بخشی از مقاله
چکیده:
بروز خطای ناهم محوری در روتور قفسی موتورهای آسنکرون ولتاژ بالا که معمولا دارای روتور غیر ریخته-گری میباشند متداول میباشد. بروز اولین خطای نامحوری در روتور باعث به هم خوردن تعادل در جریانهای میله ها میشود. به گونه ای که بروز خطای دیگری در روتور به فاصله کوتاه زمانی بعد از بروز اولین خطا بسیار محتمل میباشد.
در این مقاله به ارائه نتایج به دست آمده از شبیه سازی موتور با وجود خطای نامحوری پرداخته و نتایج به دست آمده را بررسی میکنیم. در این مقاله شبیه سازی با استفاده از نرم افزار Maxwell 16.0 به شکل دو بعدی انجام شده است. سپس تحلیل هارمونیکی جریانهای موتور در نرم افزار متلب با استفاده دستور تبدیل فوریه fft انجام شده است.
-1 مقدمه
یکی از پرکاربردترین محرک های الکتریکی در صنعت، موتورهای القایی میباشند4]؛.[1 ساختار ساده استاتور و روتور و نداشتن اتصال الکتریکی روتور به بیرون، تعمیر و نگهداری این موتورها را راحت و کم هزینه میکند. همچنین عدم نیاز به راه انداز، پیچیدگی و هزینه این موتورها را کاهش میدهد. یکی از مهمترین هزینهها در صنعت هزینه تعمیر و نگهداری و توقف روند تولید ناشی از خطاها میباشد.
از این رو، بحث تشخیص به موقع خطا به منظور پیشگیری از گسترش آن از اهمیت زیادی در صنعت برخوردار است. در سالهای اخیر تشخیص خطا و نگهداری پیشگیرانه که هدف آن جلوگیری از خطاهای بزرگ در موتورها بوده, مورد توجه بسیاری از محققان و مهندسان قرار گرفته است
در این زمینه تاکنون روشهای مخرب و غیرمخرب زیادی پیشنهاد شده است. روشهای غیر مخرب روشهایی هستند که بر پایه اندازهگیریهای ساده و ارزان بنا شده اند. و نیازی به تغییر ساختار موتور ندارنداخیراً. بحث تشخیص خطا در ماشینهای الکتریکی از روشهای متداول قدیمی به سمت روشهای مبتنی بر هوش مصنوعی پیش میرود.
متغیرهای زیادی در ماشین میتوانند به عنوان سیگنال تشخیص خطا تلقی شوند .به دلیل سادگی نمونهبرداری از ولتاژها و جریانهای استاتور و در دسترس بودن حسگرهای لازم برای اندازهگیری, استفاده از این سیگنالها مناسب به نظر میرسد. حدود 5 تا 10 درصد خطاهای متداول در موتورهای القایی روتور قفسی به دلیل شکستگی و یا ترک خوردگی میلههای روتور و یا حلقههای انتهای آن است.
خطای ناهمگنی فاصله هوایی - نا هم محوری - یکی دیگر از خطاهایی میباشد که در انواع موتورها و ماشین های الکتریکی اتفاق می افتد. حدود 3 تا 4 درصد خطاهای متداول در موتورهای القایی روتور قفسی ناشی از کوپل ناصحیح، خمیدگی شفت، عدم یکنواختی بار و یا بعلت کارکرد ماشین در دراز مدت میباشد که پس از مدتی یاتاقانها یا بلبرینگهای ماشین دچار سایش و محور روتور از جای اصلی خود جا به جا شده و خطای نا هم محوری رخ می دهد. این خطا باعث به هم ریختن فاصله هوایی شده و شار فاصله هوایی از حالت متقارن خود خارج میشود.
در صورتی که این مسئله ادامه پیدا کند و سایش بیشتر رخ دهد، سطح خارجی روتور و سطح داخلی استاتور با هم برخورد کرده و سایش در فاصله هوایی رخ خواهد داد. در این صورت خسارتهای جبران ناپذیری به ماشین وارد شده و قابل تعمیر نخواهد بود. تشخیص به موقع خطاهای یادشده میتواند میزان خسارت و هزینه تعمیر را به شدت کاهش دهد. بنابراین یکی از موضوعات تحقیق در ماشین های الکتریکی تشخیص خطای ناهم محوری در ماشین میباشد.
در مرجع [9] تاثیر وجود همزمان نا هم محوری روتور و استاتور و میله های شکسته در روتور بر روی جریان استاتور بررسی شده است. مقالات زیادی در مورد کشف خطا در موتورهای القایی کار شده است. با این حال آنها تنها در مورد وجود یک خطا به تحقیق و شبیه سازی و آزمایش پرداخته اند. در حالیکه وجود همزمان چند خطا در موتورها تقریبا مرسوم میباشد. وجود خطای میله شکسته در روتور معمولا میتواند با نا هم محوری ذاتی روتور و استاتور که به صورت جابجایی محورهای استاتور و روتور و یا ناموازی بودن این دو محور، اتفاق بیافتد. در این مقاله هدف آنالیز تئوری و آزمایش عملی جریان استاتور موتور القایی با داشتن ترکیبی از این خطاها میباشد. ابتدا، یک رابطه توصیفی برای اندوکتانسهای دوطرفه تحت وجود نا هم محوری بدست آمده است.
این کار با استفاده از ترکیبی از توابع بازبینی شده سیم پیچی و روش سری فوریه انجام گرفته است. سپس با استفاده از دو روش تئوری و شبیه سازی چگونگی تاثیر پذیری جریان استاتور از خطاهای میله شکسته و نا هم محوری نشان داده شده است. همچنین در به دست آوردن فرمولهبندی این سیستم از اثر ریپل سرعت هم صرف نظر نشده است.
در این مقاله نشان داده شده است که علاوه بر اضافه شدن فرکانسهای شاخصی که به جریان استاتور در صورت بروز خطای میله شکسته اضافه میشود، در زمان بروز خطاهای هم زمان یک سری هارمونیکهای اضافی هم به شکل باند کناری که به مرکزیت فرکانس اصلی حول آن توزیع شده اند. مهم تر از این در این مقاله نشان داده شده است که بعضی از این هارمونیکها باهارمونیکهای نا هم مرکزی مشترک میباشند. در این مقاله هم آزمایشات عملی هم نتایج به دست آمده را تایید میکنند.
در مرجع شماره [10] یک آنالیز گذرای المان محدود بر روی موتورهای القایی تحت خطای نا هم محوری مرکب انجام شده است. در یک موتور القایی روتور قفسی سه فاز، خطای نا هم محوری یک خطایی است که زیاد اتفاق می افتد. در این شرایط لازم است که موتور از خط تولید سریعاً خارج شود. با توجه به اینکه موتور معمولا در دسترس نمیباشد امکان تشخیص خطا چندان کار راحتی نخواهد بود.
در این مقاله یک روش بر اساس آنالیز المان محدود که قادر است خطای نا هم محوری را بدون دسترسی به موتور شناسایی کند - ترکیبی از استاتیک و دینامیک - ، ارائه شده است. این روش مشکلات موجود برای به کار گیری روش 1 FEMدر حالتهای گذرا را برطرف میکند. در روش ارائه شده در این مقاله طیف فرکانسی جریان خطا موتور شبیه سازی شده و نمونه آن با یک نمونه سالم طیف جریان استاتور مقایسه میشود. تطابق شبیه سازی ها و اندازه گیری های واقعی در خطای ناهم محوری در این مقاله، خوب گزارش شده است.
در این مقاله بر روی بروز خطاهای مذکور در موتور القایی و تشخیص آن از طریق آنالیز هارمونیکی جریان استاتور کار کرده و آن را تشخیص خواهیم داد.
-2 مشخصات موتور مورد مطالعه
در شکل - - 1 شمای دوبعدی از مقطع موتور نشان داده شده است. در جدول - - 1 مشخصات موتور آورده شده است.
شکل - : - 1 شمای مقطع موتور
