Диагностика состояния ротора

Технология сигнатурного анализа токов двигателя

Данная технология используется уже много лет для диагностирования асинхронных двигателей на предмет поломки стержней ротора, эксцентриситета воздушного зазора, для анализа износа цепи привода и несоосности вала. В основу технологии положен тот факт, что упомянутые проблемы сопровождаются характерной картиной спектра частоты в токе нагрузки двигателя, которую можно рассчитать с помощью эмпирической формулы или измерить. Данные проблемы вызывают магнитную асимметрию в воздушном зазоре ротора, в результате чего образуются токовые составляющие при определённых частотах в токе нагрузки. Спектр тока питания двигателя получают с помощью щупа для отслеживания направления тока без разрыва цепи либо с проводов основной фазы, либо с вторичной стороны трансформатора тока двигателя. Для получения частотного спектра используют быстрое преобразование Фурье, производимое на временных данных. В зависимости от используемого устройства, это может выполнять либо регистратор данных, либо программное обеспечение.

Как только частотный спектр будет получен и сохранён, используются эмпирические формулы для нахождения характерных признаков в спектре в различных диапазонах частот в зависимости от того, какая проблема диагностируется. Например, характерные для сломанных стержней ротора частоты (которые также называют боковыми полосами частот) обычно встречаются в пределах +/-5 Гц от частоты сети двигателя; для эксцентриситета воздушного зазора требуется более широкий диапазон для поиска - от нескольких сотен Гц до нескольких кГц. Если вычисленные картины частот присутствуют в спектре, выдаётся положительный диагноз.

В любом случае, точное определение рабочего скольжения двигателя является необходимым предварительным условием для надёжного диагностирования, т. к. уравнения для расчёта требуют значение рабочего скольжения как один из входных параметров. У асинхронных двигателей скольжение зависит от нагрузки и увеличивается с ростом нагрузки. В большинстве случаев единственные данные, которые будут иметься у тестера в отношении скольжения - это значение скольжения при полной нагрузке; на паспортной табличке у двигателя приведены номинальные значения частоты вращения при номинальной мощности и значение скольжения, поэтому, можно легко вывести, когда двигатель работает при полной номинальной нагрузке. Однако, ввиду того что двигатель редко работает при точно полной нагрузке, определение рабочего скольжения - трудная задача. Есть несколько способов определить рабочее скольжение - использовать стробоскоп или измерять осевой поток (это только два примера). Однако, в промежутке времени с момента определения скорости с использованием упомянутых способов и измерением тока нагрузка может меняться, в результате чего получается неточное определение скольжения. Не говоря уже о том, что эти способы неудобно громоздки и требуют больших затрат времени. За последние годы проведена большая работа по повышению надёжности технологии сигнатурного анализа токов двигателя и большего удобства в применении для пользователя благодаря возможности расчёта скольжения по приводимым на паспортной табличке у двигателя параметрам и измеренному значению тока нагрузки. В зависимости от поставщика приборов для сигнатурного анализа, могут быть использованы несколько алгоритмов для расчёта скольжения. Некоторые алгоритмы основаны на выведении скольжения из крутящего момента, другие - из рабочего тока. Такие алгоритмы не требуют введения извне значения частоты вращения. Достижения в области технологии распознавания образов позволили добиться того, что системы меньше основываются на экспертных знаниях, что позволяет использовать эти системы неспециалистам, лицам, не владеющим глубокими знаниями сигнатурного анализа.