Определение частоты вращения асинхронных двигателей без датчика оборотов

Внедрение: 2018 г.

Данная статья является продолжением прежней статьи по опубликованным материалам А.В. Скляра, но уже по результатам диссертационных исследований [1], где автор применил оригинальную систему измерений с использованием модуля АЦП E14‑140‑M.

Объектом исследования диссертационной работы является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Предметом исследования являются способы и алгоритмы бездатчикового определения частоты вращения ротора асинхронных двигателей. Целью работы является повышение точности и технологичности определения частоты вращения асинхронных двигателей путем применения сигнатурного способа с использованием алгоритма на основе комбинации спектрального и корреляционного методов анализа.

Система измерений, реализованная на основе модуля АЦП E14‑140‑M, содержит плату, разработанную автором, содержащую аналоговые фильтры и согласующие усилители. Внешний вид устройства показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Устройство бездатчикового определения частоты вращения: 1 – разъем для подключения датчика тока; 2 – измерительный трансформатор напряжения; 3 – клеммы для подключения исследуемого напряжения; 4 – аналого-цифровой преобразователь; 5 – разъем питания, 6 – аналоговые фильтры.

На рисунке 2 показаны составные части разработанной автором программы и потоки информации между описываемыми блоками. В структуре программы можно выделить блок, отвечающий за ввод-вывод информации: работу с АЦП, обмен командами через интерфейс оператора, хранение БД двигателей и т. д.; блок математической обработки, включающий быстрое преобразование Фурье, работу с комплексными числами, функции обработки спектра, метод корреляционных функций; блок поиска зубцовых гармоник и вычисления скорости вращения вала, который выделяет зубцовые гармоники и на основе этой информации определяет частоту вращения ротора асинхронного двигателя.

Рисунок 2. Структура разработанной программы.

Главное окно программы показано на рисунке 3. При запуске отображаются параметры подключенного АЦП и настройки записи сигналов тока и напряжения. В этом окне оператор выбирает тип двигателя.

Рисунок 3. Главное окно программы.

Основным преимуществом применения сигнатурного способа, использующего поиск зубцовых гармоник статорного тока, является то, что не требуется дополнительно производить какие-либо измерения тока. Обычно системы спектр-токового диагностирования используют спектры тока для поиска частотных компонент дефектов двигателя, при этом используется высокое разрешение по частоте, что облегчает процедуру выделения зубцовых гармоник из спектра сигнала тока.

Предложенный способ определения частоты вращения ротора асинхронных двигателей был успешно применен в компании ООО "Транспроект-автоматика" при производстве испытательных станций асинхронных вспомогательных машин (акт внедрения приведен в диссертации).

На рисунке 4 изображена фотография рабочего процесса проверки двигателя комплексом спектр-токового диагностирования, использующего разработанное автором устройство бездатчикового определения частоты вращения ротора асинхронных двигателей.

Рисунок 4. Использование разработанного устройства при проведении спектр-токового диагностирования двигателя АИР355M4.

Внедрение результатов диссертационной работы позволило повысить надежность испытательной станции за счет сокращения количества соединительных проводов, элементов конструкции крепления датчика оборотов и отсутствия самого датчика оборотов. Положительным эффектом можно также назвать повышение технологичности проведения испытаний – время подготовки комплекса спектр-токового диагностирования сократилось на семь минут за счет отсутствия необходимости настройки и подключения датчика оборотов, как следствие сократилось время испытания двигателя.

Источник:
Скляр А.В. Совершенствование методики и устройства определения частоты вращения асинхронных двигателей на основе частотного анализа тока статора: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Омск. – 2018. – 196 с.

Разработчик: Скляр А.В. (ФГБОУ ВО «Омский государственный университет путей сообщения»)