Способ контроля обрыва стержня ротора короткозамкнутого асинхронного электродвигателя Советский патент 1984 года по МПК G01R31/34 

Изобретение относится к диагносике технического состояния электических машин и может быть использован для. контроля исправности стержней ротора короткозамкнутых асинхонных электродвигателей.

Эксплуатация короткозамкнутого синхронного электррдвигателя при наичии даже одного-двух оборванных тержней в роторе приводит к дальнейему выходу из строя других стержней отказу двигателя в работе.

Известны способы проверки исправности стержней ротора асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, разработанные для случаев з-атормоенного ротора, один из которых основан на измерении по окружности ротора магнитного потока рассеяния, обазующегося вокруг стержней ротора при питании его переменньтм током пониженного напряжения, равного 20-23% номинального. На каждый паз выступаюей части ротора поочередно накладывают тонкую стальную пластину, перекрывающую два зубца ротора. При этом над пазами, в которых нет стержней с обрывом, пяастинка притягивается и дребезжит, а при наличии обрыва притяжение и дребезжание исчезают 1. .

Известен также.способ контроля обрыва стержня ротора, при котором ротор затормаживают и в статор подают пониженное напряжение, равное 20-25% номинального. Затем ротор медленно проворачивают и измеряют силу тока в .статоре. При отсутствии обрыва стерж ня сила тока фазы в статоре во всех положениях ротора одинакова, а при обрыве изменяется в зависимости от положения ротора 2 J.

Недос,татком описанных способов является непригодность их для применения на работаюмих машинах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля обрыва стержня ротора короткозамкнутого асинхронного электродвигателя путем подключения обмотки статора к сети, приведения ротора во вращение и измерения тока статора С37.

Известно, что при наличии обрыва стержня ротора в токе статора появляются гармоники, кратные частоте скольжейия. Известный способ основан на измерении пульсации полного тока статора с частотой скольжения. Эти пульсации малы по величине, происходят не с постоянной частотой, а с частотой скольжения, зависяией от нагрузки электродвигателя, что требует подстройки контура выделения контролируемого сигнала. Все это снижает точность контроля.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что по способу контроля обрыва стержня ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя путем подключения обмотки статора к сети, приведения ротора во вращение и измерения тока статора, из тока статора выделяют третью гармонику, измеряют пульсации ее амплитуды и по уровню пульсаций судят о наличии обрыва стержней обмотки ротора.

Физическая сущность изобретения основана на взаимодействии (интерференции), возникающем при обрыве стержня (несимметрии обмотки ротора) между магнитным потоком обратных токов третьей гармоники ротора и магнитным потоком третьей гармоники статора.

Наличие в фазных величинах обмотки статора третьей гармоники (и кратных ей гармоник) обусловлено насыщением магнитной системы основным потоком намагничивания, определяемым величиной намагничивающего тока машины. Ток намагничивания и соответствующий ему основной поток намагничивания при изменении нагрузки от нуля до номинальной величины практически не изменяются. Остается постоянной и третья гармоника, обусловленная насыщением магнитной системы указанным потоком. При этом результирующий поток от третьей гармоники в пространстве отсутствует, так как в условиях симметричности трехфазной обмотки и при нагружении ее симметричными токами в любой момент времени намагничивающие силы, созданнйе токами третьей гармоники, совпадают по фазе и их равна нулю. Однако электрическая несимметрия обмотки ротора при Обрыве стержня определенным образом обуславливает несиглметрию третьих гармоник в фазных величинах обмотки статора, В таком случае намагничивающие силы, созданные токс1ми третьей гармоники статора, в трех фазах представляют уже несимметричную систему и их сумма не равняется нулю. Благодаря этому в пространстве появляется результирующий поток частоты 3f (f.| - частота сети), вращающийся в направлении вращения потока основной гармоники. t

Для заданной степени исследуемой неисправности можно принять, что величина результирующегЬ потока от третьих гармоник в фазах обмотки статора, обуслоЕленных потоком намагничивания, практически остается постоянной так же, как и сам поток намагничивания, при изменении нагрузки машины от нуля для номинальной величины. Не изменяется также ЭДС индуцирования результирующим потоком третьей гармоники в обмотке статора. Величина ЭДС третьей гармоникир,индуцированная в обмотке ротора ука.занным результирующим потоком, зави сит уже от скольжения ротора. Таким образом, несмотря на постоянство ЭДС третьей гармоники в обмотке статора величина этой ЭДС в обмотке ротора изменяется при изменении нагрузки от нуля до номинальной величины. При нагрузке из-за увеличения скольжения величина указанной ЭДС увеличивается и ее интерференция должна - усилить пульсацию третьей гармоники в обмотке статора. Что касается результируюпего потока первой гармоники, то как известно, его величина по сравнению с величиной результирующего потока третьей гармоники несоизмеримо велика. Кроме того, в отличие от третьей гармоники, величина рез5 льтируюмего потока первой гармоники не остается постоянной, а изменяется в соответствии с изменением нагрузки от нуля до номинальной величины. Поэтому незначительная электрическая несимметрия короткозамкнутой обмотки ротора в виде беличьей клетки {обрыв одного-двух стержней) не может вызвать большую пульсацию этой гармоники. Проведено экспериментальное диагностическое исследование указанной неисправности ротора в ряде короткозамкнутых асинхронных электродвигателей. Искусственно задан обрыв стержня ротора (путем сверления стержня в пазу) и по предлагаемому способу осуществлен контроль за мгиаи ной путем гармонического анализа и осциллографирования фазных величин (тока и напряжения) и их гармонических составляющих. На фиг.1-6 приведены осциллограммы (симметричная половина) при холос том ходе (фиг.1, 3 и 5) и нагрузке (фиг.2, 4 и 6) соответственно полного Лазного тока (Лиг. и 2), его пер вой (фиг.З и 4) и. третьей (фиг.5 и 6 гармоник, снятые на асинхронном электродвигателе при обрыве двух «стержней (один из которых неполность высверлен) в пазах ротора; на фиг,7, 8 и 9 - кривые, показывающие характе изменения пульсаций соответственно фазного тока, его первой и третьей гармонических составляющих при холостом ходе (кривые 1) и нагрузке (кривые 2). Кривые 1 и 2 получены соответственно из осциллограмм фиг.1-6 путем обработки их в долях относительных величин осциллографированных токов. При обработке принято, что .. .п . д , ; -А, где , - максимальные и минимальные размахи амплитуд осциллографированных величин. Для простоты точки, характеризующие вершины пульсаций, соединены прямыми линиями. Как показывает анализ полученных результатов, при сравнительно малой степени исследуемой неисправности {обрыв одного-двух стержней/ пульсация тока фазы фиг.7 и его первой гармоники (фиг.8.) в режиме холостого хода- (кривые 1) практически отсутствует. Слабо проявляется пульсация указанных величин также в режиме нагрузки машины (кривые 2, фиг.7 и 8), В значительной степени проявляется пульсация третьей гармоники в режиме нагрузки машины (Лиг.9, кривые 2). При этом пульсация указанной гармоники четко проявляется и на измерительной 1жале анализатора гармоник, Амплитуда или размах) пульсации выделенной третьей гармоники почти в 3,5 раза больше, чем амплитуда пульсации тока фазы. При этом амплитуда пульсации первой гармоники несоизмеримо мала по сравнению с пульсацией третьей гармоники. Таким образом, пульсация третьей гармоники в фазных величинах обмот- , ки статора является наиболее информативным диагност.; 1еским признаком (параметром) обрыва стержней асинхронной машины, на котором основано изобретение. Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет более эффектибно контролировать состояние стержней ротора, так как пульсация третьей гармоники в большей степени зависит от обрыва стержня, чем пульсация первой гармоники и полной фазной величины; дает возможность контролировать состояние стержней при работе машины под нагрузкой; может быть использовай для определения неисправности стержней при питании обмотки статора пониженным напряжением, равным 20-25% номинального; путем медленного проворачивания ротора (т.е. имитации больших-скольжений ) на профилактических испытаниях асинхронных двигателей без их разборки; позволяг ет не только констатировать факт наличия обрыва, но и определить число оборванных стержней (по числу пиков пульсаций за один оборот ротора), а также степень обрыва (по амплитуде пульсаций).

7ф

, ff U

ЗЙ5%,

Фиг. 2

S-.

,

:;j

/I

:,-«44

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОБРЫВА СТЕРЖНЯ РОТОРА КОРОТКОЗАМКНУТОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ путем подключения обмотки статора к сети, приведения ротора во .вращение и измерения тока статора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, из тока статора выделяют третью гармонику, измеряют пульсации ее амплитуды и по уровню пульсаций судят о наличии обрыва стержней обмотки ротора. Q @ V..-. .-.-rf-iS.; . ; I:-. Фие. f

a

%3

1 2

Фие. 7

4х

о,г.

0.1f 2 0

0.10.2.

Фиг.8