3.10 Вибродиагностика электроприводов

Надежность и межремонтный ресурс всех типов электрических машин в значительной степени определяется надежностью и ресурсом подшипников. Поэтому одной из важнейших задач контроля состояния установок с электрическими машинами является диагностика подшипников и механических передач, связывающих ротор электрической машины с вращающимися частями механизмов и перегружающих подшипники привозникновении дефектов.

Надежность электромагнитной системы асинхронных электродвигателей зависит прежде всего от симметрии магнитного поля, определяемой электрической симметрией обмоток и симметрией воздушных зазоров между ротором и статором, а также от состояния элементов крепления и изоляции электрических обмоток. Несимметрия воздушных зазоров в асинхронном двигателе, во-первых, приводит к появлению значительных электромагнитных сил между ротором и статором в зоне пониженного зазора, перегружающих подшипники и снижающих их ресурс.

Во-вторых, в этой же зоне может происходить магнитное насыщение зубцов магнитопровода, по которым магнитный поток обходит витки обмотки электродвигателя. В этом случае электродинамические силы начинают действовать непосредственно на обмотки, приводя к ускоренному износу изоляции и элементов крепления обмоток в пазах активного сердечника. При проектировании современных асинхронных электродвигателей с целью снижения их габаритов сердечники рассчитывают на режимы работы, очень близкие к магнитному насыщению, поэтому несимметрия зазора более 10% приводит к опасному насыщению зубцовой зоны сердечника. Такая несимметрия часто возникает при ошибках в креплении электродвигателя к фундаменту, при несимметричном охлаждении корпуса, износе подшипников, в ошибках восстановления посадочных мест под подшипники при ремонтах, и во многих других случаях.

В связи с изложенным, основными задачами диагностики электромагнитной системы асинхронного электродвигателя являются:

• обнаружение магнитной несимметрии магнитопровода, в первую очередь, из-за несимметрии воздушного зазора, в которой есть две составляющие – статическая и вращающаяся (динамическая);

• обнаружение эффекта магнитного насыщения части зубцовой зоны сердечника;

• обнаружение электрической несимметрии короткозамкнутой обмотки ротора (беличьей клетки);

• обнаружение электрической несимметрии обмоток статора и, прежде всего, обнаружение короткозамкнутых витков, электрических замыканий обмоток между собой и на корпус.

Надежность электромагнитной системы синхронных электрических двигателей и генераторов, кроме симметрии магнитного поля и состояния элементов крепления и изоляции электрических обмоток, в существенной степени зависит и от состояния щеточно-контактного узла, через который в обмотку ротора подается постоянный ток 4возбуждения. В свою очередь несимметрия магнитного поля в синхронных машинах чаще является следствием дефектов обмоток возбуждения на роторе, а не несимметрии воздушного зазора, который по величине на порядок больше, чем у асинхронных двигателей. Исключение составляют явнополюсные машины с большим количеством полюсов, в которых могут иметь место флуктуации зазора от полюса к полюсу, и крупные генераторы, в которых нет подшипниковых щитов и подшипниковые опоры могут смещаться относительно оси статора.

Основными задачами диагностики электромагнитной системы синхронных электрических машин являются:

• обнаружение несимметрии магнитного поля возбуждения, в том числе из-за замыканий обмоток возбуждения на сердечник ротора;

• обнаружение эффекта магнитного насыщения зубцовой зоны статора, в том числе и в пусковых режимах работы;

• обнаружение электрической несимметрии обмоток статора, в том числе короткозамкнутых витков в обмотке, замыканий обмоток между собой и на корпус;

• обнаружение дефектов щеточно-контактного узла;

• обнаружение дефектов систем охлаждения магнитопровода и обмоток;

• обнаружение распушений пакетов активной стали в машинах большой мощности.

Основными задачами диагностики электромагнитной системы машин постоянного тока являются:

• обнаружение несимметрии магнитного поля возбуждения, в том числе с учетом поля реакции якоря и компенсирующего поля дополнительных полюсов, из-за неравномерности воздушных зазоров и электрической несимметрии обмоток основных и добавочных полюсов;

• обнаружение электрической несимметрии обмоток якоря, в том числе короткозамкнутых витков, и обрывов в обмотке и уравнительных соединениях;

• обнаружение обрывов электрических соединений между обмотками якоря и пластинами коллектора;

• обнаружение дефектов щеточно-коллекторного узла, в том числе неравномерного износа пластин и щеток, замыкания пластин коллектора, выступания межламельной изоляции и т.п.

• обнаружение дефектов системы охлаждения магнитопровода и обмоток.

Диагностика электромагнитных систем электрических машин может вестись по целому ряду электрических, магнитных, тепловых, шумовых и вибрационных параметров, однако параметры магнитного поля и возбуждаемого машиной воздушного шума используются для диагностики крайне редко. Магнитное поле машины экранировано корпусом, и для достоверной диагностики необходимо встраивать датчики 5поля внутрь корпуса, что не всегда экономически оправдано. Воздушный шум контролируемой машины сложно выделять на фоне отраженных шумов и шумов других машин и оборудования, работающих в тех же помещениях.

В связи с изложенным диагностика электромагнитной системы электрической машины в процессе эксплуатации, как и ее механических узлов, чаще всего осуществляется по результатам контроля вибрации машины, а, при необходимости, используются и результаты контроля температуры, электрического сопротивления обмоток и изоляции, а также тока в силовых обмотках и/или обмотках возбуждения.

Вибрация электромагнитного происхождения в электрических машинах может иметь несколько составляющих разной природы. Основное внимание при ее описании уделяется электродинамическим, электромагнитным и магнитострикционным колебательным силам.