Диагностика состояния электрических машин

Внедрение: 2016 г.

В статье учёных из Днепропетровска и Екатеринбурга по железнодорожной тематике [1] предложен частотный метод для диагностики параметров обмоток электрических машин, представлена электрическая схема для оценки амплитудно-частотных характеристик обмоток в режимах холостого хода и короткого замыкания с применением модуля АЦП E20‑10. Для тягового двигателя и электродвигателя стрелочного привода сняты характеристики, определены волновые параметры линии. Рассчитаны первичные параметры обмоток. На основе сравнения полученных аналитических параметров с параметрами предыдущих измерений сделано заключение (с учетом технических допусков) о запасе работоспособности объекта диагностики.

Электрическая схема, позволяющая в лабораторных условиях построить АЧХ, ФЧХ обмоток статоров электрических машин (электрических двигателей стрелочных электроприводов и тяговых электродвигателей локомотивов) и измерить их волновые параметры, представлена на рисунке 1. Она содержит измерительные приборы – амперметр, вольтметр и фазометр на базе модуля АЦП E20‑10, генератор частоты ГЗ‑103.

Рисунок 1. Структурная электрическая схема для измерения параметров Z_x и Z_к и построения АЧХ и ФЧХ электрических машин.

Пример 1. Заданы параметры двигателя: мощность P = 305 кВт, напряжение на статоре 463 В, скорость вращения ротора 2290 об/мин, частота питания схемы испытаний 50‑200000 Гц и длина обмотки 210 м. На рисунке 2 представлены АЧХ для модулей сопротивлений Z_x в (в режиме ХХ) и Z_к (в режиме КЗ).

Рисунок 2. АЧХ обмоток электродвигателя постоянного тока в режимах холостого хода и короткого замыкания.

Пример 2. Для асинхронного стрелочного электродвигателя типа МСТ‑0,25 (0,25 кВА, 220/127 В, 1250 об/мин) сняты АЧХ и ФЧХ одной фазы обмотки статора (рисунок 3). Частота первого резонанса токов в режиме короткого замыкания f₁ ≈ 47 кГц. 

Рисунок 3. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики одной фазы обмотки статора асинхронного стрелочного двигателя в режимах короткого замыкания и холостого хода.

На основе использования частотного метода разработаны электрическая схема и алгоритм для построения АЧХ и ФЧХ обмоток электрических машин и измерения сопротивлений холостого хода и короткого замыкания. По результатам измерений и известной методике определены волновые параметры, позволяющие рассчитать первичные параметры обмоток (R, L, C и G). Причем, как показано на примерах, такой метод справедлив для электрических машин с мощностями, отличающимися на три порядка. Данные о динамике изменения электрических параметров позволят своевременно планировать сроки проведения профилактических мероприятий, не допускать отказов в работе двигателей и нарушения графика движения поездов.

Источник:
Разгонов А.П., Лебедев А.Ю., Журавлев А.Ю., Щиголев С.А. Диагностика электрических машин с использованием беспроводных каналов передачи информации // Транспорт Урала. – 2016. – № 1 (48). – С. 66‑71.

Разработчик: Разгонов А.П., Лебедев А.Ю., Журавлев А.Ю. (ДНУЖТ, Днепропетровск), Щиголев С.А. (ВНТЦ «Уралжелдоравтоматизация», Екатеринбург)