Новости Основы Диагностика Средства Литература О сайте

Оценка степени деградации ротора серводвигателя с помощью Фурье-анализа сигнала тока.

Авторы: John D.Kueck, Oak Ridge National Laboratories, James C. Criscoe, Carolina Power & Light Co., and Nissen M. Burstein, Performance Technologies, Inc. Большое количество проблем, вызываемых серводвигателями, работающими на атомных станциях, и высокие требования к их надежности обусловили создание нового метода диагностики, позволяющего дистанционно, из операторской, определять степень деградации ротора.

Перевод с англ. И.Р.Шейняка, под ред. В.А. Смирнова, к.т.н.

        Проблемы, связанные с серводвигателями, в состав которых входят магниевые роторы, заключались в гальванической коррозии в зонах контакта проводящих колец и магнитных сердечников ротора, содержащих сплав магния, а также в оплавлении магния в результате воздействия тока в процессе торможения ротора, когда время торможения превышало предписанное изготовителем.
        Простые испытания двигателя на скорость срабатывания исполнительного устройства при нулевом разностном давлении на задвижке оказались неэффективными с точки зрения определения степени деградации двигателя. Имели место случаи, когда кольцо полностью выплавлялось из ротора, даже при нулевом разностном давлении, в то время как двигатель все еще продолжал перемещать задвижку в заданных временных интервалах.
        Метод, обычно применяемый для оценки состояния магниевых роторов, основан на использовании бороскопов, позволяющих исследовать внутреннюю часть двигателя и визуально контролировать проводящее кольцо на наличие трещин, обесцвечивания или появления частиц гидроокиси магния, т.е. признаков, указывающих на процесс гальванической коррозии. Однако использование бороскопа связано с некоторыми трудностями. Эти трудности обусловлены тем, что задвижки находятся в радиоактивной зоне и имеют высокий уровень радиации, а также тем, что в двигателе должен быть зазор между корпусом и ротором.

        Альтернативный метод диагностики двигателя, разработанный с участием Oak Ridge National Laboritories, основан на представлении электродвигателя как некоторого преобразователя В случае разрушений пластин ротора, в воздушном зазоре между корпусом и ротором появляются периодические магнитные потоки, наводящие гармонические колебания в сигнале тока двигателя [6]. С помощью Фурье-преобразования сигнал тока может быть преобразован в спектр, после чего можно измерить амплитуды всех составляющих вибрации, связанных с нарушениями как электродвигателя, так и приводимого оборудования.
        Основным достоинством данного метода диагностирования является то, что он позволяет проводить измерния дистанци-онно. Сигнал тока может быть измерен и обработан с помощью компьютера в операторской, в дали от радиоактивной зоны.

        Целью испытаний являлось определение того, сколько пластин ротора должно быть разрушено прежде чем выходной момент двигателя в процессе торможения упадет ниже установленного номинального значения, а также оценка, можно ли с помощью Фурье-анализа сигнала тока достоверно определять ситуацию, когда повреждение двигателя достигнет такой стадии, когда момент заторможенного ротора упадет до задан-ного номинального значения. По результатам анализа спектров требовалось также построить правила оценки степени деградации, для того, чтобы использовать их для контроля состояния серводвигателей аналогичной конструкции.
        Проведенные исследования можно считать успешными, т.к. Фурье-анализ позволил выявить наличие повреждения двигателя при разрушении уже 4-х пластин, при этом момент двигателя упал ниже установленного номинального значения. После того как еще несколько пластин вышли из строя, анализ указал на прогрессирующий характер повреждения.

Повреждения серводвигателей

        Большие размеры электроприводных задвижек требуют применения двигателей, создающих относительно высокий крутящий момент и имеющих, при этом минимальную инерционность ротора. Для изготовления пластин роторов и проводящих колец таких двигателей часто используют магниевые сплавы, обладающие высоким сопротивлением и малой массой.
        К сожалению, эксплуатация подобного двигателя постоянно сопровождается возникновением повреждений [1]. Электродный потенциал между магнием и железом составляет 1,9 вольт. Такого напряжения вполне достаточно, чтобы вызвать гальваническую коррозию механизма. Было известно, что интенсивная коррозия магниевого проводящего кольца вызывает его отслаивание от ротора при нормальных внешних условиях работы.
        Кроме того, сплав начинает плавиться уже при температуре 460°С, а при температуре 593° С полностью переходит в жидкое состояние. Такие температуры появляются под действием тока в процессе торможения ротора за 15-20 секунд.

        Использование этих двигателей связано с вопросами безопасности, поэтому необходимо было разработать методы контроля роторов на наличие коррозии или оплавления. В торцевой крышке конуса двигателя имеется Т-образное отверстие или заглушка для трубы, поэтому для оценки состояния двигателя обычно применяют бороскоп. Он используется для проверки наличия белого налета на поверхности проводящего кольца, капель магния, осевших где-нибудь на поверхности, наличие трещин или потемнений проводящего кольца. Каждый из этих признаков свидетельствует о неработоспособности двигателя. Трудности такой проверки связаны не только с радиацией или необходимостью иметь зазор в двигателе, но также и с большой вероятностью ошибочных отбраковок, т.е. признания двигателя неработоспособным, в то время как он в действительности находится в норме. Мы отметили, что когда в проводящем кольце появляется трещина, она распространяется в одном направлении, что приводит к последовательному размыканию соседних пластин ротора.

        Высокие уровни крутящего момента, производимые серводвигателем, достигаются повышением плотности электромагнитного потока в двигателе, либо специальной конструкцией ротора, либо сочетанием этих двух факторов [2]. Разомкнутость пластины ротора приводит к повышению его сопротивления, понижению тока при торможении ротора и понижению выходного момента. Интересно отметить, что, поскольку двигатели сконструированы таким образом, что управление плотностью электромагнитного потока осуществляется в условиях насыщения. В начале размыкания пластин ротора ток в процессе торможения понижается, а заметного понижения момента при этом не наблюдается. Это явление обсуждается в дальнейшем при рассмотрении результатов испытаний.

        Момент ротора при торможении - ключевой параметр двигателя, обычно определяющий возможность его применения в тех или иных задачах [3]. Если крутящий момент двигателя понижается вследствие коррозии или оплавления пластин ротора, он может оказаться недостаточным для выполнения двигателем своих функций в данных конкретных условиях.

Испытательный стенд

        С учетом важности задачи поддержания электроприводных задвижек атомной станции в работоспособном состоянии, особое значение приобретает правильная оценка состояния приводящих двигателей. Для определения их состояния было разработано несколько методов и систем диагностирования, в которых измерялся или крутящий момент исполнительного устройства или выходное давление, передаваемое на задвижку исполнительным устройством. Применение данных систем и методов предполагало испытание исполнительного устройства и задвижки как единого целого и требовало их совместного монтажа до начала испытаний.

        При таком подходе иногда было трудно распознать, связаны ли обнаруженные проблемы с исполнительным устройством, или с задвижкой. Кроме того, любая регулировка крутящего момента исполнительного устройства должна была осуществляться на месте его установки.
        Для того, чтобы более правильно оценить состояние исполнительного устройства и осуществить начальную регулировку момента в более подходящих условиях, необходим стенд для испытаний исполнительного устройства на крутящий момент.

        Для этих целей был изготовлен испытательный стенд для исполнительного устройства Limitorque SMB, позволяющий проводить испытания в условиях мастерской, прикладывая различную нагрузку и измеряя крутящий момент. Испытательный стенд был изготовлен по образцу установки для привода исполнительного устройства, изготавливаемой в заводских условиях. Он предусматривал крепление исполнительного устройства, питание двигателя переменным или постоянным током, а также подачу управляющего напряжения на регулятор момента и конечные выключатели. Исполнительное устройство соединялось с валом двигателя посредством специально изготовленной муфты.

        На валу были установлены два тензодатчика с диапазонами измерения 0-82,8 кгм и 0-828,4 кгм. Тензодатчики соединялись с помощью скользящего кольца с цифровым индикатором, позволяющим считывать значения момента. Конец вала, противоположный тому, к которому подсоединялось исполнительное устройство, был соединен с пневматическим дисковым тормозом, позволяющим оператору изменять сопротивление приводного вала. Значение момента, развиваемое исполнительным устройством при вращении вала, отображалось непосредственно на цифровом дисплее. Эта информация использовалась для настройки начального значения крутящего момента, обеспечивающего привод задвижки, перед установкой исполнительного устройства на задвижку.

Анализ сигнала тока двигателя

        Анализ сигнала тока двигателя, как средство определения влияния эффектов старения и износа широкого круга машин с приводом от электродвигателя, рассматривался в работах [3, 4, 5, 6].

        Характерные признаки, получаемые как в частотной, так и во временной областях, позволяли идентифицировать раннюю стадию. деградации оборудования. Если ротор имеет разрушенные пластины, периодические электромагнитные потоки, действующие в воздушном зазоре, приводят к появлению гармонических составляющих в сигнале тока двигателя. Использование анализа сигнала тока двигателя для обнаружения разрушенных пластин ротора традиционно связывается с преобразованием сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) [4].

        Характерный спектр приведен на рис.1, где выделяется пик на частоте питания сети 60 Гц и боковые полосы вокруг него. Боковые полосы являются следствием модуляции колебаний на основной частоте тока частотой скольжения ротора [5]. Уровень боковых полос зависит от числа разрушенных пластин ротора.

Рис. 1. БПФ сигнала тока в цепи питания двигателя (одна пластина разрушена, полная нагрузка)

        Этот метод получил развитие [3], которое заключалось в использовании устройств демодуляции, фильтрации и усиления для удаления из сигнала тока частоты питающей сети 60 Гц и ее гармоник.

Рис. 2. Функциональная блок-схема системы предварительного преобразования сигнала.

        Цепь предварительного преобразования сигнала содержит два активных элемента (рис2) и позволяет преобразовать входной сигнал, исходя из того, что амплитуда переменного тока должна быть усилена в 1000 раз, а преобразованние в напряжение с помощью датчика Холла сигнала постоянного тока в напряжение должно осуществляться с коэффиентом 1В на 100А. Эти преобразования обеспечивают:
        а) согласование импедансов (шунтирование) для преобразования входного сигнала тока в сигнал напряжения, над которым легче осуществлять дальнейшие преобразования;
        б) усиление, необходимое для согласования с динамическим диапазоном цепи;
        в) получение низкого импеданса на выходе для для последующей обработки на осциллографе или спектр-анализаторе;
        г) вычисление истинного среднего квадратического значения (СКЗ) полного сигнала тока (постоянной и переменной 60-ти герцовой составляющей), используя соответстветствующее время усреднения;
        д) вычисление СКЗ (с малой постоянной времени) отфильтрованного полосовым фильтром сигнала переменной составляющей тока, для выделения огибающей сигнала тока в полосе частот в районе 60 Гц, несущей информацию о состоянии ротора.

        Первые три функции выполняются операционным усилителем с низким входным током питания. Последние две функции выполняются с помощью схемы, состоящей из детектора, который преобразует истинное СКЗ сигнала в постоянный ток (сигнал низкой частоты).

Рис. 3. Общий выходной сигнал (дефекты не внесены, полная нагрузка)

        На рис.3 представлен преобразованный сигнал в виде осциллограммы, отфильтро-ванной фильтром низших частот с полосой 4-7 Гц. для устранения высокочастотного шума и получения истинного значения постоянного тока.

        Использование рассмотренного метода позволяет наблюдать все стадии переход-ных процессов и их, продолжительность (начиная с начальной, включая стадию перемещения задвижки).

        Огибающая тока, полученная с помощью преобразований, отображенных в нижней ветви обработки сигнала на рис.2, может быть проанализирована с помощью стандартного оборудования для спектрального анализа. Частотный спектр такого сигнала приведен на рис.4.

        Основной пик в спектре сигнала соответствует частоте скольжения ротора двигателя. Эта частота определяется как разность между частотой возбуждения двигателя и действительной частотой вращения ротора, умноженная на число полюсов двигателя. Важность измерений частоты скольжения станет очевидной при рассмотрении результатов испытаний. В спектре также видны: составляющая на частоте вращения ротора и составляющая на частоте зацепления червячной передачи (WGTM) с ее боковыми полосами с частотами, кратными частоте вращения червяка.

Рис. 4. БПФ сигнала после предварительного преобразования (2 пластины разрушены, полная нагрузка)

        Критерии оценки целостности пластин ротора

        Рассмотрены следующие четыре критерия. При этом использовались спектры как "чистого" сигнала тока двигателя, так и "преобразованного" сигнала, подвергшегося предварительной обработке.

        1. Определялась частота скольжения ротора как разность значений частот вращения и возбуждения двигателя, умноженная на число полюсов (рис.4). При частотах вращения и скольжения, соответственно равных 30 и 28,9 Гц, и количестве полюсов- 4, частота скольжения ротора равна 4,4 Гц. Далее определялись амплитуды составляющей на этой частоте и ее гармоник и оценивался их относительный вклад в общую энергию рассматриваемого спектра сигнала. В обычных условиях, когда ротор не поврежден, составляющая частоты скольжения дает вклад менее 25 % общей энергии спектра. По мере деградации ротора, когда в роторе присутствует уже несколько трещин или разрушено несколько пластин, этот вклад возрастает до более 50 %. В примере, изображенном на рис. 4, амплитуда составляющей частоты скольжения равна 0,05, разделенная на общую энергию сигнала, 0,0976, она составит 51 % - это указывает на повреждение нескольких пластин.

        2. В неповрежденном роторе гармоники частоты скольжения ротора должны отсутствовать. При начинающейся дегра-дации ротора этих гармоник может быть несколько и они проявляются в спектре. В это же время появляются боковые полосы вокруг частоты вращения ротора, отстоящие на частоту скольжения и частоты ей кратные (см. рис.5, где 1-я гармоника отчетливо видна, а 2-я только что начала проявляться, что указывает на разрушение нескольких пластин).

Рис. 5. БПФ сигнала после предварительного преобразования (4 пластины разрушены, полная нагрузка)

        3. Для дальнейшего подтверждения разрушения ротора спектр "чистого" сигнала исследовался на наличие боковых полос с частотой скольжения, а также оценивался их уровень относительно основного пика сигнала.
        Для двигателя в хорошем состоянии эти боковые полосы обычно на 50-60 дБ ниже амплитуды основного пика на частоте сети. С ухудшением состояния ротора разница между пиками уменьшается. С уверенностью можно говорить о повреждении пластин ротора, когда эта разность будет менее 45 дБ. Для оценки числа разрушенных пластин вычисляется отношение амплитуд пиков боковых полос к основному пику. Спектр на рис.1, где разность меньше 40 дБ, указывает на наличие нескольких разрушенных пластин.

        4. В то время как амплитуда пика на частоте скольжения возрастает, остальные ключевые составляющие, например на частоте WGTM, начинают понижаться. Это происходит не по причине уменьшения механических нагрузок на червячную передачу или другие передаточные звенья, а в результате повышения электрической нагрузки на двигатель вследствие повреждения ротора. На рис.5 можно увидеть, что составляющая на частоте WGTM (11,4 Гц), полностью скрыта 2-й гармоникой частоты скольжения. Отметим также боковые полосы частоты скольжения выше и ниже частоты вращения ротора, соответственно равные 34,4 и 22,8 Гц.

Задачи испытаний и методика их проведения

      Задачи:
        а) оценить возможность применения Фурье-анализа сигнала тока для дистанционного контроля степени деградации серводвигателя;
        б) получить информацию о числе пластин ротора, которые должны быть разомкнуты, прежде чем момент заторможенного ротора упадет до установленного предельного значения, а также понижение силы тока заторможенного ротора, вызываемое этим повреждением;
        в) получить данные для анализа в соответствии с четырьмя изложенными выше критериями оценки целостности пластин ротора для различных состояний ротора: от нормального до критического.

        Методика:
        Для проведения испытаний исполни-тельное устройство, имеющее нормальное состояние, было установлено на стенде. испытания проводились при затормо-женном роторе и при нормальном ходе с одновременным контролем тока двигателя с помощью системы анализа.

        Однако, вследствие слишком большого передаточного числа данного исполнительного устройства, момент, создаваемый им при торможении ротора, превышает максимально допустимое значение. Поэтому испытания при заторможенном роторе проводились на двигателе, отсоединенном от исполнительного устройства.

        После каждого пуска (с заторможенным ротором и полным ходом исполнительного устройства) двигатель разбирался и размыкалась одна из пластин ротора. При этом последовательно размыкались соседние пластины, так как именно это характерно для поврежденного двигателя, в котором единственная трещина распространяется по окружности вдоль проводящего кольца.

        Стенд, на который был установлен двигатель, обеспечивал нагрузки на двигатель, аналогичные нормальным условиям его работы, а также позволял управлять нагрузкой, передаваемой исполнительным устройством, для перемещения задвижки. Двигатель рассматривался как неисправный, когда момент заторможенного ротора падал до или ниже установленного номинального значения.

        Для получения предварительных сведений, прежде чем в двигатель будут внесены те или иные повреждения, двигатель шунтировался и проводились измерения момента в режиме заторможенного ротора. После этого двигатель был установлен на исполнительное устройство и работал в режиме номинального тока, пока исполнительное устройство осуществляло передвижение задвижки между положениями "открыто" и "закрыто". Сначала во время испытаний время рабочего хода было установлено 10 секунд, затем 30 секунд. Время хода 10 с было выбрано потому, что оно соответствует режиму самых быстрых перемещений задвижки, а 30 с - потому что с увеличением времени рабочего хода значительно улучшается разрешение спектра по частоте. Необходимо было оценить насколько существенно такое улучшение.
        После завершения испытаний со свободным ходом исполнительного устройства двигатель был разобран, ротор вынут, и одна пластина в нем была разомкнута. Последняя операция осуществлялась посредством высверливания пластины. После размыкания ротора испытания в режимах заторможенного ротора и свободного хода повторялись вновь. Последний режим наблюдался с помощью аппаратуры анализа сигнала тока.
        Затем двигатель снова разбирался и размыкалась другая пластина; этот процесс продолжался до тех пор, пока выходной момент заторможенного ротора не падал до 8,28 кгм, что составляло установленное номинальное значение. Затем значения выходного момента сопоставлялись с результатами анализа для каждого из состояний ротора, для того чтобы выявить зависимость между состоянием двигателя, определенным по результатам анализа, и реальным выходным моментом. По результатам измерений строились графики зависимости силы тока и выходного момента при заторможенном роторе от числа поврежденных пластин, для того, чтобы оценить возможность прогнозирования уменьше-ния силы тока при размыкании ротора. Поскольку каждое из испытаний проводилось в условиях, когда сила тока была близка к номинальному значению, скольжение ротора двигателя также имело номинальные значения.

        В конце испытаний было решено, что желательно провести еще два испытательных пуска двигателя в режиме с малой нагрузкой или малым скольжением ротора, чтобы убедиться в эффективности диагностических методов. Такое пожела-ние возникло потому, что исполнительные устройства, работающие в нормальных условиях при нулевом разностном давле-нии, могут управлять задвижкой, которая производит очень маленькую нагрузку. Такие два пуска были осуществлены при нагрузках на вал в 13,8 кгм и 27,61 кгм и сопровождались уменьшением тока двигателя и уменьшением скольжения (предыдущие испытания проводились при нагрузке около 110,5 кгм).

Конфигурация испытуемой установки

      Исполнительное устройство
        Исполнительное устройство, использованное в ходе испытаний, представляло собой модель Limitorque Model SMB Size 2 с общим передаточным числом 212,5:1. Это передаточное число обеспечивалось использованием передачи, в которой 20-ти зубая шестерня находилась в сопряжении с 50-ти зубым червяком с отношением червячной передачи 85:1. Исполнительное устройство представляло собой узел, который перед этим был выведен из эксплуатации и использовался после этого в учебных целях. Перед испытаниями узел был разобран и проверен, после чего было вынесено заключение, о том что узел находится в нормальном состоянии. Его снова разобрали и смазали в соответствии с рекомендациями изготовителя смазкой Exxon Nebula EP-1.

        Двигатель
        Для испытаний использовался двигатель с номинальным крутящим моментом 8,28 кгм, изготовленный компанией Reliance Electric. Информация на фирменной табличке двигателя указывала:
        Момент при пуске - 8,28 кгм, в рабочем режиме - 1,66 кгм;
        Мощность - 3,9 л.с.;
        Рама - 184 R 2;
        Рабочий режим - 15 мин, 3-х фазный;
        Скорость вращения - 1720 об/мин;
        Напряжение - 230/460 В
        Частота сети - 60 Гц;
        Сила тока - 12,2/6,1 А
        Идентификационный номер - Y227636418.

        Перед началом испытаний двигатель был разобран и подвергнут визуальному контролю, в ходе которого исследовались возможное наличие трещин и капель магния на поверхности проводящего кольца, участков потемнения светло-зеленой поверхности кольца, а также налета между кольцом и первым перфорированным отверстием.
        В результате визуального контроля и проверки электрического сопротивления обмоток и изоляции было определено, что двигатель находился в удовлетворительном состоянии, позволяющем использовать его в испытаниях.

        Перед началом испытаний был осуществлен пуск двигателя с целью проверки, обеспечивает ли он заявленный пусковой момент 8,28 кг м. Для этого двигатель был отсоединен от исполнительного устройства, и к его выходному валу с помощью специально изготовленного переходного устройства был прикреплен ключ с калиброванными моментами затяжки.

        После этого двигатель и закрепленный ключ были установлены в зажимное приспособление, сконструированное для опоры двигателя и удержания рукоятки ключа. Затем на двигатель было подано номинальное напряжение, а соответствующий момент в режиме заторможенного ротора определялся с помощью ключа с фиксированным моментом затяжки. Ток двигателя и напряжение также контролировались в ходе испытаний с заторможенным ротором.

        Первое испытание с заторможенным ротором проводилось до размыкания пластин ротора, и результат показал, что двигатель был способен производить момент выше номинального. Во время этого первого испытания выходной момент был равен 11,05 кгм при напряжении 498В и токе заторможенного ротора 62 А.

Результаты испытаний (ток и момент при разомкнутых пластинах ротора)

        Фирменная табличка двигателя указывала номинальный момент 8,28 кгм. Поскольку напряжение было равно 495 В, а табличка указывала напряжение 460 В, следовало ожидать, что реальный момент заторможенного ротора окажется выше номинального на коэффициент, равный квадрату отношения напряжений [2]. Это давало значение выходного момента 9,6кгм. Реально же двигатель производил момент 11,05 кгм до начала внесения повреждений. Этот момент сохранялся даже тогда, когда были разомкнуты три пластины. График зависимости момента и тока двигателя в режиме заторможенного ротора от числа разомкнутых пластин приведен на рис.6. После размыкания четвертой пластины момент упал до номинального значения 8,28 кгм.

Рис.6. Зависимость момента и тока заторможенного ротора от числа разомкнутых пластин.

        Этот интересный результат можно объяснить тем, что в случае серводвигателя ток нагрузки не оказывает значительного влияния на общую силу тока. Как говорится в работе [2]- общий ток равен векторной сумме тока намагничивания (реактивная составляющая) и тока нагрузки (преимущественно резистивная составляющая). В случае серводвигателя ток намагничивания будет преобладать вследствие высоких значений плотности потока (или насыщения), которые требуются двигателю для получения высокого отношения выходного момента к массе ротора. Когда пластины ротора размыкались, это, конечно, оказывало влияние на общий ток, как следует из рис.6. Ток нагрузки же, для того, чтобы момент оставался постоянным, также должен был оставаться постоянным. Уменьшение общего тока, показанное на рис.6, должно в первую очередь объясняться уменьшением тока намагничивания, так как пластины ротора становились разомкнутыми. Когда же была разомкнута четвертая пластина, плотность потока, вероятно, упала ниже уровня насыщения, так как ток намагничивания упал ниже перелома кривой намагничивания. Поэтому уменьшение плотности потока привело к уменьшению выходного момента. Тот факт, что двигатель производил момент 11,05 кгм, в то время как номинальное значение составляло 8,28 кгм, а скорректированное - 9,6 кгм, объясняется, вероятно, тем, что двигатель был изготовлен с большим запасом по номинальным параметрам.

Частотный анализ

        Для определения чувствительности системы анализа были получены результаты для разных продолжительностей хода исполнительного устройства - 10, 20 и 30 с. Период в 10 с также рассматривался как минимальное время хода исполнительного устройства в реальных условиях эксплуатации. Все результаты, обсуждаемые в настоящем разделе, получены для периода 10 с, который обеспечивает частотное разрешение 0,1 Гц, что представляется адекватным задаче обнаружения и определения степени деградации ротора.

        Заслуживают внимания следующие наблюдения над изменениями характеристик.

        Временная форма сигнала
        1. Состояние ротора не оказывает ощутимого влияния на пусковой ток двигателя.
     2. Среднее значение силы тока повышается с ухудшением состояния ротора, что выглядит как повышение механической нагрузки на двигатель, в то время как эта нагрузка остается постоянной.
     3. Среднее значение силы тока можно использовать для контроля за изменением состояния ротора, когда известно, что нагрузка на двигатель остается неизменной.
     4. В сигнале появляются колебания на частоте скольжения ротора при повышении электрической нагрузки, что связано с деградацией ротора.

        Спектральный анализ отфильтрованного сигнала
        1. Для ротора в нормальном состоянии составляющая на частоте скольжения дает малый вклад в общую энергию колебаний.
        2. Частота скольжения позволяет точно определить истинную частоту вращения ротора.
     3. Энергия колебаний на частоте скольжения ротора резко увеличивается по мере деградации ротора с 15-20 % для неповрежденного ротора до свыше 90 % при наличии сильных повреждений.
        4. По мере деградации ротора появляются гармоники частоты скольжения.
        5. По мере деградации ротора вокруг частоты вращения появляются боковые полосы, отстоящие на частоту скольжения.
        6. При повышении механической нагрузки доминирующей становится составляющая на частоте WGTM, которая, однако, падает, как только возрастает электрическая нагрузка (скольжение) при деградации ротора.
    7. По мере деградации ротора и росте составляющей на частоте скольжения падает амплитуда составляющей на частоте вращения червяка.
        8. В спектре легко наблюдать составляющую частоты вращения ротора двигателя.

        Спектральный анализ "чистого" сигнала
        1. Используется для подтверждения результатов анализа отфильтрованного сигнала.
        2. По мере деградации ротора растут боковые полосы частоты скольжения вокруг пика на частоте питания сети.
        3. По мере деградации ротора разница между амплитудами боковых полос частоты скольжения и пиком на частоте питания уменьшается от 50-60 дБ до менее 45 дБ.
        4. В случае сильных повреждений ротора вокруг основного пика на сетевой частоте появляются боковые полосы, отстоящие на частоты, кратные частоте скольжения.

Литература


1. J.D.Kueck, "An Investigation of Magnesium Rotors in Motor Operated Valve Actuators", IEEE Transactions on Energy Conversion, March 1988, Vol 3, №1.

2. R.V.Rebbapragadda (et. al.),"Design Featuresand Protection of Valve Actuator Motors in Nuclear Power Plants", IEEE Transactions on Energy Conversion, September 1990, Vol 5, № 3.

3. H.D.Haynes, "Aging and Service Wear of Electric Motor Operated Valves Used in Engineered Safety Feature Systems of Nuclear Power Plants". NUREG/CR-4234 ORNL 6170/V2 Vol. 2.

4. G.B.Kliman and J.Stein, "Inductive Motor Fault Detection Via Passive Current Monitoring - A Brief Survey," Proceedings of the 44th Meeting of the Mechanical Failures Prevention Group, Virginia Beach, VA, April 3-5, 1990.

5. J.Reason, "Pinpoint Induction - Motor Faults by Analyzing Load Current", Power Magazine, Oktober, 1987.

6. W.T.Thompson, (et. al.),"Monitoring Strategy for Discriminating Between Different Types of Rotor Defects in Induction Motors", 18th UPEC Proceedings, University of Surrey, Guildford, Surrey, UK, 1983.

 
 Ваши отзывы и предложения ждем по адресу: mail@vibration.ru Cайт поддерживается ООО «ИНКОТЕС»