curscet12.pdf
TRANSCRIPT
-
2007-2008 CET - CURS 12 1
MONITORIZARE SI DIAGNOZA IN SISTEME ELECTROMECANICE
-
2007-2008 CET - CURS 12 2
TERMENI UZUALI:
situaie de defect - deteriorarea sau ntreruperea capacitii unui sistem de a asigura o funcie cerut n condiiile de funcionare specificatediagnoza - include etapele de izolare i identificare a defectelor
determinarea tipului de defect, a locului de producere a
defectului i a momentului de detectare
determinarea mrimii i comportrii n timp a
defectului, respectiv a cauzei care a generat defectarea constatat.
-
2007-2008 CET - CURS 12 3
Modul de monitorizare a strii sistemului (condition monitoring module): ansamblul tuturor echipamentelor care asigur preluarea i analiza semnalelor din sistem, detecia i diagnoza defectelor
Tehnologii de monitorizare si diagnoza
Analiza vibratiilor
Termografia
Spectrografia
Analiza fluidului de ungere/racire
Analiza sistemelorelectrice
-
2007-2008 CET - CURS 12 4
ANALIZA VIBRATIILOR
-
2007-2008 CET - CURS 12 5
accelerometru
Fiecare tip de defect se regaseste in anumite frecvente in spectrum vibratiilor
-
2007-2008 CET - CURS 12 6
Masina
TraductoriPlaca de achizitie
PCI/PXI/CompactPCI PC
Measurement & Automation SW
Sistem de monitorizare si diagnoza
-
2007-2008 CET - CURS 12 7
Pozitionarea accelerometrului
-
2007-2008 CET - CURS 12 8
Procesarea semnalului
Domeniu timp
Domeniufrecventa
-
2007-2008 CET - CURS 12 9
ANALIZA TEMPERATURII
Utilizand traductori de temperatura termocuple, de exemplu
Utilizand camere cu infrarosupentru vizualizarea si masurareaenergiei termice
Termografia
Se bazeaza pe faptul ca orice corp, cu temperatura peste sausub 0C emite caldura.
-
2007-2008 CET - CURS 12 10
Pentru motoarele electrice
Ventilatieblocata
Suprasarcina
Alimentarenesimetrica
Termograma si profilul variatiei temperaturii la o ventilatie corespunzatoare
-
2007-2008 CET - CURS 12 11
Termograma la alimentaresimetrica
Termograma la alimentarenesimetrica o faza
nealimentata
-
2007-2008 CET - CURS 12 12
Cutia cu borne - termograma
Observatie. Faza 2 este nealimentata.
-
2007-2008 CET - CURS 12 13
Pentru lagare
Mediul de lucru
Umiditate
Praf
Gaze
Suprasarcini
-
2007-2008 CET - CURS 12 14
Termograma a doua lagare: unul deteriorat datorita umiditatii si unulfara probleme
-
2007-2008 CET - CURS 12 15
Lagar cu probleme Lagar fara probleme
-
2007-2008 CET - CURS 12 16
Echipament electric
Contactoare Fuzibile
-
2007-2008 CET - CURS 12 17
ANALIZA FLUIDULUI DE UNGERE/RACIRE
Prezenta unor particule metalice: prin spectrometrie.Indicator al unei uzuri
Aciditatea: oxidare datorita temperaturilor inalte, particule de apa, sau utilizarea indelungata
Vascozitatea: poate fi modificata la contaminarea cu funingine saudatorita oxidarii.
Diluarea: la motoarele termice poate reprezenta o problema la sistemul de injectie. Se masoara prin cromatografie.
-
2007-2008 CET - CURS 12 18
ANALIZA SISTEMULUI DE ACTIONARE ELECTRICA
Exista o gama larga de metode pentru monitorizare si diagnoza in sisteme de actionare electrice, functie de tipul si localizarea defectelor.
Defecte
La nivelul circuitului de forta
La nivelul convertoruluielectromecanic
Ale circuitului
electric
MecaniceAle circuituluimagnetic
-
2007-2008 CET - CURS 12 19
Metode de monitorizare si diagnoza in SAE
Pe baza unui model al sistemul de actionare
Pe baza estimarii parametrilor sistemului
Prin analiza unor marimi importante : curenti, tensiuni, cuplu, flux de scapari, etc
-
2007-2008 CET - CURS 12 20
ARMONICI IN MASINI ELECTRICE DE CURENT ALTERNATIV
-
2007-2008 CET - CURS 12 21
Armonici in masinile electrice
Armonici de spatiu: datoritadistributiei solenatiei in intrefier
Armonici de timp: datoratearmonicilor surselor de alimentare
reteaua de alimentare
convertoare
-
2007-2008 CET - CURS 12 22
Mod de lucru
Distributiasolenatieiinductoare in intrefier
Dezvoltare in serie Fourier Fluxul in infasurarea
indusului
Armonici de curent ce parcurginfasurarileindusului
Distributiasolenatieiindusului in intrefier
Dezvoltare in serieFourier
Fluxul in infasurarileinductoare
Armonici de curent ce parcurginfasurarileinductorului
-
2007-2008 CET - CURS 12 23
Distributia solenatiei unei bobine (pentru un pol)
c
p O
y x
x
b
p/2 p/2 p/2 p/2
c
p
(1-)b
b
y
b=Ni(t)
-
2007-2008 CET - CURS 12 24
PERTURBAII ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI
-
2007-2008 CET - CURS 12 25
PERTURBAII ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI
Bobina
=
=
1)cos(
2sin1)(2)(
pi
pi
pi pp
bb
xtNix
Grup de nb bobine =
=
=
bn
b pp
bgrup
xtNix
1 1)cos(
2sin1)(2)(
pi
pi
pi
x
p
1
2
3
Distributia solenatiei unui grup de 3 bobine concentrice, cu latimi diferite, inseriate.
-
2007-2008 CET - CURS 12 26
PERTURBAII ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI
Pentru o masina cu p poli si m faze, solenatia totala pe armatura
[ ]
==
++=11
)sin()sin(12),(
pi ggmp
gbtotal kInNtx
Inductia magnetica in intrefier
[ ]
==
++=
=
11
00 )sin()sin(12
),(),(
pi
gg
mp
gb
cc
total kInNtxtxB
-
2007-2008 CET - CURS 12 27
MASINA DE INDUCTIERotorul in colivie
Fiecare crestatura contine un conductor de sectiune mare..
Toate barele sunt legate in scurtcircuit.
!!
Parametrii masinii de inductie:m - numarul de faze2p numarul de polig numarul de grupuri de bobine pe fazac numarul de bobine pe grupZr numarul de crestaturi rotorice
-
2007-2008 CET - CURS 12 28
Rotor bobinat
Rotorul are un bobinaj asemanator cu cel statoric.
Infasurarile sunt accesibile prin borne
!!
Paramtres de la machine induction:m - numarul de faze2p numarul de poligs numarul de grupuri de bobine pe faza in statorcs numarul de bobine pe grup in statorgr numarul de grupuri de bobine pe faza in rotorcr numarul de bobine pe grup in rotor
-
2007-2008 CET - CURS 12 29
PERTURBAII ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI
1 2 3
Ni1
i3
i2
-
2007-2008 CET - CURS 12 30
PERTURBAII ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI
Distribuia solenaiei statorice pentru maina de inducie considerat
fgb()
pi 2pi0
Phase 1 Phase 3 Phase 2Phase 2Phase 3Phase 1 Phase 1 Phase 3 Phase 2Phase 2Phase 3Phase 1
-
2007-2008 CET - CURS 12 31
PERTURBAII ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI
( )
+=
=
=
32
sin2)(3
2sin2)(sin2)(
pi
pi
tIti
tIti
tIti
c
b
a
Curenti statorici
16,sin2
sin6),(
16,sin2
sin6),(
3
1
3
1
=
+
=
+=
=
=
=
kxtp
INxt
kxtp
INxt
pb p
cbs
ass
pb p
cbs
ass
pi
pi
pi
pi
pi
pi
Solenatie statorica
Flux indus de catre solenatiastatorica intr-un ochi rotoric
( )
( )
=
++
+=
=
16,12sin
16,12sin)(
max
max
kZk
ptt
kZk
ptt
t
r
r
r
r
s
k
pipi
pipi
-
2007-2008 CET - CURS 12 32
Ochiul k
2pipipipi/Zr
rr
rr ZZ
kt
ppipipipipipipipi
++++====)1(2
1
rr
rr ZZ
kt
ppipipipipipipipi
++++
++++====)1(2
2
Rotorul in colivie: Zr ochiuri rotorice
-
2007-2008 CET - CURS 12 33
Rotorul bobinat: Zr crestaturi rotoricemr faze rotorice
1 2 3
N
pr
cbrrr
rb
tp
pipipipi
pipipipi
23)1(2
1
++++====
pr
cbrrr
rb
tp
pipipipi
pipipipi
23)1(2
2 ++++
++++====
Bobina br a rotorului
-
2007-2008 CET - CURS 12 34
PERTURBAII ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI
( )[ ] ( )
==
r
r
s
kk Zk
pttst
dtd
e12
cos11)( max,pipi
T.e.m. indusa de catre solenatiastatorica intr-un ochi rotoric
( )[ ]
( )[ ] 16,11
16,11
=+=
+==
kfsf
kfsf
rotor
rotor
Frecventele componentelor spectrale ale
curentilor rotorici
-
2007-2008 CET - CURS 12 35
PERTURBAII ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI
1 2 3 4 5Q
Infasurarea echivalenta a rotorului n colivie.
Solenaia corespunzatoare unei faze rotorice
-
2007-2008 CET - CURS 12 36
PERTURBAII ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI
Fmaxk
p p
pi/Zr 3pi/Zr 5pi/Zr 7pi/Zr 9pi/Zr 11pi/Zr 13pi/Zr 15pi/Zr 17pi/Zr 19pi/Zr 21pi/Zr 23pi/Zr 25pi/Zr 27pi/Zr
Distribuia solenaiei rotorice de-a lungul ntrefierului.
-
2007-2008 CET - CURS 12 37
f1)s1(pZf rstator
=
PERTURBAII ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI
Pentru tensiunea electromotoare indus n bobina statoric rezulta armonici de curent de frecven
6133955468
4171.563485526984142426371
Frecvena armonicii[Hz]
Ordinul armonicii
()
0 400 800 1200 1600 f[Hz]-250
-200
-150
-100
-50
0
[dB]
50Hz
637Hz
1424Hz
Spectrul de frecvene al curentului statoric
-
2007-2008 CET - CURS 12 38
MASINA SINCRONA
Stator(indusul)
Rotor cu poli inecati(infasurari distribuite in crestaturi
rotorice)
Rotor cu poli aparenti(infasurari concentrate sau magneti
permanenti)
Rotor(inductor)
-
2007-2008 CET - CURS 12 39
N S
r
br
pr
Bobine rotorice concentrate sau magnetipermanenti pe rotor
Rotor cu poli aparenti
-
2007-2008 CET - CURS 12 40
tconstr tan)(max,, ====
Solenatia dezvoltata de infasurarea/magnetul permanent rotoric:
====
====1
max,, cos)(),(
ptt rr
cu
-
2007-2008 CET - CURS 12 41
Rotor cu poli inecati
pi 2pi0
fgb()
-
2007-2008 CET - CURS 12 42
Solenatia dezvoltata de infasurarea rotorica:
====
====
========
c
b pcbr
r
r
xkcNixx1 1
)(cos12)()(
pipipipi
pipipipi
-
2007-2008 CET - CURS 12 431 2 3
N
ps
cbssrs
bt
p
pipipipipipipipi
23
)1(21
++++====
ps
cbsrs
sb
tp
pipipipi
pipipipi
23)1(2
2 ++++
++++====
Bobina bs a statorului
Conexiunile infasurarii statorice
-
2007-2008 CET - CURS 12 44
Expresia fluxului care inlantuie bobina statorica bs prin armonica rotorica e data de :
dl
tdABt c
S c
r
b
k
s
s
s
========2
1
),()( ,0,
-
2007-2008 CET - CURS 12 45
(((( ))))
++++====
====3
12cos)(
1,
sbb
bpttss
pipipipi
Tensiunea electromotoare indusa in bobina bs :
(((( ))))
++++========
====3
12cos)(
1max,,
sbbb
bptEtdtd
esss
pipipipi
Fluxul total in bobina bs:
sourcestator ff ====
Frecventele ce vor apare in curentul statoric:
-
2007-2008 CET - CURS 12 46
APLICATII
-
2007-2008 CET - CURS 12 47
Diagnoza in masini electrice
Defecte in masini electrice
mecanicemagneticeelectrice
DEZECHILIBRE
rotorice statorice
-
2007-2008 CET - CURS 12 48
Diagnoza in masini de inductie
Defecte electrice
Bare sau inele rupte Scurtcircuite statorice saurotorice
Dezechilibru
CURENT FLUX CUPLU
-
2007-2008 CET - CURS 12 49
== =
j
1h
N
1k
srk,hr
ksh
r
ddL
ii21T
Expresia cuplului electromagnetic dezvoltat de o masina de inductie
irk curentul ce parcurge ochiul h rotoric
ish curentul ce parcurge bobina h a infasurarii statorice
Lsrh,k inductanta mutuala intre bobina h statorica si ochiul k rotoric
-
2007-2008 CET - CURS 12 50
Maille k
Infasurarea statorica m
k-1 k k+1
ochiulk-1
Ochiulk+1
Inductanta mutuala intre un ochi rotoric si o infasurare statorica
Inductanta mutuala intre ochiul k rotoric si infasurarea statorica m
Inductanta mutuala intre ochiul k+1 rotoricsi infasurarea statorica m
Applications
-
2007-2008 CET - CURS 12 51
[[[[ ]]]][[[[ ]]]][[[[ ]]]][[[[ ]]]] plytorque
plytorque
plytorque
plytorque
fsffsffsffsf
sup1
sup1
sup1
sup1
)1()1()1()1(
====
++++====
++++====
++++++++====
(((( )))) s==== 11 (((( )))) 11 ==== sp
Zq r
Un spectru foarte bogat in armonici
-
2007-2008 CET - CURS 12 52
DEFECTE ELECTRICE STATORICE
-
2007-2008 CET - CURS 12 53
Masina de inductiefara defecte
Masina de inductiecu scurtcircuit in faza
1 grupul 2
fgb()
A+ A-
A+ A-
A++A-2A
-
fgb()
A1+ A1-
A2+ A2-
A1-+A2-
A1++A2-
A1-+A2+
-
2007-2008 CET - CURS 12 54
(((( )))) (((( )))) ====
====
++++++++====1 1
maxmaxsinsin),(
sc
scscs tptt
,...2,1,0k,1k6 ==,...5,3,1sc=
[[[[ ]]]]pipipipi
pipipipiptNIxt
b p
cbs sin2
sin3),(3
11
====
========
,...2,1,0k,1k6 ==
Solenatia statorului fara defecte
Solenatia statorica cu defecte statorice (scurt circuit)
-
2007-2008 CET - CURS 12 55
0 400 800 1200 1600 [Hz]-120
-80
-40
0
[dB]
0 400 800 1200 1600 [Hz]-120
-80
-40
0
[dB]Masina de inductie fara defecte Masina de inductie cu 6 spire in scurt-circuit
50Hz
631Hz
1413Hz731Hz 1313Hz
732Hz 1314Hz
50Hz 632Hz
1413Hz
Curent statoric
-
2007-2008 CET - CURS 12 56
0 400 800 1200 1600 [Hz]
-100
-50
0
0 400 800 1200 1600 [Hz]
-100
-50
0
0 400 800 1200 1600 [Hz]
-100
-50
0
Masina fara defect
Masina cu 3 spire in scurtcircuit
Masina cu 6 spire in scurtcircuit
CUPLU ELECTROMAGNETIC
-
2007-2008 CET - CURS 12 57
Concluzii
Vom regasi armonici in plus in spectrele curentului statoric si al cuplului in cazul in care sunt defecte in masina
-
2007-2008 CET - CURS 12 58
DEFECTE ELECTRICE ROTORICE
-
2007-2008 CET - CURS 12 59Ruptura a doua bare
{{{{ }}}}====
====
1
max,
,sinsin1),(
pipipipipipipipi
tsZ
IZt
r
rr
r,...2,1,0,16...2,1,0, ================ kkqpqZr
Solenatia rotorului fara defecte
Solenatia rotorului cu defecte rotorice
(((( )))) ====
====
++++
====
Nr
k rr
r kZ
ptsZ
It
1 1
max, 2sinsin1),(
pipipipipipipipipipipipi
Nipi ==== ,2,...2,1,0
-
2007-2008 CET - CURS 12 60
Noul ochi formatInductanta mutuala intre infasurarea m a statorului si noul ochi rotoric
infasurarea m a statorului
k-1 k+1
Vom regasi armonici in plus in spectrele curentului statoric si alcuplului in cazul in care sunt defecte in masina
Inductanta mutuala intre infasurarea m a statorului si noul ochi rotoricformat
-
2007-2008 CET - CURS 12 61
0 200 400 600 800 [Hz]
-80
-40
0 200 400 600 800 [Hz]
-80
-40
[dB]
[dB]
Masina sanatoasa
Masina cu 5 bare rupte
sursastator fspf
= 1)1(