بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت و کاربرد فراوان موتورهاي القایی در صنعت و لزوم تشخیص به موقع خطا به منظور پیشگیري از گسترش آن، استفاده از تکنیکهاي پایش وضعیت - CM - بسیار کاربردي میباشد. در این زمینه روش آنالیز سیگنال مربع جریان - MSCSA - براي تشخیص خطاي ناهمگنی فاصله هوایی که از جمله خطاهاي رایج در موتورهاي القایی روتور قفسی میباشد، ارائه میگردد. روش پیشنهادي بر مبناي تحلیل طیف فرکانسی سیگنال مربع جریان استاتور و به کمک تکنیکهاي پردازش سیگنال توسعه یافته است. این سیستم با مربع نمودن سیگنال نمونه گیري شده از جریان استاتور و با استفاده از روش تبدیل فوریه سریع - FFT - ، وضعیت موتور را از لحاظ وجود یا عدم وجود ناهمگنی فاصله هوایی مشخص میکند. نتایج تجربی، کارایی روش پیشنهادي را نسبت به روش آنالیز سیگنال جریان - MCSA - به منظور تشخیص خطاي ناهمگنی فاصله هوایی تایید میکند.
.1 مقدمه
موتورهاي القایی در صنعت کاربرد زیادي داشته و معمولا وظیفه مهم و حساسی را در پروسه تولید به عهده دارند، به همین دلیل خروج ناگهانی و بدون برنامهریزي آنها از روند تولید، خسارتهاي مالی سنگینی به همراه خواهد داشت. از این رو، بحث تشخیص به موقع خطا به منظور پیشگیري از گسترش آن از اهمیت زیادي در صنعت برخوردار است، به این دلیل که اولا اجازه خروج برنامهریزي شده را میدهد و ثانیا منجربه کاهش هزینه و زمان تعمیرات میگردد.
در سالهاي اخیر تشخیص خطا و نگهداري پیشگیرانه که هدف آن جلوگیري از وقوع خطاهاي بزرگ در موتورهاست، مورد توجه بسیاري از محققان و مهندسان قرار گرفته است. در این زمینه تا کنون روشهاي مخرب و غیرمخرب زیادي پیشنهاد شده است ب1م. روشهاي غیر مخرب روشهایی هستند که بر پایه اندازهگیري هاي ساده و ارزان بنا شدهاند و نیازي به تغییر ساختار موتور ندارند ب2م. به طور کلی دو منطق پایه جهت تشخیص عیوب در ماشینهاي الکتریکی وجود دارد:
-1 تشخیص خطا - رخداد خطا -
-2 شناسایی خطا - نوع خطا - . شناخته شده ترین روش تشخیص خطا، بر اساس نظارت و پردازش سیگنالهاي جریان و ارتعاش، شناسایی باندهاي کناري در اطراف فرکانس پایه1 است که به آن روش آنالیز سیگنال جریان موتورA - 2حهق - گفته میشود و یکی از مناسبترین روشها جهت تشخیص خطاهاي متداول در موتورهاي القایی قفس سنجابی، هم از لحاظ فنی و هم از لحاظ اقتصادي میباشد. در این مقاله روش جدید آنالیز سیگنال مربع جریانA - 3حهحق - براي شناسایی خطاي ناهمگنی فاصله هوایی در مسئله تشخیص عیب ماشینهاي الکتریکی ارائه میگردد. این روش را میتوان شبیه به روش توان لحظهاي 4 در نظر گرفت هرچند روش ارائه شده تنها نیاز به استفاده از یک مجموعه سنسور - اندازهگیر جریان - را دارد و از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفهتر است.
نتایج شبیه سازي بر روي دادههاي واقعی دریافت شده از موتور القایی داراي عیب ناهمگنی فاصله هوایی نشان دهنده مولفههاي جدید فرکانسی میباشد که در روش کلاسیک A - حهق - ارائه نشده است و این نتایج نشان دهنده کارآمدي روش پیشنهادي است. به منظور رسیدن به این هدف، جریان استاتور موتور القایی قفس سنجابی جفت قطب، توان 22 کیلو وات و ولتاژ 234/44 ولت با فرکانس نمونه برداري اندازهگیري شده و آنالیز بر روي اطلاعات دریافتی توسط نرم افزار متلب5 صورت گرفته است.
.2 خطاي ناهمگنی فاصله هوایی - خروج از مرکزیت -
ناهمگنی فاصله هوایی یکی از معایب اصلی و شایع در موتورهاي القایی میباشد و میتوان آن را قبل از پیشرفت و در همان مراحل اولیه شناسایی نمود. ناهمگنی فاصله هوایی وضعیتی است که در آن فاصله هوایی بین روتور و استاتور متقارن نیست، یا به عبارت دیگر شکاف هوایی غیر یکنواخت بین روتور و استاتور وجود دارد. این عیب باعث تغییرات پخش چگالی شار مغناطیسی در فاصله هوایی بین روتور و استاتور میشود و منجربه به وجود آمدن یک نیروي کششی- شعاعی6 - بقس - شده که سبب میشود در قسمتی که فاصله هوایی بین روتور و استاتور به حداقل میرسد به سمت یکدیگر جذب شوند و باعث آسیب دیدن هسته و همچنین وارد شدن صدمه جدي به سیم پیچ استاتور و یا قفسه روتور میشود ب3م. به طور کلی ناهمگنی فاصله هوایی را به سه دسته تقسیم بندي میکنند که در شکل 1 نمایش داده شده است.
-1 ناهمگنی فاصله هوایی استاتیکی: این نوع ناهمگنی هنگامی اتفاق میافتد که مرکز هندسی روتور با مرکز هندسی چرخش یکی باشد ولی نسبت به مرکز هندسی استاتور جابجا شده باشد که میتواند به دلیل بیضوي بودن استاتور و یا قرار گرفتن نادرست روتور داخل استاتور در مرحله نصب به وجود آید.
-2 ناهمگنی فاصله هوایی دینامیکی: این نوع ناهمگنی هنگامی اتفاق میافتد که مرکز هندسی روتور با مرکز چرخش متفاوت باشد ولی مرکز چرخش با مرکز هندسی استاتور منطبق باشد که میتواند به دلایل مختلف از جمله تغییر شکل محور روتور، ناهم محوري شفت و خرابی بلبرینگ به وجود آید.
-3 ناهمگنی فاصله هوایی ترکیبی: اکر میزان ناهمگنی فاصله هوایی استاتیکی بیش از حد افزایش یابد باعث عدم یکنواختی در توزیع نیروي مغناطیسی میگردد و در نهایت منجربه ناهمگنی فاصله هوایی دینامیکی میشود.
.3 آنالیز تجربی و نتایج شبیه سازي
در این بخش تشخیص خطاي ناهمگنی فاصله هوایی در ماشینهاي القایی را مورد ارزیابی قرار میدهیم. نحوه ارائه مطالب به این صورت است که ابتدا توضیح مختصري در مورد تنظیمات سیستم آزمایشی و نحوه اندازهگیري دادهها و مشخصات موتور القایی استفاده شده ارائه میگردد. سپس نتایج شبیه سازي شده را ارائه مینماییم.
.3 -1 تنظیمات سیستم آزمایشی
در شرایط عملی مجموعهاي از دو جرثقیل که هر یک از موتور القایی قفس سنجابی سه فاز با توان 22 کیلو وات، جفت قطب و ولتاژ 234/44 ولت مورد استفاده قرار گرفته است. طرح کلی از نحوه اتصالات این سیستم آزمایشی در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل :2 طرح کلی سیستم آزمایش شده
جرثقیل A به منظور بالا بردن و جرثقیل B جهت شبیه سازي شرایط عملکردي مورد استفاده قرار گرفته است. آزمایش انجام شده توسط اینورتر با فرکانس 45 هرتز در نظر گرفته شده است. جریان استاتور خروجی 24 بیتی و در یک بازه زمانی ثابت کتک چ 1 و فرکانس نمونه برداري ظدفزلچ کƒ حاصل گردیده است.
.4 روش آنالیز سیگنال جریان - MCSA -
یکی از روشهاي مورد استفاده براي تشخیص خطا در ماشینهاي القایی روش آنالیز سیگنال جریان موتور A - حهق - است. که میتوان با استفاده از آن عیوبی نظیر شکستگی میله هاي روتور، ناهمگنی فاصله هوایی - خروج از مرکزیت - ، خرابی بلبرینگ، ناهم محوري، عدم تعادل و لقی پایه را تشخیص داد. در این روش با نصب سنسور جریان در مدار اولیه، میتوان سیگنال جریان را مشاهده نمود ب6م. سیستم پایش جریان استاتور در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل :3 طرح کلی از سیستم پایش سیگنال جریان موتور
سیگنال جریان موتور در حالت ایدهآل به صورت یک موج سینوسی با فرکانس برق شهر میباشد. ما میتوانیم جریان را برحسب زمان یا بر حسب فرکانس نمایش دهیم. دامنه پیک فرکانسی برابر با مقدار موثر دامنه موج فرکانسی میباشد. از آنجا که این حالت یک حالت تئوري بدون هارمونیک است ما فقط یک پیک در طیف فرکانسی مشاهده میکنیم. با توجه به شرایط ایدهآل براي موتور سالم و ولتاژ منبع تغذیه، جریان خط ورودي - فاز´ه - ´ از رابطه 1 به دست میآید.
