СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК H02K15/00 G01R31/34 

Изобретение относится к диагностированию асинхронных двигателей (АД), применяемых в строительных машинах
Среди защищенных решений, выявленных в уровне техники, не было определено способов к диагностированию (АД), применяемых в строительных машинах (В 66 С 13/22), однако эти способы применяются на практике. Наиболее близкий аналог описан в [1] .

Способ диагностирования АД строительных машин, заключающийся в последовательном проведении следующих операций:
определении сопротивления изоляции обмоток; измерении коэффициента абсорбции; измерении емкости изоляции при двух частотах испытательного напряжения; измерении тангенса угла диэлектрических потерь; измерении токов утечки в функции напряжения; измерении активного сопротивления обмоток; измерении температуры обмотки статора; измерении электромеханических характеристик двигателя.

Этот способ позволяет определить общее техническое состояние некоторых узлов АД, однако используя этот способ нельзя судить о двигателе в целом, т. к. другие важные сборочные единицы не подвергаются контролю.

Задача заключается в том, чтобы определить техническое состояние АД в целом с помощью специальных средств без разборки (или при минимальном ее уровне), заблаговременно выявить скрытые дефекты и определить перечень необходимых профилактических и ремонтных воздействий.

Предлагается способ диагностирования АД в следующей последовательности операций по измерению:
сопротивления обмоток статора и ротора (с фазным ротором) (R_oб) и (R'_об), Ом; сопротивления изоляции обмоток статора и ротора (R_из), МОм; коэффициента абсорбции (К_а); коэффициента отношения емкостей, измеренных при разных частотах испытательного напряжения (К_с); температуры обмоток (Т), ^oС; температуры подшипников (Т_п), ^oС; радиального зазора (а), мм; давления щеток (F), Н; высоты щеток (h), мм.

Новым в заявляемом изобретении является то, что первоначально измеряют активное сопротивление обмоток статора и ротора (с фазным ротором) и дополнительно определяют радиальный зазор подшипников качения, измеряют высоту щеток и определяют степень их прижатия к ротору. Измеряют температуру обмоток статора и температуру подшипников. Измерение токов утечки в функции напряжения и измерение электромеханических характеристик двигателя не производят.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна".

Указанная совокупность новых признаков не применялась ранее для целей диагностирования АД строительных машин. Статистические данные и анализ повреждений вращающихся электрических машин свидетельствует, что износ и выход из строя подшипников наряду с выходом из строя изоляции обмоток являются наиболее частыми причинами отказов электрических машин. В преобладающем большинстве случаев при износе подшипников ротор начинает задевать за активную сталь статора, в месте задевания резко увеличивается температура или происходит сдвиг листов в зубцах, что приводит к повреждению изоляции обмоток. Вследствие повреждений подшипников возникает 20-25% отказов электрических двигателей [2,3] . Конструкция подшипниковых узлов электрических двигателей мощностью до 125 кВт сравнительно проста. В преобладающем большинстве АД применяются подшипники качения.

Наиболее распространенной причиной выхода из строя подшипников качения является износ поверхности беговых дорожек и тел качения, вследствие чего увеличивается радиальный зазор в подшипниках.

Одной из причин выхода подшипников из строя также является неправильная их посадка на вал. При напрессовке подшипников на вал с большим натягом возникает защепление тел качения, повышенный нагрев и выгорание смазки. В этих случаях подшипники быстро изнашиваются.

При слабой посадке подшипника их внутренние кольца вращаются на валу, нагреваются и расширяются, в результате чего защемляются тела качения и подшипник также выходит из строя [4] .

У электрических АД наиболее часто выходят из строя подшипники со стороны конца вала со шпоночной канавкой, что объясняется большой нагрузкой подшипников, установленных со стороны приводимых электродвигателей механизмов. Большое влияние на срок службы подшипников наряду с другими факторами оказывает вибрация электрического двигателя в результате неуравновешенности вращающихся частей, передачи вибрации от приводимого элетродвигателя механизма и прочее.

Что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Способ реализуется следующим образом:
а) Производится измерение активного сопротивления обмоток статора (R_об), Ом. Измерение проводится микроомметром М 246. Предельное значение
R_об= 0,6 Ом.

б) Определение активного сопротивления обмоток ротора (с фазным ротором) (R'_об), Ом. Измерение проводится микроомметром М 246. Предельное значение R'_oб= 0,33 Ом.

Измеренные значения сопротивления отдельных фаз статора и ротора не должны отличаться друг от друга или от паспортных не более чем 2 %. Если установлена асимметрия фаз, то может быть ряд причин: витковые замыкания, недостаточное качество паек и т. д.

в) Измерение сопротивления изоляции обмоток статора и ротора (R_из), МОм. Измерение проводится мегаомметром М 4100/4. Предельное значение R_из 0,5 МОм.

Если R_из≥0,5 МОм, то п. 6. Если R_из<0,5 МОм, то изоляция неисправна п. 4, 5.

г) Определение коэффициента абсорбции (К_а). Измерение проводится мегаомметром М 4100/4 и секундомером. Предельное значение К_а= 1,5-2. Минимально допустимое значение 1,3.

При К_а≤1,3, изоляция влажная, необходима ее сушка.

д) Измерение коэффициента отношения емкостей (К_с). Измерение проводится прибором ПКВ-8. Предельное значение К_с= 1,1-1,3. При К_с= 1,4 увлажнение изоляции поверхностное, а при К_с>1,4 - объемное.

е) Измерение температуры обмотки статора (по косвенному методу) (Т), ^oС. Определяется сопротивление обмотки в "горячем" состоянии (R"_об), Ом. Измерение проводится микроомметром М 246. Предельное значение Т≤85^oС.

Перегрев обмоток (Т>85^oС) говорит о наличии витковых замыканий.

ж) Определение температуры подшипников качения (Т_п), ^oС. Измерение проводится ртутным термометром. Предельное значение Т_п≤100^oС. Температура подшипников не должна превышать предельных значений, определенных для каждого типа подшипников.

з) Определение радиального зазора в подшипнике (а), мм. Измерение проводится набором щупов 24. Предельное значение а= 0,005-0,1.

Если зазор больше допустимого, то необходимо заменить подшипник.

и) Измерение высоты щетки (h), мм. Измерение проводится штангенциркулем ШЦ - 1. Предельное значение h= 12-24.

Если высота щетки меньше допустимой, то щетку необходимо заменить.

к) Определение давления щетки (F), H. Измерение проводится динамометром пружинным ДПУ- 0,01/2. Предельное значение F = 17-25.

Пружины подлежат замене, если их нажатие на щетки меньше допустимого значения.

Предложенный способ был осуществлен при диагностировании АД на башенном кране КБ-403А. Свои измерения со значениями и результатами представлены в таблице.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии критерию "промышленная применимость".

Источник информации
1. Макаров Р. А. , Соколов А. В. Диагностирование строительных машин. - М. : Стройиздат, 1984. - 335 с.

2. Куйбышев А. Б. Надежность асинхронных двигателей общепромышленного применения. М. : Издательство стандартов, 1972. - 104 с.

3. Брызгалов В. Л. Исследование отказов асинхронных двигателей мощностью от 0,6 до 100 кВт. - Электротехническая промышленность. Сер. Электрические машины, 1970, вып. 2. - С. 18-19.

4. Камнев В. С. Подшипники качения в электрических машинах. М. : Госэнергоиздат, 1960. - 700 с.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к диагностированию асинхронных двигателей, применяемых, в частности, в строительных машинах. Технический результат состоит в том, что предлагаемый способ позволяет определить техническое состояние АД в целом с помощью специальных средств без разборки (или при минимальном ее уровне), заблаговременно выявить скрытые дефекты и определить перечень необходимых профилактических и ремонтных воздействий. Сущность предлагаемого способа диагностирования асинхронного двигателя состоит в следующем. Измеряют значения активных сопротивлений обмоток статора и ротора, сопротивлений изоляции обмоток статора и ротора, коэффициента абсорбции, коэффициента отношения емкостей, измеренных при разных частотах испытательного напряжения, температуры обмоток статора и сравнивают измеренные значения с предельными, допустимыми. При этом, согласно способу, первоначально измеряют значение активного сопротивления обмоток статора и ротора, а после измерения значения температуры обмотки статора измеряют значения температуры подшипников, давления щеток и их высоту. 1 табл.

Способ диагностирования асинхронного двигателя, согласно которому измеряют значения сопротивлений изоляции обмоток его статора и ротора, коэффициента абсорбции, коэффициента отношения емкостей, измеренных при разных частотах испытательного напряжения, активного сопротивления обмоток статора и ротора, температуры обмотки статора и сравнивают все измеренные значения с предельными, допустимыми, отличающийся тем, что первоначально измеряют значение активного сопротивления обмоток статора и ротора, а после измерения значения температуры обмотки статора измеряют значения температуры подшипников, давления щеток и их высоту.