zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Kĩ thuật ứng dụng tín hiệu dòng điện trong chuẩn đoán online tình trạng động cơ không đồng bộ 3 pha

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Báo xấu

5
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này đưa ra các kĩ thuật tiên tiến chuẩn đoán động cơ online hiện đang được áp dụng trên thế giới từ đó đề xuất các giải pháp sử dụng tín hiệu dòng điện trong việc chuẩn đoán tình trạng các động cơ cũng như kĩ thuật sử dụng trong thực tế. Sự kết hợp của các kĩ thuật sẽ đảm bảo tính chuẩn đoán được tin cậy và chính xác nhất.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kĩ thuật ứng dụng tín hiệu dòng điện trong chuẩn đoán online tình trạng động cơ không đồng bộ 3 pha

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 KĨ THUẬT ỨNG DỤNG TÍN HIỆU DÒNG ĐIỆN TRONG CHUẨN ĐOÁN ONLINE TÌNH TRẠNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA Lưu Việt Hưng Công Ty Nhiệt Điện Nghi Sơn, 0973473873, luuhunghit@gmail.com Tóm tắt: Nghiên cứu này đưa ra các kĩ thuât tiên tiến chuẩn đoán động cơ online hiện đang được áp dụng trên thế giới từ đó đề xuất các giải pháp sử dụng tín hiệu dòng điện trong việc chuẩn đoán tình trạng các động cơ cũng như kĩ thuật sử dụng trong thực tế. Sự kết hợp của các kĩ thuật sẽ đảm bảo tính chuẩn đoán được tin cậy và chính xác nhất. Từ khóa: Động cơ không đồng bộ, phổ dòng điện, stator, rotor, bearing. CHỮ VIẾT TẮT EPVA: Enhanced park’s vector approach. MCSA: Motor current signature analysis IPSA: Instantaneous power signature analysis 1. GIỚI THIỆU Ngày nay, động cơ không đồng bộ đã trở thành 1 ứng dụng máy điện quan trọng trong các ngành công nghiệp. Với dải công suất từ nhỏ đến lớn đa dạng phục vụ được hầu hết các nhu cầu về phụ tải. Động cơ không đồng bộ cho độ tin cậy khá cao với kĩ thuật sản suất ngày càng phát triển tuy vậy lỗi vẫn thường xảy ra và có thể gây nên những gián đoạn nghiêm trọng trong quá trình sản xuất thậm chí là gây nên những sự cố thảm khốc. Nếu 1 lỗi nhỏ không được phát hiện và để cho phát triển lan rộng hơn, nó sẽ dẫn tới những hư hỏng khó khắc phục. Các lỗi thường gặp đối với động cơ như: lỗi cuộn dây, gối trục, lệch tâm, nứt vỡ rotor.. Tỉ lệ lỗi liên quan đến các bộ phận của động cơ được ước tính 21% với cuộn dây, 69% với gối động cơ còn lại là các lỗi khác liên quan đến trục, khớp nối, lồng sóc… 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Cơ sở lý thuyết 2.1.1. Kĩ thuật phân tích và chuẩn đoán đang được áp dụng trên thế giới Xét tới mô hình động cơ tiêu chuẩn như hình mô tả, với các lỗi xuất hiện ở các thành phần, sẽ có các kĩ thuật tương ứng cho độ chính xác chuẩn đoán cao nhất. Hiện tại với mô hình phân tích rung Vibration đang được áp dụng tại nhà máy Nhiệt Điện Nghi Sơn cũng như tại các đơn vị khác sẽ chỉ cho độ chính xác cao nhất ở các lỗi liên quan tới gối, khớp nối và các hư hỏng cơ khí phần tải.Bên cạnh đó, việc phân tích 314
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA rung cũng gặp rất nhiều khó khăn do yêu cầu phải tiếp cận trực tiếp thiết bị. Do vậy với nhiều thiết bị quan trọng ở các vị trí khó khăn không thể tiếp cận được để có thể tìm và phân tích lỗi sớm của thiết bị ,chúng ta cần thêm những kĩ thuật phân tích mới nhằm đánh giá tổng thể các tình trạng có thể xuất hiện. Ở bài báo này xin được đề xuất 2 kĩ thuật sử dụng tín hiệu dòng điện là: EPVA và MCSA. Hình 1:các kĩ thuật phân tích lỗi động cơ hiện nay trên thế giới 2.1.2. Kĩ thuật phân tích EPVA chuẩn đoán sớm tình trạng áp dụng cho động cơ không đồng bộ 3 pha Đây là mô hình theo định hướng chuẩn đoán sớm các lỗi liên quan mạch từ và kết cấu điện của động cơ. Mô hình bao gồm công cụ EPVA để xây dựng đường đặc tính của động cơ từ đó, ta xây dựng được sự thay đổi đặc tính của động cơ theo thời gian. Các lỗi của động cơ sẽ được phát hiện dựa trên sự thay đổi đặc tính: 315
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 80 60 40 20 0 -100 -50 0 50 100 -20 -40 -60 -80 Hình 2: Mô hình mẫu lỗi EPVA theo thời gian (Nhập số liệu ở công cụ hỗ trợ để có đặc tính) Những đường đặc tính trong quá khứ sẽ được lưu trữ như 1 dạng “data” nền để so sánh với các dữ liệu thu thập theo thời gian. Từ đó có thể sử dụng để phân tích sự phát triển của lỗi, tình trạng còn duy trì được hay phải đưa ra sửa chữa… 80 60 40 20 0 -100 -50 0 50 100 -20 -40 -60 -80 Hình 3: Mô hình healthy của động cơ Quá trình chuyển biến từ tình trạng healthy sang tình trạng fault được giám sát dần theo thời gian để lưu trữ và xác định tốc độ của sự phát sinh các lỗi. Dữ liệu cần được thu thập liên tục và định kì để xây dựng được mô hình chuyển biến theo thời gian 316
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA 60 40 20 0 -100 -50 0 50 100 -20 -40 -60 Hình 4: Mô hình fault của động cơ cần sửa chữa 2.1.3. Kĩ thuật phân tích mô hình MCSA chuẩn đoán sớm lỗi điện- cơ khí động cơ Để xác định được rõ ràng hơn các lỗi về cơ cấu điện- cơ khí của động cơ như: vòng bi, gối trục, cơ cấu truyền động.. cũng chúng ta cần 1 kĩ thuật chuyên sâu nhằm đưa ra được những thông số giúp đánh giá chính xác tình trạng chi tiết của động cơ. Điều này dựa trên những đặc tính vật lý như sau: 2.1.3.1. Lỗi liên quan đến stator Nguyên lý phát triển và phát hiện lỗi Động cơ điện luôn luôn chịu đồng thời tác dụng của ứng suất lực điện từ và cơ khí được phân bổ 1 cách đối xứng. Ở điều tình trạng bình thường của động cơ, Trở kháng 3 pha stator và rotor là đồng nhất và dòng điện là cân bằng. Ở tình trạng này chỉ có thành phần tần số cơ bản là f và sf tồn tại tương ứng trong dòng điện stator và rotor, Trong đó f là tần số lưới điện và s là hệ số trượt của động cơ. Xét 1 động cơ không đồng bộ 3 pha, 1 cặp cực. Khi stator bị hư hỏng, tính đối xứng của động cơ bị mất đi, 1 từ trường quay ngược sinh ra, trong dòng điện stator xuất hiện thành phần tần số -f tương ứng. thành phần này tương ứng sinh ra trên rotor thành phần tần số (s-2)f. Gây nên những moment rung động và dao động tốc độ ở rotor với tần số 2f. Tần số rung động này tương ứng sinh ra trên rotor các dòng điện phản ứng ở tần số (s-2)f và (s+2)f. Trong đó (s+2)f lại tương ứng sinh ra trên stator dòng điện tương ứng tại tần số 3f. Quá trình này lại được lặp lại tuần tự, cuối cùng sinh ra 1 bộ hài bậc lẻ xuất hiện trên dòng điện stator. 317
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 Việc phân tích mô hình chuyên sâu sẽ dựa vào quá trình phân tích hài bậc cao xuất hiện trên stator  Với các lỗi cơ bản khác gây mất đối xứng mạch từ: phân tích các thành phần hài bậc lẻ 3,5,7…  Với lỗi ngắn mạch các vòng dây của 1 pha, ngoài các thành phần hài bậc lẻ, các thành phần hài bậc chẵn 2,4,6,8… cũng sẽ xuất hiện, từ đó có thể dễ dang phân biệt với các lỗi mất đối xứng mạch từ khác. Hình 5: Quá trình phát triển của các bộ sóng hài trên stator và rotor Hình 6: Mô hình phân tích lỗi ở tình trạng Winding turn shot Xét tổng quát trên phạm vi các động cơ không đồng bộ 3 pha với p cặp cực, khi đó, các bộ hài xuất hiện trên stator sẽ tương ứng với: 318
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA n f stt  f g ( (1 s )  k ) p (1) Trong đó: n,k: là các bộ số nguyên dương 1,2,3… p : số cặp cực f g : Tần số lưới điện 2.1.3.2. Lỗi liên quan đến rotor Nguyên lý phát triển và phát hiện lỗi Động cơ điện luôn luôn chịu đồng thời tác dụng của ứng suất lực điện từ và cơ khí được phân bổ 1 cách đối xứng. Ở điều tình trạng bình thường của động cơ, Trở kháng 3 pha stator và rotor là đồng nhất và dòng điện là cân bằng. Ở tình trạng này chỉ có thành phần tần số cơ bản là f và sf tồn tại tương ứng trong dòng điện stator và rotor, Trong đó f là tần số lưới điện và s là hệ số trượt của động cơ. Khi rotor bị hư hỏng, tính đối xứng cơ bản của rotor mất đi, trở kháng tương đương của cuộn dây rotor không còn cân bằng nữa, 1 từ trường ngược chiều được sinh ra tương ứng sinh ra trong dòng điện rotor 1 dòng điện tương ứng ở tần số -sf. Thành phần tần số này lại cảm ứng trên dòng điện stator 1 thành phần dòng điện với tần số (1-2s)f gây nên những moment rung động và dao động tốc độ trên thân động cơ với tần số ±2sf. Tần số rung động này tương ứng sinh ra trên stator các dòng điện phản ứng ở tần số (1-2s)f và (1+2s)f. Trong đó (1+2s)f lại tương ứng sinh ra trên stator dòng điện tương ứng tại tần số 3sf. Quá trình này lại được lặp lại tuần tự, cuối cùng sinh ra 1 bộ hài với tần số tương ứng (1±2ks)f xuất hiện trên dòng điện stator. Hình 7: Quá trình phát triển của các bộ sóng hài trên stator và rotor 319
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 Việc phân tích mô hình chuyên sâu sẽ dựa vào quá trình phân tích các bộ hài này xuất hiện trên stator. Như ví dụ minh họa hình dưới cho tình trạng nứt vỡ thanh dẫn lồng sóc rotor, có thể thấy sự xuất hiện đột biến của cặp hài (1±2s)f trên stator, điều này cho ta biết được tình trạng hư hỏng đối với rotor Hình 8:Mô hình phổ phân tích lỗi ở tình trạng broken rotor bar Xét tổng quát trên phạm vi các động cơ không đồng bộ 3 pha với p cặp cực, khi đó, các bộ hài xuất hiện trên stator sẽ tương ứng với:   1 s   f brb  f g  k    s   p   (2) Trong đó: k: là các bộ số nguyên dương 1,2,3… p : số cặp cực f g : Tần số lưới điện 2.1.3.3. Tình trạng lệch tâm khe hở không khí air-gap Tình trạng lệch tâm khe hở không khí air-gap là tình trạng khi khoảng cách khe hở không khí giữa rotor và stator là không đồng nhất. Tình trạng này dễ gặp đối với những động cơ không được căn tâm chính xác. Có 2 dạng của tình trạng lệch tâm này là: lệch tâm tĩnh và lệch tâm động. Trong đó, lệch tâm tĩnh khi vị trí lệch xuyên tâm của rotor và stator là cố định trong khi lệch tâm động thì vị trí này sẽ thay đổi theo chuyển động quay của rotor. 320
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA Hình 9:Các dạng lệch tâm air-gap Do sự thay đổi trong khe hở không khí, dẫn tới sự rời xa hơn của rotor hay sự tới gần hơn của từ trường stator, chúng gây ra thành phần hài có tần số như sau trên dòng điện stator, đối với trường hợp của lệch tâm tĩnh, bộ hài được xác định như công thức sau:   1 s   f ec  f g  R  nd     nws    p   (3) Trong đó: R: số lượng thanh dẫn rotor p: số cặp cực nd : =±1 nws :=1,3,5,7…. Thành phần hài chính của bộ hài được xác định bởi: f c  Rf g (4) Hình 10: Hình ảnh phổ với lệch tâm tĩnh Hình 11: Hình ảnh phổ với lệch tâm động 321
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 Có thể thấy, đối với hình ảnh hài xuất hiện của lệch tâm tĩnh, sẽ chỉ gồm các bộ hài tương ứng với dải tần (R±k)f, trong khi đó, với lệch tâm động sẽ bao gồm thêm nhiều dải tần nhỏ xem giữa các dải tần chính này. 2.1.3.4. Hư hỏng gối đỡ Các dạng hư hỏng gối động cơ là cực kì phức tạp và khó khăn để phát hiện tình trạng so với các lỗi ở stator và rotor. Ở đây chỉ xét đến các dạng hư hỏng gối đỡ dùng vòng bi Đối với các dạng vòng bi thông thường có từ 6-12 bi, khi xảy ra hư hỏng ở các vòng bi này sẽ tạo ra các bộ hài với tần số tương ứng: f 0  0, 4nf rm f1  0, 6nf rm (5) Trong đó: f0: hài tần số thấp f1: hài tần số cao n : số bi của vòng bi frm: tần số rotor. Hư hỏng vòng bi bearing sẽ tương ứng tạo ra các dạng phổ với tần số này và được phát hiện trên hình ảnh dòng stator. Hình 12: Hình ảnh phổ tương ứng hư hỏng gối đỡ 2.2. Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu thực tiễn. Qua thực tế áp dụng qua tín hiệu dòng điện các động cơ sử dụng tại nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn 322
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA 2.3. Dự kiến kết quả đạt được Đánh giá sớm được tình trạng các động cơ ngay khi đang làm việc từ đó đưa ra kế hoạch sửa chữa, bảo dưỡng hợp lý , giảm thời gian dừng máy sự cố, phục vụ việc định hướng sửa chữa bảo dưỡng theo RCM 3. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Kết quả từ việc sử dụng các công cụ EPVA và MCSA cho kết quả tương đương với các máy chuẩn đoán online của các hãng trên thế giới và có thể áp dụng linh động cho mọi động cơ không đồng bộ 3 pha. 4. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Các kĩ thuật phân tích động cơ dựa trên tín hiệu dòng điện là 1 giải pháp hữu ích trong đánh giá các động cơ ở vị trí không thể tiếp cận để đánh giá theo các phương pháp đo rung thông thường, đồng thời cũng là 1 kĩ thuật bổ trợ góp phần đánh giá bao quát được toàn bộ động cơ online. Các kĩ thuật không thể thay thế hoàn toàn cho nhau mà cần kết hợp chúng để đưa ra được chuẩn đoán chính xác và hiệu quả nhất. LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Tổng Công ty Phát điện 1 (GENCO1), Công ty Nhiệt điện Nghi Sơn đã tạo điều kiện và kích lệ động viên trong quá trình thực hiện đề tài. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] BRIEF REVIEW OF MOTOR CURRENT SIGNATURE ANALYSIS; Dubravko, MILJKOVIĆ, HEP, Zagreb, CROATIA; [2] Q. S. Al-Sabbagh and H. E. Alwan, Detection of Static Air-Gap Eccentricity in Three Phase Induction Motor by Using Artificial Neural Network (Ann), Journal of Engineering, No. 4 Vol. 15, December 2009 [3] M. S. Welsh, Detection of Broken Rotor Bars in Induction Motors Using Stator Current Measurements, MSc Thesis, MIT, Columbia, May 1988 [4] Fault Diagnosis Using Park’s Vector Approach, International Journal of Electrical and Computer Engineering. ISSN 0974-2190 Volume 8, Number 1 (2016). 323

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.