Статор асинхронного электродвигателя: Трехфазный асинхронный двигатель

Содержание

Асинхронные электродвигатели

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Статор асинхронного двигателя (рис. 187) состоит из сердечника 2, обмотки 3 и корпуса (станины) 1. Сердечник статора является частью магнитопровода и собран из отдельных стальных пластин 4 толщиной 0,35-0,5 мм. Чтобы снизить до минимума потери энергии на вихревые токи, пластины изолируют друг от друга (чаще всего тонким слоем специального лака). В пазах стального статора укладывают провода, образующие трехфазную обмотку статора. Каждая фазная обмотка состоит из одной или нескольких катушек и рассчитана на определенное номинальное фазное напряжение. На двигателе указывается два номинальных напряжения (например, 380 и 220 В), отличающихся в j/З раз.

При большем напряжении сети фазные обмотки статора соединяют звездой, а при меньшем напряжении — треугольником. В том и другом случае к каждой фазной обмотке подводится одинаковое напряжение, являющееся номинальным фазным напряжением двигателя. Начала обмоток статора обозначают CI, С2, СЗ, а концы — С4, С5, С6.

Расположение выводов обмоток на щитке (рис. 188) удобно для соединения обмоток звездой или треугольником. Сердечник статора с обмоткой расположен (обычно запрессован) внутри корпуса, кото-

Рис. 187. Статор асинхронного двигателя

рый отливают из чугуна или алюминиевого сплава. С боков сердечник статора закрывается крышками, в которых имеются подшипники.

Ротор двигателя представляет собой цилиндр, набранный из листовой электротехнической стали. Обмотка ротора состоит из нескольких медных стержней, соединенных на концах медными кольцами, и называется «беличьим колесом» (рис. 189, а). В новых асинхронных электродвигателях короткозамкнутая обмотка образуется путем заливки пазов ротора алюминием (рис. 189, б).

При прохождении по обмоткам статора трехфазного переменного тока создается магнитное поле, вращающееся с частотой пх = 6011/Д где 1 — частота подводимого к двигателю тока; р — число пар полюсов, которое зависит от числа катушек.

Если имеются три катушки, то вращающийся магнитный поток имеет два полюса (/7=1) и пх — — 3000 об/мин. Если число катушек увеличить в 2 раза, то р = 2, а пх = = 1500 об/мин.

Магнитные линии поля статора пересекают обмотку ротора и в ней возникает ток, создающий свое магнитное поле. В результате взаимодействия магнитных полей ротор начинает вращаться в направлении магнитного поля статора с частотой п.

Ротор и поле статора вращаются с различными частотами. В противном случае не было бы пересечения ротора силовыми линиями магнитного поля статора. Отношение разности частот вращающегося поля статора пх и ротора п к частоте магнитного поля статора называют скольжением (отставанием): 5 = (п, — п)/пх, или 5 = (п, — п)!пхX Х100%. При пуске двигателя п = 0, а 5 = 1, или 100%.

Во время холостого хода двигатель имеет минимальное скольжение (1-2%). С увеличением нагрузки уменьшается частота вращения ротора и увеличивается скольжение при номинальной нагрузке, достигая 5-6%.

Электромагнитная связь обмоток ротора и статора аналогична электромагнитной связи обмоток трансформатора. Поэтому с увеличением скольжения, когда линии магнитного поля статора чаще пересекают ротор, увеличивается ток в обмотках ротора и статора.

Частота тока в обмотке ротора зависит от скольжения: /2 = /х5. При пуске 5=1 и /2 = /х = 50 Гц. С возрастанием частоты враще-

Рис. 188. Расположение выводов обмоток на щитке (а) и соединение обмоток звездой (б) и треугольником (е)
Рис. 189. Короткозамкнутая обмотка ротора (а) и короткозамкнутая обмотка ротора, выполненная в виде алюминиевой отливки (б):

/- короткозамыкающие кольца; 2 — листы магнитопривода; 3 — вентиляционные лопатки; 4 — стержни ния ротора п уменьшается скольжение S и частота /2. При холостом ходе двигателя /

2 = ІЧ-4 Гц.

Благодаря простоте устройства, дешевизне и большой надежности в работе короткозамкнутые асинхронные двигатели получили широкое распространение. К недостаткам короткозамкнутых асинхронных двигателей относятся: значительное потребление тока в момент пуска; слабый пусковой вращающий момент; потребление реактивного тока из-за индуктивности обмоток статора, вызывающее снижение cos ф.

При пуске двигателя магнитное поле статора с максимальной частотой пересекает неподвижный ротор и в нем наводится наибольшая э. д. с. В результате этого ток в обмотках ротора и статора больше номинального в 5-8 раз. Пусковые токи не успевают нагреть машину до высокой температуры, но вызывают снижение напряжения в сети, что отрицательно влияет на работу других потребителей, включенных в эту же сеть.

Вращающий момент М асинхронного двигателя образуется в результате взаимодействия магнитного потока Ф статора с активной составляющей тока ротора /

а2 = /2cos ф2. Следовательно, М = = C®/2cos ф2, где С — коэффициент, зависящий от конструкции двигателя; ф2 — разность фаз э. д. с. ?2 и тока /2 ротора.

При пуске в короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя возникает ток наибольшей частоты /2. Поэтому индуктивное сопротивление ротора XL2 = 2лf2L2 значительно больше активного г2. Активная составляющая тока ротора /2cos ф2 = /2г2/]/г\ х?2 и вращающий момент не достигают максимального значения. С увеличением скорости частота /2 тока в роторе и его индуктивное сопротивление начнут уменьшаться, что в свою очередь вызовет увеличение активной составляющей тока ротора и вращающего момента двигателя. Вращающий момент асинхронного двигателя достигает наи большего значения при равенстве активного и индуктивного сопротивлений ротора, т. е. при г

2 = ХЬ2.

При дальнейшем увеличении частоты вращения это равенство нарушается, т. е.

< г2 и вращающий момент вновь начнет уменьшаться.

При скольжении 5 = 1 (рис. 190) двигатель развивает пусковой момент /Ип, при номинальном скольжении 5Н = 0,02+-0,06- номинальный момент Мн. Максимальный момент /ИтаХ двигатель развивает при скольжении, называемом критическим (5кр я» 0,2).

Трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором типа МСТ применяют в стрелочных электроприводах. Основные характеристики этих электродвигателей приведены в табл. 11.

Электродвигатели типов МСТ-0,25 и МСТ-0,3 устанавливают в электроприводах тяжелых и обычных стрелок электрической централизации, типа МСТ-0,6 — в электроприводах стрелок маневровых районов.

Для увеличения начального вращающего момента, необходимого для перевода стрелок, короткозамкнутую обмотку ротора стрелочных электродвигателей выполняют с повышенным активным сопротивлением. Изменение направления вращения ротора электродвигателя осуществляется переменой мест двух линейных проводов, подводящих ток к электродвигателю. При этом изменяется направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и ротора. Асинхронные электродвигатели малой мощности включают в сеть перемен

Г!лс. 190. Зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения

Таблица 11

Тип электро-

МОЩНОСТЬ,

Напряжение питання, В, при соединении обмоток

Потребляе-

Частота вращения ротора, об/мин

двигателя

Вт

звездой

треугольни ком

мый ток, А

МСТ-0,25

250

220

127

1,4/2,4*

1250±50

МСТ-0,3

300

190+5,? — 9,5

но±53?5

2,1/3,6

850+42,5

МСТ-0.3А

300

330±|?,6

190±и.

1,2/2,1

850+42,5

МСТ-0,6

600

190±в6

Н0±1;\

2,8/4,85

2850+285

МСТ-0.6А

600

ззо±ї“,5

юо±и.

2/3,46

2850+285

* В числителе указывается потребляемый ток при соединении обмоток звездой, в зна-менатсле — при соединении обмоток треугольником.

ного тока без пусковых приспособлений. При значительных мощностях (более 5 кВт) пусковой ток ограничивают.

Существуют два способа пуска в ход короткозамкнутых асинхронных электродвигателей. Непосредственный (прямой) пуск применяют в случае, если мощность двигателя значительно меньше мощности сети. Пуск переключением обмоток со звезды на треугольник можно использовать в том случае, если обмотки статора двигателя постоянно должны быть соединены треугольником. Для того чтобы снизить пусковой ток, на период пуска обмотки статора соединяют звездой (рис. 191, а). Благодаря этому напряжение на каждой обмотке снизится в ]1 3 раз, а линейный ток уменьшится в 3 раза. Когда двигатель разовьет скорость, переключают рубильник Р2 и обмотки соединяют треугольником.

Для снижения пускового тока последовательно с обмоткой статора можно включать элементы с активным или индуктивным сопротивлением (рис. 191, б и в). После пуска эти элементы шунтируются.

Однофазный асинхронный двигатель. Обмотка статора однофазного асинхронного двигателя состоит из одной катушки. Ток, проходящий по этой катушке, создает пульсирующий магнитный поток, который можно разложить на два вращающихся магнитных потока Ф

х и Ф2, имеющих одинаковую величину, но разное направление вращения.

Первый магнитный поток вращается (относительно неподвижного ротора) с частотой пх по движению часовой стрелки, а второй — с такой же частотой — в противоположном направлении. При пуске моменты Мх и М2, создаваемые каждым вращающимся потоком, равны, но направлены в противоположные стороны. В результате пусковой вращающий момент М — Мх — М2 = 0. Если ротору сообщить первоначальное движение, например по движению часовой стрелки, то вращающийся в этом же направлении магнитный поток Фх будет

Рис. 191. Схемы пуска асинхронного двигателя:

а переключением обмоток статора со звезды на треугольник; б, в — с коротко-замкнутым роторам с помощью соответственно активных и индуктивных элементов действовать на ротор, как и в трехфазном короткозамкнутом двигателе. Магнитный поток Ф

2, вращающийся относительно ротора в противоположном направленні!, будет индуцировать в роторе токи большей частоты. Индуктивное сопротивление ротора для этой частоты возрастет и еще больше будет отличаться от активного сопротивления. В результате этого вращающий момент Л42 уменьшится. Результирующий вращающий момент М = М, — М2 будет направлен в сторону первоначального движения ротора.

Пусковой вращающий момент в однофазном асинхронном двигателе (рис. 192) может быть получен за счет дополнительной пусковой обмотки ПО, которую укладывают в пазах статора под углом 90° к главной обмотке ГО. Ток !х главной обмотки отстает по фазе от напряжения и на угол чд. Последовательно с пусковой обмоткой включен конденсатор С, и ток /2 опережает по фазе напряжение на угол <р2. Поэтому токи в обмотках сдвинуты на угол ф1 — <р2 = 90е и в машине возникает вращающееся магнитное поле, которое создает пусковой момент. Однофазные асинхронные конденсаторные двигатели типа АСОМ-48 устанавливают в кодовых путевых трансмиттерах, которые применяют в устройствах кодовой автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации. Электродвигатель может питаться от источника с переменным напряжением 110 В частотой 50 и 75 Гц. При частоте 50 Гц в электрическую схему двигателя включают конденсатор емкостью 6 мкФ (рис. 193, а), при частоте 75 Гц — конденсатор емкостью 2 мкФ (рис. 193, б). Основные характеристики электродвигателя типа АСОМ-48: полная мощность 16,5 В — А; полезная мощность 3,5 Вт; к. п. д. 0,3; частота вращения якоря при частоте 50 Гц 982 об/мин, при частоте 75 Гц — 1473 об/мин.

В однофазную сеть можно включать трехфазные асинхронные двигатели (рис.-0,9.

⇐Путевые дроссель-трансформаторы | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Синхронные генераторы⇒

Асинхронные электродвигатели

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Статор асинхронного двигателя (рис. 187) состоит из сердечника 2, обмотки 3 и корпуса (станины) 1. Сердечник статора является частью магнитопровода и собран из отдельных стальных пластин 4 толщиной 0,35-0,5 мм. Чтобы снизить до минимума потери энергии на вихревые токи, пластины изолируют друг от друга (чаще всего тонким слоем специального лака). В пазах стального статора укладывают провода, образующие трехфазную обмотку статора. Каждая фазная обмотка состоит из одной или нескольких катушек и рассчитана на определенное номинальное фазное напряжение. На двигателе указывается два номинальных напряжения (например, 380 и 220 В), отличающихся в ]/3 раз.

При большем напряжении сети фазные обмотки статора соединяют звездой, а при меньшем напряжении — треугольником. В том и другом случае к каждой фазной обмотке подводится одинаковое напряжение, являющееся номинальным фазным напряжением двигателя. Начала обмоток статора обозначают CI, С2, СЗ, а концы — С4, С5, С6.

Расположение выводов обмоток на щитке (рис. 188) удобно для соединения обмоток звездой или треугольником. Сердечник статора с обмоткой расположен (обычно запрессован) внутри корпуса, который отливают из чугуна или алюминиевого сплава. С боков сердечник статора закрывается крышками, в которых имеются подшипники.

Рис. 187. Статор асинхронного двигателя

Ротор двигателя представляет собой цилиндр, набранный из листовой электротехнической стали. Обмотка ротора состоит из нескольких медных стержней, соединенных на концах медными кольцами, и называется «беличьим колесом» (рис. 189, а). В новых асинхронных электродвигателях короткозамкнутая обмотка образуется путем заливки пазов ротора алюминием (рис. 189, б).

При прохождении по обмоткам статора трехфазного переменного тока создается магнитное поле, вращающееся с частотой пг = 60/7/7, где 1 — частота подводимого к двигателю тока; р — число пар полюсов, которое зависит от числа катушек.X х100%. При пуске двигателя п = 0, а 5 = 1, или 100%.

Во время холостого хода двигатель имеет минимальное скольжение (1-2%). С увеличением нагрузки уменьшается частота вращения ротора и увеличивается скольжение при номинальной нагрузке, достигая 5-6%.

Электромагнитная связь обмоток ротора и статора аналогична электромагнитной связи обмоток трансформатора. Поэтому с увеличением скольжения, когда линии магнитного поля статора чаще пересекают ротор, увеличивается ток в обмотках ротора и статора.

Частота тока в обмотке ротора зависит от скольжения: 12 = 1і5. При пуске 5=1 и 12 = 1і = 50 Гц. С возрастанием частоты враще-

Рис. 188. Расположение выводов обмоток на щитке (а) н соединение обмоток звездой (б) и треугольником (в)
Рис. 189. Короткозамкнутая обмотка ротора (а) и короткозамкнутая обмотка ротора, выполненная в виде алюминиевой отливки (б):

1 — короткозамыкающие кольца; 2 — листы магиитопривода; «3 — вентиляционные лопатки; 4 — стержни ния ротора п уменьшается скольжение 5 и частота 12. При холостом ходе двигателя 12 = 1ч-4 Гц.

Благодаря простоте устройства, дешевизне и большой надежности в работе короткозамкнутые асинхронные двигатели получили широкое распространение. К недостаткам короткозамкнутых асинхронных двигателей относятся: значительное потребление тока в момент пуска; слабый пусковой вращающий момент; потребление реактивного тока из-за индуктивности обмоток статора, вызывающее снижение cos ф.

При пуске двигателя магнитное поле статора с максимальной частотой пересекает неподвижный ротор и в нем наводится наибольшая э. д. с. В результате этого ток в обмотках ротора и статора больше номинального в 5-8 раз. Пусковые токи не успевают нагреть машину до высокой температуры, но вызывают снижение напряжения в сети, что отрицательно влияет на работу других потребителей, включенных в эту же сеть.

Вращающий момент М асинхронного двигателя образуется в результате взаимодействия магнитного потока Ф статора с активной составляющей тока ротора 1а2 = 12cos ф2. Следовательно, М = — СФ/2созф2, где С — коэффициент, зависящий от конструкции двигателя; ф2 — разность фаз э. д. с. ?2 и тока 12 ротора.

При пуске в короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя возникает ток наибольшей частоты 12. Поэтому индуктивное сопротивление ротора Xl2 — 2ji/2L2 значительно больше активного 1у Активная составляющая тока ротора 12cosip2= 12г2/]/г| + х[2 и вращающий момент не достигают максимального значения. С увеличением скорости частота 12 тока в роторе и его индуктивное сопротивление начнут уменьшаться, что в свою очередь вызовет увеличение активной составляющей тока ротора и вращающего момента двигателя. Вращающий момент асинхронного двигателя достигает наи большего значения при равенстве активного и индуктивного сопротивлений ротора, т. е. при г2 = ХЬ2.

При дальнейшем увеличении частоты вращения это равенство нарушается, т. е.

< г2 и вращающий момент вновь начнет уменьшаться.

При скольжении 5 = 1 (рис. 190) двигатель развивает пусковой момент Мп, при номинальном скольжении 5Н = 0,024-0,06- номинальный момент Ма. Максимальный момент Мтах двигатель развивает при скольжении, называемом критическим (5кр г» 0,2).

Трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором типа МСТ применяют в стрелочных электроприводах. Основные характеристики этих электродвигателей приведены в табл. 11.

Электродвигатели типов МСТ-0,25 и МСТ-0,3 устанавливают в электроприводах тяжелых и обычных стрелок электрической централизации, типа МСТ-0,6 — в электроприводах стрелок маневровых районов.

Для увеличения начального вращающего момента, необходимого для перевода стрелок, короткозамкнутую обмотку ротора стрелочных электродвигателей выполняют с повышенным активным сопротивлением. Изменение направления вращения ротора электродвигателя осуществляется переменой мест двух линейных проводов, подводящих ток к электродвигателю. При этом изменяется направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и ротора. Асинхронные электродвигатели малой мощности включают в сеть перемен

Таблица 11

Тип электро-

Мощность,

Напряжение питания, В, при соединении обмоток

Потребляв-

Частота вращения ротора,

об/мии

двигателя

Вт

звездой

треугольни ком

мый ток, А

МСТ-0,25

250

220

127

1,4/2,4*

1250±50

МСТ-0,3

300

190+6,7 — 9 , б

1 10- 5 ,Я5

2,1/3,6

850±42,5

МСТ-0,ЗА

300

ззо±?2,6

190±|75

1,2/2,1

850±42,5

МСТ-0,6

600

190+Г,

2,8/4,85

2850±285

МСТ-0.6А

600

3301?« ,6

1901»?,

2/3,46

2850±285

* В числителе указывается потребляемый ток при соединении обмоток звездой, в знаменателе — при соединении обмоток треугольником.

ного тока без пусковых приспособлений. При значительных мощностях (более 5 кВт) пусковой ток ограничивают.

Существуют два способа пуска в ход короткозамкнутых асинхронных электродвигателей. Непосредственный (прямой) пуск применяют в случае, если мощность двигателя значительно меньше мощности сети. Пуск переключением обмоток со звезды на треугольник можно использовать в том случае, если обмотки статора двигателя постоянно должны быть соединены треугольником. Для того чтобы снизить пусковой ток, на период пуска обмотки статора соединяют звездой (рис. 191, а). Благодаря этому напряжение на каждой обмотке снизится в УЗ раз, а линейный ток уменьшится в 3 раза. Когда двигатель разовьет скорость, переключают рубильник Р2 и обмотки соединяют треугольником.

Для снижения пускового тока последовательно с обмоткой статора можно включать элементы с активным или индуктивным сопротивлением (рис. 191, б и в). После пуска эти элементы шунтируются.

Однофазный асинхронный двигатель. Обмотка статора однофазного асинхронного двигателя состоит из одной катушки. Ток, проходящий по этой катушке, создает пульсирующий магнитный поток, который можно разложить на два вращающихся магнитных потока Фх и Ф2, имеющих одинаковую величину, но разное направление вращения.

Первый магнитный поток вращается (относительно неподвижного ротора) с частотой пг по движению часовой стрелки, а второй — с такой же частотой — в противоположном направлении. При пуске моменты 1И, и М2, создаваемые каждым вращающимся потоком, равны, но направлены в противоположные стороны. В результате пусковой вращающий момент М = Мх — М2 = 0. Если ротору сообщить первоначальное движение, например по движению часовой стрелки, то вращающийся в этом же направлении магнитный поток Фх будет

Рис. 191. Схемы пуска асинхронного двигателя:

а — переключением обмоток статора со звезды на треугольник; б, в — с короткозамкнутым роторам с помощью соответственно активных и индуктивных элементов действовать на ротор, как и в трехфазном короткозамкнутом двигателе. Магнитный поток Ф2, вращающийся относительно ротора в противоположном направлении, будет индуцировать в роторе токи большей частоты. Индуктивное сопротивление ротора для этой частоты возрастет и еще больше будет отличаться от активного сопротивления. В результате этого вращающий момент М2 уменьшится. Результирующий вращающий момент М = М1 — М2 будет направлен в сторону первоначального движения ротора.

Пусковой вращающий момент в однофазном асинхронном двигателе (рис. 192) может быть получен за счет дополнительной пусковой обмотки ПО, которую укладывают в пазах статора под углом 90° к главной обмотке ГО. Ток 1Х главной обмотки отстает по фазе от напряжения и на угол ер!. Последовательно с пусковой обмоткой включен конденсатор С, и ток 12 опережает по фазе напряжение на угол <р2. Поэтому токи в обмотках сдвинуты на угол Фі + <р2 = 90° и в машине возникает вращающееся магнитное поле, которое создает пусковой момент. Однофазные асинхронные конденсаторные двигатели типа АСОМ-48 устанавливают в кодовых путевых трансмиттерах, которые применяют в устройствах кодовой автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации. Электродвигатель может питаться от источника с переменным напряжением ПО В частотой 50 и 75 Гц. При частоте 50 Гц в электрическую схему двигателя включают конденсатор емкостью 6 мкФ (рис. 193, а), при частоте 75 Гц — конденсатор емкостью 2 мкФ (рис. 193, б). Основные характеристики электродвигателя типа АСОМ-48: полная мощность 16,5 В • А; полезная мощность 3,5 Вт; к. п. д. 0,3; частота вращения якоря при частоте 50 Гц 982 об/мин, при частоте 75 Гц — 1473 об/мин. 0,2. С увеличением нагрузки коэффициент мощности cos ф быстро увеличивается, при номинальной нагрузке достигая значения 0,8-0,9. По мере нагрузки двигателя к. п. д. увеличивается и при нагрузке, близкой к номинальной, достигает р — 0,8ч-0,9.

⇐Путевые дроссель-трансформаторы | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Синхронные генераторы⇒

Описание конструкции асинхронного двигателя. Асинхронный электродвигатель

Как вы знаете, асинхронные электродвигатели имеют трехфазную обмотку (три отдельные обмотки) статора, которая может формировать разное количество пар магнитных полюсов в зависимости от своей конструкции, что влияет в свою очередь на номинальные обороты двигателя при номинальной частоте питающего трехфазного напряжения. При этом роторы двигателей данного типа могут отличаться, и у асинхронных двигателей они бывают короткозамкнутыми или фазными. Чем отличается короткозамкнутый ротор от фазного ротора — об этом и пойдет речь в данной статье.

Короткозамкнутый ротор

Представления о явлении электромагнитной индукции подскажут нам, что произойдет с замкнутым витком проводника, помещенным во вращающееся магнитное поле, подобное магнитному полю статора асинхронного двигателя. Если поместить такой виток внутри статора, то когда ток на обмотку статора будет подан, в витке будет индуцироваться ЭДС, и появится ток, то есть картина примет вид: . Тогда на такой виток (замкнутый контур) станет действовать пара сил Ампера, и виток начнет поворачиваться вслед за движением магнитного потока.

Так и работает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, только вместо витка на его роторе расположены медные или алюминиевые стержни, замкнутые накоротко между собой кольцами с торцов сердечника ротора. Ротор с такими короткозамкнутыми стержнями и называют короткозамкнутым или ротором типа «беличья клетка» поскольку расположенные на роторе стержни напоминают беличье колесо.

Проходящий по обмоткам статора переменный ток, порождающий вращающееся магнитное поле, наводит ток в замкнутых контурах «беличьей клетки», и весь ротор приходит во вращение, поскольку в каждый момент времени разные пары стержней ротора будут иметь различные индуцируемые токи: какие-то стержни — большие токи, какие-то — меньшие, в зависимости от положения тех или иных стержней относительно поля. И моменты никогда не будут уравновешивать ротор, поэтому он и будет вращаться, пока по обмоткам статора течет переменный ток.

К тому же стержни «беличьей клетки» немного наклонены по отношению к оси вращения — они не параллельны валу. Наклон сделан для того, чтобы момент вращения сохранялся постоянным и не пульсировал, кроме того наклон стержней позволяет снизить действие высших гармоник индуцируемых в стержнях ЭДС. Будь стержни без наклона — магнитное поле в роторе пульсировало бы.


Скольжение s

Для асинхронных двигателей всегда характерно скольжение s, возникающее из-за того, что синхронная частота вращающегося магнитного поля n1 статора выше реальной частоты вращения ротора n2.

Скольжение возникает потому, что индуцируемая в стержнях ЭДС может иметь место только при движении стержней относительно магнитного поля, то есть ротор всегда вынужден хоть немного, но отставать по скорости от магнитного поля статора. Величина скольжения равна s = (n1-n2)/n1.

Если бы ротор вращался с синхронной частотой магнитного поля статора, то в стержнях ротора не индуцировался бы ток, и ротор бы просто не стал вращаться. Поэтому ротор в асинхронном двигателе никогда не достигает синхронной частоты вращения магнитного поля статора, и всегда хоть чуть-чуть (даже если нагрузка на валу критически мала), но отстает по частоте вращения от частоты синхронной.

Скольжение s измеряется в процентах, и на холостом ходу практически приближается к 0, когда момент противодействия со стороны ротора почти отсутствует. При коротком замыкании (ротор застопорен) скольжение равно 1.

Вообще скольжение у асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором зависит от нагрузки и измеряется в процентах. Номинальное скольжение — это скольжение при номинальной механической нагрузке на валу в условиях, когда напряжение питания соответствует номиналу двигателя.

Другие статьи про асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором на Электрик Инфо:


Асинхронные двигатели с фазным ротором, в отличие от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, имеют на роторе полноценную трехфазную обмотку. Подобно тому, как на статоре уложена трехфазная обмотка, так же и в пазах фазного ротора уложена трехфазная обмотка.

Выводы обмотки фазного ротора присоединены к контактным кольцам, насаженным на вал, и изолированным друг от друга и от вала. Обмотка фазного ротора состоит из трех частей — каждая на свою фазу — которые чаще всего соединены по схеме «звезда».

К обмотке ротора через контактные кольца и щетки присоединяется регулировочный реостат. Краны и лифты, например, пускаются под нагрузкой, и здесь необходимо развивать существенный рабочий момент. Невзирая на усложненность конструкции, асинхронные двигатели с фазным ротором обладают лучшими регулировочными возможностями касательно рабочего момента на валу, чем асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которым требуется .

Обмотка статора асинхронного двигателя с фазным ротором выполняется аналогично тому, как и на статорах асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, и аналогичным путем создает, в зависимости от количества катушек (три, шесть, девять или более катушек), два, четыре и т. д. полюсов. Катушки статора сдвинуты между собой на 120, 60, 40 и т. д. градусов. При этом на фазном роторе делается столько же полюсов, сколько и на статоре.

Регулируя ток в обмотках ротора, регулируют рабочий момент двигателя и величину скольжения. Когда регулировочный реостат полностью выведен, то для уменьшения износа щеток и колец их закорачивают при помощи специального приспособления для подъема щеток.

Трёхфазный асинхронный двигатель является наиболее широко используемым электродвигателем. Почти 80% механической мощности, которая используется в промышленном производстве, преобразуется из электрической мощности, через асинхронные трёхфазные двигатели. Это происходит по той простой причине, что эти двигатели дёшевы, просты и надёжны в эксплуатации и обслуживании. Они имеют хорошие эксплуатационные характеристики, в них отсутствует коллектор, а также они эффективны при регулировании скорости.

В трёхфазном асинхронном двигателе мощность передаётся от статора на обмотку ротора посредством индукции. Наименование «асинхронный» говорит о том, что скорость вращения магнитного поля и скорость ротора не синхронны, при работе в режиме двигателя ротор имеет меньшую скорость, чем скорость вращающегося магнитного поля статора.

Как и любой другой электрический двигатель, асинхронный двигатель имеет две основные части, а именно: ротор и статор.

  • Статор. Как следует из названия – это неподвижная часть двигателя. На статоре расположены трёхфазные обмотки, а также клеммник, через который подаётся электрическая энергия.
  • Ротор . Представляет собой вращающуюся часть асинхронного двигателя. Ротор соединён с механической нагрузкой через вал.

Ротор асинхронного двигателя может конструктивно отличатся по своему исполнению, он может быть следующих типов:

  • Короткозамкнутый ротор (Squirrel cage rotor).
  • Фазный ротор (Slip ring rotor or wound rotor or phase wound rotor).

В зависимости от типа используемой конструкции ротора, асинхронный трёхфазный двигатель классифицируется как:

  • Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа беличьей клетки (Squirrel cage induction motor).
  • Асинхронный двигатель с фазным ротором (Slip ring induction motor or wound induction motor or phase wound induction motor).

Конструкция статора для обоих типов двигателя остаётся одной и той же.

Кроме основных частей, таких как статор и ротор, асинхронный двигатель имеет и другие не основные части, а именно:

  • Вал для передачи крутящего момента от двигателя на механическую нагрузку. Этот вал изготавливается из стали.
  • Подшипники для поддержки вращающегося вала.
  • Вентилятор для создания охлаждения двигателя, так как при своей работе асинхронный двигатель выделяет тепло.
  • Клеммник для подключения электропитания двигателя.
  • Воздушный зазор между статором и ротором, который должен быть как можно меньше и, обычно, его величина колеблется от 0,4 мм до 4 мм.

Статор трёхфазного асинхронного двигателя

Статор асинхронного трёхфазного двигателя состоит из трёх основных частей:

  • Корпус статора.
  • Обмотка статора или обмотка возбуждения.
Корпус статора

Это внешняя, наружная часть статора, функция которого заключается в поддержке сердечника статора и обмоток возбуждения. Он действует как защитное покрытие, обеспечивает механическую прочность всех внутренних частей двигателя. Корпус изготавливается с помощью литья под давлением или из сварной стали. Он должен быть очень прочным и жёстким, потому как требуется обеспечить наименьшую величину воздушного зазора трёхфазного асинхронного двигателя. Более того, воздушный зазор должен быть равномерный между статором и ротором, иначе магнитное притяжение будет несбалансированно, что приведёт к низкой эффективности двигателя и его быстрому износу.


Основное назначение сердечника статора заключается в том, чтобы обеспечить чередующийся переменный магнитный поток в статоре. Сердечник статора является магнитопроводом. Для того, чтобы уменьшить потери от вихревых токов, сердечник статора изготавливают из тонких листов ламинированной электротехнической стали. Толщина таких листов, изготовленных с помощью штамповки, составляет 0,4 – 0,5 мм. Как правило, выбирается сталь с высоким содержанием кремния, который помогает уменьшить потери на гистерезис, происходящие при работе двигателя.


Все тонкие ламинированные листы собираются в пакет так, чтобы образовался цельный сердечник с пазами (слотами) для размещения в них обмотки возбуждения. Внешний вид собранного пакета напоминает кусок полой толстой трубы, во внутренней части которого проделаны параллельные борозды в виде отрезков.

Обмотка статора (обмотка возбуждения)

В трёхфазном асинхронном двигателе в сердечнике статора, в пазах (слотах), располагаются три обмотки возбуждения. По одной обмотке на каждую фазу питания. Эти обмотки между собой соединяются в трёхфазную цепь по типу или «звезда» (Star), или «треугольник» (Delta). Тип соединения зависит от характеристики подаваемого питания на обмотки статора.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором позволяют выполнять запуск с помощью переключения «звезда-треугольник» (star-delta), тогда в рабочем режиме двигатель будет работать с подключением обмоток типа «треугольник». Такое переключение и такой режим работы имеет свои преимущества и недостатки, но гораздо чаще можно встретить прямой пуск асинхронного трёхфазного двигателя по типу подключения «звезда» (star).

В том случае, если подключается асинхронный двигатель с фазным ротором, в котором обмотка ротора выведена на контактные кольца и есть к ним доступ через клеммник, запуск двигателя осуществляется через вставку сопротивлений в обмотку ротора. В этом случае не только статор может иметь способы соединения обмоток, но и ротор может быть соединён по типу или «звезда», или «треугольник».

Обмотку статора называют обмоткой возбуждения потому, как именно через неё создаётся вращающееся магнитное поле, которое является причиной работы асинхронного двигателя.

Типы трёхфазных асинхронных двигателей

Существует два типа двигателей с различными конструкциями роторов, как было сказано об этом выше.

Трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Ротор короткозамкнутого асинхронного двигателя имеет цилиндрическую форму. На периферии ротора имеются пазы (слоты). Пазы параллельны друг другу и имеют скос относительно оси вращения ротора. В пазах ротора расположены проводники, которые являются обмоткой ротора и выполнены в виде алюминиевых, медных или латунных стержней. Скос проводников обмотки необходим, чтобы предотвратить магнитное запирание ротора и статора, что делает работу двигателя более гладкой и равномерной, без рывков и перегрузок.

По бокам, с торцов ротора расположены кольца, с которыми соединены проводники обмотки ротора. По внешнему виду такая конструкция обмотки похожа на беличье колесо. Так как обмотка ротора замкнута накоротко, это исключает возможность изменять сопротивление обмотки, потому как отсутствуют контактные кольца и щёточный механизм. В свою очередь такая конструкция ротора проста и надёжна, что позволяет широко использовать трёхфазные асинхронные двигатели с этим типом ротора.

Преимущества использования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
  • Простота, надёжность и прочность конструкции.
  • Отсутствие контактных колец и щёточного механизма значительно упрощает обслуживание двигателя.
Применение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Используется в станках в металлорежущем и деревообрабатывающем оборудовании, в сверлильных станках, а также в вентиляторах, в токарном и фрезерном оборудовании.

В этом типе трёхфазного асинхронного двигателя ротор не имеет короткозамкнутой обмотки. Отсутствуют торцевые кольца, на которых проводники ротора соединяются накоротко. Ротор обычно имеет такое же количество пар полюсов, что и статор, но в отличии от статора его проводники имеют гораздо большее сечение. Концы проводников выводятся на контактные кольца, которые расположены на валу фазного ротора. Если оба конца проводников выведены на контактные кольца, то это позволяет соединять обмотку ротора по типу «звезды» (star) или «треугольника» (delta). В основном, с одной стороны контакты проводников фазного ротора соединяются вместе в общую точку, а противоположные концы выводятся на контактные кольца. В этом случае фазный ротор включается по типу «звезда» (star) и имеется возможность управлять сопротивлением обмотки ротора через коммутационную аппаратуру.


Контактные кольца фазного ротора соприкасаются со щётками, посредством которых осуществляется непрерывный контакт с обмоткой ротора. Щётки располагаются в щёточном механизме, они требуют дополнительного обслуживания, периодической замены по мере износа. Наличие подвижного контакта вызывает нежелательное искрение, которое сводят к минимальному значению, обеспечивая плотное прилегание щёток к контактным кольцам.

Подключение внешнего сопротивления в обмотку ротора используется для облегчения пуска двигателя и для контроля скорости двигателя. Чтобы обеспечить плавный пуск двигателя с фазным ротором, по мере пуска добавочное сопротивление в обмотке ротора уменьшают. Это происходит или плавно, или ступенчато, в зависимости от используемой пусковой аппаратуры. Когда двигатель войдёт в рабочий режим, обмотка ротора практически замкнута накоротко.

В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. К ним относятся и трехфазные асинхронные двигатели.

Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т.п.

Достоинства асинхронных электродвигателей

Широкое распространение трехфазных асинхронных двигателей объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе, хорошими эксплуатационными свойствами, невысокой стоимостью и простотой в обслуживании.

Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором

Основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором.

Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки можно соединить по схеме в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют «звездой». Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в «треугольник». В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.

В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам (3), насаженным на вал (2) и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток (4), находящихся в скользящем контакте с кольцами (3), имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты (5).

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы асинхронных электродвигателей

Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся , угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p, т. е. ω1=2πf/p

Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это поле индуктирует в обмотках ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции). При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим малнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение рабочий механизм. Обычно угловая скорость ротора ω2 не равна угловой скорости магнитного поля ω1, называемой синхронной. Отсюда и название двигателя асинхронный, т. е. несинхронный.

Работа асинхронной машины характеризуется скольжением s, которое представляет собой относительную разность угловых скоростей поля ω1 и ротора ω2: s=(ω1-ω2)/ω1

Значение и знак скольжения, зависящие от угловой скорости ротора относительно магнитного поля, определяют режим работы асинхронной машины. Так, в режиме идеального холостого хода ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой частотой в одном направлении, скольжение s=0, ротор неподвижен относительно вращающегося магнитного пол, ЭДС в его обмотке не индуктируется, ток ротора и электромагнитный момент машины равны нулю. При пуске ротор в первый момент времени неподвижен: ω2=0, s=1. В общем случае скольжение в двигательном режиме изменяется от s=1 при пуске до s=0 в режиме идеального холостого хода.

При вращении ротора со скоростью ω2>ω1 в направлении вращения магнитного поля скольжение становится отрицательным. Машина переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент. При вращении ротора в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поли (s>1), асинхронная машина переходит в режим противовключения и также развивает тормозной момент. Таким образом, в зависимости от скольжения различают двигательный (s=1÷0), генераторный (s=0÷-∞) режимы и режим противовключення (s=1÷+∞). Режимы генераторный и противовключения используют для торможения асинхронных двигателей.

Устройство статора. Асинхронный двигатель, как и всякая электрическая машина, состоит из статора и ротора (рис. 3.1, а). Статор имеет цилиндрическую форму. Он состоит из корпуса /, сердечника 2 и обмотки 3. Корпус литой, в большинстве случаев стальной или чугунный. Сердечник статора собирается из тонких листов электротехнической стали (рис. 3.1,б).

Листы для машин малой мощности ничем не покрываются, так как образующийся на листах оксидный слой является достаточной изоляцией. Собранные листы стали образуют пакет статора, который запрессовывается в корпус статора. На внутренней поверхности сердечника вырубаются пазы, в которые укладывается обмотка статора. Обмотки статора могут соединяться звездой или треугольником. Для осуществления таких соединений на корпусе двигателя имеется коробка, в которую выведены начала фаз С1 , С2, СЗ и концы фаз С4, С5, С6. На рис. 3.2, а-в показаны схемы расположения этих выводов и способы соединения их между собой при соединении фаз звездой и треугольником. Схема соединений обмоток статора зависит от расчетного напряжения двигателя и номинального напряжения сети. Например, в паспорте двигателя указано 380/220. Первое число соответствует схеме соединения обмоток в звезду при линейном напряжении в сети 380 В, а второе — схеме соединения в треугольник при линейном напряжении сети 220 В. В обоих случаях напряжение на фазе обмотки будет 220 В.


Корпус статора с торцов закрыт подшипниковыми щитами, в которые запрессованы подшипники вала ротора.

Устройство ротора. Ротор асинхронного двигателя состоит из стального вала 4 (рис. 3.1, а), на который напрессован сердечник 5, выполненный, как и сердечник статора, из отдельных листов электротехнической стали с выштампованными в них закрытыми или полузакрытыми пазами. Обмотка ротора бывает двух типов: короткозамкнутая и фазная – соответственно роторы называются короткозамкнутыми и фазными.


Большее распространение имеют двигатели с короткозамкнутым ротором, так как они дешевле и проще в изготовлении и в эксплуатации. Токопроводящая часть такого ротора, названного М. О. Доливо-Добровольским ротором с беличьей клеткой, состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов (рис. 3.3). Как правило, беличья клетка формируется путем заливки пазов ротора расплавленным алюминием.

Фазный ротор (рис.3.4) имеет три обмотки, соединенные в звезду. Выводы обмоток подсоединены к кольцам 2, закрепленным на валу 3. К кольцам при пуске прижимаются неподвижные щетки 4, которые подсоединяются к реостату 5.

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет очень обширную область обслуживания. АД (асинхронный двигатель) чаще применяется в управлении двигателями большой мощности. Обслуживание и управление приводов мельниц, станков, насосов, кранов, дымососа, дробилок. Асинхронный двигатель с массивным ротором даёт возможность подключения множества технических механизмов.

  • Схема подключения
  • Устройство двигателя
  • Принцип работы
  • Расчёт числа повторений
  • Реостатный пуск

Характеристика асинхронного двигателя

Преимущества использования:

  • Запуск двигателя с нагрузкой, подключение к валу благодаря созданию большого момента вращения. Это обеспечивает обслуживание асинхронных двигателей с фазовым элементом любой мощности.
  • Возможность постоянной скорости вращения большой или маленькой нагрузки
  • Регулирование автоматического пуска.
  • Работа даже при перегрузке тока напряжения.
  • Простота использования.
  • Невысокая стоимость.
  • Надёжность применения.

Недостатки применения

  • Использование резисторов увеличивается стоимость, а работа двигателя усложняется;
  • Большие размеры;
  • Значение КПД меньше, чем короткозамкнутых роторов;
  • Трудное управление скоростью вращения;
  • Регулярный капитальный ремонт.

Схема подключения

При подключении к току начинают работать реле времени. Контакты размыкаются. При нажатии тумблера происходит пуск.


Чтобы подключить АД нужно правильно обозначить концы и начала обмоток фазы.

Устройство двигателя

Главными постоянными являются статор и ротор. Статор представляет собой цилиндр, состав –листы электротехнической стали, в цилиндр уложена трёхфазная обмотка. Она состоит из обмоточной проволоки. Которые соединены между собой в виде звезды или треугольника в зависимости от напряжения.


Ротор – основная вращающаяся часть двигателей. Он в зависимости от расположения может быть внешним, внутренним. Данный элемент состоит из стальных листов. Пазы сердечника наполнены алюминием, который имеет стержни, содержащие торцевые кольца. Они могут быть латунными или стальными, каждое из них изолировано слоем лака. Между трёхфазным статором и ротором образуется зазор. Регулирование размер зазора от 0,30 –0,34 мм в устройствах с небольшим напряжением, 1,0–1,6 мм в устройствах с большим постоянным электрическим напряжением. Конструкция имеет название «беличья клетка». Для мощных двигателей используется медь в сердечнике. Контактор начинает действие, двигатель заводится.

Существует добавочный резистор в цепи обмотки вращающей части машины, крепится с помощью металлографитных щеток. Щетки обычно используются две, расположены на щеткодержателе. В приводах кранах и центрифугах для регулирования роботы применяется конический подвижный ротор. Асинхронные двигатели с фазным ротором незаменимы при технических требованиях мощного пускового момента. Это могут быть такие механизмы, как кран, мельница, лифт.


Принцип работы

В основе АД лежит вращение поля магнитов. В область обмотки трёхфазного статора поступает ток, а в фазах возникает поток магнитов, изменяемый в зависимости от скорости и частоты постоянной электрической мощности. При статорном вращении возникает электродвижущая сила.

В роторную обмотку подходит напряжение, которое совместно с постоянным магнитным потоком статора образует пуск. Он стремится направить ротор по магнитному вращению статора и при достижении превышения момента торможения, приводит к скольжению. Оно выражает отношение между частотами статорного силового поля магнитов и скоростью роторного вращения.


При балансе между моментами электромагнита и торможения, перемена значений остановится. Особенность эксплуатации АД – сольватация кругового движения силового поля статора и им наводящих токов в роторе. Момент вращения возникает лишь при разнице частот круговых движений магнитных полей.

Машины различают синхронные, асинхронные. Разница механизмов в их обмотке. Она образует магнитное поле.

Неподвижность ротора и замыкание обмотки приводит к короткому замыканию (кз).

Расчёт числа повторений

Возьмём m1 – процесс повторения постоянного поля магнитов и ротора. Система фазы переменного тока образуют вращение поля магнитов.

Данные расчета считаются по формуле:

f 1 – частота электричества$

p – количество полюсных пар каждой обмотки статора.

m 2 – процесс повторения вращения ротора. Имея различное количество одновременных повторений, данная скорость частоты будет асинхронной. Определение расчёта частоты проводится по соотношению между данными:

Асинхронный электродвигатель работает только при асинхронной частоте.

При одновременном вращении статора и ротора, расчет скольжения будет равняться нулю.

Двухроторный АД используется для привода разных механизмов. Различие двухроторного двигателя заключается присутствием в конструкции двух роторов. Второй ротор выполняет функцию вспомогательную, может вращаться с другой скоростью. Вспомогательный ротор представляет собой внутренний хомут для замыкания постоянного потока магнитов, охлаждения электродвигателя. Недостаток двухмоторного асинхронного двигателя в низком КПД от использования ферромагнитного вспомогательного ротора.

В ходе исследования двухроторных машин достигаются близкие данные скоростик желаемым, когда вспомогательный ротор имеет максимальные вентиляционные зазоры. Полый ротор установлен на ступице, его вал расположен внутри цилиндра. При вращении вспомогательного ротора вентиляция работает по принципу центробежного вентилятора. Для увеличения пускового момента и большей электрической нагрузки полый ротор должен регулироваться, перемещаясь вдоль вала, с установленным штифтом, конец чего входит в паз ступицы ротора.

Данные для расчета:

Реостатный пуск

Часто для включения двигателя безмощных пусковых моментов оказывают нужное действие реостаты. Схема реостатного способа:

Главной характеристикой метода является присоединение двигателя при пуске к реостатам. Реостаты разрываются (на чертеже К1), на них идет частично электрический ток. Что дает возможность уменьшить пусковые токи. Пусковой момент тоже снижается. Преимущество реостатного способа заключается в снижении нагрузки на механическую часть и нехватку напряжения.

Ремонт и характеристики неисправностей

Причиной ремонта могут служить внешние и внутренние причины.

Внешние причины ремонта:

  • обрыв провода или нарушение соединений с электрическим током;
  • сгорание предохранителей;
  • понижение или повышения напряжения;
  • перегруженность АД;
  • неравномерная вентиляция в зазоре.

Внутренняя поломка может возникнуть по механическим и электрическим причинам.

Механические причины ремонта:

  • неправильное регулирование зазора подшипников;
  • повреждение вала ротора;
  • расшатывание щеткодержателей;
  • возникновение глубоких выработок;
  • истощение креплений и трещины.

Электрические причины ремонта:

  • замыкания витков;
  • поломка провода в обмотках;
  • пробивание изоляции;
  • пробой пайки проводов.

Данные причины – это далеко не полный список поломок.

Асинхронный двигатель – незаменимый и важный механизм, применяемый для обслуживания быта и различных отраслей промышленности. Для практического действия АД с фазным ротором необходимо знать техническую характеристику управления, использовать его по назначению и регулярно проводить ремонт при технических осмотрах. Тогда асинхронный двигатель станет практически вечной эксплуатации.

Управление состоянием асинхронного электродвигателя с подвижным статором Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Электротехнические комплексы и системы

111

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ

УДК 621.313.62-83.681-5

Е.К.Ещин

УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ПОДВИЖНЫМ СТАТОРОМ

Корпуса некоторых горных машин не закреплены и имеют возможность пространственного (вибрационного) изменения их положения в режимах пуска, стопорения, работы с изменяющейся нагрузкой. Поскольку исполнительные асинхронные электродвигатели конструктивно составляют единое целое с корпусами, то при всяком изменении положений корпусов могут происходить пространственные изменения положений обмоток статоров АД относительно осей роторов.

Возникающие при включении электродвигателя (АД) периодические и апериодические составляющие электромагнитного момента обеспечивают возникновение изменяющихся по величине реакций опор корпуса и появление колебательного характера движения корпуса двигателя. Это, в свою очередь, приводит к появлению периодической составляющей в частоте вращения электромагнитного поля статора.

Абсолютное значение скорости вращения электромагнитного поля статора будет переменным, складывающимся из относительной и переносной скоростей корпуса статора и синхронной вращения поля статора.

Рис. 1 Характер изменения электромагнитного момента АД при изменяющейся нагрузке на валу и переменной жесткости опор корпуса статора (АД ВРП160М4. Параметры жесткостей и коэффициентов рассеяния механических опор АД по данным проф. Н.М.Скорнякова)

Увеличение мгновенного значения скорости вращения поля статора при неизменных условиях питания ведет к снижению мгновенного значения электромагнитного момента, развиваемого двигателем.

Снижение мгновенного значения скорости вращения поля статора обеспечивает рост перегрузочной способности и увеличение мгновенного значения электромагнитного момента двигателя.

Таким образом, возникающий электромагнитный момент двигателя при его пуске “провоцирует” возникновение колебательных геометрических вращательных вокруг оси ротора движений, которые, в свою очередь, обеспечивают изменение электрической скорости вращения электромагнитного поля статора и изменение породившего эти процессы электромагнитного момента.

Происходит качественная деформация характера изменения момента, развиваемого двигателями. Изменяется возмущающее воздействие на механическое передаточное устройство со стороны двигателей.

В этой связи представляет интерес оценка качества управления состоянием АД при возможных пространственных движениях статора, поскольку изменение абсолютной скорости вращения поля статора эквивалентно по результату действия изменению частоты питающего напряжения.

Управление будем осуществлять с целью минимизации функционала —

: = | (а, (М, — М )2 + а2 (¥„ — )2 )й

0

в соответствии с [1]:

Г- ^ Г а, (М2 — М Х^с -^) +

(

+ а.Tj + (0Г* -t,.,. ) /V3 )2 ]

ишах if «1 (M, — M )(Tsa » T ) +

Tb < 0

T

U„ =

J(yj +((Tri -T,„. ) /Vs)2 )

— Umax if «1 (M, — M XT* -T„ ) +

Tri > 0,

T

J(tJ +((Tri -t„)/V3)2]

Umax if «1 (M, — M )(Tsb -T„ ) +

T < 0

rc

+ «-

T

^Tj +((Trb -Vrc )/>/3 )2 ]

— 1

Здесь Mz,M — задаваемое и текущее значение

электромагнитного момента АД, x^rz,x^r — амплитуды задаваемого и текущего значения пото-косцепления ротора, Umax — максимально возможное амплитудное значение напряжения питания АД.

Результаты применения этих алгоритмов для различных значений жесткостей опор статора АД с параметрами: Rsa, Rsb, Rsc=0.516 Ом; Rra, Rrb, Rrc =0.406 Ом; XSa, Xsb, Xœ=1.419 Ом; Xra, Xrb, Xrc =1.109 Ом; Xm=35.0 Ом; p=2; GD2=0.7 кГм2, пока-

заны на рис. 2.

Рис. 2 Результаты управления состоянием АД (стабилизация электромагнитного момента) при различных жесткостях опор статора

Видно, что независимо от условий закрепления статора АД система управления электроприводом по [1] обеспечивает требуемое качество управления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ещин Е.К. Управление состоянием асинхронного электродвигателя // Вестник КузГТУ, 2012. №5. С.72-75.

□ Автор статьи

Ещин

Евгений Константинович, докт.техн.наук, проф.каф.прикладных информационных технологий КузГТУ, email: [email protected]

перемотка и восстановление своими руками (инструкция как сделать в домашних условиях)

Статором электродвигателя называется неподвижный узел электрооборудования, взаимодействующий с динамической его частью – ротором. Статоры являются важной частью синхронных и асинхронных двигателей. В первом типе электродвигателей на неподвижный механизм наматывается обмотка, а на асинхронных образцах располагается индуктор.

Статор состоит из двух основных деталей – основания и сердечника. Основание представляет собой отлитый или сварочный корпус, изготовленный с помощью чугунных или алюминиевых сплавов.

Сердечник выполнен в виде вала из специальной стали толщиной от 0,35 до 0,5 мм, прошедшей дополнительный обжиг. В нем имеются специальные пазы для крепления перемотки электродвигателя, состоящей из жильных проводов, скрученных между собой параллельным способом. Данное соединение позволяет ослабить токи вихревого свойства.

Краткое содержимое статьи:

Принципы перемотки статора

Электромагнитное поле статора создается с помощью трехфазной перемотки. В пазах электродвигателя крепятся определенное количество катушек, соединенных друг с другом.

Варианты перемоток неподвижной части электродвигателей зависят от вида изоляции, выбор которой обусловлен следующими параметрами:

  • показатель максимального напряжения;
  • значение допустимой температуры перемотки;
  • габариты и тип паза;
  • вид обмотки.

В зависимости от способа размещения катушек в пазах статора перемотка двигателя осуществляется в один или два слоя. В качестве материала обмотки используют кабель из меди.

Проведение ремонта

Любому электрооборудованию, с течением времени, свойственны отказы в его работе. Причины поломок могут быть от банального загрязнения до воздействия внешних факторов.

В случае нарушения работы, ремонт электродвигателя начинайте с чистки или продувки элементов статора. Затем, после удаления грязи и пыли, приступите к съему корпуса изделия для замены обмотки. На токарном станке, либо с помощью стамески срезается лицевая часть перемотки статора.

Для размягчения изолирующего материала статор следует разогнать до температуры около 200 градусов, после которой снимается обмотка, извлекается катушка и прочищаются пазы. После разборки электродвигателя новая обмотка статора устанавливается с помощью готовых шаблонов.

После установки катушки, её покрывают лаком, с последующей сушкой при температуре 150 градусов по Цельсию не менее двух часов.

Проверка электродвигателя на сопротивление между корпусом и обмоткой производится после высыхания всех частей статора. Регулировка оборудования под необходимые параметры возможна с помощью подбора кабеля для перемотки.


Теплоизоляция статора

В ходе эксплуатации не исключены случаи перегрева деталей и узлов при сбоях в работе двигателя. Повышение температуры перемотки статора связано с изменением значения потребляемого тока. Данный сбой происходит по причине размыкания электрической цепи, путем пропадания электрического сигнала одного из фазных проводов.

Другой причиной изменения температуры может являться механический износ подшипников. В этом случае страдает изоляция обмотки двигателя, приводя его в нерабочее состояние.

В наши дни защита от перегрева используется практически на всех электрических приборах. Она срабатывает в следующих случаях:

  • при сбоях во время запуска или замедления статора;
  • при больших перегрузках;
  • при резких скачках напряжения;
  • при выходе из строя фазных проводов;
  • при работе двигателя с заклинившим ротором;
  • при сбоях приводных устройств.

Защита статора с помощью теплового реле

Суть такой защиты состоит в применении реле с пластиной из биметалла. Металлическая полоса, под действием электрического тока, начинает работать на изгиб. По достижению определенной температуры пластина, под действием пружины, расцепляется со специальной защелкой и разъединяет всю электрическую схему.

В исходное положение пластина приходит при помощи ручного нажатия кнопки. Конструкция теплоизоляции статоров различна, исходя из области применения, показателей тока и устройства реле.

В настоящее время реле производятся как в составе сборочных единиц, так и самостоятельных деталей. В зависимости от предназначения, отличаются ручным и автоматическим принципом действия.


Для приборов, рассчитанных на узкий диапазон величины потребляемого тока, выбор защиты требует более ответственного подхода. С включением электродвигателя в сеть происходит нагрев металлической полосы путем прохождения заряда по намотанной спиралевидной проволоке.

Длиной этой проволоки и регулируется время автоматического срабатывания тепловой защиты. Увеличение длины спирали приводит к более позднему принудительному выключению электрооборудования. Не всегда превышение допустимой нагрузки обусловлено перегревом оборудования.

Иногда трудно сразу определить, по какой причине произошел сбой в работе электрической схемы. В этом случае следует произвести прозвон статора двигателя мультиметром.

Подбор реле производится с помощью технических характеристик станка, либо учитывая номинальное значение потребляемого тока. Все необходимые значения вы сможете найти в инструкции по эксплуатации оборудования.

Отличия электродвигателей на промышленном производстве

Для крупных предприятий с большими производственными площадями требуется оборудование, работающее на больших мощностях. Технические характеристики электродвигателей позволяют таким станкам функционировать на мощностях в пределах от 1 до 2,5 кВт.

В деревообрабатывающем производстве используются станки трехфазного типа и асинхронного принципа действия. При этом, они без проблем работают при бытовом напряжении в 220 Вольт.

Отличительными особенностями подобных двигателей являются:

  • высокие показатели мощности при небольших габаритах;
  • увеличенная частота вращения;
  • защита от влаги;
  • долговечность и работоспособность.

Фото статора электродвигателя


Устройство асинхронного электродвигателя » Электродвигатели. Статьи по ремонту. Схемы включения

Устройство асинхронного электродвигателя

   

Асинхронный электродвигатель имеет две основные части – статор и ротор. Статором называется неподвижная часть машины. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротором, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности). В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, они просты по устройству и удобны в эксплуатации. Трехфазная обмотка статора помещается в пазы и состоит из ряда катушек, соединенных между собой. Каждая катушка сделана из одного или нескольких витков, изолированных между собой и от стенок паза.

Нажмите на картинку чтобы увеличить

Рис. 1. Различные виды обмотки статора асинхронных двигателей

На рис. 1, а показана обмотка статора асинхронного двигателя. У этой обмотки каждая катушка состоит из двух проводников. Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами. За один период трехфазного тока магнитное поле сделает один оборот. При частоте 50 Гц это будет соответствовать 50 об/сек, или 3000 об/мин. На рис. 1, б показана обмотка, у которой каждая сторона катушки состоит из двух проводников. Скорость вращения магнитного поля четырехполюсного статора вдвое меньше скорости вращения поля двухполюсного статора, т. е. 1500 об/мин (при 50 Гц). Обмотка четырехполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу показана на рис. 1, в, а с двумя проводниками на полюс и фазу – на рис. 1, г. Магнитное поле шестиполюсного статора имеет втрое меньшую скорость, чем двухполюсного, т. е. 1000 об/мин (при 50 Гц). Обмотка шестиполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу представлена на рис. 1, д. Число всех пазов на статоре равно утроенному произведению числа полюсов статора на число пазов, приходящееся на полюс и фазу. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Устройство асинхронного двигателя следующее. На неподвижной части двигателя – статоре 1 – размещается трехфазная обмотка 2 (рис. 2), питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе двигателя.

Нажмите на картинку чтобы увеличить

Рис. 2. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Собранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе 3 двигателя. Вращающуюся часть двигателя – ротор 4 – собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам 5.

Нажмите на картинку чтобы увеличить

Рис. 3. Короткозамкнутый ротор
а — ротор с короткозамкнутой обмоткой, б — «беличье колесо»,
в — короткозамкнутый ротор, залитый алюминием;
1 — сердечник ротора, 2 — замыкающие кольца, 3 — медные стержни,
4 — вентиляционные лопатки

Таким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо». В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путем заливки его под давлением в пазы ротора. Вал 6 вращается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах 7 и 8. Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двигателя. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращения рабочим машинам или станкам. Устройство статора асинхронного двигателя с фазным ротором и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Различие между этими двигателями заключается в устройстве ротора.

Нажмите на картинку чтобы увеличить

Рис. 4. Разрез асинхронного двигателя с фазным ротором
1 — вал двигателя, 2 — ротор, 3 — обмотка ротора, 4 — статор, 5 — обмотка статора, 6 — корпус, 7 — подшипниковые крышки, 8 — вентилятор, 9 — контактные кольца

Фазный ротор имеет три фазные обмотки, соединенные между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора, вследствие чего этот двигатель получил также название двигателя с контактными кольцами. Три кольца жестко насажены на вал ротора (через изоляционные прокладки). На кольца накладываются щетки, которые размещены в щеткодержателях, укрепленных на одной из подшипниковых крышек. Щетки, скользящие по поверхности колец ротора, все время имеют с ними хороший электрический контакт и соединены, таким образом, с обмотками ротора. Щетки соединены с трехфазным реостатом.

Источник: Кузнецов М. И. Основы электротехники. Учебное пособие.
  Изд. 10-е, перераб. «Высшая школа», 1970.

  • Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя
  • Режимы работы асинхронных электродвигателей
  • Электродвигатели стиральных машин
  • Асинхронные двигатели: методы подключения расчет.
  • Асинхронный электродвигатель в качестве генератора
  •  
     

    Инструкция по предупреждению повреждения изоляции обмотки

    Около 80% аварий электрических машин связано с повреждением обмотки статора. Высокая повреждаемость обмотки объясняется тяжелыми условиями работы и недостаточной стабильностью электрических свойств изоляционных материалов. В результате повреждения изоляции может произойти замыкание между обмоткой и магнитопроводом, замыкание между витками катушек или между фазными обмотками.
    Причины повреждения обмоток статора асинхронных электродвигателей
    Основной причиной повреждения изоляции является резкое снижение электрической прочности под влиянием увлажнения обмотки, загрязнения поверхности обмотки, попадания в электродвигатель металлической стружки, металлической и другой проводящей пыли, наличия в охлаждающем воздухе паров различных жидкостей, продолжительной работы электродвигателя при повышенной температуре обмотки, естественного старения изоляции. 
    Увлажнение обмотки может произойти вследствие продолжительного хранения электродвигателя в сыром неотапливаемом помещении. В установленном электродвигателе увлажнение может произойти при длительном неподвижном состоянии, особенно при повышенной влажности окружающего воздуха или при попадании воды непосредственно в электродвигатель вследствие плохой герметичности.
    Для предупреждения увлажнения обмотки во время хранения электродвигателя необходимы хорошая вентиляция складского помещения и умеренное отапливание в холодное время года. В периоды длительных остановок электродвигателя при сырой и туманной погоде следует закрывать задвижки воздушных каналов поступающего и выходящего воздуха. При теплой сухой погоде все задвижки должны быть открыты. 
    Загрязнение обмотки электродвигателя происходит главным образом вследствие использования для охлаждения недостаточно чистого воздуха. Вместе с охлаждающим воздухом в электродвигатель могут попадать угольная и металлическая пыль, сажа, пары и капли различных жидкостей. Вследствие износа щеток и контактных колец образуется проводящая пыль, которая при встроенных контактных кольцах оседает на обмотках электродвигателя. 
    Предотвращение загрязнения может быть достигнуто внимательным уходом за электродвигателем и тщательной очисткой охлаждающего воздуха. Необходимо периодически осматривать электродвигатель, очищать его от пыли и грязи и в случае необходимости производить мелкий ремонт изоляции. При повышенном нагревании, а также в результате естественного старения изоляция в значительной мере утрачивает механическую прочность, становится хрупкой и гигроскопичной. 
    При длительной работе машины крепления пазовых и лобовых частей обмотки ослабляются и вследствие вибрации их изоляция разрушается. Изоляция обмотки может быть повреждена: из-за небрежной сборки и транспортировки электродвигателя, вследствие разрыва вентилятора или бандажа ротора, в результате задевания ротора за статор.
    Сопротивление изоляции обмотки статора асинхронных электродвигателей
    О состоянии изоляции можно судить по ее сопротивлению. Минимальное сопротивление изоляции зависит от напряжения U, В, электродвигателя и его мощности Р, кВт. Сопротивление изоляции обмоток от магнитопровода и между разомкнутыми фазными обмотками при рабочей температуре электродвигателя должно быть не менее 0,5 МОм. 
    При температуре ниже рабочей это сопротивление необходимо удваивать на каждые 20° С (полные или неполные) разности между рабочей температурой и той температурой, для которой оно определяется. 
    Измерение сопротивления изоляции электрических машин
    Обычно измерение сопротивления изоляции производится специальным прибором — мегомметром. Для обмоток электрических машин с номинальным напряжением до 500 В напряжение мегомметра должно быть 500 В, для обмоток электрических машин с номинальным напряжением свыше 500 В напряжение мегомметра 1000 В. Если измеренное сопротивление изоляции обмотки меньше вычисленного, то необходимо произвести очистку и сушку обмотки. С этой целью разбирают электродвигатель и удаляют грязь с доступных поверхностей обмотки с помощью деревянных скребков и чистых тряпок, смоченных в керосине, бензине или четыреххлористом углероде.
    Способы сушки асинхронных электродвигателей
    Сушку защищенных машин можно производить как в разобранном, так и в собранном виде, закрытые машины необходимо сушить в разобранном виде. Способы сушки зависят от степени увлажнения изоляции и от наличия источников нагрева. При сушке внешним нагревом используется горячий воздух или инфракрасные лучи. Сушку горячим воздухом проводят в сушильных печах, ящиках и камерах, снабженных паровыми или электрическими нагревателями. Сушильные камеры и ящики должны иметь два отверстия: внизу для входа холодного воздуха и вверху для выхода нагретого воздуха и водяных паров, образовавшихся при сушке. 
    Температуру электродвигателя следует повышать постепенно во избежание появления механических напряжений и вспучивания изоляции. Температура воздуха не должна превышать 120°С при изоляции класса А и 150° С при изоляции класса В. 
    В начале сушки необходимо измерять температуру обмотки и сопротивление изоляции через каждые 15—20 мин, затем интервал между измерениями можно увеличить до одного часа. Процесс сушки считается законченным, когда достигнуто установившееся значение сопротивления. При слабом увлажнении обмотки сушку можно производить за счет выделения тепловой энергии непосредствено в частях электродвигателя. Наиболее удобна сушка переменным током, когда обмотку статора включают на пониженное напряжение при заторможенном роторе; при этом фазная обмотка ротора должна быть замкнута накоротко. Ток в обмотке статора не должен превышать номинального значения. 
    Изменение температуры обмотки и сопротивления изоляции в зависимости от времени сушки пониженное напряжение, то схему соединения обмоток статора можно не изменять, для однофазного напряжения целесообразно фазные обмотки соединять последовательно. Для сушки может быть использована энергия потерь в магнитопроводе и корпусе электродвигателя. Для этого при вынутом роторе на статор укладывают временную намагничивающую обмотку, охватывающую магнитопровод и корпус. Нет необходимости распределять намагничивающую обмотку по всей окружности, она может быть сосредоточена на статоре в наиболее удобном месте. Количество витков в обмотке и ток в ней (сечение провода) подбираются таким образом, чтобы индукция в магнитопроводе составляла (0,8-1) Т в начале сушки и (0,5-0,6) Т в конце сушки. 
    Для изменения индукции делают отводы от обмотки или же регулируют ток в намагничивающей обмотке. 
    Методы определения места повреждения изоляции обмотки 
    Прежде всего необходимо разъединить фазные обмотки и измерить сопротивление изоляции каждой фазной обмотки от магнитопровода или по крайней мере проверить целость изоляции Определение места повреждения изоляции двумя вольтметрами. Определение катушечной группы с поврежденной изоляцией контрольной лампой. При этом удается выявить фазную обмотку с поврежденной изоляцией. 
    Для определения места повреждения могут быть использованы различные методы: метод измерения напряжения между концами обмотки и магнитопроводом, метод определения направления тока в частях обмотки, метод деления обмотки на части и метод «прожигания». При первом методе на фазную обмотку с поврежденной изоляцией подается пониженное переменное или постоянное напряжение и вольтметрами измеряют напряжение между концами обмотки и магнитопроводом. По соотношению этих напряжений можно судить о положении места повреждения обмотки относительно ее концов. Этот метод не обеспечивает достаточной точности при малом сопротивлении обмотки. 
    Второй метод заключается в том, что постоянное напряжение подается на объединенные в общую точку концы фазной обмотки и на магнитопровод. Для возможности регулирования и ограничения тока в цепь включают реостат R. Направления токов в обеих частях обмотки, разграниченных точкой соединения с магнитопроводрм, будут противоположными. Если поочередно касаться двумя проводами от милливольтметра концов каждой катушечной группы, то стрелка милливольтметра будет отклоняться в одном направлении до тех пор, пока провода от милливольтметра не будут присоединены к концам катушечной группы с поврежденной изоляцией. На концах следующих катушечных групп отклонение стрелки изменится на противоположное. 
    У катушечной группы с поврежденной изоляцией отклонение стрелки будет зависеть от того, к какому из концов ближе место повреждения изоляции; кроме того, величина напряжения на концах этой катушечной группы будет меньше, чем на других катушечных группах, если повреждение изоляции не находится вблизи концов катушечной группы. Таким же образом производится дальнейшее определение места повреждения изоляции внутри катушечной группы.

    (a) Лабораторная установка для короткого замыкания статора асинхронного двигателя…

    Контекст 1

    … для проверки предлагаемой диагностики короткого замыкания статора были проведены лабораторные испытания для получения выборок тока с частотой дискретизации 10 кГц с использованием установка показана на рис. 4-а. Для испытаний использовались два идентичных двигателя типа SZJKe. Обмотки статора одного из двигателей были вынуты и 50% обмоток были закорочены, а другой был исправен. Обмотки статора двигателя намотаны случайным образом, т.е.е., без каких-либо прорезей, как показано на рис. 4-б. Таким образом, 50 % коротких не означает 50 % от общего количества …

    Контекст 2

    … выборок с частотой дискретизации 10 кГц с использованием установки, показанной на рис. 4-a. Для испытаний использовались два идентичных двигателя типа SZJKe. Обмотки статора одного из двигателей были вынуты и 50% обмоток были закорочены, а другой был исправен. Обмотки статора двигателя намотаны случайным образом, т. е. без пазов, как показано на рис.4-б. Таким образом, 50% короткого замыкания не означает, что 50% от общего числа катушек были закорочены. Вместо этого 50 % означает, что напряжение на закороченных катушках достигает 50 % фазного напряжения. Это может случиться с катушками рядом друг с другом. Поскольку в обмотке с произвольной намоткой (см. рис. 4-b) катушки, которые физически расположены рядом друг с другом, могут …

    Контекст 3

    … обмотки намотаны случайным образом, т. е. без пазов, как показано на рис. 4-б. Таким образом, 50% короткого замыкания не означает, что 50% от общего числа катушек были закорочены.Вместо этого 50 % означает, что напряжение на закороченных катушках достигает 50 % фазного напряжения. Это может случиться с катушками рядом друг с другом. Потому что в обмотке с произвольной намоткой (см. рис. 4-b) катушки, которые физически расположены рядом друг с другом, могут быть электрически разделены, следовательно, иметь более высокое сопротивление и вызывать более высокое падение напряжения. Таким образом, если одна катушка имеет межвитковое замыкание или две катушки одной фазы закорочены, для типичной 50-витковой обмотки на фазу это означает, что 2% и 4% обмоток закорочены.Эффективно …

    Контекст 4

    … частота питания, которую можно рассчитать из вышеупомянутых теоретических соотношений, а затем посмотреть на спектр ZCT. Рис. 1. Принципиальная схема различных вариантов короткого замыкания статора. Рис. 2. Расчет времени ZC по однофазному току статора. Рис. 3. Блок-схема алгоритма обнаружения короткого замыкания статора по сигналу ZCT. Рис. 4. (а) Лабораторная установка для экспериментов по короткому замыканию статора асинхронного двигателя, (б) случайная обмотка статора типов двигателей, используемых в экспериментах.Рис. 5. Частотный спектр сигнала ZCT для случая Healthy1. …

    Контекст 5

    … В электронике не будет необходимости в высокой частоте дискретизации. ви. Сигнал ZCT покажет ту же диагностическую информацию. Интервал между последовательными ZCT будет неравным из-за двигательных аномалий. Это связано с тем, что из-за помех двигателя, таких как обрыв стержня, короткие замыкания статора, неисправности подшипников, в токе статора будут дополнительные компоненты, влияющие на нормальное расстояние ZCT.Используя это свойство, сигналы ZCT применялись для обнаружения поломки стержня ротора, как сообщалось в [13, 14, 15, 16]. Например, на спектральную составляющую ZCT при 2 sf 1 (f 1 — частота питания, s — скольжение) будет влиять наличие сломанных стержней ротора. И это используется для обнаружения сломанных стержней ротора [15-16]. Применение сигнала ZCT для оценки частоты ротора можно найти в [13–14]. Онлайн MCSA для короткого замыкания статора представляет большой интерес, как указано в [12].В этой статье мы сосредоточимся на онлайн-обнаружении короткого замыкания статора с использованием частотного спектра сигнала ZCT вместо сигнала тока статора. Сигнал ZCT, используемый для обнаружения короткого замыкания статора, может измеряться непосредственно вместе с измерением тока. Обычно это прямоугольная волна, переключающаяся между +A и –A (где A — некоторый параметр усиления). Однако, если такой электроники не существует, ее можно легко рассчитать по измеренному току двигателя.Это объясняется ниже. На рис. 2 изображен алгоритм расчета ZCT однофазного тока статора. На рис. 2 A и B — две последовательные точки данных фазного тока с противоположными знаками. Следовательно, предполагается, что они являются n-й и ( n 1 )-й точками данных, и между ними находится одна и только одна точка ZC. Время, в которое отбираются A и B, равно t (n) и t (n 1) соответственно. Значения тока в точках A и B равны y a и y b соответственно. Z – k-я точка ZC в момент времени T(k).Имея в виду приведенные выше определения, можно получить следующие соотношения, предполагая приблизительно линейный отрезок между точками A и B, y a 0 t ( n ) T ( k ) . (14) y a y b t ( n ) t ( n 1 ) Тогда время k -той точки ZC можно рассчитать как: T ( k ) t ( n ) y at ( n 1 ) t ( n ) . (15) где t ( n 1 ) t ( n ) — интервал дискретизации, значение которого обратно пропорционально частоте дискретизации. В конце концов, сигнал ZC получается путем применения (13). Если необходимы трехфазные сигналы ZC, сигнал ZC каждой фазы должен быть рассчитан в качестве первого шага, а затем просто сложен вместе с учетом временного индекса.Следует отметить, что для прямого измерения сигнала ZCT с помощью аппаратных средств часто используются компараторы. Эти компараторы проверяют, является ли значение выборки больше положительного порога (например, точка B на рис. 2) или меньше отрицательного (например, точка A на рис. 2), и, соответственно, оно удерживает сигнал пересечения нуля ( для положительных или отрицательных половин) или переключает его. Чтобы учесть физические ограничения, шум и т. д., эти пороги обычно не устанавливаются точно на ноль, а немного выше и ниже нуля.Таким образом, синусоидальный сигнал (например, верхний график на рис. 2) преобразуется в сигнал ZCT прямоугольной формы, но для повышения точности потребуется линейная интерполяция. Алгоритм обнаружения короткого замыкания статора с помощью сигнала ZCT изображен блок-схемой на рис. 3. В алгоритме сначала сигнал ZCT получается либо прямым измерением (при наличии такой электроники), либо расчетом по измеренному току статора. как обсуждалось в разделе III.A. Затем частотный спектр сигнала ZCT рассчитывается с помощью дискретного преобразования Фурье (DFT) [17].Этого можно достичь, используя алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ) [17]. После этого выполняется поиск характерных частотных пиков короткого замыкания статора в частотном спектре сигнала ZCT. Эти частотные составляющие задаются (10) с параметром n 1 , так как n 1 указывает на пик скорости ротора. Наличие таких частотных пиков подтверждает наличие короткого замыкания статора. Результаты применения этого алгоритма представлены в следующем разделе.Для проверки предлагаемой диагностики короткого замыкания статора были проведены лабораторные испытания для получения токовых проб с частотой дискретизации 10 кГц с использованием установки, показанной на рис. 4-а. Для испытаний использовались два идентичных двигателя типа SZJKe. Обмотки статора одного из двигателей были вынуты и 50% обмоток были закорочены, а другой был исправен. Обмотки статора двигателя намотаны случайным образом, т. е. без пазов, как показано на рис. 4-б. Таким образом, 50% короткого замыкания не означает, что 50% от общего числа катушек были закорочены.Вместо этого 50 % означает, что напряжение на закороченных катушках достигает 50 % фазного напряжения. Это может случиться с катушками рядом друг с другом. Потому что в обмотке с произвольной намоткой (см. рис. 4-b) катушки, которые физически расположены рядом друг с другом, могут быть электрически разделены, следовательно, иметь более высокое сопротивление и вызывать более высокое падение напряжения. Таким образом, если одна катушка имеет межвитковое замыкание или две катушки одной фазы закорочены, для типичной 50-витковой обмотки на фазу это означает, что 2% и 4% обмоток закорочены.Эффективно представлять короткое замыкание в процентах от фазного напряжения, потому что напряжение важно для стойкости изоляции. Кроме того, напряжение можно легко измерить с помощью вольтметра по сравнению с физическим осмотром короткого замыкания внутри обмотки и выразить в % от числа витков. В таблицах I–III показаны характеристики двух используемых двигателей одного типа (один исправный, другой с короткозамкнутой обмоткой статора). Таблица I описывает номиналы двигателей, непосредственно используемых для анализа сигналов, описанного ниже.Таблицы II–III не используются напрямую для анализа короткого замыкания статора, описанного в рамках этой статьи. В Таблице II показаны параметры эквивалентной схемы, для которых потребуются испытания на короткое замыкание и без нагрузки, недоступные в Интернете и т. д. Таким образом, любой анализ с использованием параметров эквивалентной схемы, внутренних параметров двигателя (например, для отслеживания изменений сопротивление как функция короткого замыкания и т. д.) можно использовать. В Таблице III представлена ​​информация о подшипниках, которая также представляет интерес для автомобильного сообщества [1– …

    Контекст 6

    … В электронике не было бы необходимости в высокой частоте дискретизации. ви. Сигнал ZCT покажет ту же диагностическую информацию. Интервал между последовательными ZCT будет неравным из-за двигательных аномалий. Это связано с тем, что из-за помех двигателя, таких как обрыв стержня, короткие замыкания статора, неисправности подшипников, в токе статора будут дополнительные компоненты, влияющие на нормальное расстояние ZCT. Используя это свойство, сигналы ZCT применялись для обнаружения поломки стержня ротора, как сообщалось в [13, 14, 15, 16].Например, на спектральную составляющую ZCT при 2 sf 1 (f 1 — частота питания, s — скольжение) будет влиять наличие сломанных стержней ротора. И это используется для обнаружения сломанных стержней ротора [15-16]. Применение сигнала ZCT для оценки частоты ротора можно найти в [13–14]. Онлайн MCSA для короткого замыкания статора представляет большой интерес, как указано в [12]. В этой статье мы сосредоточимся на онлайн-обнаружении короткого замыкания статора с использованием частотного спектра сигнала ZCT вместо сигнала тока статора.Сигнал ZCT, используемый для обнаружения короткого замыкания статора, может измеряться непосредственно вместе с измерением тока. Обычно это прямоугольная волна, переключающаяся между +A и –A (где A — некоторый параметр усиления). Однако, если такой электроники не существует, ее можно легко рассчитать по измеренному току двигателя. Это объясняется ниже. На рис. 2 изображен алгоритм расчета ZCT однофазного тока статора. На рис. 2 A и B — две последовательные точки данных фазного тока с противоположными знаками.Следовательно, предполагается, что они являются n-й и ( n 1 )-й точками данных, и между ними находится одна и только одна точка ZC. Время, в которое отбираются A и B, равно t (n) и t (n 1) соответственно. Значения тока в точках A и B равны y a и y b соответственно. Z – k-я точка ZC в момент времени T(k). Имея в виду приведенные выше определения, можно получить следующие соотношения, предполагая приблизительно линейный отрезок между точками A и B, y a 0 t ( n ) T ( k ) .(14) y a y b t ( n ) t ( n 1 ) Тогда время k -той точки ZC можно рассчитать как: T ( k ) t ( n ) y at ( n 1 ) t ( n ) . (15) где t ( n 1 ) t ( n ) — интервал дискретизации, значение которого обратно пропорционально частоте дискретизации. В конце концов, сигнал ZC получается путем применения (13). Если необходимы трехфазные сигналы ZC, сигнал ZC каждой фазы должен быть рассчитан в качестве первого шага, а затем просто сложен вместе с учетом временного индекса. Следует отметить, что для прямого измерения сигнала ZCT с помощью аппаратных средств часто используются компараторы.Эти компараторы проверяют, является ли значение выборки больше положительного порога (например, точка B на рис. 2) или меньше отрицательного (например, точка A на рис. 2), и, соответственно, оно удерживает сигнал пересечения нуля ( для положительных или отрицательных половин) или переключает его. Чтобы учесть физические ограничения, шум и т. д., эти пороги обычно не устанавливаются точно на ноль, а немного выше и ниже нуля. Таким образом, синусоидальный сигнал (например, верхний график на рис. 2) преобразуется в сигнал ZCT прямоугольной формы, но для повышения точности потребуется линейная интерполяция.Алгоритм обнаружения короткого замыкания статора с помощью сигнала ZCT изображен блок-схемой на рис. 3. В алгоритме сначала сигнал ZCT получается либо прямым измерением (при наличии такой электроники), либо расчетом по измеренному току статора. как обсуждалось в разделе III.A. Затем частотный спектр сигнала ZCT рассчитывается с помощью дискретного преобразования Фурье (DFT) [17]. Этого можно достичь, используя алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ) [17]. После этого выполняется поиск характерных частотных пиков короткого замыкания статора в частотном спектре сигнала ZCT.Эти частотные составляющие задаются (10) с параметром n 1 , так как n 1 указывает на пик скорости ротора. Наличие таких частотных пиков подтверждает наличие короткого замыкания статора. Результаты применения этого алгоритма представлены в следующем разделе. Для проверки предлагаемой диагностики короткого замыкания статора были проведены лабораторные испытания для получения токовых проб с частотой дискретизации 10 кГц с использованием установки, показанной на рис. 4-а. Для испытаний использовались два идентичных двигателя типа SZJKe.Обмотки статора одного из двигателей были вынуты и 50% обмоток были закорочены, а другой был исправен. Обмотки статора двигателя намотаны случайным образом, т. е. без пазов, как показано на рис. 4-б. Таким образом, 50% короткого замыкания не означает, что 50% от общего числа катушек были закорочены. Вместо этого 50 % означает, что напряжение на закороченных катушках достигает 50 % фазного напряжения. Это может случиться с катушками рядом друг с другом. Потому что в обмотке с произвольной намоткой (см. рис. 4-b) катушки, которые физически расположены рядом друг с другом, могут быть электрически разделены, следовательно, иметь более высокое сопротивление и вызывать более высокое падение напряжения.Таким образом, если одна катушка имеет межвитковое замыкание или две катушки одной фазы закорочены, для типичной 50-витковой обмотки на фазу это означает, что 2% и 4% обмоток закорочены. Эффективно представлять короткое замыкание в процентах от фазного напряжения, потому что напряжение важно для стойкости изоляции. Кроме того, напряжение можно легко измерить с помощью вольтметра по сравнению с физическим осмотром короткого замыкания внутри обмотки и выразить в % от числа витков. В таблицах I–III показаны характеристики двух используемых двигателей одного типа (один исправный, другой с короткозамкнутой обмоткой статора).Таблица I описывает номиналы двигателей, непосредственно используемых для анализа сигналов, описанного ниже. Таблицы II–III не используются напрямую для анализа короткого замыкания статора, описанного в рамках этой статьи. В Таблице II показаны параметры эквивалентной схемы, для которых потребуются испытания на короткое замыкание и без нагрузки, недоступные в Интернете и т. д. Таким образом, любой анализ с использованием параметров эквивалентной схемы, внутренних параметров двигателя (например, для отслеживания изменений сопротивление как функция короткого замыкания и т. д.) можно использовать.В Таблице III представлена ​​информация о подшипниках, которая также представляет интерес для автомобильного сообщества [1– …

    Контекст 7

    … В электронике нет необходимости в высокой частоте дискретизации. ви. Сигнал ZCT покажет ту же диагностическую информацию. Интервал между последовательными ZCT будет неравным из-за двигательных аномалий. Это связано с тем, что из-за помех двигателя, таких как обрыв стержня, короткие замыкания статора, неисправности подшипников, в токе статора будут дополнительные компоненты, влияющие на нормальное расстояние ZCT.Используя это свойство, сигналы ZCT применялись для обнаружения поломки стержня ротора, как сообщалось в [13, 14, 15, 16]. Например, на спектральную составляющую ZCT при 2 sf 1 (f 1 — частота питания, s — скольжение) будет влиять наличие сломанных стержней ротора. И это используется для обнаружения сломанных стержней ротора [15-16]. Применение сигнала ZCT для оценки частоты ротора можно найти в [13–14]. Онлайн MCSA для короткого замыкания статора представляет большой интерес, как указано в [12].В этой статье мы сосредоточимся на онлайн-обнаружении короткого замыкания статора с использованием частотного спектра сигнала ZCT вместо сигнала тока статора. Сигнал ZCT, используемый для обнаружения короткого замыкания статора, может измеряться непосредственно вместе с измерением тока. Обычно это прямоугольная волна, переключающаяся между +A и –A (где A — некоторый параметр усиления). Однако, если такой электроники не существует, ее можно легко рассчитать по измеренному току двигателя.Это объясняется ниже. На рис. 2 изображен алгоритм расчета ZCT однофазного тока статора. На рис. 2 A и B — две последовательные точки данных фазного тока с противоположными знаками. Следовательно, предполагается, что они являются n-й и ( n 1 )-й точками данных, и между ними находится одна и только одна точка ZC. Время, в которое отбираются A и B, равно t (n) и t (n 1) соответственно. Значения тока в точках A и B равны y a и y b соответственно. Z – k-я точка ZC в момент времени T(k).Имея в виду приведенные выше определения, можно получить следующие соотношения, предполагая приблизительно линейный отрезок между точками A и B, y a 0 t ( n ) T ( k ) . (14) y a y b t ( n ) t ( n 1 ) Тогда время k -той точки ZC можно рассчитать как: T ( k ) t ( n ) y at ( n 1 ) t ( n ) . (15) где t ( n 1 ) t ( n ) — интервал дискретизации, значение которого обратно пропорционально частоте дискретизации. В конце концов, сигнал ZC получается путем применения (13). Если необходимы трехфазные сигналы ZC, сигнал ZC каждой фазы должен быть рассчитан в качестве первого шага, а затем просто сложен вместе с учетом временного индекса.Следует отметить, что для прямого измерения сигнала ZCT с помощью аппаратных средств часто используются компараторы. Эти компараторы проверяют, является ли значение выборки больше положительного порога (например, точка B на рис. 2) или меньше отрицательного (например, точка A на рис. 2), и, соответственно, оно удерживает сигнал пересечения нуля ( для положительных или отрицательных половин) или переключает его. Чтобы учесть физические ограничения, шум и т. д., эти пороги обычно не устанавливаются точно на ноль, а немного выше и ниже нуля.Таким образом, синусоидальный сигнал (например, верхний график на рис. 2) преобразуется в сигнал ZCT прямоугольной формы, но для повышения точности потребуется линейная интерполяция. Алгоритм обнаружения короткого замыкания статора с помощью сигнала ZCT изображен блок-схемой на рис. 3. В алгоритме сначала сигнал ZCT получается либо прямым измерением (при наличии такой электроники), либо расчетом по измеренному току статора. как обсуждалось в разделе III.A. Затем частотный спектр сигнала ZCT рассчитывается с помощью дискретного преобразования Фурье (DFT) [17].Этого можно достичь, используя алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ) [17]. После этого выполняется поиск характерных частотных пиков короткого замыкания статора в частотном спектре сигнала ZCT. Эти частотные составляющие задаются (10) с параметром n 1 , так как n 1 указывает на пик скорости ротора. Наличие таких частотных пиков подтверждает наличие короткого замыкания статора. Результаты применения этого алгоритма представлены в следующем разделе.Для проверки предлагаемой диагностики короткого замыкания статора были проведены лабораторные испытания для получения токовых проб с частотой дискретизации 10 кГц с использованием установки, показанной на рис. 4-а. Для испытаний использовались два идентичных двигателя типа SZJKe. Обмотки статора одного из двигателей были вынуты и 50% обмоток были закорочены, а другой был исправен. Обмотки статора двигателя намотаны случайным образом, т. е. без пазов, как показано на рис. 4-б. Таким образом, 50% короткого замыкания не означает, что 50% от общего числа катушек были закорочены.Вместо этого 50 % означает, что напряжение на закороченных катушках достигает 50 % фазного напряжения. Это может случиться с катушками рядом друг с другом. Потому что в обмотке с произвольной намоткой (см. рис. 4-b) катушки, которые физически расположены рядом друг с другом, могут быть электрически разделены, следовательно, иметь более высокое сопротивление и вызывать более высокое падение напряжения. Таким образом, если одна катушка имеет межвитковое замыкание или две катушки одной фазы закорочены, для типичной 50-витковой обмотки на фазу это означает, что 2% и 4% обмоток закорочены.Эффективно представлять короткое замыкание в процентах от фазного напряжения, потому что напряжение важно для стойкости изоляции. Кроме того, напряжение можно легко измерить с помощью вольтметра по сравнению с физическим осмотром короткого замыкания внутри обмотки и выразить в % от числа витков. В таблицах I–III показаны характеристики двух используемых двигателей одного типа (один исправный, другой с короткозамкнутой обмоткой статора). Таблица I описывает номиналы двигателей, непосредственно используемых для анализа сигналов, описанного ниже.Таблицы II–III не используются напрямую для анализа короткого замыкания статора, описанного в рамках этой статьи. В Таблице II показаны параметры эквивалентной схемы, для которых потребуются испытания на короткое замыкание и без нагрузки, недоступные в Интернете и т. д. Таким образом, любой анализ с использованием параметров эквивалентной схемы, внутренних параметров двигателя (например, для отслеживания изменений сопротивление как функция короткого замыкания и т. д.) можно использовать. В Таблице III представлена ​​информация о подшипниках, которая также представляет интерес для автомобильного сообщества [1– …

    Обнаружение неисправностей статора и ротора в асинхронном двигателе с использованием метода искусственного интеллекта: глава книги «Информатика и информационные технологии»

    искусственные нейронные сети (ИНС). Для выполнения этой задачи аппаратная система спроектирована и построена для получения трехфазных напряжений и токов от трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором мощностью 3,3 кВт.Программное обеспечение написано для считывания напряжений и токов, которые сначала используются для обучения структуры нейронной сети с прямой связью. Обученная сеть размещается в узле формул программы на основе Lab VIEW, который отслеживает напряжения и токи в режиме онлайн, отображает условия неисправности и включает двигатель. Вся система успешно тестируется в режиме реального времени путем создания различных неисправностей двигателя.

    Top

    Введение

    Трехфазный асинхронный двигатель состоит из статора и ротора.Статор изготовлен из штамповок из многослойной листовой стали с прорезями на внутренней периферии. Ротор может быть с короткозамкнутым ротором или ротором с обмоткой. Беличья клетка или (просто) короткозамкнутый ротор имеет ряд токопроводящих стержней, размещенных в пазах на внешней поверхности сердечника ротора (Acosta, Verucchi, Gelso, 2004). Эти стержни закорочены на обоих концах токопроводящими концевыми кольцами. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором часто используется из-за его прочности, прочной конструкции и низкой стоимости, однако он может иметь дефекты.Протекание фазных токов в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Это магнитное поле имеет постоянную амплитуду и вращается с синхронной скоростью при условии, что ротор изначально стоит на месте. Вращающееся поле статора индуцирует ЭДС в проводниках ротора (Benbouzid 2000).

    Поскольку цепь ротора замкнута (либо из-за торцевых колец в клетке ротора, либо из-за короткого замыкания контактных колец в фазном роторе), в цепях ротора протекает ток. Этот ротор создает роторное поле.Взаимодействие статора с ротором создает крутящий момент, который вызывает вращение ротора в направлении поля вращения статора. Трехфазный асинхронный двигатель — это рабочая лошадка обрабатывающей промышленности. Они могут возникать из-за статора, ротора или механических проблем. Зная, что промышленные ограничения еще сильнее, необходимо учитывать надежность и безопасную операционную систему. На самом деле нагрузки асинхронного двигателя обычно вызывают поломку в диапазоне от нескольких минут до нескольких дней в промышленных процессах (Blodt, Chabert, Regnier, Faucher, 2006).

    Хорошо известно, что причиной многих дефектов является неисправность ротора. Например, сломанный стержень ротора. Медное соединение между концевым кольцом и стержнями ротора, вызванное несколькими последовательными пусками, является другим. Кроме того, некоторые дефекты могут возникать из-за эксцентриситета ротора, который может быть статическим или даже динамическим. Они зарождаются, и они медленно, но верно вызывают некоторые возмущения, такие как увеличение вибраций моторного процесса, появление пульсаций момента и/или повышение температуры асинхронного двигателя.Дефекты такого типа могут привести к демонтажу. Профилактическое обслуживание хитроумно позволяет избежать дорогостоящего ремонта из-за повреждений.

    Следовательно, в течение нескольких десятилетий основное внимание уделялось мониторингу и серьезности неисправностей. Наиболее популярным подходом является мониторинг асинхронного двигателя, благодаря спектральному анализу тока линии статора, потребляемого асинхронным двигателем, данная статья посвящена мониторингу и обнаружению неисправностей привода асинхронного двигателя с использованием двух датчиков тока.Диагностический подход, который мы предлагаем в этой статье, основан на нечетком обнаружении неисправностей благодаря человеческому знанию процесса. Основной целью этого подхода является информирование оператора о симптомах с помощью световых индикаторов. Это может быть наличие (или отсутствие) зарождающегося дефекта ротора или наличие одного сломанного стержня ротора. Этот двигатель может столкнуться с несколькими неисправностями, которые могут повредить двигатель. Эти условия включают перегрузку, несбалансированное напряжение питания, заблокированный ротор, однофазное соединение, пониженное и повышенное напряжение.Для этой цели используется трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 3,3 кВт (Casimir, Boutleux, Clerc, Yahoui, 2006; Calis, Cakir 2007).

    Обнаружение межвиткового короткого замыкания статора асинхронного двигателя в соответствии с компонентами линейной последовательности тока с использованием искусственной нейронной сети большой ток замыкания. В данной работе представлена ​​онлайн-диагностика межвиткового замыкания статора трехфазного асинхронного двигателя на основе концепции симметричных составляющих.Математическая модель асинхронного двигателя с ошибкой поворота разработана для интерпретации характеристик машины при неисправности. Создана Simulink-модель трехфазного асинхронного двигателя с межвитковым замыканием статора для выделения составляющих последовательности тока и напряжения. Ток обратной последовательности может обеспечить решающий и быстрый метод контроля для обнаружения межвиткового короткого замыкания статора асинхронного двигателя. Единичное изменение тока обратной последовательности на ток прямой последовательности является основным индикатором неисправности, который импортируется в архитектуру нейронной сети.Выход нейронной сети обратного распространения с прямой связью классифицирует уровень короткого замыкания обмотки статора.

    1. Введение

    Асинхронные двигатели преобладают в области электромеханического преобразования энергии. Их надежность, низкая стоимость и высокая производительность делают их самыми популярными двигателями переменного тока. Эти двигатели имеют гибкость применения в различных областях, от бытовых приборов до мощных промышленных двигателей. В последние годы проблемы выхода из строя больших асинхронных двигателей стали более значительными.Для проблемы диагностики неисправностей важно определить, есть ли в системе неисправность, и найти ее источник [1]. Если неисправность двигателя не будет устранена на ранней стадии, это может нанести ущерб двигателю и привести к его повреждению. Это приведет к остановке промышленного производства.

    В [2] упоминается множество аварийных ситуаций. Одним из них является случай, когда из паза вырвался расколовшийся стержень ротора, что привело к повреждению обмотки статора. Неисправности асинхронного двигателя могут быть как механическими, так и электрическими.К основным механическим неисправностям относятся неисправность подшипника [3–5] и поломка стержня ротора [6–10]. На электрическую неисправность влияют качество электроэнергии, поставляемой сетью переменного тока, колебания частоты, помехи напряжения и колебания нагрузки. Другой неисправностью являются короткие замыкания обмотки статора [3, 11–14]. Около трети всех неисправностей, возникающих в асинхронном двигателе, приходится на неисправность обмотки статора. Короткое замыкание в обмотке статора занимает очень короткое время, чтобы развиться и полностью повредить двигатель. Обычно межвитковое короткое замыкание переходит в межвитковое замыкание, замыкание фазной обмотки и замыкание на землю одиночной линии, что приводит к поломке двигателя.Обнаружение неисправности обмотки в пусковой стадии повышает целесообразность ремонта машины путем ее перемотки или, в случае больших двигателей, замены короткозамкнутых катушек.

    Традиционные способы контроля неисправностей касались измерения потока рассеяния [15], частичных разрядов [16], гармоник тока и напряжения статора [17] и т. д. Однако последующие исследования показали, что многие из этих традиционных методов не работают. склонность к аномалиям из-за искажений напряжения питания [18], встроенных в машину асимметрий [19], случайного влияния неисправностей статора и ротора и т. д.Анализ характеристик тока двигателя (MCSA) является важным методом, используемым для мониторинга состояния. Неисправности асинхронного двигателя, такие как проблемы с подшипниками, поломка стержня ротора, аномалии эксцентриситета и неисправности обмотки статора, вызывают изменение амплитуды и частоты сигнатуры тока двигателя [3–9, 11–14].

    Прорыв в методах обработки сигналов и достижения в компьютерном программном обеспечении подняли обнаружение неисправностей машин на новый уровень. Большая часть продемонстрированной работы по обнаружению неисправностей обмотки статора относится к области частотного анализа.Методы преобразования сигналов, такие как быстрое преобразование Фурье (БПФ), S-преобразование, кратковременное преобразование Фурье (STFT), вейвлет-преобразование и преобразование Гильберта, были приняты в сочетании с различными методами классификации, такими как экспертные системы, искусственная нейронная сеть, нечеткая логика. и метод опорных векторов [20–26] для деградации двигателя.

    Большой интерес был проявлен в [27–29] к искусственной нейронной сети для обнаружения неисправностей асинхронного двигателя. Необходимым условием для создания успешного классификатора ИНС является выбор соответствующих входных данных для каждого случая неисправности.В [27, 28] описано обнаружение места межвиткового замыкания статора с помощью ИНС с учетом параметров частотной области в качестве выбранного входа.

    В [29] ИНС применяется для определения степени серьезности межобмоточной неисправности с выбранным параметром во временной области. В работах [30–33] основное внимание уделяется току обратной последовательности, возникающему из-за несбалансированных обмоток.

    Большая часть исследовательской работы по обнаружению неисправностей обмотки статора асинхронного двигателя связана с анализом частотной области.Если мы выберем линейные токи или линейные напряжения в качестве параметров, рассматриваемых для обнаружения неисправностей, анализ во временной области также будет столь же эффективным. Это позволяет избежать использования спектрального анализатора и сложных методов формирования сигнала, что значительно упрощает блок системы обнаружения неисправностей. Цель состоит в том, чтобы определить универсальный диагностический метод для обнаружения неисправности обмотки и уровня ее серьезности без данных о конструкции двигателя и со знанием параметров неисправности из анализа во временной области.

    В этой работе мы пытаемся найти метод обнаружения неисправности обмотки статора на основе удельного значения компонентов последовательности тока во временной области и классифицировать серьезность неисправности с помощью искусственной нейронной сети. Здесь сеть была обучена с полным диапазоном входных векторов, полученных из модели Simulink. Входной вектор NN содержит экспериментальные значения до возможного диапазона и значения Simulink для завершения входного набора. Это обеспечивает хорошо обученную сеть. Значения моделирования находятся в близком согласии с экспериментальными значениями.Обнаружение неисправности на начальном этапе повышает эффективность ремонта машины, а пресечение в зародыше позволяет избежать электрической искры и взрыва.

    Следующее занятие посвящено математическому моделированию асинхронного двигателя с неисправностью обмотки статора. Используя эти математические уравнения, модель создается в Simulink, которая описана в Разделе 3. Метод классификации, используемый для обнаружения неисправностей, подчеркивается в Разделе 4. с замыканием витков в однофазной обмотке статора, где β – доля закороченных витков.Обмотка в этой фазе состоит из двух частей — закороченных витков и неповрежденных витков. Машинные уравнения в переменных abc для симметричного двигателя с витковым замыканием в одной обмотке могут быть выражены как [34–36]. Здесь мы предположили, что индуктивность рассеяния закороченных витков равна , где — индуктивность рассеяния по фазам, а импеданс короткого замыкания — активное сопротивление , где

    Матрицы сопротивлений уравнения (1) следующие:

    Сложение первых двух строки уравнения (1), где

    Матрицы индуктивности изменены как

    Уравнения напряжения и потокосцепления для закороченных витков ( β s 2 ) равны

    Выражение электромагнитного момента может быть выражено в машине abc переменные равно

    Матрицы индуктивностей задаются формулами (9)–(11)

    3.Анализ компонентов последовательности и извлечение параметров

    Симметричные компоненты являются надежным инструментом для анализа и решения проблем любой несбалансированной системы. Симметричные составляющие являются надежными индикаторами неисправности витков статора. В принципе, симметричные (исправные) двигатели, питаемые от симметричных трехфазных источников напряжения, не будут создавать токи обратной последовательности. Когда происходит замыкание витка, нарушается симметрия и возникают токи обратной и нулевой последовательности. Что касается практики симметричных компонентов, три набора симметричных сбалансированных фаз получаются из любого набора несбалансированных параметров.Они распознаются как компоненты положительной, отрицательной и нулевой последовательности. Используя преобразование FLORESCUE, данное уравнением (12), симметричные компоненты ( I P , I N , I 0 ) рассчитаны из несбалансированных фазных токов ( I A , I б , I в ).где .

    По существу, трехфазный асинхронный двигатель представляет собой симметричную систему в нормальных условиях и производит только токи прямой последовательности.Он генерирует положительную, отрицательную и нулевую последовательности, когда симметрия нарушается во время неисправности.

    Программное обеспечение MATLAB предназначено для создания имитационной модели трехфазного двигателя с КЗ в одной из фазных обмоток. Из-за сложности создания неисправности и экспериментального измерения фазных токов при высоких значениях процента короткого замыкания мы вынуждены создать модель Simulink. Simulink асинхронного двигателя с закорачиванием обмотки статора строится на основе фундаментальных уравнений, упомянутых в разделе 2.Simulink-модель двигателя с межвитковым замыканием показана на рисунке 1.


    Модель смоделирована для различных уровней короткого замыкания в однофазной обмотке, а значения фазных токов сохранены в рабочей области MATLAB. Из этих значений рассчитываются ток обратной последовательности, ток прямой последовательности и ток нулевой последовательности.



    % короткого замыкания в обмотке фазы А Значения фазного тока 7 компонентов последовательности (А) 7
    I

    A 2 7

    C C C 2 I 40085 I негативные 7 I ноль

    0 10.1651 10,162 10,165 10,0248 0 0
    0,233 10,252 10,17 10,1705 10,0289 0,0042 0,0043
    0,467 10,339 10.17 10.1705 10.0329 0,0085 0,0085 0,0085
    0.7 10.4259 10.17 10.1705 10.037 0,0127 0,0127
    0,933 10,5129 10,17 10,1705 10,0411 0,0169 0,0169
    1,167 10,5998 10,17 10,1705 10,0452 0,0212 0.0212
    1.4 10.6867 10.6867 10.17 10.1705 10.0493 0,0254 0.0254
    +1,633 10,7737 10,17 10,1703 10,0534 0,0296 0,0296
    1,867 10,8606 10,17 10,1703 10,0574 0,0338 0,0339
    2.1 10.9476 10.17 10.17 10.1703 10.0615 0.0381 0.0381 0.0381
    2.333 11.0345 10,17 10,1705 10,0656 0,0423 0,0423
    3.5 11,1932 10,17 10,1704 10,1074 0,0862 0,0862
    4,667 11,3508 10.17 10.1704 10.1498 0.1309 0.1309 0.1309
    5.833 11.5174 10.17 10.Снимка 1704 10,1951 0,1784 0,1784
    7 11,6899 10,17 10,1704 10,2406 0,2255 0,2255
    8,167 11,8631 10,17 10,1704 10,2859 0.2737 0.2737
    9.333 12.0455 10.17 10.1702 10.1702 10.3337 0.3238 0.3238
    10.59
    12.2366 10.1702 10.3825 10.3755 0.3755 0.3755

    . Здесь проводится симуляция одну фазу за раз. Уровень серьезности неисправности был постепенно увеличен с нулевого процента. Установлено, что составляющая тока обратной последовательности постепенно увеличивается с увеличением уровня неисправности.

    Данные Simulink проверены путем проведения экспериментов на трехфазных асинхронных двигателях мощностью 5 л.с. и 1 л.с. В эксперименте использовались трехфазные асинхронные двигатели компании «Кирлоскар Электрик» мощностью 5 л.с., 1430 об/мин, 415 В, 10 А и цифровой осциллограф-DS 1150. Экспериментальная установка межвиткового замыкания статора показана на рис. 2. Межвитковое замыкание создается удалением изоляции от одной из фазных обмоток. В таблице 2 приведено сравнение значений фазных токов обмотки с закороченными витками из экспериментальной установки и из модели Simulink того же номинального двигателя.



    9052
    9057 -0,0024904 9058
    S. № Неисправность% в фазе намотки Фазовые значения тока Точечные значения фазы (а), полученные из Процент ошибки
    Эксперимент Simulation

    1 0 10.2 10.1651 0,0034216
    2
    2 0,7 10.4 10.4259
    3 1,4 10,7 10,6867 0,00124299
    4 2.1 10,9 10,9476 -0,00436697
    5 3.5 11.2 11.1932 0,000607142
    6 7 11.7 11.6899 11.6899 0,0005
    7 10.5 12.2 12.2 12.2366 -0.00300
    8 15 12.6 — 0.0020157 9 — 0.00201587

    Экспериментальные значения и смоделированные значения сопоставимы с ошибки процент обоих значений очень низок, что подтверждает подлинность модели Simulink.

    Для двигателя мощностью 5  л.с. текущие значения, полученные практически, сравниваются со значениями, полученными из математической модели, описанной в разделе 2.Подробности обмотки параметров, используемые для расчета резистентности статора, R S

    = 0,2777 Ω Сопротивление ротора,
    R R R

    = 0,183 Ω Индуктивность статора, L S = 0,0553 H Роторная индуктивность, л R

    = 0,056 ч 2 = 0,056 H Взаимная индуктивность, L M M M

    = 0,0538 H

    Процент ошибки симуляционных значений с математическими значениями модели, перечисленные в таблице 3, очень низко.Выходные данные сравнения показывают соответствие или доказывают достоверность модели Simulink.

    9052
    0,007760636 -0,002435674 0,0005227477 0,0036421219 -0,00311817

    S. № β (доля короткими поворотами) значения фазы тока (а) Процент ошибки
    Математическая модель Simulation

    1 0,007 10,386 10,4259 −0.00384171
    2 0,014 10,695 10,6867
    3 0,021 10,921 10,9476
    4 0,035 11,193 11,1932 -0.001786831
    5 0,07 0,07 11.684 11.6899 -0.00504964
    6 0.105 +12,243 12,2366
    7 0,15 12,630 12,6254
    8 0,18 12,828 12,832

    Смоделированные значения сравниваются с практическими значениями, а также с аналитическими значениями математической модели. Средний процент погрешности значений фазного тока, полученных в результате эксперимента и моделирования, равен 0.00249. Средний процент ошибки смоделированных значений с аналитическими значениями математической модели составляет 0,0051. Выходные данные сравнения показывают соответствие и доказывают достоверность модели Simulink.

    Удельное изменение тока обратной последовательности на ток прямой последовательности считается основным входным параметром для классификации уровня серьезности неисправности в фазных обмотках. Случай 1: с нулевым процентом короткого замыкания (исправен)  I отрицательный  = 0  I положительный  = 10.0248 и так δ = 1 корпус 2: поверните неисправность 1,4 процента I отрицательный = 0,0254 I положительный 2 = 10,0493 δ = (10.0493 — 0,0254) /10.0493 = 0,72461

    Значение δ для различных уровней короткого замыкания приведены в таблице 4. Выбор эффективного параметра очень важен при обнаружении неисправности наряду с выбором классификатора.



    С.NO Процент зарождения в фазы δ = [ I положительный I отрицательный ] / I 40152
    1 0 1
    2 0.233 0.233 0,99958151
    3 0.467 0.467 0.9987
    4 0.7 0.998734682
    5 0,933 0,998316917
    6 1,167 0,997889539
    7 1,4 0,997472461
    8 1,633 0,997055722
    9 1.867 0,99663929
    10 2.1 0,996213288
    11 2.333 0.995797568
    12 3,5 0,9

    595

    13 4,667 0,987103194
    14 5,833 0,982501398
    15 7 0,977979806
    16 8.167 0.9733
    17 9.333 9.333 0.9686665628
    18 10.5 0.963833373

    Обобщающая способность параметра индикатора неисправности ( δ ) проверена для пяти двигателей. Технические характеристики двигателей (от I до V), рассматриваемых для анализа, следующие: M I- 1,1 кВт, 400 В, 50 Гц, 1447 об/мин, 2,7 А M II- 5,5 кВт, 400 В, 50 Гц, 1457 об/мин, 11,6 А M III- 55 кВт, 400 В, 50 Гц, 1480 об / мин, 102 A M IV-110 кВт, 400 В, 50 Гц, 1487 об / мин, 194 A M V-250 кВт, 400 В, 50 Гц, 1488 об / мин, 445 A

    Значение δ изменяется от 1 до 0.95 для уровней короткого замыкания от 0% до 15%. В этом случае входной вектор в NN или значения индикатора неисправности ( δ ) идентичен для всех двигателей для определенного уровня неисправности. На рис. 3 показано изменение значений δ при различных уровнях межвиткового замыкания для анализируемых двигателей.


    4. Нейронная сеть для классификации

    Искусственные нейронные сети терпимы к шуму и быстро реагируют, поэтому их можно использовать для обнаружения неисправностей в реальном времени [27–29].Поскольку невозможно создать справочную таблицу, в которой хранятся данные для всех условий, для классификации неисправности используется нейронная сеть с прямой связью. Предвидя максимальную точность от обученной нейронной сети, входной вектор создается с использованием возможных экспериментальных значений и значений Simulink для высокого процента замыкания. Различные процессы, связанные с работой по определению уровня серьезности короткого замыкания в обмотке статора, описаны на блок-схеме (рис. 4).


    Проектирование и разработка нейронных сетей включает подготовку набора входных данных для нейронной сети, выбор структуры сети, обучение сети, тестирование и оценку классификатора.

    Для этого процесса используется обратное распространение (BP), которое является наиболее популярным методом обучения с учителем. Этот алгоритм обучения повышает эффективность сети за счет минимизации ошибки, поэтому градиент кривой ошибки имеет нисходящий уклон.

    Входными данными для NN является массив из δ значений. Целевое значение фиксируется для каждого значения ввода, δ . Как входные данные, так и целевые значения для различных уровней классификации показаны в Таблице 5. Набор данных для обучения выбирается таким образом, чтобы он содержал фактические практические значения до максимально измеримого значения при коротком замыкании и полный диапазон значений из моделирования.

    15 9018 10152 10,5867 45


    x x = ( I 40086 9009 — I I I ) / I Pложительный 2 Ann Classifier Classifiect Уровень

    1 10000 0
    0,99958121 10023 0.233
    0.9987 10046 0,467
    0,998734682 10070 0,7
    0,998316917 10093 0,933
    0,997889539 10116 1,167
    0,997472461 10140 1,4
    0,997055722 10163 1,633
    0,99663929
    0,996213288 10210 2,1
    0,995797568 10233 2,333
    0,9

    595

    10350 3,5
    0,987103194 10466 4,667
    0,982501398 10583 5.833
    0,977979806 10700 7
    0.9733
    8 8.167
    0,968665628 10933 9,333
    0,963833373 11050 10,5
    0,95 11166 11,667
    0,95449383 11333 13,333
    0,954113909 11500 15
    0,954000839 11667 11667 16.667
    0,948959154 11800 18
    0.943823196 11916 19.167
    0,938604651 12033 20.334

    Целевое значение [10000] представляет собой здоровое состояние намотки. Целевое значение фиксируется как 1xxxx, где xxxx представляет уровень короткого замыкания xx.xx%. Целевое значение для уровня серьезности 00,23 % — 10023, для уровня серьезности 01,40 % — 10 140, а для уровня серьезности 23,17 % — 12 317.

    Производительность алгоритма зависит от настройки скорости обучения.Очень маленькая скорость обучения приведет к более длительному времени сходимости, а очень высокая скорость обучения может привести к колеблющемуся и нестабильному алгоритму.

    Обучение обратному распространению с адаптивной скоростью обучения реализовано с функцией градиентного спуска. Используется гиперболическая тангенс-сигмовидная передаточная функция, которая вычисляет выход слоя из его чистого входа. Функция среднеквадратичной нормализованной ошибки измеряет производительность сети в соответствии со средним квадратом ошибок, при включении в процесс обучения повышает эффективность регулировки синаптического веса.Очень низкий MSE отражает, что желаемый результат и выход ANN близки друг к другу, и, таким образом, сеть хорошо обучена.

    5. Проверка результатов и производительности

    Предложенные сети были подвергнуты обучению с входными сигналами, как описано в разделе 4. При анализе графика производительности и регрессии сетей было обнаружено, что нейронные сети хорошо реагировали на обучающие и проверочные выборки. . Проверка производительности сети дала 100% точность (с 50 образцами).Таким образом, процент точности рассчитывается с ошибкой между заданным значением и фактическим выходным вектором. Полученный уровень точности составляет 99,05%. График производительности нейронной сети представлен на рисунке 5. Критерий остановки установлен со среднеквадратической ошибкой 1,02 e  − 005,


    NN с 2 скрытыми слоями и числом нейронов в скрытых слоях 16 и 1 соответственно, показывает высочайшую точность 99,6%.

    Проведено сравнение производительности нейронных сетей, на вход которых подаются трехфазные токи, и δ на вход.Нейронная сеть с δ в качестве входного вектора показывает устойчивое увеличение точности в процентах. График на рисунке 6 показывает точность нейронной сети в процентах при ее обучении с фазными токами в качестве входного вектора и при обучении с предлагаемым индикатором неисправности δ в качестве входного вектора, где δ  = ( I P  − I N )/ I P .


    6. Заключение

    Это исследование направлено на достижение прогресса, а также на упрощение области мониторинга состояния и обнаружения неисправностей в асинхронном двигателе.Мониторинг тока обратной последовательности является одним из самых простых, но надежных и существенных методов обнаружения короткого замыкания статора. Уместно указать, что выбор индикатора неисправности очень важен в процессе классификации. В данной работе единичное изменение тока обратной последовательности на ток прямой последовательности рассматривается как индикатор неисправности и, таким образом, является более обобщенным методом обнаружения межвитковых повреждений обмотки статора. Хотя фазный ток считается индикатором неисправности, входной вектор NN различен для разных двигателей.Если взять δ в качестве индикатора неисправности, входной вектор NN будет одинаковым для разных двигателей из-за его погонной природы.

    Рассматриваемый параметр неисправности определяется во временной области, что позволяет избежать использования сложных методов формирования сигнала, используемых в частотной области для обнаружения неисправности.

    В работе представлено применение нейронной сети для классификации межвиткового замыкания статора. Сеть обучается с полным диапазоном входного вектора с использованием экспериментальных значений (для небольшого уровня ошибки), а также значений Simulink (для высокого уровня ошибки).Таким образом, НС хорошо обучается на полном наборе наборов данных. Моделирование Simulink помогает создать бесконечную базу данных, что невозможно с помощью эксперимента. Производительность NN оказалась точной и быстрой. Обнаружение неисправности на начальном этапе увеличивает возможность ремонта машины и позволяет избежать риска возгорания и взрыва. Дальнейшее расширение NN возможно для учета обнаружения других электрических и механических неисправностей, возможных в асинхронном двигателе.

    Доступность данных

    В статью включены данные модели Simulink, использованные для расчета параметров, а также данные обучения и тестирования нейронной сети, используемые для поддержки результатов этого исследования.В статью включены консолидированные данные, которые используются для проверки обобщения пяти различных двигателей.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Благодарности

    Эта работа была выполнена в современной Лаборатории защиты энергосистем, факультет электротехники и электроники, Технологический колледж KCG, Ченнаи, Индия. Лаборатория создана по схеме FIST (Фонд улучшения научно-технической инфраструктуры) при поддержке Департамента науки и технологий (DST) правительства Индии.

    Обнаружение и классификация неисправностей обмотки статора в трехфазном асинхронном двигателе

    Обнаружение и классификация неисправностей обмотки статора в трехфазном асинхронном двигателе

    • Majid Hussain 1,2 , Dileek Kumar Soother 1 , IMTIAZ Hussain Kalwar 3 , TAYAB DIN Memon 4,5 , Zubair Ahmed Memon 6 , Kashif Nisar 7, * , Bhawani Shankar Chowdhry 1
    1 Лаборатория систем мониторинга состояния NCRA, Мехранский инженерно-технологический университет, Джамшоро, 76020, Пакистан
    2 Факультет электронной инженерии, Университет инженерии, науки и технологий Куэйд-и-Авам, Навабшах, Пакистан
    3 Факультет электротехники, DHA Университет Суффа, Карачи, Пакистан
    4 Кафедра электронной техники, Мехранский инженерно-технологический университет, Джамшоро, 76020, Пакистан
    5 Школа информационных технологий и инженерии, Мельбурнский технологический институт, Мельбурн, Австралия
    6 Факультет электротехники, Мехранский инженерно-технологический университет, Джамшоро, 76020, Пакистан
    7 Факультет вычислительной техники и информатики, Университет Малайзии, Сабах, Кота-Кинабалу, Сабах, 88400, Малайзия
    * Автор, ответственный за переписку: Кашиф Нисар.Электронная почта:

    Поступила в редакцию 11 февраля 2021 г.; Принят 17 апреля 2021 г .; Выпуск опубликован 01 июля 2021 г.

    Аннотация

    Асинхронные двигатели (АД) являются рабочей лошадкой отрасли и работают в суровых условиях. В силу условий эксплуатации они подвержены различного рода неизбежным сбоям, которые приводят к незапланированным простоям и потерям.Эти неисправности могут быть обнаружены на ранней стадии с помощью профилактического обслуживания (т. е. развертывания систем мониторинга состояния). Анализ сигнатур тока двигателя (MCSA) является наиболее широко используемым методом для обнаружения различных неисправностей в промышленных двигателях. Неисправности обмотки статора (SWF) являются одними из основных неисправностей. В этой статье мы представляем систему обнаружения и идентификации неисправностей асинхронного двигателя, использующую такие методы обработки сигналов, как быстрое преобразование Фурье (БПФ), кратковременное преобразование Фурье (STFT) и непрерывное вейвлет-преобразование (CWT).Модель трехфазного двигателя разработана в MATLAB Simulink и смоделирована при различных условиях неисправности. Текущая сигнатура наблюдается с использованием БПФ, спектрограммы и масштабограммы для обнаружения ошибок. Замечено, что при некоторых условиях сбоя анализ текущей сигнатуры остается неотличимым от случая без сбоя. Поэтому для выявления этих ошибок здесь используются методы глубокого обучения (DL). Данные временных рядов здоровых и нездоровых состояний получаются из результатов моделирования.Сравнительное исследование среди моделей DL подтвердило превосходство модели долговременной кратковременной памяти (LSTM), которая достигла точности 97,87% при определении отдельных ошибок.

    Ключевые слова

    неисправность обмотки статора; спектрограмма; скалограмма; кратковременное преобразование Фурье; глубокое обучение

    Процитировать эту статью

    М.Хуссейн, Д.К. Сотер, И.Х. Калвар, Т.Д. Мемон, З.А. Мемон и др. , «Обнаружение и классификация неисправностей обмотки статора в трехфазном асинхронном двигателе», Intelligent Automation & Soft Computing , vol. 2021. Т. 29, № 3. С. 869–883.

    Обнаружение и классификация короткого замыкания статора в трехфазном асинхронном двигателе

    • А.И. Абдуллатеф
    • О.С. Фагболагун
    • М.Ф. Сануси
    • М.Ф. Акореде
    • М. А. Афолян

    Ключевые слова: асинхронный двигатель, классификация неисправностей статора, система сбора данных, дискретное вейвлет-преобразование

    Аннотация

    Асинхронные двигатели являются основой промышленности, поскольку они просты в эксплуатации, прочны, экономичны и надежны.Однако они подвержены неисправностям статора, которые повреждают обмотки и, следовательно, приводят к отказу машины и потере дохода. Раннее обнаружение и классификация этих неисправностей важны для эффективной работы асинхронных двигателей. В этом исследовании было выполнено обнаружение и классификация неисправностей статоров на основе вейвлет-преобразования. Извлечение признаков из полученных данных было достигнуто с использованием схемы декомпозиции и реконструкции подъема, в то время как для классификации разломов использовалось евклидово расстояние энергии вейвлета.Энергии вейвлетов увеличивались для всех трех контролируемых состояний, нормального состояния, межвиткового замыкания и межфазного замыкания, по мере того как полоса частот сигнала уменьшалась с D1 до A3. Отклонения Евклидова расстояния тока энергии вейвлета, полученные для междуфазных замыканий, составляют 99,1909, 99,8239 и 87,9750 для фаз A и B, A и C, B и C соответственно. В то время как у межвитковых замыканий в фазах А, В и С — 77,5572, 61,6389 и 62,5581 соответственно. На основании евклидовых расстояний повреждений, Df и сигналов нормального тока были установлены три точки классификации: K 1 = 0.60 х 10 2 , К 2 = 0,80 х 10 2 и К 3 = 1,00 х 102. 3 ≥ Df ≥ K 2 Обнаружено межфазное замыкание. Это улучшит диагностику неисправностей статора асинхронных двигателей.

    Ключевые слова : асинхронный двигатель, классификация неисправностей статора, система сбора данных, дискретное вейвлет-преобразование

    JASEM присоединился к лицензии Creative Commons Attribution License (CCAL).Таким образом, статьи в JASEM являются статьями открытого доступа, распространяемыми в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

    Как работает асинхронный двигатель?

    26 сентября 2019 г.

    Изобретение асинхронных двигателей навсегда изменило ход человеческой цивилизации. Этот двигатель столетней давности, изобретенный великим ученым Николой Теслой, является самым распространенным типом двигателя даже сегодня.Фактически около 50 процентов мирового потребления электроэнергии приходится на асинхронные двигатели. Давайте перейдем к работе асинхронных двигателей или, точнее, к гениальному мышлению Николы Теслы.

    Детали асинхронного двигателя

    Асинхронный двигатель состоит из 2 основных частей; статор и ротор (рис. 1). Статор — неподвижная часть, а ротор — вращающаяся часть. Статор в основном представляет собой обмотку из 3 катушек, и на него подается трехфазная мощность переменного тока. Ротор находится внутри статора.Между ротором и статором будет небольшой зазор, известный как воздушный зазор. Величина радиального воздушного зазора может варьироваться от 0,5 до 2 мм.

    Рис. 1 Статор и ротор асинхронного двигателя

    Детали конструкции статора

    Статор изготавливается путем укладки высокопроницаемых стальных пластин с тонкими прорезями внутри стальной или чугунной рамы. Расположение стальных пластин внутри рамы показано на следующем рисунке. Здесь показаны лишь немногие из стальных пластин. Обмотка проходит через пазы статора.

    Рис. 2 Детали конструкции статора

    Влияние трехфазного тока, проходящего через обмотку статора

    Когда через обмотку проходит трехфазный переменный ток, происходит нечто очень интересное. Он создает вращающееся магнитное поле (RMF). Как показано на рисунке ниже, создается магнитное поле, которое по своей природе вращается. RMF является важным понятием в электрических машинах. Мы увидим, как это производится в следующем разделе.

    Рис. 3 Вращающееся магнитное поле создается асинхронным двигателем

    Концепция вращающегося магнитного поля (ВМП)

    Чтобы понять явление вращающегося магнитного поля, гораздо лучше рассмотреть упрощенную трехфазную обмотку всего с тремя витками.Провод с током создает вокруг себя магнитное поле. Теперь для этого специального устройства магнитное поле, создаваемое 3-фазным переменным током, будет таким, как показано в определенный момент.

    Рис. 4. Магнитное поле создается вокруг одиночного провода и упрощенной обмотки

    . Компоненты переменного тока будут меняться со временем. Еще два случая показаны на следующем рисунке, где из-за изменения переменного тока также меняется магнитное поле. Понятно, что магнитное поле просто принимает другую ориентацию, но его величина остается прежней.Из этих трех положений становится ясно, что это похоже на вращающееся магнитное поле одинаковой силы. Скорость вращения магнитного поля известна как синхронная скорость.

    Рис. 5A Трехфазный переменный ток Рис. 5B Здесь проиллюстрирована концепция вращающегося магнитного поля

    Влияние RMF на замкнутый проводник

    Предположим, вы помещаете замкнутый проводник внутрь такого вращающегося магнитного поля. Поскольку магнитное поле колеблется, в контуре будет индуцироваться ЭДС в соответствии с законом Фарадея.ЭДС создаст ток через петлю. Таким образом, ситуация стала такой, как если бы петля с током находилась в магнитном поле. Это создаст магнитную силу в петле в соответствии с законом Лоренца, поэтому петля начнет вращаться, это ясно показано на рис. 6.

    Рис. 6 Влияние RMF на замкнутый проводник

    Работа асинхронного двигателя

    Аналогичное явление также происходит внутри асинхронного двигателя. Здесь вместо простой петли используется что-то очень похожее на беличью клетку.Беличья клетка имеет стержни, закороченные концевыми кольцами.

    Трехфазный переменный ток, проходящий через обмотку статора, создает вращающееся магнитное поле. Итак, как и в предыдущем случае, в стержнях беличьей клетки индуцируется ток, и она начинает вращаться. Вы можете заметить изменение индуцированного тока в стержнях с короткозамкнутым ротором. Это происходит из-за того, что скорость изменения магнитного потока в одной паре беличьих стержней отличается от другой из-за разной ориентации. Это изменение тока в баре будет меняться со временем.

    Рис. 7 RMF создает крутящий момент на роторе, как и в случае простой обмотки

    . Поэтому используется название асинхронный двигатель, электричество в роторе индуцируется за счет магнитной индукции, а не прямого электрического соединения. Чтобы способствовать такой электромагнитной индукции, внутри ротора упакованы пластины с изолированным железным сердечником.

    Рис. 8 Тонкие слои стальной пластины, упакованные в ротор

    Такие маленькие пластины стальных слоев обеспечивают минимальные потери на вихревые токи. Вы можете отметить одно большое преимущество трехфазных асинхронных двигателей, так как они по своей сути являются самозапускающимися.
    Также можно заметить, что стержни беличьей клетки наклонены к оси вращения, или она имеет перекос. Это необходимо для предотвращения колебаний крутящего момента. Если бы стержни были прямыми, был бы небольшой промежуток времени для передачи крутящего момента в паре стержней ротора на следующую пару. Это вызовет колебания крутящего момента и вибрацию ротора. За счет перекоса стержней ротора до того, как крутящий момент в одной паре стержней исчезнет, ​​в действие вступает следующая пара. Это позволяет избежать колебаний крутящего момента.

    Скорость вращения ротора и понятие скольжения

    Здесь вы можете заметить, что и магнитное поле, и ротор вращаются. Но с какой скоростью будет вращаться ротор?. Чтобы получить ответ на этот вопрос, рассмотрим разные случаи.

    Рассмотрим случай, когда скорость вращения ротора равна скорости магнитного поля. Ротор испытывает магнитное поле в относительной системе отсчета. Поскольку и магнитное поле, и ротор вращаются с одинаковой скоростью относительно ротора, магнитное поле стационарно.Ротор будет находиться в постоянном магнитном поле, поэтому не будет наведенной ЭДС и тока. Это означает нулевое усилие на стержнях ротора, поэтому ротор будет постепенно замедляться. Но когда он замедляется, контуры ротора будут испытывать переменное магнитное поле, поэтому индуцированный ток и сила снова возрастут, и ротор ускорится. Короче говоря, ротор никогда не сможет догнать скорость магнитного поля. Он вращается с определенной скоростью, которая немного меньше синхронной скорости.Разница в синхронной и роторной скорости известна как скольжение.

    N

    РОТОР < N S

    SLIP = (N

    S — N R )/ N S

    ЗНАЧЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ = 2 — 6%

    Рис. 9 Здесь показана концепция скольжения

    Передача энергии в двигателе

    Механическая мощность вращения, полученная от ротора, передается через приводной вал. Короче говоря, в асинхронном двигателе электрическая энергия поступает через статор и выводится из двигателя, механическое вращение получается от ротора.

    Рис.10 Передача мощности в двигателе

    Но между входной и выходной мощностью будут многочисленные потери энергии, связанные с двигателем. Различными компонентами этих потерь являются потери на трение, потери в меди, вихревые токи и потери на гистерезис. Такие потери энергии во время работы двигателя рассеиваются в виде тепла, поэтому вентилятор на другом конце помогает охлаждать двигатель.

    Рис.11 Охлаждающий вентилятор используется для отвода тепла, выделяемого двигателем

    Почему асинхронные двигатели так популярны?

    Теперь давайте разберемся, почему асинхронные двигатели доминируют как в промышленности, так и в быту.Вы можете заметить, что асинхронные двигатели не требуют постоянного магнита. У них нет даже щеток, колец коллектора или датчика положения, как у других аналогов электрических машин. Асинхронные двигатели также запускаются автоматически. Наиболее важным преимуществом является то, что скорость асинхронного двигателя можно легко контролировать, контролируя частоту входной мощности.

    Чтобы понять это правильно, давайте еще раз рассмотрим простое расположение катушек. Мы узнали, что вращающееся магнитное поле создается из-за трехфазной входной мощности.Совершенно ясно, что скорость RMF пропорциональна частоте входной мощности. Поскольку ротор всегда пытается догнать RMF, скорость ротора также пропорциональна частоте мощности переменного тока.

    N

    S ∝ f

    Таким образом, используя частотно-регулируемый привод, можно очень легко регулировать скорость асинхронного двигателя. Это свойство асинхронного двигателя делает его привлекательным выбором для лифтов, кранов и даже электромобилей. Благодаря диапазону высоких скоростей асинхронных двигателей электромобили могут работать с одноступенчатой ​​коробкой передач.

    Рис.12 Односкоростная коробка передач Рис.13 Кривые эффективности асинхронного двигателя

    Еще одним интересным свойством асинхронного двигателя является то, что когда ротор приводится в движение первичным двигателем, он также может действовать как генератор. В этом случае вы должны убедиться, что скорость RMF всегда меньше скорости вращения ротора.

    Рис. 14 Скорость RMF всегда меньше скорости вращения ротора

    Мы считаем, что теперь у вас появилось четкое представление об оригинальных принципах работы асинхронного двигателя, а также о том, почему он до сих пор правит бытовым и промышленным миром.

    ОБ АВТОРЕ

    Сабин Мэтью, аспирант ИИТ Дели в области машиностроения. Основатель Lesics Engineers Pvt Ltd и YouTube-канала LESICS. Он предоставляет качественное инженерное образование на своем канале YouTube. А «LESICS» охватывает огромное количество инженерных тем. Сабин очень увлечен пониманием физики сложных технологий и объяснением их простыми словами. Чтобы узнать больше об авторе, перейдите по этой ссылке


    Integrated Publishing — ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

    Integrated Publishing — ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

    Администрация — Навыки, процедуры, обязанности и т. д. военнослужащих.

    Продвижение — Военный карьерный рост книги и др.

    Аэрограф/метеорология — Метеорология основы, физика атмосферы, атмосферные явления и др.
    Руководства по аэрографии и метеорологии военно-морского флота

    Автомобилестроение/Механика — Руководства по техническому обслуживанию автомобилей, механика дизельных и бензиновых двигателей, руководства по автомобильным деталям, руководства по деталям дизельных двигателей, руководства по деталям бензиновых двигателей и т. д.
    Автомобильные аксессуары | Перевозчик, персонал | Дизельные генераторы | Механика двигателя | Фильтры | Пожарные машины и оборудование | Топливные насосы и хранение | Газотурбинные генераторы | Генераторы | Обогреватели | HMMWV (Хаммер/Хамви) | и т.п…

    Авиация — Принципы полета, авиастроение, авиационная техника, авиационные силовые установки, справочники по авиационным частям, справочники по авиационным частям и т. д.
    Руководства по авиации ВМФ | Авиационные аксессуары | Общее техническое обслуживание авиации | Руководства по эксплуатации вертолетов AH-Apache | Руководства по эксплуатации вертолетов серии CH | Руководства по эксплуатации вертолетов Chinook | и т.д…

    Боевой — Служебная винтовка, пистолет меткая стрельба, боевые маневры, штатное вооружение поддержки и т.д.
    Химико-биологические, маски и оборудование | Одежда и индивидуальное снаряжение | Боевая инженерная машина | и т.д…

    Строительство — Техническое администрирование, планирование, оценка, планирование, планирование проекта, бетон, кирпичная кладка, тяжелый строительство и др.
    Руководства по строительству военно-морского флота | Совокупность | Асфальт | Битумный корпус распределителя | Мосты | Ведро, Раскладушка | Бульдозеры | Компрессоры | Обработчик контейнеров | дробилка | Самосвалы | Землеройные машины | Экскаваторы | и т.п…

    Дайвинг — Руководства по водолазным работам и спасению различного снаряжения.

    Чертежник — Основы, приемы, составление проекций, эскизов и т. д.

    Электроника — Руководства по обслуживанию электроники для базового ремонта и основ. Руководства по компьютерным компонентам, руководства по электронным компонентам, руководства по электрическим компонентам и т. д.
    Кондиционер | Усилители | Антенны и мачты | Аудио | Батареи | Компьютерное оборудование | Электротехника (NEETS) (самая популярная) | техник по электронике | Электрооборудование | Электронное общее испытательное оборудование | Электронные счетчики | и т.п…

    Машиностроение — Основы и методы черчения, составление проекций и эскизов, деревянное и легкокаркасное строительство и т. д.
    Военно-морское машиностроение | Армейская программа исследований прибрежных бухт | так далее…

    Еда и кулинария — Руководства по рецептам и оборудованию для приготовления пищи.

    Логистика — Логистические данные для миллионов различных деталей.

    Математика — Арифметика, элементарная алгебра, предварительное исчисление, введение в вероятность и т. д.

    Медицинские книги — Анатомия, физиология, пациент уход, оборудование для оказания первой помощи, фармация, токсикология и т. д.
    Медицинские руководства военно-морского флота | Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний

    Военные спецификации — Государственные военные спецификации и другие сопутствующие материалы

    Музыка — Мажор и минор масштабные действия, диатонические и недиатонические мелодии, паттерны такта, и т.д.

    Основы ядра — Теории ядерной энергии, химия, физика и т.
    Справочники Министерства энергетики США

    Фотография и журналистика — Теория света, оптические принципы, светочувствительные материалы, фотофильтры, копирование редактирование, написание публикаций и т. д.
    Руководства по фотографии и журналистике военно-морского флота | Руководство по армейской фотографии, печати и журналистике

    Религия — Основные религии мира, функции поддержки богослужений, свадьбы в часовне и т.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.