Ana Zogović, Gojko Joksimović
Elektrotehnički fakultet, bulevar DžordžaVašingtona b.b, 81000 Podgorica, Crna Gora,
2
UVODUVOD
• Condition monitoring• Analiza spekra struje statora • Dinamički matematički model• Modelovanje zasićenja• Analiza procesa u vazdušnom procjepu• Eksperimentalni rezultati i rezultati dobijeni iz modela
CCILJ RADA JE MODELOVANJE I ANALIZA SPEKTRA STRUJE STATORA ILJ RADA JE MODELOVANJE I ANALIZA SPEKTRA STRUJE STATORA ISPRAVNOG ALI ZASIĆENOG ASINHRONOG MOTORA SA NAMOTANIM ISPRAVNOG ALI ZASIĆENOG ASINHRONOG MOTORA SA NAMOTANIM ROTOROMROTOROM
ANALIZA SPEKTRA STRUJE STATORA (MCSA)ANALIZA SPEKTRA STRUJE STATORA (MCSA)
Prednosti ove metode
• on-line• search coil – sami namotaj motora• prenosiva aparatura• precizno otkrivanje različitih kvarova u
mašini• primjenjiva i za ostale tipove motora • dokazana tehnologija, već oko 20
godina
3
MODEL MNOGOSTRUKO SPREGNUTIH KOLAMODEL MNOGOSTRUKO SPREGNUTIH KOLA
Dinamički model pogodan za opšte namjene
Uzima realnu konfiguraciju namotaja kako na statoru tako i na rotoru
Poseban značaj je dobio pojavom i definicijom pojmova kao što su turns function i winding function
Poznavanje funkcije namotaja omogućava olakšano izračunavanje induktivnosti namotaja mašine
Radi se o linearnom modelu, tj. smatra se da je magnetsko kolo beskonačno velike magnetske permeabilnosi, svi procesi se u mašini analiziraju u vazdušnom procjepu.
4
r
s
r
s
r
s
r
S
dt
d
I
I
R
R
U
U
0
0
r
s
rrrs
srss
r
S
I
I
LL
LL
ψ
ψ
dt
dJMM r
optm
ω
dtd
r
θω
rsrTsm I
LIM
θ
Jednačine modela:
MODELOVANJE ZASIĆENJAMODELOVANJE ZASIĆENJA
Modelovanje zasićenja neophodno za dobijanje potpunog spektra ispravne mašine
Zasićenje se može modelovati superpozicijom osnovnog sa trećim harmonikom talasa magnetske i indukcije u vazdušnom procjepu
Talasi se kreću istom brzinom u vazdušnom procjepu
5
6
• Zasićenje ⇒ prostorna promjena permeabilnosti gvožđa ⇒ povećenje reluktanse za region oko apsolutne vrijednosti maksimalne indukcije ⇒ varijacije u reluktansi vazdušnog procjepa ⇒ dužina vazdušnog procjepa promjenljiva i prostorno i vremenski
• treba sadržati član dvostruko većeg broja pari polova u odnosu na talas mms
• učestanost ovog talasa treba da bude dvostruko veća od učestanosti talasa mms
• Permeansa vazdušnog procjepa manja ili jednaka permeansi vazdušnog procjepa u nezasićenoj mašini
• Funkcija permeanse treba da zadovolji sledeće:
Zadovoljava sledeća funkcija:
Množenjem talasa permeanse i mms dobijaju se dva talasa:
7
smes pkkP θ2β2cosθ,β
zas
nezzas U
U=k
me kgk 0/1zas
zasm k
kg
k11
32
0
tpFkk
kptFtFPB smm
essss ω3θ3cos2
)2
(θωcosθ,θ,β)θ,β( maxmax
Spektar talasa magnetske indukcije u vazdušnom procjepu, [11]
β6θ6cosβ4θ4cosβ2θ2cosθ,β 21 sssmes pkpkpkkP
DOBIJENE INDUKTIVNOSTI ZA EKPERIMENTALNI MOTORDOBIJENE INDUKTIVNOSTI ZA EKPERIMENTALNI MOTOR
8
Sopstvene induktivnosti namotaja statora, kzas=1.09
Međusobna induktivnost namotaja faze B statora i faze a rotora za β=π/3 rad, kzas=1.09
ssBsAssAB dNnPrlL θβ,θθβ,θμβ,θπ2
00
• Induktivnosti nezasićene mašine
• Induktivnosti zasićene mašine
θθθμ π2
0
0 dNngrl
L BAAB
ANALIZA TALASA MAGNETSKE INDUKCIJE U VAZDUANALIZA TALASA MAGNETSKE INDUKCIJE U VAZDUŠŠNOM NOM PROCJEPUPROCJEPU
9
2;1;0,16ν,θνωcosθ, maxν ggptFtF ss trrs ωθθ
sszas ptBtB max11 ,
sszas ptBtB 2, max22
sszas ptBtB 23, max33
sszas ptBtB 43, max44
sszas ptBtB 45, max55
sszas ptBtB 65, max66
sszas ptBtB 67, max77
sszas ptssBtB 1cos, max1111
sszas ptssBtB 4145cos, max1515
sszas ptssBtB 6167cos, max1717
β6θ6cosβ4θ4cosβ2θ2cosθ,β 21 sssmes pkpkpkkP
U spektru struje statora će se javiti komponete na 250 Hz i na 350 Hz bez obzira na opterećenje motora. One su direktna posledica zasićenja motora.
REZULTATI DOBIJENI IZ MODELA I EKSPERIMENTALNIM PUTEMREZULTATI DOBIJENI IZ MODELA I EKSPERIMENTALNIM PUTEM
10
Ugaona brzina rotora neopterećenog motora, kzas=1.09
Elektromagnetski moment neopterećenog motora, kzas=1.09
Struja faze a rotora neopterećenog motora Struja statora faze A neopterećenog motora
11
Struja faze A statora opterećenog motora (s=4.89 %)Struja faze a rotora opterećenog motora (s=4.89%)
Karakteristika momenta opterećenog motora (s=4.89 %)
Karakteristika ugaone brzine opterećenog motora, Mopt=45 Nm, (s= 4.89%)
Spektar struje faze A statora neopterećenog motora dobijen iz numeričkog modela
Spektar struje faze A statora opterećenog motora (s=4.98 %) dobijen iz numeričkog modela
250 Hz
12
Očekuju se u spektru frekvencije na 250 Hz, 350 Hz, 650 Hz, 850 Hz i 950 Hz.
Očekuju se u spektru frekvencije na 235 Hz , 335 Hz , 520 Hz i 620 Hz, 804 Hz i 904 Hz
11 fss
Spektar struje statora faze A neopterećenog motora dobijen iz numeričkog modela, Ul=415 V, kzas=1.21
Spektar struje statora faze A neopterećenog motora dobijen iz numeričkog modela, Ul=440 V, kzas=1.32
13
kHz
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
dB
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
24Jun2010 17:05
kHz
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
dB
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
24Jun2010 16:30Eksperimentalno dobijen spektar struje statora u praznom hodu, Ul=415 V, I=9.6 A
Ekperimentalno dobijen spektar struje statora u praznom hodu, Ul=380 V, I=8.1 A
14
11.46 A
13,53 A
Eksperimentalno dobijen spektar struje statora opterećenog motora Ul=380 V, I=15 A
kHz
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
dB
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
28Jun2010 22:08
15
Spektar struje statora dobijen iz numeričkog modela Ul=380 V, I=15 A
21,2 A
288 mA
o o=49.93Hz, A=-13.44dB
kHz
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
dB
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
29Jun2010 08:41
16
Eksperimentalno dobijen spektar struje statora opterećenog motora, Ul=440 V, I=15 A
Spektar struje statora dobijen iz numeričkog modela Ul=440 V, I=14.9 A
21,2 A
342 mA
ZAKLJUČAKZAKLJUČAK
Razvijen je model zasićenog asinhronog motora sa namotanim rotorom Opisan je način implementacije zasićenja glavnog puta magnetskog fluksa u
model mnogostruko spregnutih kola, što omogućava dobijanje potpunog spektra ispravne mašine neophodnog za izvođenje pravilnih zaključaka pri analizi spektra za različite režime kvarova.
Ključni parametri modela, induktivnosti namotaja statora i rotora zasićenog motora su izračunavane korišćenjem funkcije namotaja, tj. njene proširene teorije za neravnomjerni vazdušni procjep.
Provedena je i analiza talasa magnetske indukcije u vazdušnom procjepu motora. Analizirani su spektri struje statora dobijeni iz datog modela Analitičkim postupkom se došlo do zaključka da će se usled zasićenja
magnetskog kola javiti komponenta na 250 Hz i 350 Hz bez obzira na opterećenje mašine.
U ekperimentalni rezultatima su dobijene komponente koje su predviđene analitičkim postupkom, dok se iz numeričkog modela komponenta na 350 Hz ne ističe.
17
HVALA VAM NA PAŽNJIHVALA VAM NA PAŽNJI