Несимметрия электрических цепей (ротора и/или статора) машины.

Несимметрия электрических цепей машин (в основном дефекты изготовления) вызывается неравномерным распределением сопротивления обмоток по фазам, катушкам обмоток возбуждения и секциям якорных обмоток, приводящие к несимметрии фазных токов.

Несимметрия электрических цепей ротора АЭД.

Электрическая несимметрия ротора АЭД (обрыв стержня, растрескивание стержня, повышение электрического сопротивления в месте его соединения с короткозамыкающим кольцом) — дефект, занимающий второе место после подшипников в ряду причин, приводящих к отказу АЭД. Обнаружение электрической несимметрии ротора возможно на ранней стадии развития.

В большинстве случаев пусковые токи, хотя и кратковременные, текущие в цепях АЭД (особенно при пуске под нагрузкой ), многократно превосходят номинальные и приводят к высоким напряжениям в стержнях ротора, вследствие чего возникновение дефектов стержней ротора по достижении критического числа пусков АЭД неизбежно. Локальный нагрев ротора в месте дефекта мелеет приводить к деформации ротора и появлению теплового дисбаланса (в таких случаях нередко ошибочно проводят постоянную подбалансировку ротора, не разбираясь в действительной природе дефекта). На определенной стадии развития дефект стержня в итоге может приводить к образованию дуги, вызывающей дополнительный нагрев и деформацию ротора. При нагреве ротора изменение его линейных размеров, в частности длины, может вызывать избыточную осевую нагрузку на подшипники (качения): их перегрев и преждевременный выход из строя. Помимо этого, радиальное расширение и изгиб ротора иногда приводят к задеваниям (особенно при работе АЭД под нагрузкой). Поскольку через соседние с поврежденным стержни течет больший электрический ток, превышающий номинальный, подвергающий их дополнительным механическим и тепловым нагрузкам, ускоренный выход их из строя неизбежен.

В результате этого процесса возможно появление остаточных тепловых деформаций и выбраковка ротора.

Характер и значения вибрации при дефектах стержней ротора, особенно развитых, зависят от токов, протекающих в цепях ротора, т.е. от нагрузки.

Поскольку при увеличении нагрузки АЭД скольжение увеличивается, можно утверждать в этом случае: чем ниже частота вращения ротора относительно частоты вращающегося поля, тем сильнее изменение характера вибрации.

Поскольку при появлении дефектов стержней ротора меняются многие параметры АЭД, применяют различные методы их обнаружения, из которых наиболее распространены анализ форм и спектров сигналов вибрации и спектральный анализ токов в питающих цепях с использованием токовых клещей.

являющиеся диагностическими признаками этого дефекта,

(примерно 1,24 Гц).

и

  . В частности, если величина вибрации на боковых частотах менее чем на 20 дБ (в 10 раз) отличается от величины вибрации на частоте вращения ротора, то налицо значительная электрическая несимметрия ротора, говорящая о развитом дефекте.

,

помеченную цифрой 2, рядом с преобладающей составляющей на частоте вращения ротора, помеченной цифрой 1. Поскольку величина этой боковой частотной составляющей отличается от величины вибрации на частоте вращения ротора менее чем на 20 дБ, предположили наличие развитых дефектов стержней ротора, обнаруженных и устраненных в дальнейшем, при проведении ремонта.

На рис. 10 — 06 приведены форма и спектр сигнала вибрации АЭД с поврежденным стержнем ротора. Частотное разрешение спектра мало и не позволяет сделать заключение о наличии электрического дефекта, поскольку вибрация на боковых частотах, лежащих вокруг частоты вращения ротора, (являющаяся диагностическим признаком этого дефекта) практически сливается с ней в один спектральный пик. На осциллограмме заметны признаки биений или модуляции, помеченные стрелками.

Присутствие признаков биений или модуляции на осциллограмме привело к необходимости дополнительных измерений с высоким частотным разрешением и анализу тангенциальной вибрации статора.

Фрагмент спектра вибрации той же контрольной точки с высоким частотным разрешением приведен на рис. 10 — 07. На фрагменте спектра можно наблюдать преобладающую вибрацию на удвоенной частоте сети (помечена цифрой 1), вибрацию на удвоенной частоте вращения ротора (помеченной цифрой 2) и небольшие по значению боковые частотные составляющие. Боковые частотные составляющие размещены с интервалом примерно 0,88 Гц, что соответствует удвоенной частоте скольжения.

и достаточно заметной вибрации на

частоте сети, что говорит о наличии развивающегося дефекта. В тоже время появление вибрации на удвоенной частоте сети может говорить о наличии электрической несимметрии статора АЭД. Уточнение диагноза можно сделать либо применением токовых клещей, либо при обследовании остановленного агрегата и измерении характеристик его цепей.

Следует добавить, что если имеется модуляция и/или биения, период которых может составлять несколько секунд и значительно превышать временную длительность временной реализации измерения, для повышения достоверности распознавания технического состояния оборудования следует не только оптимизировать длительность временной реализации и спектральное разрешение, но и по возможности увеличивать количество усреднений спектров при проведении вибромониторинга.

На рис. 10 — 08 приведены форма и спектр сигнала вибрации АЭД с двумя поврежденными стержнями ротора.

На кривой сигнала вибрации заметны признаки биений или модуляции. Спектр вибрации включает составляющую в районе 600...800 Гц, помеченную горизонтальной стрелкой. На расширенном фрагменте этого же спектра можно наблюдать преобладающую составляющую на частоте 663,3 Гц (помечена Ъх) , являющуюся 28 гармоникой частоты вращения ротора (23,69 Гц) и боковые частоты (помечены горизонтальными стрелками). Боковые частотные составляющие размещены с интервалом 99,98 Гц, что соответствует удвоенной частоте сети. Поскольку число пазов (стержней) ротора составляет 28, вероятно вибрация на пазовой частоте говорит о несимметрии токов ротора и дефектах стержней и/или ослаблениях стержней и пазовой изоляции ротора. Возможна также магнитная несимметрия АЭД.

Характер тангенциальной вибрации статора ЭД говорит о высокой вероятности электрической несимметрии, поскольку для магнитной несимметрии тангенциальная вибрация нехарактерна. Уточнение диагноза можно сделать либо применением токовых клещей, либо при обследовании остановленного агрегата.

На рис. 10 — 09 приведены токовые спектры одной из фаз этого же АЭД на холостом ходу и при номинальной нагрузке.

а остальные непомеченные составляющие (свыше 10 Гц) также являются комбинационными частотными составляющими.

Интенсивность токов на боковых (модуляционных) частотных составляющих и их отношение к величине токового компонента на частоте сети в токовом спектре АЭД с электрическими дефектами сильно зависит от нагрузки.

частота которой определяется по формуле:

где Р — число полюсов.

, если нагрузка АЭД составляет не менее 90% от номинальной.

составляет более чем 55 дБ, то с большой вероятностью можно утверждать, что в роторе отсутствуют стержни с дефектами.

Если эта разница менее 46 дБ, вероятность наличия поврежденных стержней очень высока.

лежит в интервале от 55 до 46 дБ однозначного вывода о наличии или отсутствии повреждений сделать нельзя.

Приближенно число дефектных стержней ротора АЭД можно оценить, по формулам:

— сила

в дБ; Р — число полюсов АЭД.

Подставив данные, полученные из приведенного выше токового спектра АЭД под нагрузкой получим:

N = 4x28/ [ 1189: 18,9 + 4] = 1,67;

Это достаточно точное совпадение расчетных данных с практикой, поскольку при обследовании остановленного агрегата в ходе ревизии ротора и проведении электрических испытаний было выявлено два поврежденных стержня.

Несимметрия электрических цепей статора асинхронных и синхронных электрических машин.

под воздействием пульсирующего крутильного момента. Это воздействие проявляется в возрастании уровня вибрации, связанной с этим дефектом, на указанной частоте как для радиальной, так и для осевой составляющих. В качестве диагностического признака наиболее удобно использовать характеристики тангенциальных колебаний статора с той же частотой, которые мало зависят от нагрузки. Поскольку к таким же колебаниям приводят несимметрия напряжений питающей сети и наличие короткозамкнутых витков в обмотках активной стали, для выявления рассматриваемого дефекта необходимо удостовериться в симметричности фазных параметров сети. Устранению причин должна предшествовать их конкретизация, а именно: измерение и сравнение параметров питающей сети; измерение и сравнение сопротивления обмотки статора, а также проверка правильности подключения обмоток (для случая диагностики после ремонта статора).

П ри этом для разделения механической и электрической вибрации для АЭД

следует применять достаточно высокое разрешение по частоте. Выбирая контрольные точки, следует учитывать, что в АЭД из —з а несовпадения осей инерции ротора и статора их колебания отличаются по форме, приводя к появлению в колебаниях статора радиальной составляющей при тангенциальных колебаниях ротора, и наоборот.

В качестве примера молено привести данные измерения вибрации, измеренные на АЭД, имевшем недопустимую несимметрию сопротивления обмоток постоянному току. Спектры и формы сигналов вибрации приведены на рис. 10-02 и рис. 10-03.