Спектральный анализ тока статора трехфазного асинхронного двигателя

Внедрение: 2015 г.

Специалистами Волжского политехнического института описаны эксперименты по снятию осциллограмм тока статора асинхронного двигателя (АД) при различных аварийных режимах работы двигателя [1]. Анализ спектров осциллограмм показал имеющиеся отличия амплитуд нечетных гармоник спектра.

Экспериментальная установка собрана на основе трехфазного электродвигателя АИР50В4N3, мощность которого составляет 0,9 кВт, напряжение – 220/380 В, номинальный ток – 0,37 А. В качестве устройства оцифровки данных был использован USB‑модуль E‑440 (в настоящее время L‑Card выпускает сертифицированный аналог E14‑440). 

Ток измерялся при помощи датчика Холла ACS712‑05B (рисунок 1). Данный датчик тока имеет диапазон измерения ±5 А и унифицированный выходной сигнал 0‑5 В. Для построения спектра тока был использован алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Рисунок 1. Экспериментальная установка.

На установке имитировались разные нагрузочные режимы работы АД: на холостом ходу, под нагрузкой, с обрывом одной из фаз, с перекосом фаз и межвитковым замыканием. Для обработки осциллограмм использовалась программная среда MathCad. Сняты также осциллограммы тока двигателя при работе в режиме нагрузки и на холостом ходу. 

На рисунке 2 представлены спектры тока двигателя при холостом и нагрузочном режимах работы. В качестве нагрузочного устройства использовался двигатель постоянного тока, включенный в режиме генератора.

Рисунок 2. Спектры тока двигателя при холостом и нагрузочном режимах работы.

Спектры сигналов на рисунке 2 похожи и имеют пики на одних и тех же гармониках (50, 150, 250, 350, 450 Гц). Это соответствует нечетным гармоникам 1, 3, 5, 7 и 9. Из рисунка 2 видно, что амплитуда гармоник при холостом ходу меньше, чем при наличии нагрузки. А на частоте 450 Гц пик при холостом ходу вообще отсутствует. 

На рисунке 3 представлен спектр тока двигателя в нормальном режиме и при обрыве одной из фаз.

Рисунок 3. Спектры тока двигателя при его работе в нормальном режиме и при обрыве одной из фаз.

На рисунке 4 представлен спектр тока при его работе в нормальном режиме и при перекосе одной из фаз. Для имитации перекоса фаз к одной из фаз было последовательно подключено дополнительное сопротивление, равное сопротивлению обмотки (110 Ом). 

Рисунок 4. Спектры тока двигателя при его работе в нормальном режиме и при перекосе одной из фаз.

На рисунке 5 представлен спектр тока двигателя при его работе в нормальном режиме и при имитации межвиткового замыкания в одной из фаз. Имитация межвиткового замыкания осуществлена с помощью введения в цепь параллельного сопротивления номиналом 240 Ом. 

Рисунок 5. Спектры тока двигателя при его работе в нормальном режиме и при межвитковом замыкании одной из фаз.

Анализ полученных спектров показал различия между режимами работы АД, что позволяет идентифицировать аварийные режимы работы двигателя. 

Результаты проведенных исследований могут быть использованы в системе диагностики состояния АД в реальном времени.

Источник:
Бурцев А.Г., Дягилева Т.В., Пан А.Г. Спектральный анализ тока статора трехфазного асинхронного двигателя при аварийных режимах работы // Инженерный вестник Дона. – 2015. – № 2.

Разработчик: Бурцев А.Г., Дягилева Т.В., Пан А.Г. (Волжский политехнический институт (ВолгГТУ)