величины практически не изменяются. Остается постоянной и третья гармоника, обусловленная насыщением магнитной системы указанным потоком. Ври этом результирующий поток от третьей гармоники в пространстве отсутствует, так как в условиях симметричности трехфазной обмотки и при нагружении ее симметричными токами в любой момент времени намагничивающие силы, созданнйе токами третьей гармоники, совпадают цо фазе и их сумма равна нулю. Однако электрическая несимметрия обмотки ротора при обрыве стержня определенным образом обуславливает несимметрию третьих гармоник в фазных величинах обмотки статора. В таком случае намагничивающие силы, созданные токами третьей гармоники статора, в трех фазах представляют уже несимметричную систему и их сумма не равняется нуmo. Благодаря этому в пространстве появляется результирующий поток частоты ЗХ„ (f., — частота сети), вращающийся в йаправлении вращения потока основной гармоники.

1 для заданной степени исследуемой неисправности можно принять, что величина результирующего потока от третьих гармочик в фазах обмотки статора, обусловленных потоком намагничивания, практически остается постоянной так же, как и сам поток намагничивания, при изменении нагрузки машины от нуля для номинальной величины. Не изменяется также ЭДС индуцирования результирующим потоком третьей гармоники в обмотке статора.

Величина ЭДС третьей гармоники,.ин1121633 дуцированная в обмотке ротора ука.занным результирующим потоком, зависит уже от скольжения ротора. Таким образом, несмотря на постоянство ЭДС третьей гармоники в обмотке статора, величина этой ЭДС в обмотке ротора изменяется при изменении нагрузки от нуля до номинальной величины. При нагрузке из-за увеличения скольжения величина указанной ЭДС увеличивается и ее интерференция должна. усилить !О пульсацию третьей гармоники в обмотке статора. Что касается результируюшего потока первой гармоники, то, как известно, его величина по сравнению с величиной результируюшего 15 потока третьей гармоники несоизмеримо велика. Кроме того, в отличие от третьей гармоники, величина реэультируюшего потока первой гармоники не остается постоянной, а изменяется в соответствии с изменением нагрузки от нуля до номинальной величины.

Поэтому незначительная электрическая несимметрия короткоэамкнутой обмотки ротора в виде беличьей клетки (обрыв одного-двух стержней) не может вызвать большую пульсацию этой гармоники.

Проведено экспериментальное диагностическое исследование укаэанной неисправности ротора в ряде короткозамкнутых асинхронных электродвигателей. Искусственно задан обрыв стержня ротора (путем сверления стержня в пазу) и по предлагаемому способу осуществлен контроль за маши- 35 ной путем гармонического анализа и осциллографирования Фазных величин (тока и напряжения) и их гармонических составляюших.

На фиг.1-6 приведены осциллограм- 4() мы (симметричная половина) при холостом ходе (фиг.1, 3 и 5) и нагрузке (фиг.2, 4 и S) соответственно полно- го разного тока (фиг.1 и 2), его первой (фиг.3 и 4) и третьей (фиг.5 и 6) 15 гармоник, снятые на асинхронном электродвигателе при обрыве двУх стержней (один иэ которых неполностью высверлен) в пазах ротора; на фиг.7, 8 и 9 — кривые, показывающие характер изменения пульсаций соответственно

Фазного тока, его первой и третьей гармонических составляющих при.холостом ходе (кривые 1) и нагрузке (кривые 2).

Кривые 1 и 2 получены соответст- 55 венно из осциллограмм .фиг. -6 путем обработки их в долях относительных величин осциллографированных токов. При обработке принято, что .А = 2 +A А о А -А

Ац где А „, А„„.„- максимальные и минимальные размахи амплитуд осциллографированных величин.

Для простоты точки, характеризующие вершины пульсаций, соединены прямыми линиями.

Как показывает анализ полученных результатов, при сравнительно малой степени исследуемой неисправности (обрыв одного-двух стержней) пульсация тока фазы фиг.7 и его первой гармоники (фиг.8.) в режиме холостого хода (кривые 1)практически отсутствует. Слабо проявляется пульсация укаэанных величин также в режиме нагрузки машины (кривые 2, фиг.7 и 8), В значительной степени проявляется пульсация третьей гармоники в режиме нагрузки машины (йиг.9, кривые 2) °

При этом пульсация укаэанной гармоники четко проявляется и на измерительной шкале анализатора гармоник, Амплитуда (или размах) пульсации выделенной третьей гармоники почти в

3,5 раза больше, чем амплитуда пульсации тока фазы. При этом амплитуда пульсации первой гармоники несоизмеримо мала по сравнению с пульсацией третьей гармоники.

Таким образом, пульсация третьей гармоники в фазных величинах обмотки статора является наиболее информативньм диагност.:::еским признаком (параметром ) обрыва стержней асинхронной машины, на котором основано изобретение.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет более эффективно контролировать состояние стержней ротора, так как пульсация третьей гармоники в большей степени зависит от обрыва стержня, чем пульсация первой гармоники и полной фаэной величины; дает возможность контролировать состояние стержней при работе машины под нагрузкой; может быть использован для определения неисправности стержней при питании обмотки статора пониженным напряжением, равным 20-25% номинального; путем мед- ленного проворачивания ротора (т.е. имитации больших скольжений ) на профилактических испытаниях асинхронных двигателей без их разборки; позволя-, ет не только констатировать факт наличия обрыва, но и определить число оборванных стержней (по числу пиков пульсаций за один оборот ротоРа), а также степень обрыва (по амплитуде пульсаций).

1121633

1121633

0f

-02

Составитель В. Никаноров

Техред Н.Коцибн к Еорректор В. Бутяга

Редактор И.Рыбченко

Заказ 7976/36 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4