Разработка метода диагностирования АД на основе конечно-элементной модели

• Автор: Купцов, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1.1. Тенденции развития электроприводов металлургического производства
1.2. Диагностирование электроприводов переменного тока
1.3. Физические принципы диагностирования АД
1.4. Проблемы диагностирования состояния короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей
1.5. Диагностика АД по спектру модуля обобщенного пространственного
вектора статорного тока
1.6. Постановка задач исследований и выбор методики моделирования. 28 Выводы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АД
2.1. Теория электромагнитного поля в
электротехническом приложении
2.2. Основы метода конечных элементов
2.3. Конечно-элементная модель АД
2.3.1. Базовые уравнения, упрощения и допущения
2.3.2. Сетка конечных элементов
2.3.3. Электромагнитный вращающий момент двигателя
2.3.4. Математическое описание обмоток двигателя
2.3.5. Формирование глобального матричного уравнения
3.3.6. Обобщенный алгоритм моделирования
Выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПУСКОВЫХ РЕЖИМОВ АД ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ РОТОРА
3.1. Основные признаки адекватности модели реальным процессам
3.2. Описание экспериментальной установки и исходные данные для моделирования
3.3. Исследование процессов в двигателе при заторможенном роторе
3.4. Прямой пуск двигателя
3.5. Прямой пуск двигателя с обрывом стержней ротора и установление адекватности модели реальным процессам
3.6. Основы вейвлетных преобразований
3.7. Физические принципы диагностирования обрыва стержня ротора АД
по модулю обобщенного вектора пускового тока статора
Выводы
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ РОТОРА АД В ПУСКОВЫХ РЕЖИМАХ
4.1. Общая идея проводимых исследований
4.2. Исследование влияния числа оборванных стержней на диагностирование повреждении ротора АД в пусковых режимах
4.3. Исследование влияния нагрузки на диагностирование обрыва стержня ротора АД в пусковых режимах
4.4. Исследование влияния несимметрни питающего напряжения на диагностирование обрыва стержня ротора АД в пусковых режимах
4.5. Использование вейвлет-преобразований для исследования
переходных режимов работы АД при наличии неисправностей
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В условиях современного производства все большее внимание уделяется повышению надежности эксплуатации электроприводов технологических агрегатов. Во многих производствах внезапный выход из строя двигателя может привести к непоправимым последствиям. Кроме того, эксплуатация находящихся в неудовлетворительном техническом состоянии электродвигателей приводит как к прямым финансовым потерям, связанным с непрогнозируемым выходом из строя оборудования и вызванным этим нарушением технологического процесса, так и к значительным (до 5-7%) косвенным непродуктивным затратам электроэнергии, обусловленным повышенным электропотреблением (при той же полезной мощности). Поэтому возникает необходимость диагностики состояния двигателя. Применяемые сегодня методы и средства диагностики связанные с выведением электродвигателя из работы с последующим визуальным осмотром, измерением сопротивления изоляции, сопротивления обмоток и т.п. не удовлетворяют современным требованиям - требуются методы, осуществляющие техническую диагностику состояния двигателя непосредственно в процессе его работы [1-4].
Для определения технического состояния электродвигателей наибольшее распространение получили вибро- и виброакустические методы диагностирования [5-6].
В металлургии данные методы диагностирования широко применяются для определения дефектов узлов и деталей таких агрегатов как прокатные клети, летучие ножницы и моталки.
Вибро- и виброакустические методы диагностирования требуют установки датчиков непосредственно на объект диагностирования, что в некоторых случаях сопряжено с определенными организационными и техническими трудностями. Кроме того данные методы являются достаточно дорогими и трудоемкими, требующими применения специальной измерительной техники.
Поделив обе части (2.5) на удельное электрическое сопротивление р, получим другую форму записи для закона Ома системы (2.2):
1 -± 1 дА 1 п
у - —Е =
р р дг р
Первое слагаемое в (2.6) обусловлено вихревыми токами проводимости,
которые возникли в исследуемой области в результате явления
электромагнитной индукции. Второе слагаемое обусловлено сторонними токами проводимости безвихревого электрического поля, источник которого лежит вне исследуемой точки пространства.
Плотность тока в первом уравнении системы (2.2) также может быть выражена через векторный магнитный потенциал:
у -гогН- го{
(2.7)
Подставив (2.7) в (2.6), получим уравнение для электромагнитного поля, связывающее векторный потенциал магнитного поля и скалярный потенциал электрического поля:

г 1 I дл 1 г / л (2.8)

— го1 А
Р б/ р
В случае если безвихревое электрическое поле задано плотностью стороннего тока
-—gradф = j ,
р стор
уравнение (2.9) запишется в виде: