Принципиальная схема выполнения измерений

Осциллограммы напряжений и токов

Осциллограммы токов (токи разные)

МЕТОД ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА СПЕКТРА ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ (СПЕКТР-ТОКОВОГО АНАЛИЗА)

Основные повреждения электродвигателей Электрические повреждения Повреждения статора Повреждения ротора Повреждения обмоток Повреждение стержней ротора Повреждение контактных колец Механические неисправности Повреждения подшипников Повышенный эксцентриситет ротора Статистика повреждений Элемент ЭД% Ротор 9 Обмотки статора 36 Подшипник и 41 Другие 14

СПЕКТР-ТОКОВЫЙ АНАЛИЗ Спектр-токовый анализ – это процедура мониторинга (записи) сигналов тока и напряжения на клеммах электродвигателя, их последующий специальный спектральный анализ с целью определения наличия электрических и механических неисправностей

ПРЕИМУЩЕСТВА СПЕКТР- ТОКОВОГО АНАЛИЗА Выполняется на работающем оборудовании (не требуется его отключение) Выполняется на работающем оборудовании (не требуется его отключение) Проведение измерений возможно как непосредственно на электродвигателе, так и в электрощите его питания Проведение измерений возможно как непосредственно на электродвигателе, так и в электрощите его питания Позволяет выявить электрические и механические неисправности электродвигателя и механического устройства Позволяет выявить электрические и механические неисправности электродвигателя и механического устройства Принципиально возможно использование метода для диагностики асинхронных, синхронных машин, двигателей с регулируемой скоростью вращения, машин постоянного тока Принципиально возможно использование метода для диагностики асинхронных, синхронных машин, двигателей с регулируемой скоростью вращения, машин постоянного тока

ДИАГНОСТИРУЕМЫЕ ДЕФЕКТЫ Дефекты ротора электродвигателя (обрыв стержней, дефекты литья) Дефекты ротора электродвигателя (обрыв стержней, дефекты литья) Межвитковые замыкания обмоток статора Межвитковые замыкания обмоток статора Повышенный эксцентриситет ротора (статический и динамический) Повышенный эксцентриситет ротора (статический и динамический) Дефекты подшипников электродвигателя и мех. устройства Дефекты подшипников электродвигателя и мех. устройства Ослабление крепления электродвигателя на фундаменте Ослабление крепления электродвигателя на фундаменте Несоосность валов двигателя и механизма Несоосность валов двигателя и механизма Дефекты ременных передач Дефекты ременных передач Дефекты вращающихся механических частей вентиляторов и насосов Дефекты вращающихся механических частей вентиляторов и насосов Наличие кавитации Наличие кавитации

СПЕКТР СИГНАЛА Представление сигнала во временной и частотной областях

Частотная характеристика тока нового и «потрудившегося» электродвигателя Дб=20Lg( I f /I 50) -20Дб=0.1; -40Дб=0.01;-60Дб=0.001;-80Дб=0.0001

Частотная характеристика тока исправного электродвигателя Низкочастотный спектр (0-200 Hz) Высокочастотный спектр ( Hz)

Причины появления «пиков» на графике спектра Поскольку питающее напряжение не является идеально синусоидальным, в спектрограммах напряжения и тока присутствуют гармоники, обусловленные качеством питающего напряжения Неисправности двигателя и механической нагрузки также вызывают соответствующие гармоники, но только в спектре тока

Физические принципы спектр-токового анализа Наличие электрических и механических неисправностей приводит к изменениям магнитного потока в воздушном зазоре электрической машины Сопоставление гармоник напряжения и тока дает возможность отличить гармоники питающего напряжения и гармоники, характерные для неисправностей Гармоники тока, соответствующие различным видам неисправностей, отличаются друг от друга Таким образом, обнаружение в спектре тока характерных гармоник позволяет однозначно идентифицировать неисправности электродвигателя

Спектр тока при наличии дефектов ротора Характерная частота повреждения (скольжение x число полюсов) проявляется двумя симметричными пиками в спектре тока Увеличение сопротивления ротора вследствие обрыва стержней или возрастания сопротивления в их соединениях приводит к росту сигнала на этих частотах Разница амплитуд сигналов на частоте питающей сети и на вышеуказанных частотах характеризует степень критичности дефекта

Спектр тока при наличии несоосности валов Высокая амплитуда сигнала на частотах, кратных частоте вращения ротора, свидетельствует о наличии неисправности

Спектр тока при наличии ослабления крепления на фундаменте Высокая амплитуда сигнала на частотах, кратных ½ частоты вращения ротора, свидетельствует о наличии неисправности

Спектр тока при наличии статического эксцентриситета Исправный электродвигатель Наличие статического эксцентриситета

Спектр тока при наличии динамического эксцентриситета Исправный электродвигатель Наличие динамического эксцентриситета

Спектр тока при наличии межвитковых замыканий в обмотках статора Исправный электродвигатель Наличие межвиткового замыкания

Спектр тока, обусловленный повреждениями подшипников Исправный электродвигатель Наличие дефектов подшипников

Преобразование сигналов из временной в пространственную область Идеальная трехфазная система токов (напряжений)

Преобразование сигналов из временной в пространственную область Реальная 3-х фазная система напряжений

Преобразование сигналов из временной в пространственную область Токи электродвигателя

Преобразование сигналов из временной в пространственную область Отсутствие и наличие межвиткового КЗ

ПЛАНИРОВАНИЕ РЕМОНТНЫХ РАБОТ Регулярное проведение мониторинга оборудования позволяет выявлять неисправности на ранней стадии возникновения, отслеживать динамику их развития, определять и планировать рациональные сроки проведения ремонтов

Проведение моделирования

ПРАКТИЧЕСКИЙ СЛУЧАЙ Повреждения ротора электродвигателя Аммиачный компрессор

ПРАКТИЧЕСКИЙ СЛУЧАЙ Несоосность валов электродвигателя и механизма Аммиачный компрессор

ПРАКТИЧЕСКИЙ СЛУЧАЙ Ослабление изоляции обмоток статора Аммиачный компрессор

ПРАКТИЧЕСКИЙ СЛУЧАЙ Ослабление крепления электродвигателя к фундаменту Воздушный компрессор

ПРАКТИЧЕСКИЙ СЛУЧАЙ Повреждения шарика и сепаратора подшипника Дымосос

ПРАКТИЧЕСКИЙ СЛУЧАЙ Повреждения редуктора Технологическое оборудование

ПРИЧИНЫ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПИТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ НА УСЛОВИЯ РАБОТЫ И СОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Отклонение напряжения При изменении напряжения изменяется механическая характеристика АД - зависимость его вращающего момента М от скольжения s При снижении напряжения уменьшается вращающий момент и частота вращения ротора двигателя, т.к. увеличивается его скольжение (от значения s н до s 1,) В случае снижения напряжения на зажимах электродвигателя при той же потребляемой мощности увеличивается ток, потребляемый из сети, при этом происходит более интенсивный нагрев обмоток двигателя и соответственно снижается срок его службы

Несимметрия напряжения Особое значение для электродвигателей имеет напряжение обратной последовательности. Даже небольшая несимметрия напряжений вызывает значительные токи обратной последовательности Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора, что приводит к ускоренному старению изоляции. При этом срок службы полностью загруженного асинхронного двигателя, работающего при несимметрии напряжения 4%, сокращается в 2 раза При несимметрии напряжений сети в синхронных машинах наряду с возникновением дополнительных потерь активной мощности и нагревом статора и ротора могут возникнуть опасные вибрации в результате появления знакопеременных вращающих моментов и тангенциальных сил, пульсирующих с двойной частотой сети.

Несинусоидальность питающего напряжения (на клеммах электродвигателя) Несинусоидальность питающего напряжения приводит к ускоренному старению изоляции, дополнительным потерям мощности двигателя, а также значительному сокращению срока службы подшипников за счет возникновения встречно направленных моментов вращения Высшие гармоники напряжения вызывают дополнительные потери активной мощности в электрических машинах, так как сопротивления их элементов зависят от частоты Высшие гармоники вызывают паразитные поля и электромагнитные моменты в синхронных и асинхронных двигателях, которые ухудшают механические характеристики и КПД машины Ухудшается коэффициент мощности электродвигателя

Несинусоидальность питающего напряжения (на клеммах электродвигателя) «Высокий уровень гармонических искажений питающего напряжения может вызвать серьезный перегрев мотора с последующим отключением, чрезмерный акустический шум и вибрации, повреждения подшипников (срок службы которых может снизиться до 10% от номинального) и нарушения креплений из-за высокого уровня вибрации». Т. Уилльямс, К. Армстронг. ЭМС для систем и установок – М: Издательский Дом «Технологии», 2004 г.-508 с.

Экономические аспекты В настоящее время на промышленных предприятиях и в современных офисных зданиях парк электродвигателей потребляет от 40 до 70% оплачиваемой электроэнергии. Эксплуатация находящихся в неудовлетворительном техническом состоянии электродвигателей приводит: -к прямым финансовым потерям, связанным с непрогнозируемым выходом из строя оборудования и вызванным этим нарушением технологического процесса; - к значительным (до 3-5%) косвенным непродуктивным затратам электроэнергии, обусловленным повышенным электропотреблением (при той же полезной мощности)

Сравнение методов диагностики Диагностика на отключенном электродвигателе KЭЭУправл.Кабель СтаторРотор ЭксцентриситетПодшипн.Изоляция Несоосн.НагрузкаЧРП Испытания ВН Сопротивление изоляции Сопротивление обмоток ---++/ Диагностика на работающем электродвигателе KЭЭУправл.Кабель СтаторРотор ЭксцентриситетПодшипн.Изоляция Несоосн.НагрузкаЧРП Вибродиагностика ---о/п +/ Тепловиз. контроль о/п Ультразвук -о/п Амперметр/Вольтметр о/п +(п)о/п Спектр-токовый анализ (п)++/- +

Методика отрабатывалась и апробировалась на следующих предприятиях - Комплекс зданий и сооружений ОАО «Газпром» (асинхронные ЭД 0,4 кВ); -ТЭЦ 16 ОАО «Мосэнерго» (асинхронные ЭД 0,4 кВ, синхронные генераторы); - Лианозовский молочный комбинат (асинхронные ЭД 0,4 кВ); - Компания «Unilever» (асинхронные ЭД 0,4 кВ); - Северная водопроводная станция ОАО «Мосводоканал» (асинхронные ЭД 0,4 кВ, синхронные ЭД 6(10) кВ);

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ