Схема электромотора: Схемы подключения асинхронных электродвигателей

Содержание

Типовые схемы подключения электродвигателя — 125 фото типовых схем подключения через пускатель

В настоящее время количество электрических приборов в каждом доме просто огромно. Большинство данных вещей работает при помощи помещенного в систему электродвигателя, который и запускает любой прибор. Однако при выходе из строя приборы просто выбрасываются в большинстве своем.

Мало кому известно, что даже после прекращения работы самого прибора электродвигатель, который в нем находится все еще остается рабочим. Подключив его к другому прибору вы можете получить дополнительный срок службы и пользу от двигателя.

Однако для подключения к тому или иному устройству необходимо точно знать, какая из схем электродвигателя имеет место быть, это помогут сделать фото в сети разных типов.

В данном материале мы поговорим о том, какие типовые схемы подключения электрических двигателей бывают.

Краткое содержимое статьи:

Какой двигатель подключать самостоятельно

Так как схем подключения электродвигателей очень много и большинство из них сложны для домашних мастеров, как, например, структурная схема электродвигателя, не все двигатели получится подключить дома.

Однако несколько вариантов для подключения своими руками все же имеется:

Асинхронный трехфазный двигатель, обмотка которого выполнена в виде звездочки или треугольника.
Тот же тип, но с одной фазой подключения.
И коллекторный аппарат с щеточным вариантом подключения.

Для того, чтобы подключать остальные разновидности электоромоторов потребуется специализированное оборудование. Да и знания в этой области нужны более обширные, чем есть у каждого домашнего самоделкина.

Для того, чтобы работал любой электрический прибор домашнего использования необходимо иметь однофазный двигатель. Так же подойдет и трехфазная модель, однако в любом случае он может поделиться мощностью не более 3 кВт.

Многие мастера для подключения в гаражах и мастерских данных вариантов приборов делают трехфазную сеть. Это позволяет «выжать» из мотора наибольшую мощность для работы приборов.

Но и этого хватает на получение только 5-10 кВт мощности, чего в принципе достаточно для работ.

Какие знания потребуются

В школе на уроках физики все мы изучали действие электродвигателя и его устройство. Но навряд ли по данным знаниям можно понять, как подключать его к сети. Да и школьные знания уже давно подзабыты.

Именно поэтому есть определенные правила и теоретические знания, которые необходимы будут в этом процессе. Вот, что потребуется изучить:

В первую очередь потребуется изучить всю конструкцию электродвигателей разных моделей.
Так же необходимо будет узнать, какие есть варианты схем способов подключения двигателя и для чего необходима обмотка.
Еще одно, что важно знать в таком случае — устройство вспомогательных компонентов двигателя.

Ранее все данные можно было узнать о двигателе по прикрепленной на нем табличке. Там даже указывалась схема подключения прибора.

Однако в настоящее время не на всех моделях можно отыскать даже номер и серию мотора. Таким образом, все это придется узнавать из справочника или в сети и с применением мультиметра.

Прибор укажет на наличие или отсутствие короткого замыкания по корпусу устройства.

Фото схем подключения электродвигателя

Генератор из асинхронного двигателя: схема, таблица, инструкция, как сделать своими руками + фото от мастера!
Солнечная батарея своими руками — пошаговая инструкция как изготовить и провести монтаж солнечной батареи в домашних условиях (фото и видео-инструкция)
Как подобрать солнечную электростанцию: готовые решения, принцип работы, как выбрать и установить своими руками (фото + видео-инструкция)

https://www.youtube.com/watch?v=PjZextDphQU

Вам понравилась статья? Поделитесь 😉

Схемы подключения многоскоростного трехфазного электродвигателя

Схема присоединения многоскоростного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Схема присоединения многоскоростного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Треугольник(или звезда)\\ двойная звезда —— Д/YY.

Низшая скорость — Д(треугольник(или звезда Y ): 750 об/мин

2U, 2V, 2W свободны, на 1U, 1V, 1W подается напряжение.

Высшая скорость — YY. 1500 об мин.

1U, 1V, 1W замкнуты между собой, на 2U, 2V, 2W подается напряжение

Двухскоростные двигатели имеют одну полюсопереключаемую обмотку с шестью выводными концами. Обмотка двигателей с соотношением частот вращения 1 : 2 выполняется по схеме Даландера и соединяется в треугольник Д (или в звезду Y) при низшей частоте вращения и в двойную звезду (YY) при высшей частоте вращения Схема соединения обмоток показана на рисунке.

Средняя скорость. 1000 об мин.

Обмотка на 1000 об мин подключается независимо от остальных своим пускателем, не участвующим в схеме Даландера.

Запуск двухскоростного двигателя с переключающимися полюсами без инверсии вращения для схемы Даландера.

Электрические характеристики элементов контроля и защиты необходимые для выполнения этого типа запуска, как минимум должны быть:

Контактор К1, для включения и выключения двигателя на маленькой скорости (PV). Мощность должна быть такой же либо превышать In двигателя в треугольном соединении и с категорией обслуживания АС3.

Контакторы К2 и К3, для включения и выключения двигателя на большой скорости (GV). Мощность этих контакторов должна быть такой же либо превышать In двигателя соединенного двойной звездой и категориеи обслуживания АС3.

Термореле F3 и F4, для защиты от перегрузок на обоих скоростях. Каждый из них будет измерять In, употребляемый двигателем на защищаемой скорости.

Предохранители F1 и F2, для защиты от К.З. должно быть типа аМ и мощностью такой же или превышающей максимальное In двигателя, в каждой из своих двух скоростей.

Предохранитель F5, для защиты цепей контроля.

Система кнопок, с простым прерывателем остановки S0 и двумя двойными прерывателями движения S1 и S2.

Перейдем к описанию в краткой форме процесса запуска, как на малой скорости, так и на большой:

а) запуск и остановка на маленькой скорости (PV).

Запуск путем нажатия на S1.

Замыкание контактора цепи К1 и запуск двигателя соединенного треугольником.

Автопитание через (К1, 13–14).

Открытие К1, которое действует как шторка для того, чтобы хотя запущен в движение S2, контакторы большой скорости К2 и К3 не были активизированы.

Остановка путем нажатия на S0.

б) запуск и остановка на большой скорости (GV).

Запуск путем нажатия на S2.

Замыкание контактора звезды К2, которое формирует звезду двигателя при коротком замыкании: U1, V1 и W1.

Замыкание контактора К3 (К2, 21–22) таким образом, что двигатель работает соединением в двойную звезду.

Автопитание через (К2, 13–14).

Открытие (К2, 21–22) и (К3, 21–22), которые действуют как шторки для того, чтобы никогда не закрывался К1 в то время, как закрыты К2 или К3.

Остановка путем нажатия на S0.

Вспомогательные контакты системы кнопок (S1 и S2, 21–22)действуют как защитные двойные шторки системы кнопок в том случае, если на оба прерывателя попытаются нажать одновременно, чтобы никакой из контакторов не активизировался и эти контакты можно было бы убрать в том случае, если есть защитные шторки механического типа между К1 и К2.

Основы анализа цепей двигателя

Существует довольно много путаницы в отношении анализа цепей двигателя. Путаница сосредоточена на двух вопросах:

Само название технологии.
На что способна эта технология.

В этой статье мы сосредоточимся на том, чтобы устранить эту путаницу, обсудив возможности технологии и ее правильное название.

Одной из основных причин путаницы в самом названии этой методологии тестирования является распространенное использование трехбуквенных аббревиатур (TLA) в индустрии мониторинга состояния. У нас есть TLA для всего: CBM (мониторинг состояния), PdM (профилактическое обслуживание), RCA (анализ основных причин), FFT (быстрое преобразование Фурье) и т. д.

Именно повсеместное распространение TLA создало эту путаницу в анализе цепей двигателя. MCA может означать две разные вещи. Анализ цепи двигателя (MCA) часто и легко путают с анализом тока двигателя (MCA), который является сокращенной версией анализа характеристик тока двигателя (MCSA). Это распространенная ошибка, которая привела к путанице вокруг второй распространенной ошибки. Для баланса этой статьи термин анализ цепи двигателя будет называться MCA.

Вторая распространенная ошибка заключается в путанице в отношении возможностей этой технологии для мониторинга состояния и тестирования. Те, кто ошибочно связал МКА с анализом сигнатуры тока двигателя, полагают, что единственным типом проводимого тестирования является ток двигателя.

Хотя часть этого верна, текущий анализ — это лишь часть общего потока тестирования, известного под общим названием MCA. Есть вторая группа людей, которые считают, что MCA относится только к измерению характеристик сопротивления цепи двигателя относительно земли.

Это убеждение также отражает неполное понимание спектра тестов, охватываемых MCA. Хотя MCA включает в себя эти вышеупомянутые методы тестирования, он также включает в себя гораздо больше.

Прежде чем идти дальше, давайте проясним конечную цель MCA. Цель MCA — убедиться в исправности двигателя. Эта оценка выполняется посредством обнаружения электрического дисбаланса в двигателе и обнаружения ухудшения изоляции.

Неуравновешенность создает блуждающие, циркулирующие токи через двигатель. Эти блуждающие токи создают чрезмерное тепло и приводят к ускоренному износу изоляции, неэффективной работе и неэффективным методам управления (в некоторых типах двигателей). Деградация изоляции приводит к сокращению срока службы двигателя и может привести к небезопасным условиям эксплуатации.

Для начала давайте разделим MCA на две основные категории. Первая категория — онлайн-тестирование, названное так потому, что тесты проводятся при работе двигателя в нормальных условиях. Вторая категория — автономное тестирование; испытания проводятся при обесточенном двигателе.

MCA онлайн можно разделить на две категории — анализ тока и анализ напряжения. Текущий анализ в первую очередь сосредоточен на вращающихся компонентах. Ослабленные или сломанные стержни ротора, треснувшие торцевые кольца, эксцентриситет ротора, несоосность и проблемы с муфтой/ремнем — вот некоторые из «серьезных» режимов отказа, обнаруженных в текущей сигнатуре.

Проблемы качества электроэнергии, такие как вредные гармоники, дисбаланс напряжения и пониженное/повышенное напряжение, входят в число проблем, выявленных при анализе напряжения.

Автономный MCA наиболее известен измерением сопротивления относительно земли. Но другие измерения облегчают поиск дефектов цепи двигателя. Измерение электрических характеристик, таких как импеданс, индуктивность и емкость, многое говорит аналитику о состоянии обмоток. Индуктивность — отличный индикатор виткового замыкания.

Емкость относительно земли измеряет степень загрязнения обмотки (вода, грязь, пыль и т. д.). Изменения каждого из них влияют на импеданс (общее сопротивление цепи переменного тока). Эти характеристики измеряются фаза к фазе и фаза к земле и сравниваются друг с другом и с процентным изменением по сравнению с базовой линией для выявления дефектов цепи двигателя.

Некоторые из тестов могут служить разовыми проверками типа «годен/не годен». Некоторые из них должны отслеживаться с течением времени, чтобы понять развитие дефекта. Наилучшей стратегией является тестирование двигателей по установленному графику. Это позволяет вам правильно отслеживать эти характеристики и дает программе надежности наилучшую условную вероятность обнаружения дефектов цепи двигателя.

Все перечисленные виды отказов вполне реальны и приводят к незапланированным простоям. Комплексная стратегия технического обслуживания электродвигателей с учетом видов отказов включает в себя все эти методы испытаний.

Сколько вы используете для эффективного и действенного обеспечения производственных мощностей вашей операции?

Энди Пейдж является директором учебной группы Allied Reliability, которая проводит обучение по темам проектирования надежности, таким как анализ первопричин, техническое обслуживание, ориентированное на надежность, и комплексный мониторинг состояния. Он провел 15 лет в области технического обслуживания и надежности, занимая ключевые должности в Noranda Aluminium (инженер по техническому обслуживанию) и Martin Marietta Aggregates (менеджер по надежности активов). Энди имеет инженерное образование в Технологическом институте Теннесси и является сертифицированным специалистом по техническому обслуживанию и надежности (CMRP) Общества специалистов по техническому обслуживанию и надежности (SMRP).

Об авторе

Концепция и принцип анализа цепи двигателя Reliabilityweb

Введение

Методы анализа цепи двигателя (MCA) с использованием сопротивления, импеданса, индуктивности, фазового угла, токовой/частотной характеристики и сопротивления изоляции практикуется с 1985 года. Методика успешно применяется для обнаружения дефектов обмотки (короткие замыкания, резистивные небалансы и изоляция на землю), дефектов кабеля и дефектов ротора. Также было обнаружено, что он может определять тенденции и оценивать отказы обмотки с высокой степенью точности. [1], [2]

В этой статье мы обсудим физические свойства, которые позволяют обнаруживать эти неисправности электрической цепи двигателя с помощью MCA. Рисунок 1: Эквивалентная схема, одна фаза Фазы питающего напряжения также оптимально разнесены на 120°. В каждой фазе по мере увеличения напряжения увеличивается ток из-за полного сопротивления цепи двигателя (см. рис. 1). По мере увеличения тока два магнитных полюса увеличиваются (или наборы полюсов), а затем уменьшаются по мере уменьшения тока. Обратное железо статора усиливает и направляет магнитные поля в воздушном зазоре между статором и ротором. При прохождении полей через стержни (проводники) ротора в роторе возникает второй ток, который взаимодействует с вращающимися полями в воздушном зазоре. Ротор следует за вращающимися полями, хотя и отстает от синхронной скорости статора (скольжение), чтобы поддерживать ток ротора и результирующие магнитные поля ротора.

При этом также происходят изменения в системе изоляции и стальной опоре. По мере увеличения тока в каждой фазе:

В медных проводниках возникает скин-эффект, который направляет больший ток к поверхности проводника.
Диполи изоляции выстраиваются между проводниками по мере того, как фазное напряжение и ток увеличиваются, а затем уменьшаются, вызывая постоянное изменение емкости в цепи между проводниками.
Изолирующие диполи выстраиваются между проводниками и землей по мере того, как фазное напряжение и ток увеличиваются, а затем уменьшаются, вызывая постоянное изменение емкости между цепью обмотки и землей.
Магнитные диполи выстраиваются в линию в зоне действия каждого полюса внутри стального сердечника статора. Нежелание менять направление называется истеризисом.

Рабочее напряжение заставляет изменения происходить довольно быстро. Изменения в цепи, диэлектрических или магнитных свойствах двигателя влияют на его работу, а сила рабочего напряжения вызывает нагрев дефектных участков изоляции или стали. Продолжающийся пробой диэлектрика происходит в зависимости от серьезности неисправности.

Изоляция и влияние магнитного поля

Рисунок 2: Модель изоляции системы обмотки двигателя

Цепь электрической изоляции моделируется как ряд цепей RC между проводниками и проводниками и землей. Когда в системе изоляции происходят изменения, значения R и C изменяются. Значения A, B, C на рисунке 2 представляют собой сумму витков и значений RC каждой фазы. G — это сумма изоляции между обмотками и землей для всей цепи.

Рисунок 3: Диполярный эффект изоляции

Когда ток проходит по проводникам вблизи электрической изоляции, изоляция реагирует поляризацией атомов (диполей) внутри изоляции. Когда диполи выровнены, утечка (емкость) между проводниками и землей становится меньше. Это также происходит в системе изоляции между проводниками при наличии разности потенциалов. В хорошей системе изоляции поляризация изоляции происходит быстро. После снятия потенциала диполи противостоят друг другу и рандомизируются.

Рис. 4: Магнитные диполи

Тот же эффект возникает в магнитном поле. Магнитные диполи сердечника и зубцов сердечника статора выстраиваются по направлению магнитного поля. Это помогает направить магнитный поток и увеличивает силу полей в воздушном зазоре. Нежелание стали менять полярность проявляется в виде гистерезисных потерь стали. После снятия поля магнитные диполи стали быстро рандомизируются.

Вышеприведенные описания поляризации электрической изоляции и стального сердечника представляют стационарное приложение приложенного потенциала напряжения. В работающей трехфазной системе эффекты становятся гораздо более захватывающими. Поскольку каждая синусоидальная фаза напряжения подается на обмотки:

Когда напряжение начинается с нуля, начало катушки возбуждается, изолирующие диполи между изоляцией и землей и проводниками внутри катушки вынуждены выстраиваться.
Поскольку напряжение продолжает расти, потенциал в начале катушки выше, чем в конце катушки, изолирующие диполи продолжают выстраиваться в линию, а магнитные диполи начинают выстраиваться в линию в направлении магнитного потока, создаваемого катушками .
Когда напряжение достигает своего пика в начале катушки, большинство магнитных и изолирующих диполей, связанных с началом катушки, выравниваются, а диполи в конце катушки продолжают выравниваться. В полях между началом и концом катушки существует запаздывание, из-за чего между проводниками существует потенциал.
По мере того, как напряжение начинает уменьшаться, изолирующие и магнитные диполи начинают хаотизироваться в начале катушки и высвобождать энергию обратно в систему, когда поля разрушаются. Поля в конце катушки достигают своего пика, а затем начинают уменьшаться.
Напряжение приближается к нулю, затем переходит в обратную последовательность синусоиды. Диполи и поля продолжают реагировать, но выравниваются в противоположном направлении. Результатом является «дипольное вращение» как диполей из электрической изоляции, так и диполей из магнитной стали.

Высокий потенциал большинства электродвигателей приводит к быстрому изменению полей и диполей. В результате совершается работа и выделяется тепло.

Емкость каждой части цепи задается в любой момент времени как:

Если между проводниками и проводниками и землей имеется изолятор. Индуцированный заряд q увеличивает емкость на отношение Q/(Q-q). Безразмерное отношение q/(Q-q) является свойством поляризуемости материала и называется электрической восприимчивостью Xe.[3] На границе каждой системы изоляции (проводники, щель, фаза и т. д.) граничные условия таковы, что

Где єr представляет относительную диэлектрическую проницаемость границы поверхности изоляции.

Разделив каждую фазу на трубки и пластины[4], общая емкость для m пластин и n трубок, проходящих через систему, составит

Индуктивность цепи можно представить как потокосцепление на единицу тока:

и представлен единицей Генри (H).

Для двигателя с n витками можно определить индуктивность

где Kpq обозначает коэффициент связи между двумя катушками (p и q). Когда p и q равны, индуктивность называется собственной индуктивностью, когда они не равны, она называется взаимной индуктивностью.[5]

Полный импеданс на фазу, если смотреть со стороны входных клемм статора, равен

, где X относится к реактивным сопротивлениям рассеяния (емкостным). [6]

В более простой форме импеданс также можно рассматривать как[7]

= индуктивное реактивное сопротивление

= емкостное реактивное сопротивление

= упрощенный импеданс цепи

При рассмотрении симметричной системы схема соединения звездой выглядит, как на рис. 5.

импеданс появится

Вооружившись этой информацией, мы можем теперь рассмотреть влияние неисправностей, связанных с обмоткой, на работу двигателя.

Неисправности обмотки

Если в обмотке возникает дефект из-за короткого замыкания, загрязнения обмотки или сильно поврежденной стали сердечника, это влияет на электрические свойства системы изоляции. В случае дефекта обмотки изменения емкости или сопротивления вызовут реактивную проблему из-за изменений в составе системы изоляции. Например, при развивающемся коротком замыкании изменения в системе изоляции вызывают изменения емкости из-за изменений в том, как возбуждаются диполи (вращение диполя). В результате происходят изменения в том, как изоляция реагирует в этой области, вызывая изменение реактивного сопротивления утечки и нагрев из-за принуждения изоляции к поляризации с более высоким приложенным потенциалом. Загрязнение обмотки также вызывает изменения резистивного и емкостного сопротивления между изолирующими поверхностями.

При расчетном напряжении большинство дефектов не проявляются до тех пор, пока не произойдет явное изменение, которое может быть представлено сильным дисбалансом тока, ложным срабатыванием или прямым коротким замыканием (дымом). В случае загрязнения обмотки конечный результат такой же, как и при коротком замыкании обмотки – либо короткое замыкание между проводниками, либо через систему изоляции на землю.

В результате, когда неисправности возникают из-за термического износа (перегрева), загрязнения, поглощения влаги или других реактивных неисправностей, полное сопротивление цепи будет сначала незначительно изменяться, а затем более существенно по мере развития неисправности.

Традиционные методы испытаний

Для работы большинства традиционных методов испытаний требуется приложение значительного напряжения. Цель состоит в том, чтобы создать нагрузку на систему изоляции, вызывая реакцию изоляционных диполей, или форсировать потенциал через резистивное или емкостное повреждение. В этом разделе мы кратко рассмотрим несколько методов испытаний, в том числе: испытание изоляции на землю; индекс поляризации; Испытание на сопротивление; и, сравнительные тесты перенапряжения.

Проверка сопротивления изоляции относительно земли (мегаомметры)

Как показано на рис. 3, к проводникам обмотки двигателя и земле прикладывается потенциал постоянного тока. Задается приложенный потенциал и значение тока (утечки) пересекает границу изоляции. Это значение преобразуется в сопротивление, обычно в мегаомах. По сути, это метод измерения утечки через границу изоляции, но только между поверхностями проводников и землей. Поскольку изоляционные диполи возбуждаются только постоянным током, им требуется некоторое время для поляризации. Стандарты обычно указывают время зарядки обмотки около 1 минуты и, поскольку сопротивление изоляции напрямую зависит от температуры и влажности, нормирование по температуре.

Индекс поляризации

Тест на индекс поляризации (PI) представляет собой измерение утечки через одну минуту, а затем через десять минут. Результаты показаны как отношение показаний за десять минут к одной минуте. Предполагается, что неисправность будет медленно поляризоваться (высокий коэффициент) или быстро (низкий коэффициент) из-за загрязнения и изменения емкости цепи.

Проверка сопротивления

При проверке сопротивления используется низковольтный выход постоянного тока и мост. Основной целью является обнаружение соединений с высоким сопротивлением, ослабленных соединений, разорванных соединений (или проводников) и прямых коротких замыканий.

Сравнительные испытания перенапряжения

Старый метод оценки обмоток на наличие коротких замыканий. Серия импульсов высокого напряжения с крутым фронтом посылается от прибора к статору. Более высокие напряжения заставляют диполи двигаться в одном направлении, оставляя возможность обнаруживать реактивную неисправность, поскольку создают достаточный потенциал для пересечения барьера (закон Пашена), либо отключаются после частичного разряда, либо возникает дуга. Оба метода обнаружения вызывают изменение свойств изоляции в месте повреждения, либо ускоряя повреждение, либо завершая его. Чтобы вызвать небольшие дефекты, необходимо приложить больший потенциал, нагружающий всю систему изоляции. Из-за импульсов с крутым фронтом приложенное напряжение обычно подается только на первые 2-3 витка первой катушки каждой фазы.

«Совершенно иная ситуация при обнаружении пробоя изоляции витка в обмотке (параллельной или фазной) с большим количеством витков. Пробой изоляции витка в одной обмотке в обмотке из многих витков вызывает очень небольшое относительное изменение в характеристиках (L, C, R) полного сопротивления нагрузки, наблюдаемого импульсным генератором. Следовательно, изменение формы VFW [формы волны напряжения], вызванное пробоем изоляции витка где-то в обмотке многих катушек, относительно очень Следовательно, испытания на перенапряжение не могут надежно подтвердить наличие одного короткозамкнутого витка в однофазной или трехфазной обмотке машины. Испытания на перенапряжение обмоток в машине, вероятно, могут привести к неверным выводам. Совершенно неповрежденные обмотки могут казаться иметь короткое замыкание витка. Что еще более важно, короткое замыкание витка, вызванное испытанием на перенапряжение путем пробоя ослабленной изоляции витка, может быть не обнаружено. В таком случае обмотка статора, вероятно, выйдет из строя после маха ine возвращается в строй.

«Ввиду вышеперечисленных фактов рекомендуется соблюдать осторожность при испытаниях изоляции витков обмотки на перенапряжение. Эти испытания сопряжены с очень значительными рисками, которые следует тщательно учитывать. Такая осторожность более важна для диагностических испытаний на машинах, находящихся в эксплуатации, поскольку такие испытания проводятся довольно редко, в отличие от частых испытаний новых, отремонтированных или отремонтированных машин на заводе производителя». [8]

обнаруживать дефекты неразрушающим способом.

Современные низковольтные испытания: анализ цепи двигателя

В современных устройствах MCA используется низковольтный синусоидальный выходной сигнал, предназначенный для возбуждения диполей системы изоляции и окружающих диполей из магнитной стали с низким током. Этот подход имеет несколько ключевых преимуществ: размер и номинальное напряжение тестируемой машины не имеют значения; Для сравнения фаз могут применяться специальные критерии прохождения/непрохождения; и деградация может изменяться с течением времени без каких-либо неблагоприятных последствий для существующего состояния.

«На основе физических и электрических свойств обмоток катушек, изоляции, систем, теории трансформаторов и теории электродвигателей набор электронных измерений может предоставить необходимую информацию для определения состояния электрооборудования. Измерения должны включать сопротивление цепи постоянному току. , индуктивность цепи, импеданс цепи, фазовый угол, тесты токовой/частотной характеристики и показания сопротивления изоляции. Показания сопротивления используются для обрыва или плохого соединения, индуктивность и импеданс используются для оценки состояния обмотки в электродвигателях и баланса фаз во всех других приложениях, тесты фазового угла и токовой/частотной характеристики оценивают обмотки на предмет короткого замыкания, а показания сопротивления изоляции используются для обнаружения короткого замыкания обмотки на землю» [9].]

Обнаружение загрязнения обмотки

В связи с тем, что индуктивность (L) изменяется одним из последних измерений в связи с неисправностью, результат испытания L можно использовать в качестве сравнительного базового уровня. Это важно, поскольку относительное положение ротора в собранной машине будет влиять на показания из-за взаимной индуктивности.

Где 1 представляет коэффициенты обмотки статора и фазы, а 2 представляет коэффициенты стержней ротора и стержни на фазу. Результатом является отношение, такое же, как коэффициент трансформации. Когда ротор неподвижен в электродвигателе, коэффициенты различны для каждой фазы.

Загрязнение обмотки вызывает небольшие изменения емкости цепи обмотки. В большинстве случаев емкость увеличивается внутри цепи. При ссылке на простую формулу импеданса ранее в этой статье указывается, что увеличение емкости отрицательно повлияет на импеданс. Кроме того, поскольку приложенное напряжение очень низкое, емкостное реактивное сопротивление оказывает более значительное влияние на импеданс (закон Ома), поскольку емкостное значение является более доминирующим. Результатом использования относительно низкой частоты и синусоидального выхода является коллапс импеданса по отношению к индуктивности в фазе, которая имеет емкостные эффекты из-за загрязнения или поглощения воды. В случае высокой влажности изоляция должна иметь трещины или дефекты, чтобы вызвать изменение.

Перегрев обмоток

Перегрев обмоток оказывает такое же воздействие, как и загрязнение обмоток. Разница в том, что изоляция подвергается термическому разложению, вызывая повышенное сопротивление диполярному действию. В этом случае емкость может уменьшиться, вызывая увеличение импеданса в одной или нескольких фазах.

Как при загрязнении обмотки, так и при перегреве обмотки конечным результатом будет короткое замыкание обмотки. Загрязнение обмотки можно исправить, если оно обнаружено на ранних стадиях. Однако, как только произойдут изменения, позволяющие обнаружить неисправность обмотки, обмотку придется заменить.

Короткие замыкания обмотки

Одним из ключей к правильному тестированию MCA является то, что индуктивность не используется в качестве основного метода обнаружения развития коротких замыканий. Вместо этого два конкретных измерения используются в комбинации для определения типа и серьезности дефекта. Этими измерениями являются: фазовый угол контура; и метод токового: частотного отклика.

При возникновении дефекта в обмотке изменяется эффективная емкость всей цепи. Изменение емкости будет напрямую влиять на то, как ток низкого уровня отстает от напряжения, при этом обычным результатом является увеличение емкости и уменьшение фазового угла в затронутой фазе. Как только неисправность станет более серьезной, она начнет влиять на соседние фазы. Обычно это происходит, когда дефект существует в одной катушке или между катушками в одной фазе. Можно обнаружить очень небольшое изменение емкости внутри цепи, что позволяет обнаруживать одновитковые замыкания и точечные замыкания при использовании очень низких частот.

Второй метод обнаружения неисправности использует отношение токов, аналогичный по методу методу частотной характеристики, используемому для тестирования трансформатора. Однако измеряется ток низкого напряжения, затем частота точно удваивается и производится процентное снижение тока низкого уровня. Когда частота удваивается, небольшие изменения емкости между витками или между фазами усиливаются, вызывая изменение процентного уменьшения при сравнении между фазами.

Комбинация фазового угла и частотной характеристики тока позволяет обнаруживать короткое замыкание обмотки и обнаруживать тип короткого замыкания в машине любого размера. Кроме того, из-за использования низкого напряжения и того, что для обнаружения неисправностей требуется лишь небольшое изменение емкости цепи, можно быстро обнаружить ранние дефекты обмотки и привести к отказу.

Дополнительные тесты

В сочетании с вышеуказанными тестами MCA использует показания сопротивления и тесты изоляции на землю. Это позволяет технологии обнаруживать примерно половину потенциальных неисправностей в системе электродвигателя в целом и позволяет сравнивать любые два набора изолированных катушек. Неисправности и дефекты могут быть обнаружены в кабелях, катушках, трансформаторах, двигателях и дефектах роторов.

Тестирование ротора и влияние железа на заднюю часть МСА

Эффект от возможности оценить состояние ротора двигателя «основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому изменяющийся во времени поток, связывающий катушку, индуцирует в ней ЭДС (напряжение)».[10]

для первичной ЭДС

для индуктивной вторичной ЭДС

для отношения витков

Что является отношением первичного и вторичного сопротивлений цепи.

Анализатор цепей двигателя возбуждает стальной сердечник в зависимости от величины тока, подаваемого в цепь, и реагирует на воздушный зазор:

Прямая зависимость от возможности обнаружения ротора поперек воздушного зазора зависит от расстояния поперек воздушного зазора, площади намагниченной стали и длины сердечника статора. В более длинных сердечниках эффект будет распространяться через воздушный зазор, возбуждать сердечник ротора и наводить частоту прибора в цепь ротора. В очень коротких сердечниках краевой эффект магнитного поля от статора имеет аналогичный эффект. В больших машинах количество энергии, доступной от устройства MCA, позволяет обнаруживать дефекты ротора только над областью, непосредственно окружающей каждую сторону катушки.

Это приводит к нескольким эффектам:

1. Взаимная индуктивность изменяется при изменении положения ротора, что является прямым результатом изменения коэффициента трансформации между первичной (статор) и вторичной (ротор). (Справочный рисунок 1 и взаимная индуктивность). Хороший ротор будет отображаться как повторяющийся рисунок, плохой ротор изменит коэффициент трансформации, а дефект будет отображаться как неповторяющийся рисунок.
2. Трещины легко обнаруживаются, так как индуцированная энергия относительно низка, а оксиды на поверхности дефекта изменяют коэффициент трансформации. Принимая во внимание, что при испытаниях ротора с более высоким напряжением энергия может быть достаточно значительной, чтобы пройти через дефект.
3. В редких случаях воздушный зазор может быть слишком большим, и изменение взаимной индуктивности может быть очень незначительным или вообще отсутствовать. В этом случае более крупные дефекты, такие как множественные трещины или сломанный стержень, будут отображаться как отклонение от прямой линии.
4. Технология MCA позволяет обнаруживать фазный ротор, поле синхронного ротора и другие дефекты фазного ротора поперек воздушного зазора. Из-за соотношения импедансов между первичной и вторичной обмотками дефекты обмотки ротора будут проявляться в виде изменения фазового угла и токовой/частотной характеристики и будут варьироваться в зависимости от положения ротора.

Обнаружение загрязнения якоря и коллектора

Одной из уникальных возможностей MCA является возможность обнаружения нагара в якорях двигателей постоянного тока. Из-за диэлектрических (емкостных) свойств углерода значения емкости цепи становятся нестабильными. Это приводит к тому, что результаты испытаний импеданса, фазового угла, токовой/частотной характеристики и изоляции относительно земли становятся нестабильными и неповторяемыми. В результате загрязнение цепи якоря выявляется по неповторяющимся результатам испытаний. Это важно, поскольку при раннем обнаружении этот тип дефекта может быть устранен продуванием якоря воздухом низкого давления.

Заключение

Основываясь на инженерных принципах проектирования двигателей и трансформаторов, использование технологий низковольтных испытаний позволяет обнаруживать зарождающиеся дефекты в цепи электродвигателя, включая изоляцию кабеля, катушки, трансформаторы, соединения, обмотки двигателя и ротора, якоря, проблемы с воздушным зазором и дефекты короткозамкнутого ротора, покрывающие более 50% всех потенциальных неисправностей системы двигателя (электрических и механических) любого размера или напряжения машины через цепь двигателя и кабели или непосредственно на машине. Это достигается за счет использования синусоидального выхода с низким потенциалом (импульсные выходы не работают) от прибора, который возбуждает изоляцию и магнитные диполи цепи. Низкий потенциал позволяет дефектам стать более заметными на ранних стадиях, поскольку он не вызывает биполярного вращения, вызывая изменения импеданса цепи, фазового угла и тока на различных частотах, в зависимости от типа неисправности. Эти свойства технологии позволяют в долгосрочной перспективе отслеживать развитие дефектов из-за пробоя и загрязнения изоляции без какого-либо вредного воздействия на состояние цепи.

Об авторе

Д-р Пенроуз присоединился к ALL-TEST Pro в 1999 году, проработав пятнадцать лет в области ремонта электрооборудования, обслуживания на местах и исследований и разработок. Начав с подмастерья по ремонту электродвигателей в ВМС США, доктор Пенроуз руководил и разрабатывал программы технического обслуживания и управления системами двигателей в промышленности для сервисных компаний, Министерства энергетики США, коммунальных служб, штатов и многих других. Доктор Пенроуз преподавал инженерное дело в Университете Иллинойса в Чикаго в качестве адъюнкт-профессора электротехники, механики и промышленной инженерии, а также работал старшим инженером-исследователем в Центре энергетических ресурсов UIC, проводя исследования в области энергетики, надежности, потоков отходов и производства. Доктор Пенроуз ремонтировал, устранял неполадки, проектировал, устанавливал или исследовал множество технологий, которые были или будут внедрены в промышленность. Он координировал проекты Министерства энергетики США и коммунальных предприятий, включая финансируемые промышленностью модификации программного обеспечения MotorMaster Plus Министерства энергетики США в 2000 году и разработку проекта Pacific Gas and Electric Motor System Performance Analysis Tool (PAT). Доктор Пенроуз является вице-председателем Коннектикутской секции IEEE (институт инженеров по электротехнике и электронике), бывшим председателем Чикагской секции IEEE, бывшим председателем Чикагской секции глав Общества диэлектриков и электроизоляторов и Общества силовой электроники. IEEE, является членом Института вибрации, Ассоциации производителей электрооборудования и обмотки катушек, Международного института технического обслуживания, NETA и MENSA. Он является автором многочисленных статей, книг и профессиональных статей, опубликованных по ряду промышленных тем, и является сертифицированным специалистом MotorMaster Министерства энергетики США, а также обученным аналитиком вибрации, инфракрасным аналитиком и специалистом по диагностике двигателей.

Библиография

Сарма, Мулукутла С., Электрические машины: теория установившегося состояния и динамические характеристики, издательство PWS, 1994.

Bodine Electric Company, Small Motor, Gearmotor and Control Handbook, 1993. Сайед А., Теория и проблемы электрических машин и электромеханики, Серия схем Шаума, 1981.

Эдминстер, Джозеф и др., Электрические схемы, третье издание, Schaums Electronic Tutor, 1997.

Хаммонд и др., Инженерный электромагнетизм, физические процессы и вычисления, Oxford Science Publications, 19. 94.

Пенроуз и др., «Анализ цепей статического двигателя: введение в теорию и применение», журнал IEEE Electrical Insulation Magazine, июль/август 2000 г.

Пенроуз, Ховард В., доктор философии, Анализ цепей двигателя: Теория, применение и энергетический анализ, Success by Design Publishing, 2001 г.

Пенроуз, Ховард В., «Оценка срока службы двигателя с использованием прогнозирующих измерений анализа цепи двигателя», Труды конференции по электроизоляции IEEE, 2003 г.

Стоун и др., Электрическая изоляция для Вращающиеся машины, серия IEEE Press по энергетике, 2004.

Найлен, Ричард Л., Управление двигателями, второе издание, Barks Publications, 1996.

Финк и др., Стандартный справочник для инженеров-электриков, издание Fourteeth, McGraw Hill, 2000.

Хамфри, Дэйв, «Какая дорога Примете ли вы», Материалы конференции по электроизоляции IEEE, 2003 г.

Гупта, Бал, «Испытание риска перенапряжения изоляции витков в обмотках вращающихся машин», Материалы конференции по электроизоляции IEEE, 2003 г.

[1] Пенроуз, Ховард W Ph.D., «Оценка срока службы двигателя с использованием прогнозных измерений анализа цепи двигателя, часть 1», ReliabilityWeb.com, 2004 г.

[2] Пенроуз, Ховард В., доктор философии, «Оценка срока службы двигателя с использованием прогнозных измерений анализа цепи двигателя, часть 2», ReliabilityWeb.com, 2004

[3] P. Hammond and J.K. Sykulski, Engineering Electromagnetism: Physical Processes and Computation, Oxford Science Publications, 1994.

[4] Цель подхода трубок и срезов, предложенного Хаммондом и Сыкульски, состоит в том, чтобы предоставить управляемые средства для просмотра отклонений в системе. . Это делается путем разделения системы на небольшие куски, называемые трубками и ломтиками.

[5] Nasar, Electric Machines and Electromechanics, Shaum’s Outlines, 1981.

[6] Mulukutla Sarma, Electric Machines Second Edition, PWS Publishing Company, 1996.

[7] Penrose, Howard W and Jette, James, «Анализ цепей статического двигателя: введение в теорию и применение», журнал IEEE Electrical Insulation Magazine, июль/август 2000 г.