СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ МЕЖВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF DIAGNOSTICS OF TURN-TO-TURN SHORT CIRCUITS OF ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для выявления межвитковых повреждений в обмотке статора асинхронного электродвигателя.
Известен способ функциональной диагностики, контролирующий отношения полных сопротивлений обмоток для каждой пары обмоток электродвигателя, т.е. несимметрию обмоток (см. патент РФ №2351048, МПК H02H 7/08, опубл. 27.03.2009).
Недостатком данного способа является низкая чувствительность к межвитковым замыканиям, т.к. они не вызывают ощутимых изменений потребляемых электродвигателем токов.
Известен также способ защиты асинхронного двигателя от витковых замыканий, при котором производится вычисление мгновенных значений тока и их сравнение с зарегистрированными значениями при измеренном значении скольжения (см. патент РФ №2297704, МПК H02H 7/08, опубл. 20.04.2007). При расчете используется метод последовательных приближений, расчет ведут до тех пор, пока вычисленный ток не будет, с допустимой погрешностью, близок к измеренному значению, так, последовательно, подбираются значения эквивалентного активного сопротивления и эквивалентной индуктивности (при измеренном значении скольжения) и по ним судят о состоянии электродвигателя.
Недостатком данного способа является сниженная точность из-за отсутствия учета возможного перекоса фаз.
Известен способ диагностики технического состояния электродвигателя по его электрическим параметрам (см. патент РФ №2425391, МПК G01R 31/34, опубл. 27.07.2011). Сущность способа заключается в сравнении спектрограмм потерь мощностей по измеренным параметрам и аналогичных спектрограмм на заведомо исправном двигателе.
Недостатком данного способа является сниженная точность из-за влияния сетевых помех.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ диагностики электродвигателя, взятый за прототип (см. патент РФ №2193270, МПК H02K 15/00, G01R 31/34, опубл. 20.11.2002). Сущность способа заключается в контроле ЭДС, генерируемой электрической машиной при вращении по инерции при отключенном питающем напряжении.
Недостатком данного способа является низкая точность из-за отсутствия учета частоты генерируемой электродвигателем ЭДС.
Техническим результатом изобретения является создание эффективного и простого способа диагностирования технического состояния асинхронных электродвигателей, в том числе и в труднодоступных условиях.
Результат достигается тем, что способ диагностики межвитковых замыканий асинхронного электродвигателя, включающий измерение ЭДС обмотки электродвигателя при вращении вала по инерции после отключения питающего напряжения, отличается тем, что дополнительно измеряют частоту колебаний ЭДС, сравнивают эти значения со значениями, измеренными на исправном электродвигателе, и по результатам сравнения делают вывод о наличии межвитковых замыканий.
Сущность способа в том, что в определенные моменты, после начала выбега электродвигателя, на его выводах измеряют амплитудные значения затухающих колебаний напряжения, а также текущие значения периода, далее эти значения сравниваются со значениями, зарегистрированными на заведомо исправном электродвигателе. При разнице в значениях выше допустимого уровня формируется сигнал о наличии межвиткового замыкания и его масштаба в зависимости от того, насколько превышен порог. Осциллограмма на фиг.2 показывает переходной процесс выбега электродвигателя при повреждении 20% обмотки, на фиг.3 - 40% обмотки. Анализ процессов на выбеге производят по значениям, отображенным на диаграммах: фиг.4 - зависимости амплитуды фазного напряжения одной обмотки асинхронного электродвигателя от времени с начала выбега, фиг.5 - изменение периода напряжения (пересчитан на частоту) в зависимости от масштаба повреждения обмотки.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ.
Устройство содержит сеть трехфазного напряжения 220/380 - 1, контактор - 2, три датчика напряжения - 3, асинхронный электродвигатель - 4, микроконтроллер - 5, кнопочную клавиатуру - 6, преобразователь напряжения - 7, дисплей - 8.
Асинхронный электродвигатель 4 питается от сети трехфазного напряжения 1, подключение электродвигателя к сети обеспечивается контактором 2, после которого на линию питания двигателя подключаются три датчика напряжения 3, дополнительно от сети 1 питаются микроконтроллер 5 и дисплей 8 через преобразователь напряжения 7, микроконтроллер 5 в свою очередь принимает данные с кнопочной клавиатуры ввода данных 6, с датчиков напряжения 3 и осуществляет двустороннюю, сигнально-блокировочную связь с контактором, а также выводит данные на дисплей 8.
Устройство работает следующим образом.
Перед запуском устройства с помощью кнопочной клавиатуры 6 вводят в микроконтроллер 5 уставки числа регистрируемых замеров напряжения и диапазона допустимого отклонения фазного напряжения.
При работе электродвигателя 4 устройство работает в режиме ожидания. При отключении электродвигателя 4 контактором 2 от источника питания 1 размыкается дополнительный контакт контактора, этот сигнал принимает микроконтроллер 5 по сигнально-блокировочной связи, с этого момента микроконтроллер 5 начинает отсчет времени и в моменты прохождения фазного напряжения через максимум (что определяется путем постоянных измерений напряжения аналого-цифровым преобразователем микроконтроллера 5 и сравнения с предыдущими значениями), микроконтроллер 5 регистрирует значения напряжения, полученные от блока датчиков напряжения 3, а также регистрирует время от начала предыдущего максимума (интервал времени между максимумами считается текущим значением периода - колебаний). Число замеров максимумов напряжения диктуется точностью, достаточной для сравнения со значениями, записанными на заранее исправном электродвигателе. После регистрации заданного числа значений микроконтроллер 5 производит сравнение измеренных напряжений и текущих периодов с показателями исправного электродвигателя. По отклонению модуля разности измеренных величин напряжения и периодов колебаний от допустимого диапазона, введенного до начала работы устройства, пользователь принимает решение о проведении профилактических работ по ограничению или ликвидации причин развития межвитковых повреждений. В случае выхода модуля разности измеренных величин из заданного диапазона микроконтроллер 5 по сигнально-блокировочной связи блокирует включение контактора, размыкая цепь питания катушки контактора, и выводит на дисплей 8 сообщение о блокировке.
Предложенный способ позволяет выявлять межвитковые замыкания, при этом на результат диагностики не влияют сетевые помехи и искажения, т.к. все замеры производятся на электродвигателе, отключенном от сети (источника помех) и вращающемся по инерции. Способ позволяет также диагностировать труднодоступные электродвигатели без их демонтажа, т.к. для диагностики достаточно иметь доступ к выводам электродвигателя, которые располагаются вместе с коммутационной аппаратурой в распределительном щите.