9. METODY WYKRYWANIA USZKODZEŃ WIRNIKÓW KLATKOWYCH I UZWOJEŃ STOJANA

9.1 Uszkodzenia wirników klatkowych:

• Analiza częstotliwościowa prądu stojana. Pod wpływem uszkodzenia prętów klatki wirnika, w obwodzie elektrycznym wirnika powstaje asymetria elektryczna. Wykrycie tej asymetrii polega na detekcji dwóch składowych częstotliwościowych pojawiających się w widmie prądów fazowych silnika, w okolicach składowej podstawowej prądu o częstotliwościach:

f_s1=(1-2s)f_s oraz f_s2=(1+2s)f_s, gdzie s-wartość poślizgu silnika

Amplitudy tych składowych pośrednio zależą od rodzaju i stopnia asymetrii wirnika, momentu obciążenia silnika oraz bezwładności układu napędowego.

• Analiza częstotliwościowa modułu wektora przestrzennego i_P, która polega na obserwacji amplitud składowych f_P1=2sf_s, f_P2=4sf_s. Moduł wektora przestrzennego można obliczyć wykorzystując składowe i_, i_ zgodnie z: i_P(t)=
  . W związku z tym, że sygnał wektora przestrzennego prądu powstaje w wyniku transformacji sygnałów prądów fazowych silnika, odpowiednie składowe częstotliwościowe, które występowały w widmie prądów fazowych będą także widoczne w widmie wektora przestrzennego. Z tego powodu większość wad dotyczących metody analizy prądów fazowych, będzie się powtarzać w metodzie analizy widma przestrzennego. Pomimo to, widmo wektora Park'a jest łatwiejszym sygnałem analizy, z uwagi na brak składowej częstotliwości podstawowej f_s.

9.2 Uszkodzenia uzwojeń stojana:

• Przeprowadza się analizę wektora przestrzennego. Pojawienie się częstotliwości podwójnej sieciowej f=2f_s może świadczyć o: nierówności napięć zasilających w poszczególnych fazach, braku jednej fazy, asymetrii uzwojeń stojana (spowodowanej np. zwarciem kilku zwojów). Aby odróżnić zwarcie w jednej z faz stojana od asymetrii napięć zasilających, oprócz analizy wektora przestrzennego należy dodatkowo dokonać pomiaru wszystkich napięć fazowych.

• Metoda oparta na pomiarze strumienia poosiowego. Strumień poosiowy powstaje w wyniku przepływu prądów na krańcach maszyny: na czołach uzwojeń stojana i w pierścieniach zwierających klatki wirnika. W maszynie symetrycznej strumień ten jest równy zeru. Ponieważ każda maszyna posiada pewną asymetrię, wynikającą z niedokładnego procesu fabrycznego, strumień poosiowy może być zawsze wykryty przy zasilaniu silnika z symetrycznego źródła zasilania. Drobne różnice geometryczne w obwodach elektrycznych lub magnetycznych mają swoje odzwierciedlenie w impedancjach fazowych, wprowadzając tym samym pewne zmiany w prądach płynących przez uzwojenia.

Widmo częstotliwościowe strumienia poosiowego jest efektem współdziałania harmonicznych prądów stojana i wirnika i zawiera między innymi następujące harmoniczne:

przy czym:

Na podstawie powyższych zależności można zauważyć, że widmo strumienia poosiowego jest bogate w harmoniczne, nawet jeśli maszyna działa normalnie. Można przedstawić uogólnione wyrażenie określające częstotliwości strumienia poosiowego, wynikające z asymetrii napięć stojana:
gdzie j=1,3,5,7,11,13... Cewkę do pomiaru pola poosiowego można zamontować centrycznie dookoła wału. Może być ona zamontowana wewnątrz obudowy, wtedy sygnał mierzony będzie silniejszy. Rozwiązanie takie należy stosować w przypadku gdy obudowa silnika jest stalowa, w przeciwnym przypadku cewkę do pomiaru pola poosiowego można zamontować na zewnątrz obudowy. Rozwiązanie takie jest nie inwazyjne i pozwala na diagnostykę uzwojeń stojana bez konieczności demontażu silnika.

Metoda wykorzystująca pomiar drgań mechanicznych. Diagnostyka uszkodzeń w stojanie na podstawie pomiarów wibroakustycznych wykorzystuje fakt, że duży prąd płynący w zwojach zwartych wywołuje odkształcenie pola magnetycznego w szczelinie, co pociąga za sobą pojawienie się sił przemiennych działających na stojan i wirnik. Ich wynikiem jest wzrost hałasu i drgań maszyny. Wykrywanie zwarć zwojowych można oprzeć na pomiarze skutecznej wartości prędkości drgań V_RMS silnika, zarówno globalnej jak i składowej, o częstotliwości równej podwójnej częstotliwości zasilania, bądź jej parzystych wielokrotności. Drgania można mierzyć w dwóch kierunkach: w kierunku promieniowym oraz w kierunku stycznym. Na podstawie wyników badań można stwierdzić, że najkorzystniej jest mierzyć składową styczną V_RMS, bowiem jej wzrost po zaistnieniu zwarcia jest największy. Ponadto wartość składowej stycznej V_RMS najmniej zależy od miejsca zainstalowania czujnika drgań na korpusie maszyny. Najkorzystniej jest zainstalować czujnik drgań na tarczy łożyskowej.

Rys. Kierunki pomiaru drgań silnika

Kierunek promieniowy pomiaru drgań

Kierunek styczny pomiaru drgań

stojan

wirnik

Cewki pomiarowe

---