Диагностический алгоритм анализа тока асинхронных электродвигателей, основанный на методиках оценки годографа и частотного спектра
Ключевые слова:
асинхронный электродвигатель, диагностика технического состояния, межвитковое замыкание, дефект ротора, годограф тока, спектральный анализ токаАннотация
В статье рассмотрен диагностический алгоритм для анализа технического состояния асинхронного электродвигателя на основе сигналов потребляемого линейного тока. Цель разработки данного алгоритма – своевременное выявление дефектов асинхронных электродвигателей в режиме их эксплуатации. Проведен литературный обзор по статистике наиболее распространенных неисправностей и методам их диагностики. Среди неисправностей выделяются: обрыв фазы, межвитковое замыкание, замыкание фазы на корпус, дефект ротора и эксцентриситет ротора. Недостатки существующих подходов, основанных на стендовых испытаниях, могут привести к несвоевременной диагностике и, следовательно, развитию нарушений до критического уровня и повреждению смежных с электродвигателем узлов. В связи с этим требуется производить диагностику в режиме эксплуатации, что позволит вовремя предупредить развитие дефектов асинхронного электродвигателя. Методы диагностики можно разделить на четыре типа: анализ тока во временной области, анализ тока при помощи нейронных сетей, анализ тока в частотной области и анализ годографа обобщенного вектора тока. Для разработанного алгоритма были выбраны последние две методики. Они позволяют надежно классифицировать конкретные типы неисправностей, а параллельное их использование повышает робастность системы. Для тестирования работы алгоритма был изготовлен испытательный стенд, а также искусственно воссозданы следующие неисправности: межвитковое замыкание и дефект ротора. После испытаний на стенде и настройки чувствительности срабатывания, алгоритм проходит тестирование на трех электродвигателях реального электропоезда. Данный алгоритм приспособлен для диагностики асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, с типом соединения «звезда». Однако в будущем планируется масштабировать его на двигатели с фазным ротором и двигатели, соединенные «треугольником».
Библиографические ссылки
Асинхронный тяговый привод локомотивов / А.А. Андрющенко, Ю.В. Бабков, А.А. Зарифьян и др. М. : УМЦ по образованию на ж.-д. трансп., 2014. 412 с.
Increasing the Performance of Electric Traction in the Long Term on the Next-Generation Technological Horizon / A.T. Burkov, A.N. Marikin, A.V. Mizintsev et al. // Russian Electrical Engineering. 2018. Vol. 89, № 10. P. 588–591.
Ronanki D., Singh S.A., Williamson S.S. Comprehensive Topological Overview of Rolling Stock Architectures and Recent Trends in Electric Railway Traction Systems // IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2017. Vol. 3. Iss. 3. P. 724–738. DOI 10.1109/TTE.2017.2703583.
Bose B.K. Modern power electronics & AC drives. Upper Saddle River : Prentice Hall, 2002. 738 p.
Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. М. : Высш. шк., 2001. 327 с.
Фролов Ю.М. Электрический привод. СПб. : Лань, 2021. 236 с.
Прудников А.Э., Боннет В.В., Логинов А.Э. Метод определения эксцентриситета ротора асинхронного двигателя // Вестник КрасГАУ. 2015. № 5 (104). С. 68–72.
Induction Motor's Bearing Condition Motoring and Diagnosis Applying Cloud Services and Artificial Neural Networks / K. Dambrauskas, J. Vanagas, T. Zimnickas et al. // 7th IEEE Workshop on Advances in Information, Electronic and Electrical Engineering. Liepaja, 2019. P. 1–5. DOI 10.1109/AIEEE48629.2019.8977096
Королёв Н.А., Жуковский Ю.Л., Котелева Н.И. Наблюдатель состояния подшипников асинхронного двигателя по компонентам векторов парка тока и напряжения // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 2 (55). С. 62–70.
An Efficient Hilbert–Huang Transform-Based Bearing Faults Detection in Induction Machines / E. Elbouchikhi, V. Choqueuse, Y. Amirat et al. // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2017. Vol. 32. Iss. 2. P. 401–413. DOI 10.1109/TEC.2017.2661541.
Солодкий Е.М., Сальников С.В., Даденков Д.А. Диагностика межвиткового замыкания обмотки статора асинхронного двигателя на основе анализа траектории вращения вектора тока статора // Вестн. ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2020. № 34. С. 114–127.
Скляр А.В. О влиянии дефектов электромагнитной системы асинхронного двигателя на пазовые гармоники статорного тока // Омский научный вестник. 2016. № 4 (148). С. 109–114.
Скляр А.В., Чижма С.Н. Спектральный метод оценки частоты пазовых гармоник асинхронного двигателя // Изв. вузов. Электромеханика. 2017. Т. 60. № 2. С. 21–26.
Математическая модель асинхронного двигателя с учетом пазовых гармоник в индукции магнитного поля и неисправностей различного типа / В.В. Харламов, А.В. Скляр, Д.И. Попов и др. // Омский научный вестник. 2018. № 4 (160). С. 55–58.
Жежеленко И.В., Кривоносов В.Е., Василенко С.В. Критерии выявления межвитковых замыканий в статорных обмотках с использованием векторного анализа фазных токов электродвигателя // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энергет. объединений СНГ. 2021. Т. 64. № 3. С. 202–218.
Диагностика неисправностей асинхронных двигателей на основе спектрального анализа токов статора / Н.Р. Сафин, В.А. Прахт, В.А. Дмитриевский и др. // Энергобезопасность и энергосбережение. 2014. № 3. С. 34–39.
Рогачев В.А. Диагностирование эксцентриситета ротора асинхронных электродвигателей по гармоническому составу тока статора : автореф. дис. … канд. техн. наук. Новочеркасск, 2008. 19 с.
Новожилов А.Н., Крюкова Е.В., Исупова Н.А., Новожилов Т.А., Никитин К.И. Диагностирование эксцентриситета ротора асинхронного двигателя по среднеквадратичной величине дополнительных гармонических токов статора // Технические науки – от теории к практике. 2013. № 27-1. С. 132–138.
Бабичев А.С. Применение наложенного тока для селективного контроля изоляции группы электродвигателей // Релейная защита и автоматизация. 2019. № 2. С. 32–35.
Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями / Н.А. Ротанов, А.С. Курбасов, Ю.Г. Быков и др. М. : Транспорт, 1991. 334 с.
Калачев Ю.Н. Векторное регулирование (заметки практика). М. : ЭФО, 2013. 72 с.
