Разработка методики диагностирования обрыва стержня ротора АД по модулю обобщенного вектора пускового тока статора

УДК 62-83:621/.69

В.В. Купцов, д-р техн. наук, проф., декан,

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБРЫВА СТЕРЖНЯ РОТОРА АД ПО МОДУЛЮ ОБОБЩЕННОГО ВЕКТОРА ПУСКОВОГО ТОКА СТАТОРА

Предложена методика диагностирования обрыва стержня ротора асинхронного двигателя по модулю обобщенного вектора пускового тока статора. Результаты расчетов сравниваются с исследованиями на физической модели.

Ключевые слова: обрыв стержня ротора, асинхронный двигатель, физическая

модель.

Методика диагностирования обрыва стержня ротора АД по осциллограммам пуска основывается на выявлении качественных и количественных особенностей пульсаций в величинах двигателя, в частности в модуле обобщенного вектора тока статора. Поскольку пуск АД процесс нестационарный, то для анализа полученных зависимостей предлагается воспользоваться математическим аппаратом вейвлет-преобразований.

Вейвлетные преобразования позволяют отдельно рассмотреть составляющие сигнала модуля обобщенного вектора тока статора, лежащие в разных частотных областях [1,2]. Для этого исходный сигнал был подвергнут разложению с помощью восьмого вейвлета Добеши (рис. 1), а затем отдельные составляющие сигнала были восстановлены с помощью процедуры обратного вейвлет-преобразования из коэффициентов декомпозиции соответствующих уровней.

На данных рисунках изображены графики составляющих сигнала, восстановленных из коэффициентов декомпозиции уровней D5-D8, D4, D3 и D1-D2, а также исходный сигнал и тренд сигнала, полученный вычитанием из исходного сигнала составляющих, восстановленных по коэффициентам разложения D1-D8. Проанализируем поведение отдельных составляющих модуля обобщенного вектора тока статора при обрыве различного числа стержней ротора.

Из расчетных осциллограмм видно, что при появлении обрыва одного стержня значительно повышается амплитуда колебаний на уровнях декомпозиции D1-D4, причем увеличение числа оборванных стержней не ведет к дальнейшему значительному увеличению амплитуды данных колебаний. Данную особенность можно объяснить следующим образом: токи в пазах статорной обмотки и в стержнях ротора стремятся к тому, чтобы создаваемые ими магнитные поля были направлены встречно и компенсировали друг друга. Прохождение оборванного стержня

вблизи определенного паза статора приводит к увеличению магнитного поля, создаваемого током этого паза. Ток в пазе статора несколько уменьшается, противодействуя по закону Ленца увеличению магнитного поля.

Т-1-1-1-Г-Г-Г-Г"

О Ой 01 015 02 0» 03 0» 04 ОА

-г-1-1-1-1-1-1-г-

0 О» 01 014 02 01 0% 04 0«

И-1-1-1-1-1-1-г

I 10

I

И-1-г

01_I_I_I_I_I_I_I_I__О'--1-1-1-'-1-1-'-

о 00) 01 015 о; 035 0 3 0 » 01 015 0 "И "I 015 0! 435 0? 035 01 015

! я: :

1 Й „ИД..! а Та :

|/IV --

: 1 .........1......... 1 ! !  !

О!

5 «

.....

!

о 0№ 01 015 ог 0» 0 3 0 35 0 ' 015 в в 01 015 93 035 0} 0Э5 01 015

0*Н-!

!-!-!-!-!-!-Г"

_|_I_I_I_I_I_I_1_

—!-'-Г

-г-Г

' 1 - - ' - ^

д 0 (К 01 015 03 035 0 5 035 0< 015 0 01 015 0 3 0 35 01 035 04 СЧ.

1-1-1-1-1-Г

_1_I_I_I_1_

~I-:-г

_|_I_1_

_|_I_1_

:.1 ОГЕ [II 0 15 0 3 0 35 0 3 035 04 015 0 005 01 015 03 035 03 035 01 015

и™

а

б

Рис. 1. Расчетная осциллограмма обобщенного вектора статорного тока пуска: а - исправного АД и разложение ее на составляющие; б - при обрыве двух стержней ротора и разложение ее на составляющие

Далее, при прохождении вслед за оборванным стержнем вблизи рассматриваемого паза статора первого исправного стержня происходит обратный процесс - некоторое увеличение тока в пазе противодействует уменьшению магнитного поля вблизи паза полем тока стержня. При этом амплитуда данных пульсаций статорного тока будет главным образом определяться токами в последнем исправном стержне, следующем перед первым оборванным стержнем, и в первом исправном стержне, следующем за последним оборванным стержнем, а не числом оборванных стержней [3]. Для экспериментальных осциллограмм составляющие на уровнях разложения Б1-04 имеют значительную амплитуду и для исправного двигателя. Это объясняется неизбежным присутствием в двигателе незначительных конструктивных отклонений, например небольших отклонения размеров пазов статора и ротора, что не было учтено при моделировании

исправного двигателя, а также наличием в сигнале помех. Все это говорит о том, что среди составляющих модуля обобщенного вектора статорного тока на уровнях разложения 01-04 не удается выделить диагностических признаков обрыва стержня ротора.

Рассмотрим составляющие сигнала на уровнях 05-08. В данный частотный диапазон попадает и рассмотренная ранее дополнительная составляющая в модуле обобщенного вектора статорного тока, вызванная обратным полем неисправного ротора. Из приведенных графиков видно, что составляющие сигнала на уровнях 05-08 однозначно реагируют на увеличение числа оборванных стержней ротора увеличением амплитуды пульсаций. Это справедливо как для расчетных, так и для экспериментальных данных. Для того чтобы количественно проанализировать данные пульсации предлагается воспользоваться установленным в предыдущем разделе фактом изменения поведения сигнала при прохождении им момента времени, где скольжение равно 0,5. То есть будем отдельно анализировать спектральный состав составляющих сигнала на уровнях 05-08 в области I, где б > 0,5, и в области II, где б < 0,5. На рис.2,а представлены спектры составляющих на уровнях 05-08 обобщенного вектора статорного тока пуска АД для областей I и II, вычисленные по расчетным осциллограммам, для различного числа оборванных стержней ротора. Рис.2,б -аналогично для экспериментальных данных.

В спектре области I можно выделить два характерных пика: один на частоте питающей сети, другой - в диапазоне частот от 50 Гц до 100 Гц. Предлагается проанализировать отношение этих пиков А(50 Гц < Г < 100 Гц)/Л(Г = 50 Гц) при различном числе оборванных стержней. Кроме того, проанализируем пик в спектре области II, лежащий в диапазоне частот от 0 Гц до 50 Гц, также сравнив его с пиком на частоте питающей сети спектра области I (А(0 < Г < 50 Гц)/А(Г = 50 Гц)).

Анализ спектрального состава низкочастотных составляющих модуля обобщенного вектора статорного тока пуска АД, полученных восстановлением из коэффициентов уровней 5-8 вейвлет-разложения сигнала показывает, что появление и увеличение числа оборванных стержней ротора ведет к увеличению амплитуды пульсаций при б > 0,5 на частотах, лежащих в диапазоне 50...100 Гц, что подтверждается увеличением соответствующего максимума в спектре сигнала, а также к увеличению амплитуды пульсаций при б < 0,5 на частотах, лежащих в диапазоне 0.50 Гц, что также подтверждается увеличением соответствующего максимума в спектре сигнала. Кроме того, можно заметить, что пульсации в модуле вектора тока статора, вычисленного моделью, более значимо реагируют на увеличение числа оборванных стержней ротора, по сравнению с данными, полученными экспериментально. Это объясняется тем, что высверленные в роторе стержни не обладают бесконечно большим сопротивлением, как это предполагается в модели, а частично замыкаются через сталь ротора.

Рис. 2. Спектры составляющих на уровнях В5-Б8 обобщенного вектора статорного тока пуска АД для областей I и II: а - расчетные данные;

б - экспериментальные данные

Появление дополнительных контуров роторных токов в реальном двигателе, проходящих по оборванным стержням и замыкающихся через пластины стали ротора, также уменьшают вносимую обрывом стержней ротора несимметрию, а, следовательно, тоже вызывают уменьшении пульсаций в обобщенном векторе тока статора.

Список литературы

1. Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры при-менения//Успехи физических наук.1996.Т.166.№11.С1145-1170.

2.Шитов А.Б. Разработка численных методов и программ, связанных с применением вейвлет-анализа для моделирования и обработки экспериментальных данных: дис. канд. техн. наук. Иваново, 2001.125с.

3.Сарваров А.С., Петушков М.Ю., Купцов В.В. Токовая диагностика как метод контроля технического состояния электроприводов переменного тока металлургического производства (тезисы);// Третий Международный промышленный форум «Реконструкция промышленных

предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении». Челябинск, 2010. С.102.

V. Kuptsov, M. Petushkov, A. Sarvarov

The development of methods of diagnosis of rotor bar break of asynchronous motor according to generalized vector module of starting current stator

The method of diagnosticating of precipice of bar of rotor of asynchronous engine is offered on the module of the generalized vector of starting current of statora. The results of calculations are compared to researches on a physical model.

Keywords: rotor bar break, asynchronous motor, physical model.

Получено 06.07.10

УДК 62-83:621/.69

С.И. Лукьянов, д-р техн. наук, проф., проректор, (3519) 22-13-97, mkovmgn@gmail.com,

Е.С. Суспицын, канд. техн. наук, и.о. доц.,

СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ СЛЯБОВОЙ МНЛЗ

Предложена новая методика диагностирования оборудования электропривода тянущих роликов. Синтез системы диагностирования выполнен на основе методов машинного обучения. Разработана система диагностирования состояния оборудования электропривода тянущих роликов слябовой МНЛЗ.

Ключевые слова: методика диагностирования оборудования, методы машинного обучения, электропривода тянущих роликов.

Производительность машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и качество макроструктуры непрерывнолитого сляба прямо зависят от технического состояния основных агрегатов машины, в том числе механического и электрического оборудования электропривода тянущих роликов зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.

Поэтому задача разработки и внедрения системы контроля технического состояния механического оборудования электропривода тянущих роликов является актуальной.

Внедрение методов неразрушающего контроля обеспечивает получение достоверной информации о текущем состоянии оборудования электропривода тянущих роликов без остановки МНЛЗ. Перспективным способом оценки технического состояния оборудования электропривода