Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов

В статье представлены результаты математического моделирования и анализа вибровозмущающих сил в короткозамкнутых асинхронных двигателях при наличии дефектов ротора. Целью исследования является обоснование методологии вибрационной диагностики дефектов роторов короткозамкнутых асинхронных двигателей н...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2014
Main Authors:	Васьковский, Ю.Н., Гераскин, А.А.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут електродинаміки НАН України 2014
Series:	Гідроенергетика України
Subjects:	Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141572
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов / Ю.Н. Васьковский, А.А. Гераскин // Гідроенергетика України. — 2014. — № 4. — С. 44-50. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-141572
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1415722025-02-09T15:39:51Z Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов Васьковский, Ю.Н. Гераскин, А.А. Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці В статье представлены результаты математического моделирования и анализа вибровозмущающих сил в короткозамкнутых асинхронных двигателях при наличии дефектов ротора. Целью исследования является обоснование методологии вибрационной диагностики дефектов роторов короткозамкнутых асинхронных двигателей на основе системы диагностических признаков и коэффициентов. 2014 Article Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов / Ю.Н. Васьковский, А.А. Гераскин // Гідроенергетика України. — 2014. — № 4. — С. 44-50. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1812-9277 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141572 621.313.333 ru Гідроенергетика України application/pdf Інститут електродинаміки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці
spellingShingle	Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці Васьковский, Ю.Н. Гераскин, А.А. Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов Гідроенергетика України
description	В статье представлены результаты математического моделирования и анализа вибровозмущающих сил в короткозамкнутых асинхронных двигателях при наличии дефектов ротора. Целью исследования является обоснование методологии вибрационной диагностики дефектов роторов короткозамкнутых асинхронных двигателей на основе системы диагностических признаков и коэффициентов.
format	Article
author	Васьковский, Ю.Н. Гераскин, А.А.
author_facet	Васьковский, Ю.Н. Гераскин, А.А.
author_sort	Васьковский, Ю.Н.
title	Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов
title_short	Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов
title_full	Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов
title_fullStr	Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов
title_full_unstemmed	Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов
title_sort	вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов
publisher	Інститут електродинаміки НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141572
citation_txt	Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов / Ю.Н. Васьковский, А.А. Гераскин // Гідроенергетика України. — 2014. — № 4. — С. 44-50. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Гідроенергетика України
work_keys_str_mv	AT vasʹkovskijûn vibracionnaâdiagnostikadefektovrotorovasinhronnyhdvigatelejnaosnovediagnostičeskihpriznakovikoéfficientov AT geraskinaa vibracionnaâdiagnostikadefektovrotorovasinhronnyhdvigatelejnaosnovediagnostičeskihpriznakovikoéfficientov
first_indexed	2025-11-27T13:05:08Z
last_indexed	2025-11-27T13:05:08Z
_version_	1849948861364174848
fulltext	Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Гідроенергетика України, 4/2014, ISSN 1812�92774444 АА к ту аль ность те мы. Асин хрон ные дви - га те ли (АД) с ко рот ко за мк ну тым ро то - ром мощ но с тью 300 … 5000 кВт ши ро - ко при ме ня ют ся на эле к т ро стан ци ях раз лич но го ти па для при во да ме ха низ мов соб ст вен ных нужд: вен ти ля тор ных ус та но вок, на сос но#ком прес сор - ных аг ре га тов, ша ро вых мель ниц и дру гих ус т - ройств. Зна чи тель ное чис ло мощ ных экс плу а ти - ру е мых дви га те лей уже от ра бо та ло га ран тий ные сро ки сво ей ра бо ты, что при ве ло к сни же нию их на деж но с ти и уве ли че нию ко ли че ст ва слу ча ев вне зап ной ава рий ной ос та нов ки. В свя зи с этим в со вре мен ных ус ло ви ях с це лью пре дот вра ще ния не га тив ных по след ст вий вне зап ной ава рий ной ос та нов ки АД осо бое зна че ние при об ре та ет со - зда ние эф фек тив ных си с тем кон тро ля тех ни че с - ко го со сто я ния и ди а гно с ти ки по вреж де ний АД. В ча ст но с ти, ак ту аль ным яв ля ет ся ди а гно с ти ка по вреж де ний ко рот ко за мк ну то го ро то ра — уз ла кон ст рук ции, ко то рый на и бо лее слож но под да ет - ся ди а гно с ти ке. В АД мо гут иметь ме с то по вреж - де ния раз лич ных эле мен тов кон ст рук ции ро то ра: об рыв стерж ней ко рот ко за мк ну - той об мот ки ро то ра (КЗОР), об - рыв сег мен тов ко рот ко за мы ка ю - щих ко лец (СКК), а так же ста ти - че с кий и ди на ми че с кий экс - цен т ри си те ты (со от вет ст вен но СЭ и ДЭ), ко то рые так же мож - но от не с ти к по вреж де ни ям ро то ра. По это му си с - те ма ди а гно с ти ки долж на не толь ко вы яв лять по - вреж де ния ро то ра, но и оп ре де лять ука зан ные ви - ды по вреж де ний, что тре бу ет по ст ро е ния и обос - но ва ния со от вет ст ву ю щей си с те мы ди а гно с ти че - с ких при зна ков. На се го дняш ний день из ве ст ны раз лич ные ме то ды и со от вет ст ву ю щие им си с те мы кон тро ля тех ни че с ко го со сто я ния и ди а гно с ти ки по вреж де - ний АД: ди а гно с ти ка по ре зуль та там спе к т раль - но го ана ли за по треб ля е мо го то ка [4], ди а гно с ти ка по спе к т ру по треб ля е мой мощ но с ти [3], ви б ра ци - он ная ди а гно с ти ка [1, 2, 5]. На и бо лее пер спек тив - ной яв ля ет ся ви б ра ци он ная ди а гно с ти ка, ко то рая име ет на и боль шую чув ст ви тель ность и ко то рую це ле со об раз но при ме нять для ди а гно с ти ки мощ - ных эле к т ри че с ких ма шин. В си с те мах ви б ро ди - аг но с ти ки при ме ня ют ся дат чи ки ви б ро ус ко ре - ния, в ос но ву дей ст вия ко то рых по ло жен пье зо - эле к т ри че с кий эф фект. Обос но ва ние си с те мы ди а гно с ти че с ких при - зна ков це ле со об раз но вы пол нить ме то да ми ма те - ма ти че с ко го мо де ли ро ва ния, для че го не об хо ди - ма раз ра бот ка ма те ма ти че с ких мо де лей АД, об ла - да ю щих со от вет ст ву ю щи ми де фек та ми. При этом в от ли чие от при бли жен ных ана ли ти че с ких мо де - лей по ле вые мо де ли поз во ля ют стро го учи ты вать раз лич ные фак то ры: осо бен но с ти ге о ме т рии зуб - це во#па зо вой зо ны АД, эф фек ты на сы ще ния, вы - тес не ния то ка и др. По это му обос но ва ние си с те - мы ди а гно с ти че с ких при зна ков не об хо ди мо про - во дить на ба зе по ле вых мо де лей АД. Ре зуль та ты ис сле до ва ний. Ис сле до ва ния про во ди лись на при ме ре дви га те ля соб ст вен ных ВИБРАЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА ДЕФЕКТОВ РОТОРОВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ И КОЭФФИЦИЕНТОВ УДК 621.313.333 ВАСЬКОВСКИЙ Ю.Н., докт. техн. наук, профессор, ГЕРАСКИН А.А., канд. техн. наук, НТУ Украины "Киевский политехнический ин#т" В ста тье пред став ле ны ре зуль та ты ма те ма ти че с ко го мо де ли ро ва ния и ана ли за ви б - ро воз му ща ю щих сил в ко рот ко за мк ну тых асин хрон ных дви га те лях при на ли чии де фек тов ро то ра. Це лью ис сле до ва ния яв ля ет ся обос но ва ние ме то до ло гии ви б ра ци он ной ди а гно с ти ки де фек тов ро то ров ко рот ко за мк ну тых асин хрон ных дви га те лей на ос но ве си с те мы ди а гно с - ти че с ких при зна ков и ко эф фи ци ен тов. ГЕРАСКИН А.А. ВАСЬКОВСКИЙ Ю.Н. Рис. 1. Распределение токов в обмотках и изолинии векторного магнитного потенциала в АТД�5000 Гідроенергетика України, 4/2014, ISSN 1812�9277 4545 Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І нужд эле к т ро стан ций АТД#5000 (Рис. 1), име ю - ще го сле ду ю щие дан ные: но ми наль ная мощ ность — 5000 кВт; но ми наль ное ли ней ное на пря же ние — 6000 В; но ми наль ный фаз ный ток — 545 А; чис - ло пар по лю сов — 1; воз душ ный за зор — 6 мм; ди - а метр рас точ ки ста то ра — 675 мм; но ми наль ное сколь же ние — 0,005. Ма те ма ти че с кая мо дель. По ле вая ма те ма ти - че с кая мо дель ис сле ду е мо го асин хрон но го дви га - те ля в дву мер ной по ста нов ке ба зи ру ет ся на диф - фе рен ци аль ном урав не нии в ча ст ных про из вод - ных, сфор му ли ро ван ном в ро тор ной си с те ме ко - ор ди нат [1]. Это урав не ние чис лен но ре ша ет ся ме то дом ко неч ных эле мен тов в си с те ме про грамм COMSOL Multiphysics: , где — ак си аль ная со став ля ю щая век тор но го маг нит но го по тен ци а ла; s — сколь же ние ро то ра; ω1 — уг ло вая ча с то та вра ще ния по ля ста то ра; μ — маг нит ная про ни ца е мость ма те ри а ла; ∂ϕ/∂z — раз - ни ца по тен ци а лов на кон цах ро то ра, воз ни ка ю - щая в ре зуль та те по яв ле ния в ро то ре раз лич ных по вреж де ний; —плот ность сто рон них то ков. Важ ной со став ля ю щей ука зан ной ма те ма ти - че с кой мо де ли яв ля ет ся мо дель ви б ро воз му ща ю - щих эле к т ро маг нит ных сил [2], ко то рые оп ре де - ля ют ся с по мо щью тен зо ра маг нит но го на тя же - ния Мак с вел ла , ха рак те ри зу ю ще го плот ность эле к т ро маг нит ной си лы, при ло жен ной к по верх - но с ти рас точ ки ста то ра. В нор маль но#тан ген ци - аль ной си с те ме ко ор ди нат век тор тен зо ра маг - нит но го на тя же ния раз де ля ет ся на нор маль ную и тан ген ци аль ную со став ля ю щие: Нор маль ная со став ля ю щая тен зо ра маг нит но - го на тя же ния (на прав ле на вдоль век то ра нор ма ли к по верх но с ти рас точ ки ста то ра) ха рак те ри зу ет дей ст вие ра ди аль ных ви б ро воз му ща ю щих эле к т - ро маг нит ных сил на сер деч ник ста то ра, а тан ген - ци аль ная со став ля ю щая (на прав ле на вдоль ка са - тель ной к по верх но с ти ро то ра) — ко ле ба ния эле к - т ро маг нит но го мо мен та. Для за да чи ви б ро ди аг но - с ти ки ак ту аль ным яв ля ет ся ана лиз ра ди аль ных ви б ра ций, ко то рые фик си ру ют ся дат чи ка ми ви б - ро ус ко ре ния. По это му в даль ней шем ис сле ду ет ся нор маль ная со став ля ю щая тен зо ра маг нит но го на - тя же ния. При этом, учи ты вая пе ри о ди че с кий ха - рак тер из ме не ния ви б ро воз му ща ю щих сил, це ле - со об раз но вы пол нить спе к т раль ный ана лиз тен зо - ра на тя же ния и пе рей ти к ис сле до ва нию от дель - ных со став ля ю щих спе к т ра. Это поз во ля ет ус та но - вить ди а гно с ти че с кие при зна ки, со от вет ст ву ю щие раз ным ви дам по вреж де ний. Си с те ма ди а гно с ти че с ких ко эф фи ци ен тов для оп ре де ле ния по вреж де ний ро то ра АД. Вво - дит ся сле ду ю щая си с те ма ди а гно с ти че с ких ко эф - фи ци ен тов, да ю щих ко ли че ст вен ную оцен ку из - ме не ний в спе к т рах сиг на лов дат чи ков ви б ра ции при по яв ле нии по вреж де ний. Ис сле ду ют ся чис - ло вые зна че ния этих ко эф фи ци ен тов в за ви си мо - с ти от ха рак те ра и сте пе ни раз ви тия по вреж де - ний ро то ра, и обос но вы ва ет ся воз мож ность их ис - поль зо ва ния в си с те мах ви б ра ци он но го кон тро ля и ди а гно с ти ки. Ди а гно с ти че с ки ми ко эф фи ци ен - та ми яв ля ют ся сле ду ю щие ко эф фи ци ен ты: 1. Ко эф фи ци ент из ме не ния сред не ква д ра тич - но го зна че ния (СКЗ) спе к т ра ви б ро ус ко ре ния kCKЗ_a, ко то рый ха рак те ри зу ет от но ше ние СКЗ спе к т ра ви б ро ус ко ре ния по вреж ден но го АД к СКЗ спе к т ра ви б ро ус ко ре ния не по вреж ден но го АД и рас счи ты ва ет ся по фор му ле: , (1) где N — ко ли че ст во уч тен ных гар мо ник в спе к т ре; i — но мер гар мо ни ки; Tni_П, Tni_ПН — амп ли ту ды і�й гар мо ни ки нор маль ной со став ля ю щей тен зо ра маг нит но го на тя же ния в спе к т рах сиг на лов дат - чи ков ви б ра ции со от вет ст вен но по вреж ден но го и не по вреж ден но го АД. 2. Ко эф фи ци ент из ме не ния СКЗ спе к т ра ви б - ро с ко ро с ти kCKЗ_v, ко то рый ха рак те ри зу ет от но - ше ние СКЗ спе к т ра ви б ро с ко ро с ти по вреж ден но - го АД к СКЗ спе к т ра ви б ро с ко ро с ти не по вреж - ден но го АД и рас счи ты ва ет ся по фор му ле: . (2) Обо зна че ние пе ре мен ных в фор му ле (2) та - кие же, как и в фор му ле (1). Ко эф фи ци ен ты kCKЗ_a и kCKЗ_v рас счи ты ва ют - ся без уче та по сто ян ной со став ля ю щей спе к т ра Tn0 , по сколь ку эта со став ля ю щая не по сред ст вен - но не из ме ря ет ся пье зо эле к т ри че с ки ми дат чи ка - ми ви б ро ус ко ре ния. Ко эф фи ци ен ты kCKЗ_a и kCKЗ_v пред став ля ют со бой ин те г раль ные по ка за - те ли, ха рак те ри зу ю щие в це лом су ще ст ву ю щий уро вень ви б ра ций в ис сле ду е мом АД. 3. Ко эф фи ци ент обо рот ных гар мо ник kОБ, ко - то рый ха рак те ри зу ет от но ше ние СКЗ со во куп но - с ти обо рот ных гар мо ник, ча с то ты ко то рых крат - Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Гідроенергетика України, 4/2014, ISSN 1812�92774646 Гідроенергетика України, 4/2014, ISSN 1812�9277 ны ча с то те вра ще ния ро то ра АД, к амп ли ту де гар - мо ни ки ча с то ты 100 Гц не по вреж ден но го АД и рас счи ты ва ет ся по фор му ле: , (3) где TniОБ _П — амп ли ту да і#й обо рот ной гар мо ни ки тен зо ра маг нит но го на тя же ния в спе к т ре сиг на ла дат чи ка ви б ра ции по вреж ден но го АД, а Tn100_HП — амп ли ту да гар мо ни ки ча с то ты 100 Гц в спе к т ре сиг на ла дат чи ка ви б ра ции не по вреж ден но го АД. Чис ли тель в фор му ле (3) пред став ля ет со бой СКЗ со во куп но с ти обо рот ных гар мо ник, ко то рые по яв ля ют ся в спе к т ре по вреж ден но го АД. Уро - вень ви б ра ции АД из ме ня ет ся не толь ко за счет ос нов ной обо рот ной гар мо ни ки (ее ча с то та рав на ча с то те вра ще ния ро то ра), но и за счет мно же ст ва гар мо ник, ча с то ты ко то рых яв ля ют ся крат ны ми ча с то те ос нов ной обо рот ной гар мо ни ки. В спе к т - ре ви б ра ций не по вреж ден но го АД обо рот ные гар - мо ни ки от сут ст ву ют. По это му для по лу че ния ко - эф фи ци ен та в без раз мер ной фор ме ба зо вой ве ли - чи ной при ня та амп ли ту да ос нов ной гар мо ни ки эле к т ро маг нит ных ко ле ба ний ча с то той 100 Гц в спе к т ре ви б ра ций не по вреж ден но го АД. 4. Ко эф фи ци ент бо ко вых обо рот ных гар мо ник kОБ_Б, ко то рый ха рак те ри зу ет от но ше ние СКЗ со - во куп но с ти бо ко вых (пра вых и ле вых) обо рот - ных гар мо ник, рас по ла га ю щих ся око ло обо рот - ных гар мо ник [1, 2], к амп ли ту де гар мо ни ки ча с - то ты 100 Гц не по вреж ден но го АД и рас счи ты ва - ет ся по фор му ле: , (4) где TniОБ _Б_П — амп ли ту да і#й бо ко вой обо рот ной гар мо ни ки в спе к т ре сиг на ла дат чи ка ви б ра ции по вреж ден но го АД, а Tn100_HП — амп ли ту да гар мо - ни ки ча с то ты 100 Гц в спе к т ре сиг на ла дат чи ка ви б ра ции не по вреж ден но го АД. Ко эф фи ци ен ты kОБ и kОБ_Б яв ля ют ся со став - ля ю щи ми об ще го ко эф фи ци ен та kCKЗ_a. Це ле со - об раз ность вы де ле ния и от дель но го ана ли за ко - эф фи ци ен тов kОБ и kОБ_Б за клю ча ет ся в том, что при по яв ле нии по вреж де ний в спе к т рах по яв ля - ют ся обо рот ные и бо ко вые обо рот ные гар мо ни ки, амп ли ту ды ко то рых не по сред ст вен но свя за ны со сте пе нью раз ви тия по вреж де ния. 5. Ко эф фи ци ент из ме не ния гар мо ни ки ча с то - ты 100 Гц k100 , ко то рый ха рак те ри зу ет от но ше - ние амп ли ту ды гар мо ни ки ча с то ты 100 Гц по - вреж ден но го АД к амп ли ту де гар мо ни ки ча с то ты 100 Гц не по вреж ден но го АД и рас счи ты ва ет ся по фор му ле: , (5) где Tn100_П — амп ли ту да гар мо ни ки тен зо ра на тя - же ния ча с то ты 100 Гц в спе к т ре сиг на ла дат чи ка ви б ра ции по вреж ден но го АД, а Tn100_HП — амп ли - ту да гар мо ни ки ча с то ты 100 Гц в спе к т ре сиг на ла дат чи ка ви б ра ции не по вреж ден но го АД. 6. Ко эф фи ци ент из ме не ния зуб цо вой гар мо ни - ки kZ , ко то рый ха рак те ри зу ет от но ше ние амп ли - ту ды пер вой зуб цо вой гар мо ни ки по вреж ден но го АД к амп ли ту де пер вой зуб цо вой гар мо ни ки не - по вреж ден но го АД и рас счи ты ва ет ся по фор му ле: , (6) где TnZ_П — амп ли ту да пер вой зуб цо вой гар мо ни - ки тен зо ра на тя же ния в спе к т ре сиг на ла дат чи ка ви б ра ции по вреж ден но го АД, а TnZ _HП — амп ли ту - да пер вой зуб цо вой гар мо ни ки в спе к т ре ви б ра - ции не по вреж ден но го АД. Ча с то ты зуб цо вых гар - мо ник в сиг на ле дат чи ка свя за ны с чис лом зуб цов и ско ро стью вра ще ния ро то ра и оп ре де ля ют ся по фор му ле fzk = k fОБ Z2, где fОБ — ча с то та вра ще ния ро то ра, а Z2 — чис ло зуб цов ро то ра, k =1, 2, … При k = 1 име ем пер вую зуб цо вую гар мо ни ку. Для АТД#5000 fZ1 = 2,3 кГц. 7. Ко эф фи ци ент из ме не ния по сто ян ной со - став ля ю щей k0, ко то рый ха рак те ри зу ет от но ше - ние по сто ян ных со став ля ю щих эле к т ро маг нит - ных сил при тя же ния меж ду ста то ром и ро то ром в по вреж ден ном и не по вреж ден ном АД и рас счи - ты ва ет ся по фор му ле: , (7) где Tn0_П — по сто ян ная со став ля ю щая спе к т ра тен зо ра на тя же ния по вреж ден но го АД, а Tn0_HП — по сто ян ная со став ля ю щая спе к т ра тен зо ра на тя - же ния не по вреж ден но го АД. Сле ду ет под черк - нуть, что по сто ян но дей ст ву ю щая со став ля ю щая си лы маг нит но го при тя же ния меж ду ста то ром и ро то ром ре аль но су ще ст ву ет в АД, при чем ее ве - ли чи на из ме ня ет ся при по яв ле нии по вреж де ния ро то ра. Это со зда ет пред по сыл ки для ана ли за ука зан ной си лы при ди а гно с ти ке по вреж де ний АД. Хо тя пье зо эле к т ри че с кие дат чи ки ви б ро ус - ко ре ния не по сред ст вен но не из ме ря ют по сто ян - ную со став ля ю щую уси лий, но за счет ка ли б ров - ки по лу чен но го сиг на ла та ким об ра зом, что бы его ми ни маль ное зна че ние при ни ма лось рав ным ну - лю, мож но по сле спе к т раль но го ана ли за по лу чен - Гідроенергетика України, 4/2014, ISSN 1812�9277 4747 Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І но го сиг на ла экс пе ри мен таль но оп ре - де лить его по сто ян ную со став ля ю - щую. Пра ви ла ди а гно с ти ки де фек тов ро то ра АД на ос но ве си с те мы ди а - гно с ти че с ких при зна ков. Про ве ден - ные ис сле до ва ния поз во ли ли вы явить ха рак тер ные из ме не ния, воз ни ка ю - щие как во вре мен ных рас пре де ле ни - ях сиг на лов дат чи ков ви б ра ции, так и в их спе к т рах при по яв ле нии раз лич - ных ви дов по вреж де ний ро то ра АД. Это поз во ля ет сфор му ли ро вать ди а - гно с ти че с кие при зна ки и со от вет ст ву - ю щие пра ви ла ди а гно с ти ки, ко то рые поз во ля ют иден ти фи ци ро вать кон - крет ные ви ды по вреж де ний с до ста - точ ной до сто вер но с тью. Ди а гно с ти че с кие при зна ки раз де - ля ют ся на ос нов ные и до пол ни тель - ные (Табл. 1). Ос нов ные ди а гно с ти че с - кие при зна ки ха рак те ри зу ют из ме не - ния, воз ни ка ю щие в спе к т рах сиг на ла дат чи ка ви б ра ции при по яв ле нии по - вреж де ний в АД. В ча ст но с ти фик си - ру ют ся и ана ли зи ру ют ся но вые со - став ля ю щие спе к т ров, ко то рых нет в спе к т рах не по вреж ден но го АД. До пол ни тель ные ди а гно с ти че с - кие при зна ки ос но ва ны на ана ли зе вре мен ных за ви си мо с тей сиг на лов дат чи ка ви б ра ции и ис поль зу ют ся в тех слу ча ях, ког да ос нов ные ди а гно с - ти че с кие при зна ки не да ют точ ной ха рак те ри с ти ки по вреж де ния и мо гут ука зы вать на не сколь ко раз ных ви дов по вреж де ния (на при мер, по вреж ден стер жень или СКК). Как ос нов ные, так и до пол ни - тель ные ди а гно с ти че с кие при зна ки по лу че ны в ре зуль та те ма те ма ти че с - ко го мо де ли ро ва ния по вреж де ний АД с по мо щью пред став лен ной по ле - вой ма те ма ти че с кой мо де ли. Сфор му ли ро ван ная со во куп - ность ос нов ных и до пол ни тель ных ди а гно с ти че с ких при зна ков пред - став ля ет со бой упо ря до чен ную не - про ти во ре чи вую си с те му пра вил ди а - гно с ти ки, ко то рая поз во ля ет иден ти - фи ци ро вать кон крет ный вид по вреж - де ний ро то ра АД, лег ко ал го рит ми зи - ру ет ся и за кла ды ва ет ся в ком пью те - ри зи ро ван ную ба зу зна ний си с те мы ви б ра ци он ной ди а гно с ти ки. Таблица 1. Система диагностических признаков Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Гідроенергетика України, 4/2014, ISSN 1812�92774848 Ди а гно с ти ка по вреж де ний ро то ра АД на ос - но ве си с те мы ди а гно с ти че с ких ко эф фи ци ен тов. Ви б ра ци он ная ди а гно с ти ка АД ба зи ру ет ся на ис - поль зо ва нии си с те мы ди а гно с ти че с ких при зна - ков, ко то рые от ра жа ют ка че ст вен ные из ме не ния, по яв ля ю щи е ся в ви б ра ци ях дви га те ля при по яв - ле нии по вреж де ний его кон ст рук ции. По это му вы бор и обос но ва ние си с те мы ди а гно с ти че с ких при зна ков яв ля ет ся важ ной со став ля ю щей по ст - ро е ния си с те мы ви б ро ди аг но с ти ки. Ди а гно с ти че - с кие при зна ки поз во ля ют оп ре де лить на ли чие по вреж де ния и иден ти фи ци ро вать его вид по ре - зуль та там ана ли за вре мен но го рас пре де ле ния сиг на ла дат чи ка или со став ля ю щих его спе к т ра. Но в мощ ных АД оп ре де ле ния фак та по вреж - де ния на ос но ве про яв ле ния ди а гно с ти че с ких при зна ков не до ста точ но, по сколь ку при этом с не об хо ди мой точ но с тью не воз мож но оп ре де лить сте пень раз ви тия и ха рак тер по вреж де ния КЗОР. На при мер, при раз ры ве в АД 1#го или 3#х стерж - ней ди а гно с ти че с кие при зна ки бу дут по доб ны ми, но глу би на по вреж де ния об мот ки и ре ко мен да - ции от но си тель но сро ков про ве де ния ее ре мон та бу дут су ще ст вен но от ли чать ся. По это му ак ту аль - ным яв ля ет ся раз ра бот ка и ис поль зо ва ние си с те - мы ди а гно с ти че с ких ко эф фи ци ен тов, ко то рые поз во ля ют про ве с ти ко ли че ст вен ную оцен ку и срав не ние сте пе ни по вреж де ния КЗОР с уче том раз лич ных ва ри ан тов по вреж де ний. При на ли чии та кой си с те мы ди а гно с ти че с ких ко эф фи ци ен тов ди а гно с ти ка вклю ча ет в се бя не толь ко ка че ст вен - ный ана лиз ха рак те ра по вреж де ний на ос но ве ди - а гно с ти че с ких при зна ков, но и ко ли че ст вен ный ана лиз сте пе ни раз ви тия по вреж де ния на ос но ве чис лен ных зна че ний ди а гно с ти че с ких ко эф фи - ци ен тов. Та кой под ход к ви б ра ци он ной ди а гно с - ти ке по вы ша ет ее до сто вер ность и рас ши ря ет функ ци о наль ные воз мож но с ти. Сфор му ли ро ван ные в пре ды ду щем пунк те пра ви ла ди а гно с ти ки на ос но ве си с те мы ди а гно с - ти че с ких при зна ков яв ля ют ся не об хо ди мой, но не до ста точ ной си с те мой пра вил, ко то рая не мо - жет удов ле тво рить всем тре бо ва ни ям, предъ яв ля - е мым к про цес су до сто вер ной ди а гно с ти ки. В ча - ст но с ти, она не да ет ко ли че ст вен ной оцен ки сте - пе ни по вреж де ния, на при мер, ко ли че ст ва по - вреж ден ных стерж ней КЗОР, ве ли чи ны экс цен т - ри си те та, что осо бен но важ но при вы яв ле нии на - чаль ной ста дии по вреж де ния. Та кую оцен ку да ют пра ви ла ди а гно с ти ки по вреж де ний ро то ра АД, ба зи ру ю щи е ся на си с те ме вве ден ных вы ше чис - ло вых ди а гно с ти че с ких ко эф фи ци ен тов. Со во куп ность чис ло вых зна че ний рас чет ных ди а гно с ти че с ких ко эф фи ци ен тов, оп ре де ля е мых по фор му лам (1) — (7), рас счи ты ва ет ся для раз - лич ных ви дов и объ е мов по вреж де ний ро то ра и мо жет быть обоб щен но пред став ле на в ви де таб - лиц. Таб ли цы ди а гно с ти че с ких ко эф фи ци ен тов ус та нав ли ва ют вза им но од но знач ное со от вет ст - вие меж ду чис лен ны ми зна че ни я ми ди а гно с ти че - с ких ко эф фи ци ен тов, ви дом и объ е мом по вреж - де ния ро то ра АД. Эти таб ли цы пред ва ри тель но раз ра ба ты ва ют ся для кон крет ных АД, под ле жа - щих мо ни то рин гу, и фор ми ру ют со от вет ст ву ю - щую ба зу зна ний, вхо дя щую в со став си с те мы ди - а гно с ти ки. Ал го ритм по ст ро е ния таб лиц рас чет ных ди - а гно с ти че с ких ко эф фи ци ен тов для кон крет но го дви га те ля вклю ча ет в се бя сле ду ю щие эта пы. 1. В од ном из про грамм ных па ке тов, пред наз - на чен ных для мо де ли ро ва ния эле к т ро маг нит но го по ля (на при мер, Comsol Multiphysics), раз ра ба - ты ва ет ся ко неч но#эле мент ная мо дель, чис лен но ре а ли зу ю щая пред став лен ную вы ше ма те ма ти че - с кую мо дель. В ча ст но с ти: 1.1. Стро ит ся ге о ме т рия рас чет ной зо ны АД, за да ют ся фи зи че с кие па ра ме т ры раз лич ных ма - те ри а лов (эле к т ро про вод но с ти, маг нит ные про - ни ца е мо с ти, для сер деч ни ков — кри вые на маг ни - чи ва ния и т.д.), за да ют ся ис точ ни ки по ля (то ки в об мот ке ста то ра). 1.2. Вы би ра ет ся по верх ность, ко то рая вра ща - ет ся (ро тор от но си тель но не по движ но го ста то ра). 1.3. На по верх но с ти зуб ца ста то ра вы би ра ет - ся точ ка ус лов но го рас по ло же ния дат чи ка ви б ра - ции (дат чи ка ви б ро ус ко ре ния). 1.4. За да ет ся вид по вреж де ния ро то ра АД (стерж ни, СКК, экс цен т ри си тет). 2. Ре ша ет ся за да ча рас че та эле к т ро маг нит но - го по ля в ре жи ме Time#Harmonic или Time#dependent. 3. В точ ке ус лов но го рас по ло же ния дат чи ка ви б ра ции для ин тер ва ла вре ме ни, со от вет ст ву ю - ще го од но му обо ро ту ро то ра, рас счи ты ва ет ся нор маль ная со став ля ю щая тен зо ра маг нит но го на тя же ния Тn, ко то рая в оп ре де лен ном мас шта бе от ра жа ет сиг нал дат чи ка на од ном пол ном обо ро - те ро то ра. 4. Ис поль зуя ме то ди ку чис лен но го мо де ли - ро ва ния сиг на ла дат чи ка ви б ро ус ко ре ния на пол - ном пе ри о де амп ли туд но#фа зо вой мо ду ля ции "сиг на ла по вреж де ния", рас счи ты ва ет ся сиг нал дат чи ка ви б ра ции на всем пе ри о де мо ду ля ции. 5. Вы пол ня ет ся спе к т раль ная об ра бот ка по - лу чен но го рас чет но го сиг на ла. 6. По фор му лам (1)—(7) вы чис ля ют ся рас - чет ные ди а гно с ти че с кие ко эф фи ци ен ты для кон - крет но го ви да по вреж де ния АД. Гідроенергетика України, 4/2014, ISSN 1812�9277 4949 Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І 7. Рас чет ный про цесс в за ви си мо с ти от ви да по вреж де ния пол но стью или ча с тич но по вто ря - ет ся для дру го го ва ри ан та по вреж де ния АД. По ре зуль та там про ве ден ных ис сле до ва ний пред став ле на таб ли ца (Табл. 2.) ди а гно с ти че с ких ко эф фи ци ен тов для мощ но го дви га те ля ти па АТД#5000 при раз лич ных ва ри ан тах по вреж де - ний ро то ра. В Таб л. 2 пред став ле ны раз лич ные ва ри ан ты по вреж де ний ро то ра, в том чис ле раз - рыв не сколь ких стерж ней КЗОР, раз рыв двух стерж ней, сме щен ных друг от но си тель но дру га на раз лич ный угол, раз рыв СКК, на ли чие СЭ и ДЭ. Ука зан ные ко эф фи ци ен ты рас счи та ны не толь ко для раз лич ных ва ри ан тов по вреж де ний ро - то ра, но и для раз ных объ е мов по вреж де ний, при - чем в таб ли цах рас смо т ре ны ва ри ан ты по вреж де - ний, ко то рые ха рак тер ны для на чаль ной ста дии раз ви тия де фек тов, на при мер, ког да ко ли че ст во по вреж ден ных стерж ней ро то ра рав но 1 ... 3 и ле - жит в ди а па зо не (1,6 ... 6,6)% от об ще го ко ли че ст - ва стерж ней КЗОР. Эти ва ри ан ты по вреж де ний яв ля ют ся на и бо лее ин те рес ны ми и важ ны ми для ди а гно с ти ки, по сколь ку их свое вре мен ное вы яв - ле ние поз во ля ет пре дот в ра тить даль ней шее ава - рий ное раз ру ше ние АД. При боль шей сте пе ни по - вреж де ния, на при мер, при боль шем ко ли че ст ве по вреж ден ных стерж ней КЗОР, ви б ра ции дви га - те ля ста но вят ся не до пу с ти мо боль ши ми, и АД под ле жит сроч ной ава рий ной ос та нов ке. Ре зуль - та ты рас че тов для слу чая ста ти че с ко го экс цен т - ри си те та от ве ча ют сиг на лу дат чи ка, раз ме щен но - го в зо не на и мень ше го воз душ но го за зо ра АД. При этом пред по ла га ет ся, что кон фи - гу ра ция воз душ но го за зо ра из ве ст на за ра нее, что ис клю ча ет не об хо ди - мость при ме не ния двух дат чи ков с це лью пре дот вра ще ния их рас по ло - же ния в двух раз ных точ ках с оди на - ко вы ми воз душ ны ми за зо ра ми. Для не по вреж ден но го АД рас сма т ри ва е - мые ко эф фи ци ен ты рав ны 1 или 0. Из Табл. 2 мож но сде лать сле ду ю - щие вы во ды. 1. При уве ли че нии ко ли че ст ва по вреж ден ных стерж ней КЗОР об - щий уро вень ви б ра ций (ко эф фи ци - ен ты kCKЗ_a, kCKЗ_v) уве ли чи ва ет ся. При этом ви б ра ции на ча с то те 100 Гц умень ша ют ся, что объ яс ня ет ся ис ка - же ни ем маг нит но го по ля в воз душ - ном за зо ре и, как след ст вие, умень - ше ни ем амп ли ту ды пер вой гар мо ни - ки ин дук ции, ко то рая и вы зы ва ет ви - б ра ции на ча с то те 100 Гц. Рост же сум мар ных ви б ра ций при по вреж де - нии КЗОР объ яс ня ет ся по яв ле ни ем гар мо ник ча - с то ты вра ще ния и их бо ко вых гар мо ник (ко эф фи - ци ен ты kОБ > 0 и kОБ_Б > 0). 2. При уве ли че нии уг ла сдви га меж ду дву мя по вреж ден ны ми стерж ня ми об щий уро вень ви б - ра ций умень ша ет ся (по от но ше нию к ви б ра ции в слу чае по вреж де ния двух рас по ло жен ных ря дом стерж ней КЗОР). При двух по вреж ден ных стер - ж нях, ко то рые рас по ло же ны под уг лом α = 180 °, ко эф фи ци ен ты kОБ и kОБ_Б не рав ны ну лю, что объ яс ня ет ся их рас че том как СКЗ со во куп но с ти всех гар мо ник ча с то ты вра ще ния и их бо ко вых гар мо ник. 3. По вреж де ние од но го сег мен та ко рот ко за - мы ка ю ще го коль ца вы зы ва ет боль шие ви б ра ции, чем по вреж де ние од но го стерж ня. 4. Ди а гно с ти че с кий ко эф фи ци ент kCKЗ_v яв ля - ет ся на и бо лее чув ст ви тель ным из всех ко эф фи - ци ен тов к по яв ле нию лю бых ви дов по вреж де ний. 5. При на ли чии СЭ ко эф фи ци ент kCKЗ_v ста - но вит ся мень ше еди ни цы, что объ яс ня ет ся умень ше ни ем амп ли ту ды гар мо ни ки 100 Гц, ко - то рая яв ля ет ся на и боль шей в спе к т ре ви б ро с ко - ро с ти. При по вреж де нии КЗОР уро вень ви б ра - ций от зуб цо вых гар мо ник прак ти че с ки не из ме - ня ет ся (ко эф фи ци ент kZ), но вклад зуб цо вых гар - мо ник су ще ст вен но воз ра с та ет при на ли чии СЭ и ДЭ. Этот при знак так же мож но ис поль зо вать при ди а гно с ти ке для раз де ле ния по вреж де ний КЗОР и по яв ле ния экс цен т ри си те та. 6. При лю бых по вреж де ни ях ро то ра по сто ян - Таблица 2. Диагностические коэффициенты АТД�5000 Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Гідроенергетика України, 4/2014, ISSN 1812�92775050 ная со став ля ю щая спе к т ров (ко эф фи ци ент k0) все гда уве ли чи ва ет ся, что объ яс ня ет ся умень ше - ни ем сил эле к т ро ди на ми че с ко го от тал ки ва ния об мо ток ста то ра и ро то ра вслед ст вие по вреж де - ния КЗОР и уве ли че ни ем си лы маг нит но го при - тя же ния меж ду ро то ром и ста то ром. Вы во ды. 1. Раз ра бо та ны ме то до ло гия и ос но вы на уч - но#ме то ди че с ко го обес пе че ния для си с тем ви б ра - ци он но го кон тро ля и ди а гно с ти ки по вреж де ний ро то ров мощ ных АД. Со во куп ность ди а гно с ти че - с ких при зна ков, указанных в Табл. 1, и ко эф фи - ци ен тов яв ля ет ся важ ной со став ля ю щей си с те мы ви б ро ди аг но с ти ки. 2. Сфор му ли ро ва ны пра ви ла ди а гно с ти ки по - вреж де ний ро то ра АД на ос но ве си с те мы ди а гно - с ти че с ких при зна ков, ко то рые поз во ля ют ус та но - вить со от вет ст вие меж ду ви дом по вреж де ния и из ме не ни ем вре мен ных и спе к т раль ных ха рак те - ри с тик сиг на лов дат чи ков ви б ра ций. Ди а гно с ти - че с кие при зна ки поз во ля ют оп ре де лить на ли чие по вреж де ния и иден ти фи ци ро вать его вид по ре - зуль та там ана ли за вре мен но го рас пре де ле ния сиг на ла дат чи ка или со став ля ю щих его спе к т ра. 3. Раз ра бо та на ме то ди ка ди а гно с ти ки по - вреж де ний ро то ра АД на ос но ве си с те мы ди а гно - с ти че с ких ко эф фи ци ен тов, ко то рая поз во ля ет оп - ре де лить сте пень раз ви тия каж до го ви да по вреж - де ния. Сов ме ст ное ис поль зо ва ние в про цес се ди - а гно с ти ки си с те мы ди а гно с ти че с ких при зна ков и си с те мы ди а гно с ти че с ких ко эф фи ци ен тов су ще - ст вен но по вы ша ет до сто вер ность ди а гно с ти ки. ЛИ ТЕ РА ТУ РА 1. Вась ков ский Ю.Н., Ге ра с кин А.А. Ана лиз сиг на лов дат - чи ков ви б ра ции в ко рот ко за мк ну тых асин хрон ных дви га те - лях на ос но ве ма те ма ти че с ких мо де лей ви б ро воз му ща ю щих эле к т ро маг нит ных сил // Еле к т ро техніка і еле к т ро ме - ханіка.— 2010. — Вип. 5. — C. 12—16. 2. Вась ков ский Ю.Н., Ге ра с кин А.А. Ма те ма ти че с кое мо - де ли ро ва ние эле к т ро маг нит ных по лей в ко рот ко за мк ну том асин хрон ном дви га те ле с по вреж ден ной об мот кой ро то ра // Технічна еле к т ро ди наміка. — 2010. — Вип. 2. — C. 56—61. 3. Загірняк М.В., Мам чур Д.Г., Калінов А.П., Чу ма чо ва А.В. Діаг но с ти ка асин хрон них дви гунів на ос нові аналізу спе к т ра спо жи ва ної по туж ності. — Кре мен чук: ПП Щер ба тих О.В., 2013. — 224 c. 4. Zhen, D., Wang, T., Gu, F., and Ball, A.D. (2013), "Fault diagnosis of motor drives using stator current signal analysis based on dynamic time warping", Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 34, no 1, pp. 191—202. 5. Тит ко А.И., Ку чин ский, В.Л. Ах ре мен ко, Е.П. Осад чий. Вли я ние не сим ме т рич ных тем пе ра тур ных по лей на ви б ра - ци он ное со сто я ние ро то ра ЭМ // Праці Інсти ту ту еле к т ро - ди наміки НАН Ук раїни. — 2006. — № 3. — С. 33—40. © Васьковский Ю.Н., Гераскин А.А., 2014 �

Вибрационная диагностика дефектов роторов асинхронных двигателей на основе диагностических признаков и коэффициентов

Institution

Similar Items