Анализ и моделирование частотной характеристики вращающихся машин для диагностики неисправностей с использованием SFRA

Электрические вращающиеся машины часто имеют системное значение в своих областях применения. Чтобы избежать незапланированных отказов, машины регулярно проверяют на наличие неисправностей. Новым подходом для этого является метод SFRA (анализ частотной характеристики обмоток). Он неинвазивен и может быть выполнен с небольшими затратами и за короткое время измерения. Кроме того, возможно одновременное обнаружение различных неисправностей в магнитной или электрической цепи. Основная цель настоящей работы — дать теоретическую основу для этого нового применения. Для этой цели были проведены экспериментальные измерения на пятнадцати различных синхронных и асинхронных машинах. Классы мощности и конструкции существенно различаются и тем самым дают важную информацию о переносимости результатов измерений. Разработана общая трасса, состоящая из четырех частотных диапазонов. Она используется для верификации разработанной «серой» модели. Учитываются существенные влияния, такие как соседние фазы и фактическое положение ротора. Показано периодически повторяющееся поведение как функция числа пар полюсов, которое проявляется только в определенных частотных диапазонах; эту периодичность необходимо учитывать в эталонных измерениях. Влияние соседних фаз перекрывает основную резонансную частоту измеряемой фазы, образуя в похожем частотном диапазоне вторую точку резонанса. Наконец, приведены три примера обнаружения дефектов. Короткозамкнутые неисправности исследованы на статоре асинхронной машины: даже один закороченный виток уже изменяет частотную характеристику. Замыкания на землю сильнее влияют на измерения SFRA: из-за дополнительного проводящего пути на землю внутри обмотки начальное затухание увеличивается, и остальные частотные диапазоны также сильно подвержены этому типу неисправности. Неисправность, которую обычно трудно обнаружить, — это разрыв стержня в демпферной клетке синхронных машин; с помощью измерений SFRA эту неисправность можно обнаружить по периодичности даже без эталонного измерения. В заключение показано, что методом можно обнаруживать короткие замыкания, замыкания на землю и разрывы стержней в демпферной клетке.