Исследование алгоритмов машинного обучения для идентификации и прогнозирования неисправности асинхронного двигателя
Аннотация
В настоящее время асинхронные электродвигатели используются повсеместно. От небольших цехов индивидуальных предпринимателей до огромных градообразующих предприятий. Им находят применение в кранах, насосных установках, конвейерах, системах вентиляции и много где ещё. Асинхронный двигатель очень важен для промышленности на данный момент и будет оставаться таковым ещё долгое время.
К сожалению, как и любой другой механизм, асинхронный двигатель не вечен. Несмотря на свою относительно простую конструкцию, он рано или поздно придёт в негодность. Разрушение двигателя происходит из-за определённых неисправностей, у асинхронных двигателей с короткозамкнутым или фазным ротором можно разделить эти неисправности на две основные группы: механические и электрические. [1]
К механическим неисправностям относятся дефекты в корпусе двигателя, крыльчатке вентилятора, ослабление крепления обмоток статора, деформация вала ротора, износ подшипников.
Наиболее частое механическое повреждение — это, безусловно, проблема, связанная с подшипниками. Типичными признаками износа подшипников являются увеличение шума при работе двигателя и возникновение вибрации, в следствии чего двигатель начинает сильнее греться.
К электрическим повреждениям можно отнести межвитковые замыкания, обрыв обмоток, пробой изоляции на корпус, снижение сопротивления изоляции, повреждение изоляции, нарушение контактов и соединений, нарушение изоляции магнитопроводов, износ щеток, повреждение контактных колец.
В данной работе будет рассмотрена неисправность, связанная с износом подшипников.
В подшипниках асинхронных двигателей общепромышленного исполнения наиболее частой причиной отказов является абразивный износ. Проникновение в подшипник пыли, мелких твердых частиц, продуктов коррозии и т.п. приводит к износу и стиранию рабочих поверхностей и сепараторов [2]. Другими причинами неисправностей подшипников могут быть: усталостное разрушение, частые перегрузки и т.д.
Износ подшипников при эксплуатации приводит к большим затратам электроэнергии из-за дополнительных механических и тепловых потерь, и как следствие, повышению потребляемых токов. В работах [3, 4] говорится, что износ подшипников приводит к снижению КПД асинхронного двигателя при холостом ходе на 4 %, а при номинальной нагрузке на 1,5 %.
При износе подшипников происходит оседание ротора, увеличивается номинальный эксцентриситет воздушного зазора (εном ≤ 10 %), что со временем может привести к задеванию ротора за статор [5]. Работа двигателя в таком режиме приведёт к местному перегреву сердечников магнитопровода и пробою изоляции [6, 7]. Далее происходит однофазное замыкание на землю или междуфазное короткое замыкание, большая часть этих повреждений приводит к дорогостоящему ремонту или полному выходу из строя двигателя [8].
Исходя из вышесказанного, становится очевидно, что есть необходимость в диагностике и прогнозировании неисправностей асинхронного двигателя, во избежание его поломок и дорогого ремонта.
Наиболее простой метод диагностики двигателя – это его разбор и тщательная проверка соответствующим специалистом, однако не всегда такой специалист будет доступен, а также это будет довольно затратно по времени и финансовым средствам. Справедливо добавить, что простой по времени будет стоить предприятию довольно дорого.
Выводом из вышесказанного будет безразборный вариант диагностики двигателя. Обосновывается это тем, что что различные виды неисправностей в работе АД вызывают похожие явления [9]: нагрев, вибрации, искажение токов, колебание частоты вращения, потери и шум. Механические дефекты отражаются в электромагнитных эффектах. Электрические дефекты (повреждения фазных обмоток или беличьей клетки) вызывают механические повреждения.
К сожалению, как и любой другой механизм, асинхронный двигатель не вечен. Несмотря на свою относительно простую конструкцию, он рано или поздно придёт в негодность. Разрушение двигателя происходит из-за определённых неисправностей, у асинхронных двигателей с короткозамкнутым или фазным ротором можно разделить эти неисправности на две основные группы: механические и электрические. [1]
К механическим неисправностям относятся дефекты в корпусе двигателя, крыльчатке вентилятора, ослабление крепления обмоток статора, деформация вала ротора, износ подшипников.
Наиболее частое механическое повреждение — это, безусловно, проблема, связанная с подшипниками. Типичными признаками износа подшипников являются увеличение шума при работе двигателя и возникновение вибрации, в следствии чего двигатель начинает сильнее греться.
К электрическим повреждениям можно отнести межвитковые замыкания, обрыв обмоток, пробой изоляции на корпус, снижение сопротивления изоляции, повреждение изоляции, нарушение контактов и соединений, нарушение изоляции магнитопроводов, износ щеток, повреждение контактных колец.
В данной работе будет рассмотрена неисправность, связанная с износом подшипников.
В подшипниках асинхронных двигателей общепромышленного исполнения наиболее частой причиной отказов является абразивный износ. Проникновение в подшипник пыли, мелких твердых частиц, продуктов коррозии и т.п. приводит к износу и стиранию рабочих поверхностей и сепараторов [2]. Другими причинами неисправностей подшипников могут быть: усталостное разрушение, частые перегрузки и т.д.
Износ подшипников при эксплуатации приводит к большим затратам электроэнергии из-за дополнительных механических и тепловых потерь, и как следствие, повышению потребляемых токов. В работах [3, 4] говорится, что износ подшипников приводит к снижению КПД асинхронного двигателя при холостом ходе на 4 %, а при номинальной нагрузке на 1,5 %.
При износе подшипников происходит оседание ротора, увеличивается номинальный эксцентриситет воздушного зазора (εном ≤ 10 %), что со временем может привести к задеванию ротора за статор [5]. Работа двигателя в таком режиме приведёт к местному перегреву сердечников магнитопровода и пробою изоляции [6, 7]. Далее происходит однофазное замыкание на землю или междуфазное короткое замыкание, большая часть этих повреждений приводит к дорогостоящему ремонту или полному выходу из строя двигателя [8].
Исходя из вышесказанного, становится очевидно, что есть необходимость в диагностике и прогнозировании неисправностей асинхронного двигателя, во избежание его поломок и дорогого ремонта.
Наиболее простой метод диагностики двигателя – это его разбор и тщательная проверка соответствующим специалистом, однако не всегда такой специалист будет доступен, а также это будет довольно затратно по времени и финансовым средствам. Справедливо добавить, что простой по времени будет стоить предприятию довольно дорого.
Выводом из вышесказанного будет безразборный вариант диагностики двигателя. Обосновывается это тем, что что различные виды неисправностей в работе АД вызывают похожие явления [9]: нагрев, вибрации, искажение токов, колебание частоты вращения, потери и шум. Механические дефекты отражаются в электромагнитных эффектах. Электрические дефекты (повреждения фазных обмоток или беличьей клетки) вызывают механические повреждения.