Діагностування обмоток статора асинхронного двигуна з використанням моделювання на основі годографа вектора Парка

Abstract

Незважаючи на велику кількість методів контролю стану обмоток статора асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором, питання вдосконалення і розробки діагностичного обладнання з високим ступенем достовірності, що відповідає сучасним експлуатаційним вимогам, продовжує залишатися невирішеним. Наявні методи враховують тільки граничний або допустимий стан параметрів обмотки, що не дозволяє оцінювати дефекти на ранній стадії їх розвитку. Особливо це стосується пошкоджень, що важко діагностуються та вимагають проведення подальших дослі-джень, якими є міжвиткові замикання в фазі обмотки статора. В роботі розглянуто метод діагностування міжвиткового замикання обмотки статора із застосуванням математичного моделювання на основі годографа вектора Парка. З цією метою вибрана математична модель асинхронного двигуна з встановленою адекватністю реальним процесам, з якою разом використовувався обчислювальний блок вектора Парка струму. В результаті моделювання на прикладі асинхронного двигуна АІР потужністю 11 кВт отримані годографи вектора Парка струму для статора без дефектів в номінальному режимі; в результаті міжвиткового замикання за комплексного опору фази зменшеному до 80 % для номінального режиму та для режиму холостого ходу. За отриманими зображеннями годографа проведено оцінювання стану обмотки статору. Встановлено, що метод годографа вектора Парка дозволяє діагностувати наявність дефектів та визначати їх рівень в обмотках статора асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Застосовуючи метод спектрального аналізу годографа вектора Парка струму для проведення діагностики міжвиткових замикань обмотки статора, слід враховувати вплив на отриманий результат параметрів мережі живлення, характеру навантаження, вплив зовнішніх електромагнітних полів, перехідних процесів в приводі та ін., виділення яких вимагає додаткових досліджень. Можливість застосування методу годографа вектора Парка для діагностики обмотки асинхронних двигунів дистанційно, без зупинки роботи двигуна і в повністю автоматизованих діагностичних системах робить цей метод найперспективнішим для подальшого розвитку і застосування.

Несмотря на большое количество методов контроля состояния обмоток статора асинхронных электро- двигателей с короткозамкнутым ротором, вопрос совершенствования и разработки диагностического обору- дования с высокой степенью достоверности, отвечающей современным эксплуатационным требованиям, про- должает оставаться нерешенным. Имеющиеся методы учитывают только предельные или допустимые со- стояния параметров обмотки, что не позволяет оценивать дефекты на ранней стадии их развития. Особенно труднодиагностируемым повреждением, требующим проведения дальнейших исследований, является межвит- ковое замыкание в фазе статорной обмотки. В работе рассмотрен метод диагностирования межвиткового замыкания обмотки статора с применением математического моделирования на основе годографа вектора Парка. С этой целью выбрана математическая модель асинхронного двигателя с установленной адекватностью реальным процессам, с которой использовал- ся вычислительный блок вектора Парка тока. В результате моделирования, на примере асинхронного двигате- ля АИР мощностью 11 кВт, получены годографы вектора Парка тока для статора без дефектов в номиналь- ном режиме; в случае междувиткового замыкания при комплексном сопротивлении фазы, уменьшенном до 80 % в номинальном режиме и в режиме холостого хода. В ходе проведения исследований на имитационной модели установлено, что использование метода годогра- фа вектора Парке позволяет диагностировать наличие дефектов и устанавливать их уровень в обмотках статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. При применении метода спектрального ана- лиза годографа вектора Парка тока для проведения диагностики межвитковых замыканий обмотки статора следует учитывать влияние на результат параметров питающей сети, характера нагрузки, влияния внешних электромагнитных полей, переходных процессов в приводе и др., выделение которых требует дополнительных исследований. Возможность применения метода годографа вектора Парка для диагностики обмотки асинхронных двига- телей дистанционно, без остановки работы двигателя с использованием в полностью автоматизированных диагностических системах, делает этот метод наиболее перспективным для дальнейшего развития и исполь- зования.

Despite the large number of methods for monitoring the condition of the stator windings of squirrel-cage induction motors, the issue of improving and developing diagnostic equipment with a high degree of reliability that meets modern operational requirements remains unresolved. The available methods take into account only the limiting or permissible states of the winding parameters, which do not allow us to evaluate defects at an early stage of their development. An especially hard-to-diagnose damage requiring further research is the interturn short circuit in the phase of the stator winding. The paper considers a method for diagnosing interturn closure of a stator winding using mathematical modeling based on the hodograph of the Park vector. For this purpose, a mathematical model of an induction motor with established adequacy to real processes was chosen, with which the computing unit of the Park vector was used. As a result of modeling, using an example of an asynchronous motor model AIR with a power of 11 kW, the hodographs of the Park vector for a stator without defects in nominal mode were obtained; as a result of interturn closure with complex phase resistance reduced to 80% in nominal mode and in idle mode. It is established that the considered method of applying the simulation model of a squirrel-cage asynchronous motor based on the hodograph of the Park vector allows modeling defects in the stator windings, studying their effect on motor operation, and also diagnosing the degree of defects that occur in the stator. When applying the method of spectral analysis of the hodograph of the Park vector to diagnose interturn closure faults of the stator winding, it is necessary to take into account the influence on the result of the parameters of the supply network, the nature of the load, the influence of external electromagnetic fields, transient processes in the motor, etc., accounting for which requires additional research. The possibility of using method of the hodograph of the Park vector for diagnostics of windings of induction motors remotely, without stopping the operation of the motor and when used in fully automated diagnostic systems, makes this method the most promising for further development and use.