Systems. Methods. Technologies 4 (40) 2018

Systems Methods Technologies. I.O. Belsky et al. Research of angular entation … 2018 № 4 (40) p. 62-69 66 Рис. 6. График угловой скорости вращения ротора Дефект «обрыв стержней ротора». Обрыв или трещины в месте крепления стержней короткозамкну- того ротора («беличьей клетки») связаны с перегревом и знакопеременными деформациями в местах соедине- ния стрежней с короткозамкнутыми кольцами. Обор- ванные стержни, изгибаясь под действием центробеж- ных сил, могут повредить изоляцию лобовых частей АД, привести к межвитковым и межфазным замыкани- ям или задеванию ротора о статор. При появлении де- фекта ВМП перестает равномерно вращаться и приоб- ретает пульсирующий характер. Появляется пульсация момента и скорости вращения ротора. Из-за перерас- пределения тока в «беличьей клетке» увеличивается ток, протекающий по исправным стержням [18], воз- растает механическая и тепловая нагрузка. Однако этот дефект проявляется только при возникновении нагруз- ки на ротор. Влияние дефекта на распределение временного сигнала ВМП АД представлено на рис. 7. Рис. 7. Временной сигнал ВМП рассеяния при обрыве одно- го стержня В поврежденном стержне отсутствует ток, в момент прохождения стержня через полюс в АД происходит насыщение зубцов сердечника ротора, расположенных вблизи поврежденного стержня. Происходят увеличе- ние амплитуды тока в обмотке статора, модуляция временного сигнала и увеличение амплитуды ВМП. Спектр временного сигнала при возникновении дефек- та «обрыв стержня ротора» представлен на рис. 8. Рис. 8. Спектр ременного сигнал ВМП при обрыве стержня При обрыве стержня ротора наблюдается рост ам- плитуд 1-й (50 Гц) и 3-й (150 Гц) гармоник частоты сети. Измерение УСВР при данном дефекте на АД, работающем в режиме холостого хода, не показало отклонений от нормального режима работы. Была разработана конечно-элементная (КЭ) модель реального АД [19] при возникновении и развитии дан- ного дефекта. Производился КЭ расчет магнитных па- раметров АД при разной степени развития дефекта в режимах номинальной нагрузки и холостого хода. На рис. 9 приведен график скорости вращения ротора при работе АД с дефектом «обрыв стержня ротора» при отсутствии нагрузки и под нагрузкой. Рис. 9. График УСВР при обрыве стержня и работе без на- грузки ( а ) и под нагрузкой ( б ) Возникновение дефекта в отсутствие нагрузки на валу не изменяет скорость вращения ротора. При раз- витии дефекта и работе АД под номинальной нагруз- кой возрастает скольжение, что приводит к флуктуа- циям скорости вращения. Для бездефектного АД частота скольжения равна 0,94 %, с появлением дефекта: в случае работы без на- грузки — 0,93 %, под нагрузкой — 4,87 %. В результате моделирования работы АД можно сде- лать вывод, что диагностирование по УСВР дефекта «об- рыв стержней ротора» возможно только при наличии нагрузки на валу АД. КЭ моделирование магнитных па- раметров АД показало, что после обрыва одного стержня дефект развивается на следующем по ходу вращения ро- тора стержне. Уровень дефектных стержней (обрыв) 25– 30 % является критическим. При этом двигатель не мо- жет выйти на номинальный режим работы.