автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Диагностика короткозамкнутых роторов асинхронных электроприводов электротехнических комплексов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ Л. ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МУР И Абделбассет (Марокко)

ДИАГНОСТИКА КОРОТКОЗАМКНУТЫХ РОТОРОВ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ

КОМПЛЕКСОВ

Специальность:

05.09.03 - "Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Донецк-1997

Диссертация является рукописью.

Диссертационная работа выполнена в Донецком государственном техническом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, академик Украинской технологической академии Сивокобыленко Виталий Федорович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, Рогозин Георгин Григорьевич;

канд. техн. наук, акедимик Украинской технологической академии

Пасько Борис Иванович. "Директор Донбасского института энергетических технологий (ДИнЭТ)"

Ведущее предприятие: НПО "Взрывозащищеиное электрооборудование" УкрНИИВЭ, г. Донецк.

Защита состоится "8" "мая" 1997 г. в Ю00 час. на заседании специализированного совета К.06.04.04 в Донецком государственном техническом университете по адресу: г. Донецк, ул. Артема 58. ауд. 1201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого государственного технического университета.

Автореферат разослан "4" "апреля" 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент_\Это/_А.М. Ларин

^подпись/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Асинхронный электродвигатель (АД) с зроткозамкнутым ротором (КЗР) является основным приводом механизмов эбствениых нужд электрических станций и промышленных предприятий. В зстоящее время ежегодно повреждается 20-25% от общего количества л'ановленных электроприводов с АД. К основным причинам повреждений гносягся: тяжелый пуск АД; частые пуски; несимметрия и отклонение от эминального напряжения питающей сети. Чаще всего наблюдаются повреждения змоток статора и стержней короткозамкнутых обмоток роторов КЗОР АД.

В условиях эксплуатации различные неисправности электрических машин •ановятся причиной возникновения аварийных ситуаций и нарушений гветственных технологических процессов на электрических станциях и в узлах игрузки. Поэтому своевременное диагностирование неисправностей технического »стояния является одним из основных факторов обеспечения безаварийного режима 1боты и эффективности функционирования этих машин. Основная трудность в :шении данной актуальной задачи заключается в том, что пока не определены [ециальные информационные параметры или признаки диагностических фаметров, характеризующие соответствующие изменения в техническом состоянии >и возникновении отдельных неисправностей, на основе которых можно было бы |здать методы и средства диагностики машин.

Таким образом вопросы разработки эффективных способов диагностики 'Стояния электроприводов с АД являются актуальными.

Целью работы является разработка системы диагностики короткозамкнутых ¡моток роторов асинхронных электроприводов электротехнических комплексов, что »зволит своевременно обнаруживать повреждения стержней КЗОР, и повысить дежность работы электротехнических комплексов.

Идея работы состоит в выявлении наиболее информативных режимных раметров для определения поврежденных стержней КЗОР с помощью зработанной математической модели (ММ) АД, основанной на полных фференциальных уравнениях (ДУ) в фазных координатах статора и ротора.

Задачи исследований:

- разработка математической модели АД для изучения закономерностей отекания стационарных, симметричных и несимметричных переходных процессов Щ и, в частности, при обрыве стержней глубокопазного КЗР;

- разработка методов диагностики электроприводов с АД, основанных на пользовании результатов математического моделирования и выявленных наиболее формативных параметрах, предупреждающих о наличии обрыва стержней КЗОР;

разработка принципов построения автоматизированной системы агностики узлов электроснабжения с асинхронной двигательной нагрузкой с пользованием преобразователя аналоговой информации в цифровую для ввода в

ЭВМ, а также разработка программного пакета для обработки экспериментальных информаций;

- проведение экспериментов для подтверждения достоверности результатов, полученных с использованием математического моделирования.

Основные научные результаты, их новизна н положения выносимые на защиту:

1. Математическая модель асинхронного электропривода для анализа переходных, симметричных и несимметричных режимов работы, основанная на использовании полных ДУ в которых КЗР представлен числом фаз, равных количеству короткозамкнутых стержней, отличающаяся тем, что вместо обращения матрицы собственных и взаимных индуктивностей на каждом шаге расчета впервые найдены аналитические выражения для определения ее коэффициентов.

2. Закономерности протекания переходных и стационарных процессов в электроприводе с АД при наличии поврежденных стержней в роторе и выявленные наиболее информативные параметры, характеризующие эти повреждения, к которым относятся возникающие пульсации модуля вектора обобщенного тока статора, потребляемой активной и реактивной мощностей, зависящие от количества поврежденных стержней в роторе, а также установленные зависимости информативных параметров от несимметрии в питающем напряжении и от момента сопротивления на валу механизма, являющегося функцией скорости вращения и угла поворота вала.

3. Методика и способы расчета диагностических кривых, рекомендуемых для принятия в качестве типовых для различных серий АД, представленных в виде зависимостей уровня пульсаций в токе статора и потребляемой активной и реактивной мощностях от количества поврежденных стержней, позволяющих осуществлять диагностику асинхронных электроприводов.

4. Система диагностики группы АД, позволяющая в автоматическом режиме без отключения работающих электроприводов выявлять обрывы стержней КЗР в одном из двигателей путем периодического определения и сравнения с пороговым коэффициентом пульсаций модуля вектора обобщенного тока статора и отношения активной мощности к реактивной.

Научное значение работы заключается в совершенствовании математической модели АД для анализа стационарных и переходных режимов при наличии поврежденных стержней в КЗОР, а также в разработке новых методов диагностики и принципов построения автоматизированной системы диагностики электротехнических комплексов с асинхронными электрическими приводами.

Практическая ценность работы заключается в следующем: разработано устройство для диагностики состояния стержней КЗОР АД, состоящее из преобразователя аналоговой информации ь реальном времени и программного продукта для обработки экспериментальных информаций.

Реализация результатов работы. Результаты исследования переходных режимов асинхронной нагрузки и разработки методов ее диагностики реализованы в научно-исследовательской работе кафедры "Электрические станции" Донецкого

государственного технического университет (ДонГТУ) и рекомендуются к внедрению на промышленных предприятиях и электрических станциях. Диагностические кривые и методика их получения могут быть использованы заводами-изготовителями АД.

Корректное использование классической теории переходных процессов машин переменного тока, обоснованность принятых допущений и удовлетворительное совпадение результатов расчета с экспериментальными данными подтверждают достоверность научных положений работы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на II международной конференции по электромеханике и электротехнологии (Ялта, 1996 г.), па Всероссийском научном семинаре "Кибернетика электрических систем" по тематике "Диагностика электрооборудования" (Новочеркасск, 1996 г.), на региональной научной конференции "Творческое наследие В.И. Вернадского и современность" (Донецк, 1995 г.), на V и VI Всеукраинской студенческой научной конференции "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" (Донецк, 1994 г., 1996 г.) и на расширенном заседании кафедры "Электрические станции" (Донецк, 1997 г.). Работа выполнялась по плану научно-исследовательских работ ДонГТУ.

Публикации. По результатам решенных в работе задач опубликовано в печати 8 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 3 приложений. Работа содержит 135 страниц основного текста, 55 рисунков, 7 таблиц. Библиография состоит из 82 наименований источников.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель и идея работы, излагаются решаемые задачи, а также основные результаты и положения, выносимые автором на защиту.

Первая глава посвящена обзору существующих методов диагностики электроприводов с АД.

Мегоды проверки исправности стержней КЗОР АД основаны, как правило, на анализе величины фазного тока статора в процессе медленного поворота ротора при 1итании двигателя пониженным напряжением (Таран В.П.), фиксации пульсаций в гусковом токе двигателя, либо выявлении пульсаций третьей гармоники фазного гока статора в режиме нагрузки машины (Гашимов М.А.). Эти мегоды, отличаясь 1руг от друга способами их реализации, имеют общие недостатки, главный из соторых состоит в том, что для контроля состояния роторных обмоток необходимо !ывести агрегат из работы, а также разобрать электродвигатель полностью или аастично.

Обнаружение неисправности по пульсации в фазном токе статора, как в режиме пуска, так и в рабочем малоэффективно из-за слабости проявления эффекта, в возможности влияния внешних помех. Применение метода, основанного на выявлении третьей гармоники в фазном токе статора, связано с использованием специальных анализаторов и не учитывает других гармонических составляющих.

В результате проведенного анализа следует, что поиск наиболее информативных параметров, характеризующих повреждения, должен быть продолжен в направлении переходных и установившихся режимов. Это можно сделать на основе метода математического моделирования. При одновременной несимметрии роторной и статорной цепей для моделирования пользуются непреобразованной системой ДУ с периодическими коэффициентами, записанной в реальных статорных и роторных осях. Однако эти модели при большом числе стержней в роторе неэффективны так, как требует больших затрат машинного времени на обращения матрицы собственных и взаимных индуктивностей.

Расчетные методы несимметричных режимов в настоящее время применяются как на стадии проектирования электродвигателей, так и в тех случаях когда их экспериментальное исследование невозможно. Все расчетные методы основаны на теории электрических машин, которая разработана достаточно глубоко в трудах советских и зарубежных ученых. Большой вклад в развитие теории внесли Ковач К.П., Рац И„ Петров Г.Н., Костенко М.П., Постников И.М., Сыромятников И.А., Сивокобыленко В.Ф., Рогозин Г.Г., Дудник М.З. Бутырин Г1.А. и др.

Во второй главе разработана математическая модель АД. Система ДУ АД в фазных координатах статора (а,Ъ,с) и в фазных координатах ротора (1,2,...,и) с учетом того, что глубокопазный ротор представлен в виде эквивалентного двухклеточного, принимает вид (здесь и далее все величины в отн. ед.):

р\>5ь — иьд ~ ¿¿Ль. РУцс - и со — ¿.к Як-

«и

Р®=у{ме-мХ ру=СО, Ме=М>5х^.

Математическое моделирование системы диагностики основано на пределении из (1) диагностических параметров модуля обобщенного вектора тока гатора, мгновенных активной и реактивной мощностей, входного сопротивления

Л:

^ V 3 ' (Usaf+ius^'Husaf

(2)

Ps—Usaha+Usbisb+Uscisc, Цr-j{U sàl sôf ~ р] < Zsd=Y^-

При решении системы ДУ (!) на каждом шаге интегрирования необходимо аходить значения токов, используя выражение (3). При этом потребуется на каждом iare расчета обращать матрицу индуктивностей (МИ) L(У), элементы которой шлются тригонометрическими функциями утла поворота ротора у.

№

/ =L~\у) V, Т -Г; : , ; ,<0 f) ... .<») ,-С) f) ... Mf.

1 —[tia> Isbi Isci b\ ' b\ ' 'h\ >b2'b2> > b2 ] >

(3)

Д1) „,(2)

(n) (1) (2)

tr

Ls Ls-rl LS-r2

Цу)= Lrl-S La Lr\-rl

Lrl-s Lr2-r\ Lr2

/о /l /l

Ls~ /l /о /l ; /о — Lai + Lu ; /1

/l /I /о

rl-i-

mjcos(y) wiCOs(y +2n/3) m,cos(y-Ti/2)

wicos(y-cp) m,cos(y +2тг/3-(р) miCos(y -л/2-ф) miCOs(y-2(p) wiCos(y +2n/3—2ф) miCos(y -я/2-2ф)

/HiCos(Y-(«-l)q>) miCos(y+2тг/3-(п-1)ф) ;W|cos(y - л/2-(«-1)ф)

Ьл=

где

где

и да3СОй((р) ^3СОй(2(р) •■• /и3С05((и-1)ф)

т3со8(-ф) /4 т3соз(ф) • • •

тзСов(-2ф) тзсоз(-ф) /4 ••■тиз«>8((л-3)ф)

тзсоз(-(и-1)ф) т3соз(-(и-2)ф) т3со8(-^(п-3)ф) • • • /4

тъ — Ьц;

/„ = г + т,

Л—Ю1 1 «

/5 /И4СОз(ф) Ш4С05(2(р)

;Л4С05(-ф) /5 /П4С05(ф)

/И4С08(-2ф) /п4СОй(-(р) /5

т4соз(-(п-1)ф) /?24С05(--(и-2)ф) 7я4соз(-(/г-3)(р) ГП4 — /41; 15 = Ьаг2 + Ь\х\

ь

г\-т2~

Ш5 т5СО&(([))

Ш5С05(-ф) ,П5

}П5соз(-2ф) ш5СОй(-ф)

т5С08(2ф) тизсо^ф)

тз

■ т4С05((/г-1)ф)

■ Ш4С08((и-2)ф)

■ т4^08((я-3)ф)

/5

где

т5С08(-(и-1)ф) т5С08(-(и-2)ф) ;И5С08(-(п-3)ф) для обмоток ротора I,т\-г! ~ Ьг2 /•!■

Ш5С08((«-1)ф)

ТО5С08((«-2)Ф) ТО5С08((и-3)ф)

1П5

Описанная математическая модель, позволяет рассчитать стационарные и переходные режимы работы ЛД при известных значениях параметров каждой из обмоток статора и ротора, а также при заданном законе изменения питающих напряжений, подводимых к фазным обмоткам статора. Эта модель является основой дня разработки и оценки эффективности различных способов диагностики АД. Особенностью данной модели является то, что она может быть применена для глубокопазных АД с учетом явления вытеснения тока в роторе путем представления каждого стержня в виде двухклеточного.

Однако одним из основных недостатков данной модели является большой объем вычислений, связанных с необходимостью обращения на каждом шаге расчета матрицы индуктивностей ¿.(у) большой размерности, что требует больших затрат

машинного времени при диагностике одного АД и весьма затруднительно при диагностике группы АД. Проблема совершенствования такого рода моделей несимметрии в статоре посвящены работы Бугырина П.А.

В данной работе впервые предложено при несимметрии в роторе аналитическое определение элементов обратной матрицы индуктивностей ]_, '(у), элементы которой являются также тригонометрическими функциями угла у.

Обратная матрица £ (у), также как исходная, состоит из обратных подматриц

юбсгвенных , , /^2 и взаимных ¡-2> 1^г\-г2 ипдуктивностей между

;оответсгвующими обмотками статора и ротора, зависящих от угла поворота ротора (■

ы1

¿-'(г) = Гг1 Ьп-г2

ик_

(4)

Ниже приведены выражения для аналитического определения элементов

братной матрицы £ '(у): для обратной матрицы собственных и взаимных ипдуктивностей статора:

1е

т т 2 '

¡^ Ьа51

и}-

к* и, ^ Ъ .И, Ц, Ъ

II — а^ ^ ■ ,к/г т

а/-2

№ /с/у - количество фаз статора; ¡с/г - количество стержней (фаз) обмотки ротора;

- параметр, зависящий от количества фаз и индуктивностей обмоток статора и >тора;

(ля обратной матрицы собственных и взаимных индуктивностей первой обмотки »тора:

г , =

А,. Ц„СО!8(<1>) Цг]С08(2ф)

Цг1С08(ф) Хп Ц„С05((р)

Ц,С08(2ф) Ц,С08(ф)

X,:

Ц;!С08((«-1)ф) |1г1С08((«-2)Ф) Цг1СОБ((|1-3)ф)

|1л1С08((и-1)ф) !^С08((л-2)ф) ^С08((«-3)ф)---

1 ^ \1 — ^ ф — — ЬсгА к/г

А./-1

ля обратной матрицы собственных и взаимных индуктивностей второй обмотки гора:

Ьг2~

1,г ^г2С08(ф)

^2С08(2ф) Цл2С08(ф)

Цг2СОБ(2ф) ^г2С05(ф)

Кг

ц Х08((и-1)ф) Ц соф-Щ ц лоф-3№)

• цг2С05((«-1)ф) ■Цг2С05((И-2)Ф) •^2С05((П-3)Ф)

Хг2

где

Хг2 —

1

и

1-аг2 ¿аг2Т'

и

ы

аг2 ' -^сг2 к

-для обратной матрицы взаимных индуктивностей статора и первой обмотки ротора?

И^С05(у) Цл1С05(у+2П/3) ^ ^СО5(у-71/2)

Ц^СОБ^-ф) ]1Л _£ОБ(у+гф-Ч>) С08(у-тг/2-ф)

и.1-,= Ц^С08(у-2ф) |1г1 С05(у+2л/3-2ф) Цг1_ С05(у-я/2-2ф)

IV С05(у-(п-1)ф) С05(у +2л/3-(п-1)ф) |Лг] С05(у-п/2-(п-1)ф)

и .

где

■ для обратной матрицы взаимных индуктивностей статора и второй обмотки ротора?

Ьг2-*~

где

\Хп _СОЗ(у) Цг2_С08(у+2я/3) Цг2_С05(у-я/2)

СО^у-ф) Ц СОЗ(у -+2л/3—ф) [X СОй(у-л/2-ф)

|1,_С05(у-2ф) Ц72_С05(у+2я/3-2ф) |Л2_ С05(уГ71/2-2ф)

СОБ(у -(и-1>р) С08(у +2л/3-(«-1)ф) Ц„_СОЗ(у -тг/2-(и-1)ф)

Ьи

Ьагг!^^

■ для обратной матрицы взаимных индуктивностей первой и второй обмотки ротора:

где

СОЙ

(ф)

йг1.г2со5(-(п^1)ф) |Лг1_г2с05(-(п-2)(р) )^п_г2соа(-(п-3)ф) ■

и

ЬалЬог2т

Отметим, что для обратных матриц взаимных индуктивностей обмоток статора и ротора справедливы соотношения:

Ь^гХ — \ьг{ .,] , ДЛа — [¿т-2- л] • адая Обмоток ротора Ьг\.г2 ~ Ьг\-П-

Поврежденный стержень в математической модели имитируется увеличением его активного и индуктивного сопротивлений, что моделирует разрыв цепи. При этом элементы, находящиеся в строках и столбцах обратной матрицы (у), соответствующие поврежденным стержням, будут равны нулю, а остальные элементы матрицы ]_, '(у) корректируются. Для этого новую матрицу '(у) находим путем вычета из исходной матрицы у) матрицы коррекции А1Ж(У)

Ь-](У) у) -АШ , А^(У) -¿^ЛгЛу

где А] - вектор-столбец, исходной матрицы соответствующий поврежденному стержню; - полученная путем транспонированния вектор-строка исходного вектора-столбца А]\ ] - номер поврежденного стержня; а(Ц) - элемент обратной матрицы £ '(у), находящийся в месте пересечения строки и столбца, соответствующих поврежденному стержню.

Описанный способ аналитического обращения матрицы позволил существенно (в 15-20 раз) сократить объем необходимых вычислений.

В третьей главе выполнен анализ стационарных и переходных режимов работы АД при наличии различного количества поврежденных стержней КЗОР.

Исследованы режимы пуска АД на холостом ходу и под нагрузкой. Рассмотрен режим подачи напряжения на статор при неподвижном роторе АД. Выявлено распределение токов по стержням неисправного ротора АД при работе под нагрузкой и подаче напряжения на статор при неподвижном роторе АД.

Исследования проводились с использованием математической модели АД. Приведены результаты для режимов пуска и работы под нагрузкой для АД типа ДВДЛ 215/39-12-16 (РНом=1 ООО кВт, С/ном=6 кВ)

В работе в качестве информативного показателя о наличии повреждения стержней КЗОР АД принято значение значение коэффициента пульсаций у рис. 1 :

у =^100%, хх=Л—Мхгх,р)2, ХсР=-1Ёхг

Хер \п-Ь=1 р ПЫ

где Л1* - среднеквадратическое отклонение; хер - средне арифметическое значение; п -

количество значений режимного параметра за некоторый промежуток времени г; Хг -

текущее значение режимного параметра.

Информативными параметрами о поврежденных стержнях приняты у для

отношения активной мощности к реактивной У/>/д, модуля результирующего

вектора тока статора Уг', входного сопротивления у активной мощности У р, с помощью которых можно сделать вывод о состоянии стержней ротора АД. Как следует из таблицы 1 при работе указанного выше АД под нагрузкой, равной например 0,8 отн. ед., Ур/£), У ¡, У % вполне могут использоваться в качестве

диагностических параметров, т.к. их пульсации даже при одном поврежденном стержне составляют 2,2-6,0%, что может быть обнаружено при измерениях. При неподвижном АД коэффициенты у существенно возрастают.

Таблица 1 - Коэффициенты пульсаций диагностических параметров при различном количестве поврежденных стержней ротора для двигателя ДВДА 215/39-12-16._

** * Частота

Режим работы АД Кз Кн Кр VPIQ- % Гр % У Z. % Т р, % пульсаций диагност, пара-м, Гц

под 0 0 0 0 0 0

нагрузкой 0,8 0 1 6,0 2,8 2,4 2,2 1

(Мс - const) 2 7,7 4,2 3,1 2,7 1

3 8,3 4,9 3,8 3,3 1

под 0 - 61,1 52,2 61,0 100 и 1

нагрузкой 0,8 0,5 1 - 72,2 57,5 76,8 100 и 1

(Мс = const) 2 - 66,6 62,3 78,9 100 и 1

3 - 77,7 71,4 87,36 100 и 1

под 0 82,4 53,8 55,5 64,1 5

нагрузкой 0,5 0 1 11,3 48,6 64,6 58,4 5

Mc=0,5+0,2sin(wt/10) 2 73,7 52,2 72,3 61,2 5

3 70,8 46,3 81,2 57,2 5

0 0 0 0 0 0

с заторможенным со 0 1 33,3 6,3 6,2 31,6 100

ротором 2 58,2 12,0 11,4 56,1 100

3 62,5 13,9 12,5 59,5 100

*Кр - количество поврежденных стержней КЗОР; **Кн - коэффициент несимметрии, равный отношению напряжений обратной и прямой последовательностей. ***Кз -коэффициент загрузки приводного механизма.

Самым благоприятным режимом для выявления обрывов стержней КЗОР АД является подача пониженного напряжения на статор с заторможенным ротором, однако при этом необходимо вывести из работы АД.

При несимметричных напряжениях питающей сети (при наличии напряжения обратной последовательности) возникают пульсации режимных параметров даже при отсутствии поврежденных стержней в роторе. Однако при этом пульсации изменяются с частотой 100 Гц, что позволяет исключать пульсации этой частоты при диагностике. При работе АД с изменяющимся моментом сопротивления на валу пульсации изменяются в соответствии с характером изменения момента сопротивления, что также необходимо учитывать при проведении диагностики АД, работающего под нагрузкой. В последних случаях при подозрениях на повреждение

ротора предлагается диагностировать АД при подаче пониженного напряжения на статор с заторможенным ротором.

Результаты расчетов диагностических параметров для различных значений сопротивления питающего трансформатора показали что, пульсации диагностических параметров в установившемся режиме АД мало зависят от сопротивления трансформатора из-за сравнительно небольшого падения напряжения в нем.

Расчеты для различных коэффициентов загрузки АД (0,5-И,0) показали, что уровень пульсации диагностических параметров примерно прямо пропорционален коэффициенту загрузки. Превышение найденным на интервале времени А/ с учетом

загрузки механизма коэффициентом пульсаций Ух его базового значения У баз ^ приведенного в табл. 1, служит признаком повреждения соответствующего количества стержней в роторе (см. рис. 1).

У баз _ У_х „ х < ср

у.

>

X

6азКз К3

Кз

0.85

О 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Г, С

Рисунок 1 - Характер изменения мощности и модуля вектора тока статора при работе АД под нагрузкой при наличии поврежденных стержней в роторе.

Статические пусковые характеристики АД при поврежденных стержнях КЗОР показаны на рис.2, из которых видно, что при увеличении количества поврежденных л-ержней КЗОР ток статора АД уменьшается. Это объясняется тем, что при обрыве стержней КЗОР АД его входное сопротивление увеличивается. Из рис.2 также видно, тто электромагнитный вращающий момент уменьшается по мере увеличения количества поврежденных стержней КЗОР АД. Кроме того, при этом критическое жольжение уменьшается.

Анализ показывает, что АД с поврежденными стержнями КЗОР имеет леньший пусковой момент, что затрудняет процесс его пуска.

Me i s Joni. ед.

Is

5

2

4

1.5

3

2

0.5

0 0

0

0.2

0.6

0.8

Рисунок 2 - Зависимости тока статора и электромагнитного момента от скольжения при различном количестве (Кр) поврежденных стержней КЗОР АД.

Я четвертой главе разработана система диагностики АД, позволяющая в автоматическом режиме, без отключения электродвигателей, выявлять обрывы стержней КЗР группы двигателей. Принцип действия системы основан на измерении мгновенных значений напряжений и токов статора АД, с помощью которых затем по (2) вычисляются Уp/Q, У/. Ур, Уz- Используя полученные значения и типовые диагностические кривые (табл. 1 и рис. 3), можно сделать заключение о наличии повреждения ротора. Разработаны основные требования к каналу передачи информации (тока, напряжения), заключающиеся в том, что его погрешность не должна превышать минимального значения диагностируемого параметра дi при

обрыве одного стержня. При этом подключение канала к трансформатору тока не должно приводить к его выходу из класса точности 0,5. Выполнен расчет основных характеристик, которые должен иметь АЦП, для системы преобразования аналоговых сигналов (СПА): время преобразования не должно превышать 3,4aic и выходной код АЦП должен иметь не менее 12 разрядов.

Изготовлен опытный образец системы диагностики и выполнены его лабораторные испытания, которые подтвердили правильность выбранных принципов ее построения и надежность выявления обрывов стержней КЗОР АД. На рис.3 приведена структурная схема СПА и ввода в ПЭВМ. Система состоит из четырех однотипных каналов, в которых последовательно соединены фильтр Ф, масштабирующий усилитель МБУ, коммутатор К, АЦП типа МАХ 122 фирмы "Maxim" и регистр временного хранения информации Р. Запуск преобразования входных сигналов по каждому каналу производится одновременно.

Рисунок 3 - Структурная схема системы преобразования аналоговых сигналов.

Синхронизация работы всех блоков СПА осуществляется от сигнала генератора OSC, поступающего с системной шины ПЭВМ. Этот сигнал поступает на вход программно управляемого генератора частоты (ПГЧ), выполненного на микросхеме типа К580 ВИ53. С помощью ПГЧ, в случае необходимости, программно можно изменять тактовую частоту fT преобразования аналогового сигнала в цифровой.

В режиме работы СПА аналоговые коммутаторы К на входах АЦП последовательно подключают все четыре канала СПА для преобразования входных сигналов от одного двигателя. После завершения преобразования входных сигналов формируется сигнал запроса на прерывание IRQ, а затем последовательное считывание информации с выходов регистров временного хранения Р1-Р4 через шинный формирователь ШФ и шину данных ТТТД в оперативную память ПЭВМ. Затем, в соответствии с алгоритмом, производится обработка полученной информации, а потом коммутаторы К подключают входы АЦП к аналоговым сигналам следующего двигателя. Далее работа СПА повторяется.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований, сделана оценка зависимости диагностируемых параметров от количества поврежденных стержней и режимов работы для опытного АД, специально изготовленного с возможностью имитации обрывов стержней ротора.

Определены параметры этого двигателя и выполнена оценка адекватности математической и физической моделей.

Выполнено сравнение методов нахождения поврежденных стержней на вынутом роторе. Методы основаны на сравнении по величине магнитных потоков (токов) целых и оборванных стержней и имеют следующие варианты исполнений:

- с использованием вольт-ампер фазоиндикатора (токовый),

- с использованием магнитных систем реле тока РТ-40/Ф и РТ-40/6 (индук-ный),

- с использованием дифференциальной магнитной системы (дифф. способ).

Дифференциальный способ имеет преимущество перед двумя рассмотренными ранее - он более простой в реализации и позволяет определить не только поврежденный стержень, но и место его повреждения.

Проведены лабораторные исследования режимов работы АД с поврежденными стержнями и лабораторные испытания системы диагностики, реализованной на ПЭВМ.

Лабораторные исследования позволили уточнить абсолютные значения диагностических параметров, используемых в качестве критерия появления обрыва стержней ротора. Исследования подтвердили адекватность математической модели АД при наличии поврежденных стержней.

Лабораторные испытания системы диагностики подтвердили правильность выбора диагностических параметров и алгоритмов построения системы (см. рис.3).

Рисунок 3 - Характер изменения коэффициентов пульсаций в функции от количества поврежденных стержней ротора.

Для подтверждения разработанных в диссертационной работе теоретических положений были определены коэффициенты пульсаций при разном количестве повреждения стержней КЗОР АД как экспериментальным путем, так и с помощью математического моделирования (см. рис.3). Расчеты и эксперименты были выполнены для АД типа 4А132М6УЗ.

Как следует из рис.3, при сопоставлении расчетных значений с экспериментальными данными, погрешность коэффициента пульсации по току статора не

превышает 7,9%, по мощности 7,7% и по отношению активной мощности к раективной 9,3%.

Полученные выше результаты подтверждают достоверность разработанной математической модели, правильность построения принципов диагностики, а также правильность разработки устройства ввода исходной информации и ее обработки.

В заключении приведен общий итог диссертационной работы и выводы по полученным результатам при решении в работе поставленных задач.

В приложении приведены программы расчета на ЭВМ, позволяющие исследовать метод контроля исправности стержней ротора короткозамкнутого ЛД при разных количествах и чередованиях поврежденных стержней ротора, а также приведена структурная схема системы преобразования аналоговых сигналов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты, полученные при решении поставленных в диссертации задач, заключаются в разработке системы диагностики КЗР асинхронных электроприводов электротехнических комплексов, что позволяет обнаружить повреждение стержней ротора, и в конечном итоге повысить надежность работы системы электроснабжения в целом.

1. В работе решена актуальная задача совершенствования диагностики обрывов стержней обмотки ротора асинхронных электроприводов, заключающаяся в автоматизации процесса диагностики и совершенствовании математических методов расчетов и моделей АД с несимметрией КЗР.

2. Разработана математическая модель АД с КЗОР па основе полных ДУ в фазных координатах с числом фаз ротора, равным числу стержней его обмотки.

Аналитическое определение элементов обратной матрицы собственных и взаимных индуктивностей является отличительной особенностью модели, позволяющей снизить объемы расчетов.

3. Путем математического моделировании выполнен анализ диагностических параметров, позволяющих наиболее достоверно выявлять обрывы стержней обмотки ротора в группе АД. Наиболее информативным признаком является амплитуда пульсации модуля вектора обобщенного тока статора АД, а также - пульсации величины отношения активной и реактивной мощностей, потребляемых АД.

4. Разработана автоматическая система диагностики обрывов КЗОР асинхронных электроприводов электротехнических комплексов. Система реализована на ПЭВМ с применением 12-разрядных АЦП. Принцип действия системы основан на контроле пульсаций в обобщенном векторе токе статора, активной мощности, и отношениях в течении заданного времени контроля. Предложены алгоритмы выявления обрывов стержней и программы их реализации на ПЭВМ .

Проведены лабораторные испытания системы диагностики, подтвердившие правильность выбранных принципов ее построения и надежность выявления обрывов стержней КЗР.

5. Разработаны практические методы быстрого отыскания поврежденных стержней на разобранном двигателе. Методы основаны на отличии токов и напряжений целых и поврежденных стержней обмотки при подведении напряжения к обмотке от постороннего источника или при создании переменного магнитного поля.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Сивокобыленко В.Ф., Нури Абделбассет. Диагностика асинхронных машин с короткозамкнутым ротором - Электричество, 1997 г., №3, - с. 25-27

2. Сивокобыленко В.Ф., Гребченко Н.В., Нури Абдельбассет. Компьютерна! система диагностики асинхронных двигателей собственных нужд электрически) станции. Известия вузов электромеханика. НГТУ: Новочеркасск, 1997, №1-2, - с. 105.

3. Сивокобыленко В.Ф, Ел Джуфоут Салех, Нури Абдельбассет. Дискретная математическая модель многомашинной электрической системы для анализа переходных процессов. Известия вузов электромеханика. НГТУ: Новочеркасск, 1997, №1-2,-с. 100.

4. Сивокобыленко В.Ф., Нури Абдельбассет, Ел Джуфоут Салех. Анализ поведения двигательной нагрузки при коротких замыканиях в системе электроснабжения. Тез. докл. II международной конференции по электромеханике и электротехнологии, Ялта 1996. - с. 42.

5. Нури Абделбассет. Моделирование режимов работы АД при наличии обрывов в короткозамкнутых стержнях ротора. Тез. докл. региональной науч. конф. "Творч. наследие В.И. Вернадского и современность". Донецк: ДонГТУ, 1995. - с 18.

б. Гребченко Н.В., Нури Абделбассет. Полковниченко Д.В. Автоматизированная система технический диагностики электрооборудования тепловых электростанций. Электромеханика и электроэнергетика. Сборник научных трудов энергетического факультета ДонГТУ: Донецк, 1996. с. 151-153.

7. Нури Абделбассет, Гребченко Н.В.. Диагностика технического состояния АД V Всеукраинская студенческая научная конференция "Охрана окружающей среды ] рациональное использование природных ресурсов". Донецк - 1995. с. 183-184.

8. Нури Абделбассет, Полковниченко Д.В., Гребченко Н.В.. Автоматизация диагностирования технического состояния собственных нужд тепловых станций. VI Всеукраинская студенческая научная конференция "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов". Донецк - 1996. с. 145-146.

Личный вклад автора диссертационной работы в работах, написанных в соавторстве, заключается в следующем: участие в разработке математических моделей в работах [1-3]; разработка программ для ПЭВМ и исследование ПП в работах [1,2,4]; анализ диагностики электродвигателей в работах [6,7,8].

ANNOTATION

Nouri AbdelbasseT. Monitoring the short-circuited rotors of the induction motors in ¡lectrotechnical drive complexes.

The thesis is presented for the Ph. D. degree in the speciality 05.09.03 'Electrotechnical complexes and systems, including their control and adjustment". Donetsk >tate technical university. Donetsk, 1997.

Mathematical model is developed and operating conditions of the deep-slot nduction motors at damages of the short-circuited rotor bars are investigated, analytical cference of matrix of driving point and mutual inductances is offered. The module of the itator generalized current vector and motor's instant capacity are accepted as the diagnostic jarametrs of the rotor good condition. The method is stated for obtaining the diagnostic ;urve which is recommended as typical enabling to define quantity of the damaged rods, he diagnostic system worked out in the investigation is, based on recording and processing vith the help of a computer the phase currents and voltages of induction motors' group.

АНОТАЦШ

Hypi Абделбасет. Диагностика короткозамкнутих poTopiB асинхронних шектропривод1в електротехшчних комплеказ.

Робота е рукописом на здобуття вченого ступеня кандидата техтчних наук за :пещальшсгю 05.09.03 "Електротехшчш комплекси та системи, вюночаючи ix гаравлшня та регулювання". Донецький державний техшчний ушверситет. Донецьк, 1997.

^озроблена математична модель i дослщжеш режими робота глибокопазових АД три пошкоджсннях стержшв короткозамкнуто! обмотки ротора, запропоновано шалггичне обернення матриш власних i взаемних ¡ндуктивностей. Як диагностичш ираметри для оцшки стану ротора прийнятс модуль вектора струму статора i литтева потужшсть двигуна. Викладена методика одержання д1агностичних кривих, iKi рекомендуються як типов1 i дозволяють виявити наявн1сть та кшьк1сть юшкоджених стержшв. Розроблена система д1агностики гругш працюючих АД, яка 5азуеться на реестраци та обробщ за допомогою ЕОМ фазних crpyMiB i напрут ггатора кожного АД. <лючов1 слова:

Асинхронний двигун, короткозамкнутий ротор, математична модель, збернена матриця ¡ндуктивностей, д1ап[0стика, д1агностичш крирл, струм, напруга, литтева потужшсть, стержн1 обмотки ротора.