Диагностика асинхронных двигателей

В настоящее время двигатели переменного тока являются крупнейшими потребителями электрической энергии. Согласно последним исследованиям, они потребляют свыше 80% всей вырабатываемой в стране электроэнергии.

Однако в процессе эксплуатации по различным причинам могут возникать повреждения элементов двигателя, что в свою очередь приводит к преждевременному выходу его из строя. Своевременно выявить возникающие неисправности помогает периодическая диагностика состояния оборудования.

Цель диагностики -определение работоспособности электрической машины в данный момент времени и выявление дефектов ее отдельных узлов. Важно не только определение характера дефекта, но и точного места его нахождения. На базе данных, получаемых при диагностических испытаниях, делается вывод о соответствии машины ТУ и о тех мерах, которые необходимо предпринять для того, чтобы машина соответствовала этим условиям. Кроме того, диагностика дает данные, необходимые для осуществления ремонтных работ или изменения характера эксплуатации.

Вопросы диагностики тесно связаны с критериями работоспособности электрических машин, анализ которых позволяет поставить диагноз о техническом состоянии электрической машины. Сказанное не означает, что все критерии работоспособности являются диагностическими параметрами. Необходимо выявить наиболее информативные (в смысле выявления и обнаружения дефектов и их расположения) из критериев работоспособности и из электромагнитных параметров электрических машин (напряжение, ток, момент и др.).

Прогнозированиетехнического состояния означает определение будущего состояния электрической машины на основании изучения тех факторов, от которых это состояние зависит. Прогнозирование может осуществляться как в процессе разработки, так и в период эксплуатации машины. В последнем случае целью прогнозирования является своевременное обнаружение неблагоприятного состояния машины и разработка рекомендаций по повышению уровня его надежности.

Многочисленные исследования характера повреждений двигателей переменного тока позволили получить следующие статистические данные:

· повреждения элементов статора - 38%;

· повреждения элементов ротора - 10%;

· повреждения элементов подшипников - 40%;

· другие повреждения - 12%.

Поэтому и возникает необходимость диагностики состояния двигателя в процессе его работы.

Среди узлов двигателей наибольшее количество отказов приходится на обмотку статора, подшипники, систему охлаждения ротора и статора, железо статора, вал ротора. Большая часть отказов асинхронных двигателей (АД) связана с пробоем изоляции обмотки статора из-за снижения ее электрической прочности. Главными причинами повреждения изоляции обмотки являются: старение, недостатки эксплуатации, дефекты изготовления или ремонта, механические повреждения изоляции и витковые замыкания.

Техническими средствами диагностики и измерительными приборами, без которых невозможно осуществить текущее обслуживание и ремонт АД, оснащены только те предприятия, на которых имеются соответствующие электротехнические службы. Но и эти, применяемые на предприятиях, технические средства и устройства не способны дать точную оценку состояния изоляции обмотки и используются, как правило, для определения степени ее увлажнения, установления причин отказа и поиска имеющихся дефектов. Все существующие в настоящее время методы диагностики, контроля и оценки состояния изоляции можно разделить на две большие группы: разрушающие методы и неразрушающие методы. К группе разрушающих методов оценки состояния изоляции относятся испытания изоляции импульсным напряжением, повышенным переменным напряжением промышленной частоты и выпрямленным напряжением. Разрушающие методы диагностики дают возможность получить наиболее полную информацию о состоянии изоляции. Но применение этих методов в реальных условиях эксплуатации электродвигателей сопряжены с определенными трудностями. Во-первых, разрушающие методы диагностики дорогостоящи по применяемой аппаратуре, во-вторых, двигатель после испытаний теряет работоспособность и к дальнейшей эксплуатации не пригоден. Поэтому эти методы используются в основном на предприятиях, выпускающих электрические машины. Более приемлемы для применения в условиях реального производства неразрушающие методы диагностики, которые состоят из двух групп: неэлектрические и электрические. Неэлектрические методы, основанные на использовании физико-химических свойств изоляции, применяются, главным образом, для диагностики турбогенераторов и других мощных электрических машин. Для реализации этих методов необходимы специальные лаборатории и соответствующее оборудование.

Кроме того, технические средства, реализующие вышеперечисленные методы диагностики, либо громоздкие и дорогостоящие, либо имеют низкую точность измерения и неудобны для использования в реальных производственных условиях. Это является еще одной немаловажной причиной, сдерживающей внедрение методов и средств диагностики в производство.

Следовательно, актуальной научной и технической задачей является создание новых методов технической диагностики, учитывающих весь комплекс параметров наблюдаемых электрических сигналов и их спектров. Предлагаемая система диагностики базируется на нескольких взаимодополняющих методах, которые дают возможность определить наибольшее количество самых опасных для данного оборудования дефектов. Оценка технического состояния производится на основе многофакторного анализа: зависимостей напряжения и тока от времени, потребляемых электродвигателем; мгновенных мощностей каждой фазы; спектрального анализа полученных сигналов напряжения, тока и мощности; коэффициентов не симметрии (тока, напряжений, мощности); коэффициентов гармоник (тока и мощности); отдаваемой мощности электропривода; задания выходной координаты; величины потерь электрической энергии. По результатам анализа определяется техническое состояние АД и оценивается остаточный ресурс путем сравнения с эталонными сигналами, полученными на заведомо исправном агрегате. Результатом применения данного метода является повышение эффективности обнаружения дефекта на ранней стадии возникновения, что позволит планировать рациональные сроки проведения ремонтов оборудования, снизит затраты связанные с ТОиР, а также затраты связанные с повышенным энергопотреблением неисправного или предотказного оборудования. Все это позволит повысить энергоэффективность работы электромеханического оборудования и приведет к снижению потребляемых энергоресурсов при производстве продукции. Важный аспект многофакторного анализа заключается в том, что состав признаков технического состояния или их весомость может меняться в зависимости от стадии развития дефекта и от срока службы оборудования. Задача спектральной диагностики требует не только знания текущего гармонического состава электрических сигналов двигателя, но и требует знания эталонного сигнала полученного на заведомо исправном двигателе в том же режиме работы, а также определенной информации о конструктивных параметрах двигателя.

Как видно из сказанного выше, проблема диагностики технического состояния ЭМО является актуальной. Имеется большое количество методов диагностики, а также методов анализа результатов диагностики, однако в настоящее время ни один из этих методов не является универсальным, что определяет актуальность комбинированных методов диагностики, использующих в качестве диагностических параметры различной физической природы.

В случае, когда есть прямой доступ к электрооборудованию при исследованиях и испытаниях, кроме электрических параметров сети, в измерительном комплексе предусматривается возможность контролировать неэлектрическую величину, такую как вибрация.

Причин вибрации множество, наиболее встречающиеся из них:

дисбаланс;

эксцентриситет;

износ деталей машин;

скрытый дефект детали;

внутренние напряжения конструкции;

электромагнитные влияния;

воздействие иных внешних факторов.

Измерение параметров вибрации для проведения диагностирования целесообразно осуществлять портативными средствами виброметрии. Измерительная аппаратура должна обеспечивать измерение СКЗ виброскорости в пределах 0,1-100 мм/с в диапазоне частот 10-1000 Гц, а также пикового значения виброперемещения в пределах 3-300 мкм в диапазоне частот 1-200 Гц.

Типовая обработка результатов измерений вибрации электродвигателей включает в себя: вычисление спектра сигнала, преобразование спектра сигнала для получения спектров виброскорости и виброперемещения, вычисление среднеквадратических значений уровня сигналов в заданных полосах частот, сравнение диагностических параметров с пороговыми уровнями и со значениями предыдущих измерений.

В предремонтный период проведение диагностических мероприятий позволяет локализовать неисправность, оценить степень повреждения, целесообразность и объем ремонтных работ, остаточный моторесурс неповрежденных узлов, а также проверить качество проведения ремонта.

Использование методов виброакустической диагностики в эксплуатационный период жизни машины обеспечивает эксплуатацию не по заранее назначенному ресурсу, а по фактическому техническому состоянию, что продлевает срок службы, уменьшает стоимость эксплуатации за счет экономии рабочего времени, запасных частей и горюче-смазочных материалов.

Помимо вышеописанных измерений, настоятельно рекомендуется проведение мониторинга приложенного к электродвигателю напряжения, что позволяет определить его несимметрию, наличие высших гармонических составляющих и импульсов перенапряжений (что возможно при работе с частотными регуляторами скорости вращения), т.е. тех факторов, которые напрямую влияют на срок службы и экономичность работы двигателя. Хорошо известно, что первые два из вышеупомянутых факторов приводят как к перегреву обмоток статора, так и к повреждению подшипников из-за возникновения высокочастотных вращающих моментов обратной последовательности.

Выполнение такой работы позволит провести полномасштабную натурную диагностику и анализ условий работы парка электродвигателей и связанных с ними механических устройств, существенно сократить как затраты, связанные с отказами оборудования, так и непродуктивные затраты электроэнергии.

На производственной практике я выполнял замену ремонт и наладку электродвигателя на Токарно-винторезном станке CU500, а так же собирал электрическую цепь управления электродвигателем. Замена ламп накаливания на токарно-револьверном станке служащие для освещения обработки детали.

За время прохождения практики я получил полезны и нужные мне знания , в частности это касается схемы управления электродвигателем, я узнал что такая схема является основной электрической цепью для управления электродвигателями практически во всех станках на предприятии. Узнал как ремонтировать обмотку статора в трёхфазном асинхронном двигателе, что в свою очередь применяемо и для других типов двигателей, сборка и разборка электродвигателя. При проделанной работе научился более ловко обращаться с инструментом пассатижи, отвёртки, мультиметром, бокорезы и т.д.