بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله به چکونگی تاثیر تغییر فاصله هوایی بین روتور و استاتور و اثرات ناشی از آن در جریان استاتور و همچنین نحوه تشخیص اینگونه خطاها ارائه گردیده است. در این مقاله روش تشخیص خطاي بیرینگ - خارج از مرکزیت روتور - بااستفاده از نظریه سیم پیچی ارائه شده است. این نظریه چگونگی تاثیر شار سیم پیچهاي استاتور و روتور روي همدیگر را با استفاده از محاسبه اندوکتانسهاي روتور و استاتور مورد مطالعه قرار میدهد. طبق این نظریه در صورتی که به هر دلیل فاصله بین روتور و استاتور غیر یکنواخت شود، موجب میگردد چگالی شار در فاصله هوایی تغییر کند، که نتیجه آن ایجاد هارمونیک در جریان استاتور خواهد بود. این هارمونیکها در فرکانسهاي خاصی نمایان می شوند، که هر فرکانس نیز مربوط به خطاي منحصر بفردي میباشد. در این مقاله از نرم افزار قدرتمند MATLAB جهت آنالیز این فرکانسها استفاده شده است. شبیه سازي موتور القایی تحت آزمایش توسط نرم افزار FLUX 2D انجام گرفته است.
کلید واژه: بیرینگ موتور القایی، خارج مرکزیت دینامیکی، نظریه تابع سیم پیچی، نرم افزار FLUX 2D
مقدمه
با توجه به مطالعات انجام گرفته، عیوب 60 درصد موتورهاي القایی به دلائل مکانیکی است، که حدود 80 درصد این عیب ها بموجب ناهم محوري میان روتور و استاتور میباشد. این مورد بدین معنی است که تقریباً عیب 50 درصد موتورهاي القایی بدلیل ناهم محوري نیان روتور و استار است.[1] جهت تحلیل عملکرد موتورهاي القایی روشهاي متعددي استفاده می گردد، که میتوان به نظریه تابع سیم پیچی بعنوان یک روش متداول و کاربردي اشاره نمود. قابلیت این نظریه در محاسبه اندوکتانس موتور با هر توزیع سیم بندي روتور و استاتور میباشد، که که باعث شده تا از آن در تحلیل ماشینهاي الکتریکی مختلف از جمله: ماشینهاي القایی تک فاز، القایی سه فاز، القایی خطی، رلوکتانسی سنکرون تحت شرایط مختلف استفاده کرد. [2] - [5]
نظریه تابع سیمپیچی روش بر مبناي محاسبه اندوکتانسهاي موتور و استفاده از آنها در تشکیل معادلات تزویج الکترومغناطیسی بین روتور و استاتور به منظور تحلیل عملکرد موتور می باشد. با استفاده از این روش میتوان هارمونیکهاي فضایی موتور را مورد مطالعه قرار داد. این هارمونیکها ناشی از عبور شار مغناطیسی استاتور از فاصله هوائی بوده و مضرب غیر صحیح از هارمونیک اصلی و تابع سرعت موتور هستند، فرکانس این هارمونیکها علاوه بر سرعت به توزیع هندسی فاصله هوایی مابین روتور و استاتور نیز بستگی دارد البته تمامی موتورها بصورت ذاتی داراي ناهم محوري میان روتور و استاتور میباشند که مقدار آن معمولا کمتر از %10 میباشد.[6]
- صباغی و شریعتی در سال - 1382 با بررسی جایگاه ماشینهاي دوار الکتریکی درمراکز صنعتی، و تاکید بر این نکته که نگهداري اصولی و تعمیرات پیشگویانه این تجهیزات نقش بسزائی در کاهش هزینه هاي تعمیراتی و افزایش بهره وري مراکز صنعتی ایفا می کنند. یکی از تکنیکهاي نگهداري وتعمیرات ماشینهاي دوار الکتریکی، استفاده ازسیستمهاي مراقبت وضعیت - - Condition Monitoring میباشد، که با استفاده از تکنیکهاي مختلف اعم از آنالیز ارتعاش تجهیزات، آنالیز جریان، ترموگرافی، آنالیز روغن و غیره انجام میپذیرد. تکنیک آنالیز جریان یکی از تکنیکهائی است که با استفاده از آن عیوبی نظیر شکستگی میله هاي روتور، خارج از مرکزي، خرابی بیرینگ و حتی نابالانسی و لقی فونداسیون قابل تشخیص است. [7]
- آقاي اجاقی و همکاران در سال - 2014 با بررسی روش تابع سیم پیچ بعنوان یک روش شبیه سازي و مدل سازي دقیق و نسبتاً ساده براي تحلیل عملکرد موتورهاي القایی قفس سنجابی معیوب براي شناسایی لحظه اي خطا اقدام نمود اند. این گروه در تحقیقات خود روش تابع سیم پیچ را با اعمال درجات متغیر اشباع مغناطیسی، با به کار بردن یک تابع فاصله هوایی مناسب و نیز روشی جدید براي تخمین ضریب اشباع مورد نیاز و موقعیت زاویه اي چگالی شار فاصله هوایی ارائه نمودند. در نتیجه، مدل تابع سیم پیچ اشباع پذیر را براي تحلیل موتور القایی قفس سنجابی داراي عیب میله هاي شکسته شده روتور و همچنین براي شناسایی اثر اشباع روي شاخصهاي عیب بکار برده اند. مقایسه نتایج شبیه سازي این گروه با نتایج آزمایشی متناظرنشان داده است که مدل تابع سیم پیچ اشباع پذیر داراي دقت زیادي است.[8]
- 1 معادلات توصیف موتور القائی
معادلات توصیف موتور القایی سه فاز روتور قفسی با m فاز استاتور و n حلقه روتور بصورت زیر میباشد.
که [Is]، [ Ψ] و [Vs] به ترتیب بردار جریان، شار و ولتاژ فازهاي استاتور و [Ir] و [Ψ] به ترتیب بردار جریان و شار حلقههاي روتور میباشد. همچنین T گشتاور مکانیکی موتور، T گشتاور بار، ω سرعت مکانیکی روتور و θ زاویه مکانیکی روتور است. در معادلات فوق ماتریسهاي [Ls]، [Lr] و [Lsr] به ترتیب ماتریس اندوکتانس استاتور، ماتریس اندوکتانس روتور و ماتریس اندوکتانس متقابل میان روتور و استاتور هستند و [Rs] ماتریس مقاومت فازهاي استاتور و [Rr] ماتریس مقاومت حلقههاي روتور است که از روابط زیر محاسبه میشوند:
- 2 نظریه تابع سیمپیچی
نظریه تابع سیم پیچی براي هر دو حالت سالم و خارج مرکزیت روتور جهت محاسبه اندوکتانسهاي مغناطیسی موتور القائی اجراء می شود .[1] این نظریه براي انواع عدم یکنواخت فاصله هوائی بین روتور و استاتور قابل تعمیم است، از اینرو می توان نشان داد که اندوکتانسهاي مغناطیسی بین دو سیم پیچ روتور و استاتور بصورت زیر قابل محاسبه است:[11]در رابطه فوق L′ اندوکتانس مغناطیسی واحد طول بین دو سیمپیچی A و B ، n تابع دور سیمپیچی A، r0 شعاع متوسط فاصله هوائی در حالت سالم، g توزیع فاصله هوائی پیرامون روتور، θ زاویه مکانیکی روتور و φ یک زاویه دلخواه در دستگاه مرجع استاتور است. همچنین N تابع سیمپیچی مربوط به سیمپیچی B است که با توجه به نظریه تابع سیمپیچی تصحیح شده در [12] بصورت زیر تعریف میشود.
