Способ контроля технического состояния асинхронных электродвигателей

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Геращенко Василий Васильевич Серков Александр Владимирович Ясюкович Эдвард Игнатьевич Башаримова Валентина Николаевна(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) Способ контроля технического состояния асинхронных электродвигателей путем сравнения измеряемой в процессе работы электродвигателя, приводящего в движение механизм с периодически пульсирующей нагрузкой, амплитуды переменной составляющей частоты вращения вала электродвигателя с ее нормативным значением, отличающийся тем, что нормативное значение амплитуды переменной составляющей частоты вращения определяют путем вычисления с учетом непрерывно измеряемых в процессе работы электродвигателя амплитуды переменной составляющей момента пульсирующей нагрузки,напряжения каждой фазы питающей сети, частоты питающей сети и частоты пульсаций нагрузки.(56) Геращенко В.В. и др. Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1999.11. - С. 16-17.2085961 1, 1997.2025739 1, 1994.61112976 , 1986.62032378 , 1987.61151477 , 1986.0675369 3, 1996. Изобретение относится к контролю и диагностике электрических машин и может быть использовано для контроля технического состояния, главным образом, асинхронных электродвигателей, приводящих механизмы с периодически пульсирующей нагрузкой, в рабочем режиме. Известно устройство для контроля электрических машин, содержащее нагружатель,привод, датчик оборотов, измеритель момента, выполненный в виде сельсин-трансформатора, ротор которого снабжен противовесом и связан с нагружателем, а статор снабжен противовесом и установлен с возможностью поворота вокруг оси ротора, и блок вторичных приборов, в качестве нагружателя и привода использован индуктор с немагнитным полым цилиндрическим ротором, закрепленным на валу контролируемой машины с возможностью соосной стыковки со статором индуктора, который закреплен на одном валу с ротором сельсин-трансформатора и снабжен электромагнитным тормозом 1. Недостатком данного устройства является невозможность его применения для контроля технического состояния асинхронных двигателей в процессе работы, что не позволяет своевременно определять наличие развивающихся дефектов. Известен способ для контроля технического состояния асинхронных электродвигателей,заключающийся в том, что электродвигатель нагружают периодически пульсирующим моментом с заданными амплитудой и частотой, измеряют амплитуду переменной составляющей частоты вращения вала, сравнивая ее с нормативным значением, соответствующем исправному, делают вывод о его состоянии 2. Недостатком известного способа, принятого за прототип, является низкая вероятность правильности контроля технического состояния асинхронных двигателей в процессе работы. Это обусловлено тем, что в процессе работы электродвигателя, приводящего в движение механизм с периодически пульсирующей нагрузкой, в реальных условиях могут изменяться параметры питающей сети (напряжение, частота), а также частота пульсаций нагрузки. Данное обстоятельство приводит к тому, что в процессе работы может меняться нормативное значение переменной составляющей частоты вращения вала, соответствующее исправному состоянию электродвигателя. Задачей изобретения является повышение вероятности правильности контроля технического состояния асинхронных электродвигателей приводов с периодически пульсирующей нагрузкой путем определения нормативного значения диагностического параметра, соответствующего реальным в данный момент режимам питающей сети и нагрузки. Сущность изобретения заключается в том, что в способе контроля технического состояния асинхронных электродвигателей путем сравнения измеряемой в процессе работы электродвигателя, приводящего в движение механизм с периодически пульсирующей нагрузкой, амплитуды переменной составляющей частоты вращения вала электродвигателя с ее нормативным значением, согласно изобретению, нормативное значение амплитуды переменной составляющей частоты вращения определяют путем вычисления с учетом непрерывно измеряемых в процессе работы электродвигателя амплитуды переменной со 2 6338 1 ставляющей момента пульсирующей нагрузки, напряжения каждой фазы питающей сети,частоты питающей сети и частоты пульсаций нагрузки. На фиг. 1 изображены статическая и динамические характеристики асинхронного электродвигателя, работающего при периодически пульсирующей нагрузки на фиг. 2 графики частоты вращения вала электродвигателя, соответствующие исправному и неисправному состоянию, при заданном значении момента нагрузки. Контроль технического состояния двигателя описывается следующими уравнениями. В процессе работы на валу асинхронного электродвигателя, приводящего в движение механизм с периодически пульсирующей нагрузкой 1(1),где М - постоянная составляющая момента нагрузки, М - амплитуда переменной составляющей момента нагрузки,- частота пульсаций момента, периодически изменяется и частота вращения вала электродвигателя 1(2)(-),где СР - постоянная составляющая частоты вращения,- амплитуда переменной составляющей частоты вращения,- фазовый сдвиг между колебаниями момента нагрузки и частоты вращения вала электродвигателя. В соответствие с формулой, приведенной в 1, соотношение между амплитудами переменных составляющих момента нагрузки и частоты вращения электродвигателя на линейном участке механической характеристики, имеет вид 221 1,2(12 ) 22 где- модуль жесткости линейного участка статической характеристики,- электромагнитная постоянная времени, Т - электромеханическая постоянная времени электродвигателя. В соответствие с формулой, приведенной в 3, с. 186, формула (4-37), электромеханическая постоянная времени(4)/,где- момент инерции системы двигатель-механизм. Модуль жесткости линейного участка статической характеристики 3, с. 155, пояснение к формуле (3-75)(5)2/(0),где М - критический момент двигателя, 0 - синхронная частота вращения двигателя,критическое скольжение. В соответствие с формулой, приведенной в 3, с. 144, формула (3-61), критический момент двигателя зависит от напряжения питающей сети(6) М(/)2,где- кратность критического момента, М - номинальный момент двигателя,- реальное фазное напряжение сети,- номинальное фазное напряжение сети. Реальное фазное напряжение питающей сети определяем как усредненное значение каждой фазы питающей сети/3,(7) где , ,- соответственно напряжения фаз А, В и С. Путем использования усредненного значения фазного напряжения учитывается возможная несимметрия питающей сети. В соответствие с формулой, приведенной в 3, . 153, пояснение к формуле (3-70),электромагнитная постоянная времени 6338 1 В соответствие с формулой, приведенной в 4, с. 231, синхронная частота вращения вала двигателя(9) 02/,где- частота питающей сети, р - число пар полюсов двигателя. В соответствие с формулой, приведенной в 3, с. 142, круговая частота сети(10) 0 ЭЛ 2. На фиг. 1 показаны статическая 1 и динамическая 2 характеристики асинхронного электродвигателя и временные диаграммы, соответствующие (1), (2), (3). Графики, соответствующие исправному и неисправному состояниям двигателя, при заданном моменте нагрузки показаны на фиг. 2. Существо предполагаемого изобретения разъясняется ниже, где приводится пример осуществления контроля. Асинхронный электродвигатель, приводящий в движение механизм с периодически пульсирующей нагрузкой, снабжается преобразователями амплитуд переменных составляющих момента нагрузки и частоты вращения, преобразователями частоты пульсаций нагрузки, напряжений каждой фазы питающей сети, частоты питающей сети, микропроцессорной системой обработки информации. Выходы всех преобразователей подключены к микропроцессорной системе обработки информации. Выход микропроцессорной системы подключен к устройству сигнализации о состоянии электродвигателя. В процессе работы электродвигателя непрерывно измеряются реальные значения амплитуды переменной составляющей частоты вращения вала, амплитуды переменной составляющей момента нагрузки, частоты пульсаций нагрузки, напряжений каждой фазы питающей сети, частоты питающей сети. Нормативное значение амплитуды переменной составляющей частоты вращения вала электродвигателя вычисляется микропроцессорной системой по формулам (3)-(10) в обратной последовательности. Вычисленное нормативное значение сравнивается с измеренной реальной амплитудой переменной составляющей частоты вращения вала электродвигателя, на основании чего делается заключение о техническом состоянии электродвигателя. Целесообразно использовать предлагаемый способ для контроля электродвигателей приводов механизмов, имеющих кривошипно-шатунный механизм (и соответственно периодически пульсирующую нагрузку), например в электроприводах станков-качалок установок нефтедобычи, поршневых компрессорах и т.п. Использование данного способа контроля асинхронного электродвигателя позволит значительно сократить производственный ущерб от внезапности отключения электродвигателя и существенно снизить затраты на ремонт, который не потребует выполнения больших объемов ремонтных работ. Источники информации 1. А.с. 922546 СССР, МПК 3013/00,013/22, 1980. 2. Геращенко В.В., Яскевич М.Я., Серков А.В. Контроль технического состояния асинхронных электродвигателей // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1999. -11. - С. 16-17. 3. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. - М. Энергия, 1979. - С. 616. 4. Токарев Б.Ф. Электрические машины. - М. Энергоатомиздат, 1990. - С. 624. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5