Влияние отклонения напряжения на работу асинхронного двигателя

Влияние отклонения напряжения на работу асинхронного двигателя

Самое популярное

Календарь

Анонсы новостей

Стоматологические услуги и процедуры

Современные люди, что сталкиваются с болями или заболеваниями зубов, предпочитают обращаться в проверенные центры и клиники, в которых работают опытные, квалифицированные врачи. Например, такая стоматология в санкт петербурге, как «Хорошая стоматолог.

Архив новостей

• Май, 2011
• Апрель, 2011
• Март, 2011
• Февраль, 2011
• Январь, 2011

Что такое провал напряжения?

В соответствии с определением, приведенным в ГОСТ 13109-97, под данным явлением подразумевается внезапное понижение амплитуды напряжения с последующим динамическим восстановлением питания в пределах номинального значения. Пример осцилограммы падения напряжения представлен ниже.

Осцилограмма провала напряжения

Основные признаки, причины неисправностей электродвигателя, и способы их устранения

Чаще всего причиной появления неисправностей есть несоблюдение условий эксплуатации двигателя. Потому первое, что нужно сделать перед запуском – ознакомиться с рекомендованными условиями применения двигателя в его паспорте.

Иными причинами нарушения работы двигателя могут быть некорректные условия его транспортировки, или монтажа на место применения. К примеру, толчки или удары с большой силой и резкостью, вибрации вполне могут повредить элементы двигателя.

Еще одной причиной нарушения работы двигателя из тех, которые передуют его запуску, может быть ненадлежащее хранение, в среде с повышенной температурой, большим количеством влаги, сырости. Ведь довольно часто встречаются случаи, когда двигатель, к примеру, хранится без защиты на открытой местности. В результате поверхность внутренних элементов двигателя отсыревают и покрываются слоем ржавчины, а узнаем мы об этом уже после запуска двигателя, или в какое-то время в процессе его работы.

Обычно о наличии неполадок пользователь узнает по таким признакам, как сторонний шум, нагрев корпуса двигателя, отсутствие вращения вала или неправильная скорость вращения.

Тип и проявление неисправности

Отсутствие вращение или слабая скорость вращения двигателя после его запуска, без сторонних шумов

Внутренние неполадки, как механические, так и электрические. Отсутствует напряжение на входных клеммах, либо напряжение недостаточное. Причиной у двигателя с фазным ротором может быть высокое сопротивление, что приводит к увеличенному скольжению и снижению скорости вращения

Следует проверить линию питания – она может быть повреждена. Стоит устранить повреждение, и обеспечить подачу питания с нормальным напряжением. Чтобы устранить высокое сопротивление, нужно проверить и исправить щеточные контакты ротора, контакты в пусковом реостате, соединения обмотки с контактными кольцами. Возможно, потребуется увеличить сечение кабелей между кольцами и пусковым реостатом

Отсутствие вращение ротора после запуска, при этом двигатель нагревается и слышно сильное гудение

Нарушена работа вращательных механизмов, вала. Вероятно, есть сколы в подшипнике. Также есть вероятность, что при попытке вращения ротор задевает статор.

Возможна причина не в двигателе, а в заклинивании вала самого рабочего механизма, который присоединен к двигателю

Проверку можно выполнить, отсоединив вал двигателя от вала рабочего механизма, и запустив двигатель «в холостую». Если при этом вал двигателя не вращается – нужно провести его детальный осмотр с последующим ремонтом

В процессе работы двигатель остановился

Либо пропала подача напряжения питания либо сработала система электрозащиты двигателя

Следует проверить линию питания, и проверить ее на наличие повреждений. Также нужно проверить состояние защиты, и выяснить, есть ли причина для ее срабатывания (основные причины – перегрузка двигателя, перепад напряжения в сети). После устранения причины срабатывания защиты включить двигатель для продолжения работы

Отсутствует требуемая частота вращения вала двигателя, при этом он сильно перегревается

Перегрузка двигателя или выход подшипника вала из строя

Устранить причину перегрузки, или заменить подшипник, если это необходимо

Сильный перегрев двигателя

Имеет место перегрузка двигателя. Также может быть понижено или повышено напряжение сети электропитания. Кроме того, на температуру работы двигателя влияет и температура окружающего пространства (если она высока) и состояние вентиляции (могут быть засорены каналы вентиляции, или загрязнена поверхность двигателя так, что воздух не попадает в его решетки)

Если есть перегрузка – следует устранить ее. Также уместно измерить напряжение, выяснить и устранить причину его отклонения от номинальных параметров. Обеспечить охлаждение двигателя, или нормализировать температуру воздуха в помещении. Произвести очистку вентилятора и вентиляционных каналов в помещении, а также удалить загрязнения с поверхности двигателя

Сильное гудение и появление дыма в процессе работы двигателя

Замыкание витков катушек обмотки статора или короткое замыкание одной фазы

Выполнить ремонт двигателя

Сильная вибрация двигателя в процессе его работы

Нарушена балансировка вентиляторного колеса двигателя или другого элемента, который установлен на валу двигателя

Выполнить осмотр элементов, и устранить отсутствие баланса

Шум подшипника с его перегревом

Загрязнен сам подшипник и его смазка. Также подшипник может быть изношен. Есть вероятность нарушения центровки валов двигателя и рабочего механизма, который приводит в действие двигатель

Очистить подшипник от смазки, промыть и смазать заново. При необходимости произвести замену подшипника и произвести центровку валов двигателя и рабочего механизма

Не срабатывает кнопка отключение двигателя (двигатель не отключается от сети при ее нажатии)

«залипание» контактов магнитного пускателя

Произвести отключение двигателя автоматическим выключателем, а после заменить магнитный пускатель

Неустойчивая работа двигателя при включении его в сеть

Неустойчивое соединение силовых контактов магнитного пускателя

Необходима замена магнитного пускателя

Лапы двигателя в местах их присоединения к корпусу разрушены

Двигатель сильно вибрирует в процессе работы. Также могут быть несоосными валы двигателя рабочего механизма, который он запускает

Найти, какие именно элементы требуют балансировки, и выполнить балансировку. При несоосности валов разъединить их и восстановить соосность

Разрушены резьбовые гнезда в корпусе для крепления щитов подшипников

Слишком сильная вибрация двигателя в процессе его работы, или может быть разрушен подшипник

Найти и устранить причины вибрации, при необходимости – заменить подшипник

Ослаблено крепление подшипника в щите

Слишком увеличена радиальная нагрузка на выходной конец вала двигателя. Это приводит к износу места в щите, где посажен подшипник. Также причиной может быть слишком высокая вибрация двигателя в процессе работы

Стоит уменьшить радиальную нагрузку. Для избегания ситуации установить двигатель другого типоразмера, который будет выдерживать необходимую радиальную нагрузку. При необходимости найти и устранить причину вибрации

Сопротивление изоляции обмоток ниже требуемого

Обмотки загрязнены, или отсырели

Двигатель стоит разобрать и произвести его очистку. Также необходимо просушить обмотку

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из стенда, исследуемого двигателя, электромагнитного тормоза, тахогенератора и источника регулируемого напряжения. Принципиальная схема лабораторной установки приведена на рисунке 1.

В качестве исследуемого двигателя в работе используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Рис. 1. Принципиальная схема лабораторной установки

Электромагнитный тормоз служит для создания на валу исследуемого двигателя нагрузочного момента. Величина тормозного момента зависит от скорости вращения диска тормоза и от величины тока, проходящего по катушкам тормоза. Регулирование тока возбуждения тормозных катушек осуществляется реостатом на стенде; при этом контроль величины тока возбуждения производится по амперметру.

Величина тормозного момента определяется по указателю, пристроенному к электромагнитному тормозу.

Для измерения скорости вращения исследуемого двигателя в работе используется тахогенератор ТЭ-204. Величина скорости фиксируется по указателю скорости, установленному на стенде.

Для регулирования напряжения на зажимах исследуемого двигателя в работе применяются автотрансформаторы типа РНТ.

4. Анализ вибрации подшипниковых узлов электродвигателя.

Ниже на рис. 4 и 5 приведены спектры вибрации одного из подшипниковых узлов электродвигателя в частотных диапазонах, соответственно до 20кГц и до 500Гц. На рис 6,7 и 8 приведены спектры огибающей вибрации до частоты 500Гц с использованием разных третьоктавных фильтров для выделения высокочастотных компонент сигнала – со средними частотами 5кГц, 12,5кГц и 20 кГц.

Как видно из рис.4, вибрация подшипниковых узлов двигателя до 20 кГц насыщена большим количеством различных гармонических составляющих, большинство из которых возбуждается гармониками тока в двигателе.

Анализ низкочастотной части спектра вибрации подшипникового узла до 500 Гц, (рис.5) показывает, что искажения питающего напряжения в выпрямителе сказываются на выходном напряжении не столь сильно, как в среднечастотной области. Этот эффект является следствием введения цепей обратной связи по форме выходного напряжения инвертора, при которой снижаются низкочастотные искажения его формы. Таким образом, использование статического преобразователя данного вида сохраняет возможность оценки вида и величины дефекта подшипника по автоспектру вибрации.

Рис 4 – Спектр вибрации подшипникового узла двигателя до 20 кГц.

Рис 5 –Спектр вибрации до 500Гц, в котором указаны гармоники, кратные 50Гц и определяемые обнаруженным в подшипнике развитым дефектом — раковиной наружного кольца

При диагностике подшипников важную информацию о развивающихся дефектах дает анализ спектра огибающей высокочастотной вибрации на выходе октавного или третьоктавного фильтра, если в полосе фильтра нет сильных гармонических составляющих. В нашем случае в спектре вибрации подшипникового узла двигателя можно выбрать лишь две третьоктавные полосы, в которых величины гармонических составляющих не слишком велики. Это третьоктавные полосы со средними частотами 5 и 20кГц. В первом случае третьоктавный фильтр не захватывает область частот, кратных частоте коммутации силового тока. Во втором случае гармонические составляющие вибрации несущественно выше случайных составляющих из-за потерь гармонических составляющих электромагнитного поля на высоких частотах в активном сердечнике двигателя, с одной стороны, и ростом случайной вибрации из-за развитого дефекта подшипника, с другой стороны. Использование третьоктавного фильтра с другими частотами, например, со средней частотой 12,5кГц не позволяет обнаружить дефект из-за высокого уровня электромагнитной вибрации, вызванной искажениями напряжения на выходе преобразователя.

Рис 7. Спектр огибающей вибрации подшипника двигателя с раковиной наружного кольца после третьоктавного фильтра с частотой 5 кГц.

Рис 6. Спектр огибающей вибрации подшипника двигателя после третьоктавного фильтра с частотой 12,5 кГц.

Рис 8. Спектр огибающей вибрации подшипника двигателя после третьоктавного фильтра с частотой 20 кГц.

Иначе выглядит спектр огибающей вибрации на другом подшипнике, на котором нет развитых дефектов и сила трения существенно меньше (рис.9). На этом спектре уже проявляются составляющие с гармониками, кратными частоте напряжения в сети переменного тока, присутствие которых в спектре огибающей приводит к снижению глубины модуляции вибрации сил трения, т.е. к занижению реальной величины дефекта до тех пор, пока он не приведет к заметнтому ухудшению состояния смазки.

Рис. 9 — Спектр огибающей вибрации подшипника двигателя с противоположной стороны после третьоктавного фильтра с частотой 20 кГц.

Еще один довод не в пользу диагностики подшипников электродвигателя при питании от статического преобразователя такой конструкции – обнаружение дефектов смазки подшипника. Эти дефекты хорошо проявляют себя в ультразвуковой вибрации (выше 15кГц), в которой при дефектах растет и среднеквадратичное, и пиковое значения. При питании двигателя от статического преобразователя рост среднего значения вибрации на ультразвуковых частотах вполне может быть следствием ухудшения формы питающего напряжения.

Искажения формы напряжения на выходе статического преобразователя ухудшают возможности вибродиагностики собственно электродвигателя и мало влияют на вибрацию механизма, который этот двигатель приводит во вращение. Так, для примера на рис 10 приведен спектр вибрации буксы колесной пары, в котором вибрация электромагнитного происхождения, предаваемая от двигателя, минимальна.

Рис 10. Спектр вибрации буксы до 20кГц

Показатели качества электроэнергии

Качество электроэнергии определяется такими показателями как: колебание напряжения, его частота, синусоидальность и симметрия. Пределы значений прописаны в ГОСТ и их соблюдение является гарантией нормальной работы электроприёмников.

Тепловой режим также сказывается на долговечности и надёжности электрооборудования во время работы. Например, допустимые показатели отклонения напряжения зависят от нагрузок двигателя. В случае низкого напряжения возможен перегрев изоляции, что приведёт к выходу устройства из строя.

Отклонение напряжения

Отклонения напряжения влияют на тепловое состояние нагретых узлов, прочность изоляции и коммутационный аппарат в целом. Превышение данного показателя вызовет ускоренный износ деталей по причине роста нагрузок.

Существует два режима допустимых отклонений напряжения:

• нормальный режим – отклонение +5%;
• предельный режим – отклонение +10%.

Напряжение должно восстанавливаться не более, чем за 2 минуты.

Несинусоидальность кривой напряжения

На надёжность оборудования влияют и синусоидальные режимы. При работе в сети мощных нелинейных элементов, таких как преобразовательные и выпрямительные установки, дуговые печи для сварки происходит искажение кривых напряжения и тока. Это вызывает в системе электроснабжения дополнительные потери энергии, сокращает срок службы трансформаторов, электродвигателей, косинусных конденсаторных батарей. Кроме того, возникают трудности в наладке сигнализации и релейной защиты.. При высоком коэффициенте несинусоидальности процесс старения изоляции существенно ускоряется, что негативно сказывается на сроке службы устройства.

Несимметрия напряжений

Несимметрия напряжений вызывается чаще всего наличием несимметричной нагрузки. Несимметрия напряжения отрицательно влияет на качество работы АД, вызывая дополнительный нагрев ротора и статора. Это в свою очередь приводит к снижению эффективности работы двигателя и ускоренному старению изоляции.

Отклонения частоты

Отклонение частоты питающего напряжения значительно влияет на режимы работы электрооборудования и ход всего технологического процесса различных производств. Снижение частоты на 1 % увеличивает потери в электрических сетях на 2 % .

Значения допустимых отклонений частоты:

• нормальный режим – отклонение ± 0,2 Гц
• максимальное значение – отклонение +0,4 Гц
• аварийный режим — отклонение +0,5 -1 Гц

3 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СОСТАВЕ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Асинхронные электродвигатели, применяемые в составе частотно-регулируемого электропривода, представлены в таблице 3.1 [3].

Таблица 3.1 — Классификация электродвигателей

Стандартный асинхронный короткозамкнутый, самовентилируемый (1 LA )

Вращательный момент двигателя в диапазоне от 3 до 8000 Н·м. Частота вращения от 750 до 3000 об/мин

Стандартный асинхронный короткозамкнутый с принудительной вентиляцией (1 PQ )

Высота оси вращения от 71 до 315 мм

Асинхронный короткозамкнутый, взрывозащищенный (1 MJ ) типа ВАО, ВАСО, ДАЛ

Напряжение 380, 3000, 3300, 6000, 6600 В. Частота вращения 1500, 3000, 3600 об/мин

Асинхронный погружной типа ПЭД, ПЭДВ, ПЭДП. ДПТВ, ПЭДУ

Рассчитан для продолжительной непрерывной работы в агрессивных условиях при высокой температуре и давлении

3.1 Дополнительные требования к стандартному асинхронному короткозамкнутому самовентилируемому электродвигателю (1 LA ) при управлении от преобразователя частоты

Стандартные асинхронные короткозамкнутые самовентилируемые электродвигатели (АД) наиболее распространены в промышленности. Это обусловлено простотой их конструкции, очень высокой надежностью в эксплуатации, стандартизацией и высоким коэффициентом полезного действия. АД позволяют вносить изменения в конструкцию для удовлетворения специальному применению и различным условиям среды. Фактически они имеют только два недостатка: большой пусковой ток (5 ¸ 7 I _ном. ) и ограниченные возможности регулирования частоты вращения.

Асинхронный двигатель общего применения сконструирован так, что оптимальная плотность электромагнитного потока у него при номинале питающего напряжения 200 В и частоте 50 Гц. Когда изменяется частота, необходимо в то же самое время и изменять напряжение питания электродвигателя. Это необходимо в случае поддержания постоянной величины скольжения. При таких условиях управление АД с изменением частоты вращения называется управлением с постоянным соотношением напряжения к частоте U / f .

Соотношение U / f — Линейное. Напряжение на двигателе растет линейно с увеличением частоты двигателя. Номинальное напряжение подается на двигатель при номинальной частоте. Линейное соотношение U / f следует использовать в электроприводах с постоянным моментом на валу (не зависящим от скорости рабочего органа).

Соотношение U / f — Квадратичное. Напряжение двигателя изменяется по квадратичной зависимости по мере возрастания частоты от 0 Гц до номинальной частоты двигателя. При этом на двигатель подается номинальное напряжение при номинальной частоте. Двигатель работает с уменьшенным магнитным потоком на частотах ниже номинальной. Он имеет меньший критический момент, чем при линейном соотношении U / f , и создает меньше шума. Квадратичное соотношение U / f используется для приводов, в которых требуемый момент пропорционален квадрату скорости. Таковыми являются центробежные вентиляторы и насосы.

Частота вращения двигателя при частотном управлении может значительно отличаться от номинальной. Допустимый максимум частоты вращения для стандартных двигателей соответствует их типоразмерам и приведен в таблице 3.2.

Таблица 3.2 — Типоразмеры и максимальная допустимая частота вращения стандартных асинхронных двигателей

Типоразмер (высота оси вращения, мм)

Допустимый максимум частоты вращения, об/мин