METODIKA ZJIŠŤOVÁNÍ NESYMETRIE MAGNETICKÉHO POLE U ELEKTROMOTORŮ

Transkript

1 METODIKA ZJIŠŤOVÁNÍ NESYMETRIE MAGNETICKÉHO POLE U ELEKTROMOTORŮ Ing. Mečislav Hudeczek,Ph.D. Stonavská Albrechtice Abstrakt Přednáška pojednává o vlivu nesyetrie elektroagnetického pole elektrootoru na poháněný echanisus, o identifikaci této závady a o zkušenostech z dané oblasti. Klíčová slova Eletkroagnetické pole, nelinearita, nevyváženost.. Úvod V noha publikacích jsou popsány příčiny vzniku nesyetrie elektroagnetického pole elektrootoru. Patří ezi ně např.: nesyetrie vzduchové ezery, přesycování zubů statoru a rotoru, nevhodný poěr počtu statorových a rotorových drážek, nevhodné natočení drážek rotoru, excentricita rotoru, vliv uspořádání vinutí s několika paralelníi větvei u větších strojů s napětí U < 000V, vliv neharonického napájení atd. V průběhu diagnostických ěření po dobu posledních třinácti let na kobajnových elektrootorech a otorech hlavních důlních čerpadel v důlních provozech a provozech tepláren a elektráren na elektrootorech čerpadel a ventilátorů a taktéž přejíek nových elektrootorů pro Teplárny Karviná, a. s. přío u výrobce byly zjištěny dvě nové příčiny vzniku nesyetrie elektroagnetického pole: K poškozování agnetického obvodu statoru elektrootoru a následně k nesyetrii elektroagnetického pole dochází také v důsledku tzv. bourání vinutí. Stator usí být vhodnou etodou zahřátý na teplotu ěknutí ipregnačního laku vinutí a následně vinutí vytáhnuto. Tyto teploty se pohybují v těsné blízkosti teploty, kdy statorové plechy ztrácejí své zaručované agnetické vlastnosti. Pokud rozehřívání statoru elektrootoru je prováděno nevhodnou etodou např. plynovýi hořáky, které svůj plaen přío sěřují na statorové plechy, dochází k lokálníu nevhodnéu prohřátí statorových plechů. Lokálně naděrně oteplený stator á větší agnetické ztráty a enší oent. Při nákupu dynaových plechů pro výrobu statorových a rotorových plechů ne vždy jsou vybaveny ateste kvality z hlediska agnetických vlastností. Nekvalitní tabule dynaových plechů ne vždy ají po celé ploše přesně stejnou tloušťku. Při prostřihávání a následné skládání jednotlivých plechů délka je nestejnorodá a způsobuje nesyetrii elektroagnetického pole. Při provádění bezdeontážní technické diagnostiky na teplárnách a elektrárnách a taktéž hornictví byl tento vliv experientálně ověřen přío na provozovaných strojích a následně byla stanovena etodika ěření a taktéž vyhodnocování naěřených hodnot. Přío v provozních podínkách byla zjištěna x nesyetrii elektroagnetického pole elektrootoru a jeho negativní působení na poháněný echanizus.. Identifikace poruchy elektrootoru zapříčiněné nesyetrii elektroagnetického pole a jeho vliv na poháněný echanisus Ve všech doposud zjištěných případech poruchy elektrootoru zapříčiněných nesyetrií elektroagnetického pole se projevují na poháněné echanisu i na saotné elektrootoru vibracei a to v oblasti hodnocení ezních stavů jako ještě přípustný nebo nepřípustný podle VDI 056. Poruchu lze identifikovat při zatížení na první haronické frekvenčního spektra viz obrázek č.. Chvění na první haronické odpovídá nevyváženosti rotujících hot. Hodnoty chvění jsou na elektrootoru o 5 % větší od hodnot chvění na poháněné echanisu v některých případech jsou stejné. Při zjištění tohoto stavu každý diagnostik začne vyvažovat. Nejprve poháněný echanisus (ventilátor) ve dvou rovinách. Následně na ventilátoru elektrootoru jeho rotor. Po spojení spojky, výsledky se zlepší o zbytkovou nevyváženost za předpokladu stavu, že soustrojí bylo dobré. Hodnoty chvění po těchto opatřeních se zlepší cca o 0% I p. Při toto zlepšení, soustrojí á nadále vibrace nevyhovující. Následně je provedená deontáž elektrootoru a vyvážen na vyvažovací stolici jeho rotor. Po ontáži elektrootoru a proěření vibrací je stav stejný. Tento proces probíhá několik dnů. Zde popisují skutečný případ, který se stal v jedné organizaci, kde po dvou týdnech pokusů se snížení vibrací na ventilátoru jse byl pozván abych se k danéu probléu vyjádřil.

2 Obrázek č. Tak jako předchůdci jse začal vyvažovat, s tí rozdíle, že pro vyvažování jse použil starou graficko početní tříbodovou etodu. Z oderní techniky jse použil pouze data kolektor pro přesné ěření první haronické vibrací na dané vyvažovací rovině. Důvode použití staré graficko početní tříbodové etody vyvažování byla skutečnost, že sonda pro ěření fáze při předchozí vyvažováni na jiné stroji byla echanicky zničená. Při třetí vyvažovací běhu jse zjistil, že grafické zjišťování ísta a hotnosti vyvážku neá řešení. Tí podstatné pro vyvažování nebylo zjištěno. Vyvažování jse opakoval několikrát se stejný výsledke. Kolegové vyvažovali na oderní vyvažovací přístroji firy Schenck. Tento přístroj pro vyvažování autoaticky vedl celý vyvažovací proces a taktéž vždy určil ísto a hotnost vyvážku. Po připevnění vývažku na vyvažovací rovinu výsledek z hlediska snížení chvění byl nulový. celá soustava nelineární. Nelinearity v předchozích případech se projevovaly v tí, že byly uvolněné svorníky v základech, které kotvily konstrukci stroje. Dále nelinearita se projevovala když byly značně ěkké nosné konstrukce ráu stroje atd. Při vyvažováni ventilátoru jse nezjistil konstrukční závady, které by způsobovaly nelinearitu. Po dalších úvahách jse nechal rozpojit spojku a proěřil vibrace elektrootoru bez zatížení. Celková efektivní hodnota vibrací elektrootoru při chodu naprázdno byla na úrovni stavu dobrého což by nasvědčovalo, že elektrootor je dobrý. Frekvenční analýzou viz. obrázek č. jse zjistil, že na dvojnásobku síťové frekvence tj. 00 Hz je aplituda větší od první haronické. Z dřívějších diagnostických ěřeních jse věděl, že při této konfiguraci frekvenčního spektra je ve stroji anoálie a stroj nutno zastavit a opravit. Dále jse věděl, že na této haronické se u elektrootorů vyskytují závady elektroagnetického pole. Nechal jse elektrootor vyěnit i při značných protestech provozních pracovníků, protože výěna elektrootoru byla značně obtížná. Po výěně elektrootoru vibrace celého stroje byly na ezní hodnotě dobré. Obrázek č. Příčina neúspěchu s oderní vyvažovací přístroje byla v to, že algoritus vyvažování á přístroj napevno vypálen do ikroprocesoru a vždy usí určit lehké ísto, kde se připojí vyvážek. Z dřívějších vyvažování pooci graficko početní etody jse byl poučen, že v případě kdy při grafické řešení vyvážku kruhy k, k, k se nesejdou viz obrázek č. 6 je Obrázek č. Na obrázku č. je uvedeno spektru vibrací náhradního elektrootoru, který byl zkoušen na zkušebně za účele zjištění jeho technického stavu. Po provedené ěření jse jednoznačně určil, že elektrootor je vadný. Příčinou tohoto tvrzení byla frekvenční analýza spektra vibrací, kde na dvojnásobku síťové frekvence je aplituda o velikosti / základní haronické a navíc á postranní pása. Na obrázku č. 4 je uvedeno spektru dalšího elektrootoru téhož typu a paraetrů. Elektrootor byl označen jako dobrý a ohl být použit v provozu. Spektru vibrací tohoto elektrootoru je ožno označit jako školní příklad. Každý dobrý stroj á spektru o takovéto průběhu.

3 Obrázek č. 4. Metoda vyvažováni nelineárních soustav Třípolohová etoda je znáa a je nejvýhodnější pro vyvažování v provozních podínkách a taktéž na vyvažovacích stolicích staršího typu, které ají dobrý technický stav echanické části stolice ale echanické nebo elektronické zařízení pro určení ísta a hotnosti vyvážku je neopravitelné. Výhodnost etody spočívá v to, že při relativně alé počtu běhů lze i bez ěření fáze určit polohu vývažku. Největší přínos této etody je v to, že při její pravidelné aplikaci jse zjistil, že lze poocí ní rozpoznat, zda vyvažovaný stroj je nebo není lineární. Nelineární stroj se nedá vyvážit žádnou vyvažovací etodou ani přístroje. Třípolohovou etodu používá třináctý rok. Postup vyvažování: Vyvažovaný stroj např. ventilátor viz obrázek č. 7 se připojí pod napětí, a když otáčky stroje se ustáli na jenovitých otáčkách (u vyvažovacích stolic stačí otáčky 750 otin -, otáčky při všech bězích usí být stejné) je ožné zahájit ěření vibrací. Měření vibrací provádíe vždy v jedno bodě a to záleží, kterou vyvažovací rovinu chcee vyvažovat. Měřící bod L4V viz obrázek č. 7 usí být vyznačen tak aby byla kdykoliv zachována opakovatelnost ěření. V toto bodě L4V se zěří vibrace, pokud chcee vyvažovat oběžné kolo ventilátoru, přístroje, který dovede jako výsledek uvést frekvenční spektru alespoň v rozsahu od 0 do 00Hz v efektivní hodnotě, v lineárních souřadnicích a ohutnost kitání v rychlosti v [s - ]. Na první haronické odečtee hodnotu aplitudy X v v rychlosti v [s - ]. Na výkrese sestrojíe kružnici k 0 o poloěru rovné hodnotě X v. Někdy je nutné kreslit v ěřítku pro lepší rozlišitelnost. Stroj zastavíe a tí je ukončen první běh. Při zastavené a zajištěné stroji proti nahodiléu zapnutí rozdělíe oběžné kolo na tři části vzájeně posunuté o 0 o. Na každé části vyznačíe bod na stejné poloěru a označíe je čísly,,. Do těchto bodů budou postupně připevňovány poocné vývažky W a při stejných otáčkách budou proěřeny vibrace v bodě L4V a odečteny hodnoty aplitud X v, X v, X v. Po zěření těchto aplitud je ukončen druhý, třetí a čtvrtý běh. Hotnost poocného vývažku se volí podle epirického vztahu X M v w = [kg.0 - ], kde X v je hodnota rw aplitudy zěřená při první běhu v bodě L4V, M je hotnost rotujících části (oběžné kolo, hřídel, spojka), r w je poloěr poocného vyvážku udávajícího vzdálenost jeho těžiště od osy rotace. Títo vztahe se lze dobře řídit při určování poocného vývažku avšak je nutná velká zkušenost při vyvažování. Z naěřených hodnot se graficky určí příčinkový činitel α, potřebný pro výpočet hotnosti v hledaného vývažku (obr. 5), takto: kole zvoleného počátku O se opíše kružnice k o poloěre rovný X v ; na kružnici k o se vyznačí body,, odpovídající ístů připojování poocného vývažku W; kole bodu l se opíše kružnice k poloěre X v, kole bodu kružnice k poloěre X v a kole bodu kružnice k poloěre X v ; všechny tři kružnice by se teoreticky ěly protnout v jedno bodě P. Vlive nelineárních vlastností ěřené soustavy a vlive určitých nepřesností ěření se dostanou obvykle tři průsečíky P, P, P ; jejich spojení vznikne trojúhelník, jehož plocha je určitou írou nelinearity soustavy, popřípadě nepřesností ěření; spojnice těžiště P P P s bode O je příčinkový činitel α; jeho sěr určuje tentokrát rovinu nevyváženosti zcela jednoznačně, přičež průsečík α s k o udává lehké ísto L; hotnost v hledaného vývažku V se určí ze vztahu X r v w v = w [kg.0 - ] α rv vypočtený vývažek o hotnosti v se připojí do ísta L a při stejných otáčkách jako dříve se zěří aplituda X v což reprezentuje pátý běh; nedosáhne-li se títo vyvařovací kroke žádaného stupně vyvážení, je třeba celý postup opakovat; poocný vývažek se volí úěrný hodnotě X v.

4 X V X V k L P P P 0 k 0 Obrázek č. 5 Při toto vyvažování nutno dbát na bezpečnost a to z hlediska protipožárního při svařování jednotlivých poocných vývažků do jednotlivých bodů a taktéž z hlediska zajištění stroje proti nahodiléu zapnutí. U elektrootorů je nutné dodržet výrobce stanovenou čekací dobu ezi jednotlivýi zkušebníi běhy. Nedodržení čekací doby hrozí tepelné poškození vinutí elektrootoru a následný elektrický zkrat. k X V k k k X V konstrukci ventilátoru, uvolnění oběžného kola v náboji atd. Pokud závada není nalezená v konstrukčně echanické části soustrojí, je nutné rozpojit spojku a elektrootor proěřit při chodu bez zatížení v ěřících bodech viz obrázek č. 7. Pokud naěřená spektra budou podobná frekvenční spektru na obrázcích č. a č. 4 elektrootor nutno vyěnit za nový. Elektrootor, který vykazuje takováto frekvenční spektra á poškozené elektroagnetické pole. Ve většině případů se otor nedá opravit. Závada je konstrukčně výrobního charakteru. Náklady na opravu převyšují pořizovací náklady na nový elektrootor. Na Teplárně Karviná byl proveden pokus na elektrootoru, který jse určil jako elektrootor s poškozený elektroagnetický pole. Elektrootor byl poslán do NH Ostrava na elektrickou brzdu. Při zatížení elektrootoru na jenovitý proud, v elektrootoru nastal tepelný průraz ve vinutí s následný zkrate. V provozních podínkách tento otor pracoval se zvětšenýi vibracei a nedošlo k tepelnéu poškození vinutí, protože nebyl zatížen na jenovitý výkon. Na základě tohoto Teplárny Karviná vystavila objednávku na stanovení ezních hodnot pro nákup nových elektrootorů. Přejíky takto vyrobených elektrootorů jsou u výrobce prováděny na základě výsledků ěření vibrací při požadavku dodržení ezních hodnot, které jse stanovil. Takto nakoupených elektrootorů o výkonu od 0, MW do, MW je provozováno v současné době na Teplárně Karviná sed. Některé z těchto elektrootorů jsou v provozu již paty rok bez jakýchkoliv probléů a poruch. X v X v 4. Závěr X v 0 X v k 0 k Výše uvedený bylo jednoznačně prokázáno, že poruchy elektroagnetického pole v elektrootorech ají zásadní vliv na poháněný echanizus. Při zatížení elektrootoru poháněný echanise se značné vibrace projevují na první haronické frekvenčního spektra vibrací. Při chodu naprázdno hodnota vibrací je alá a projevuje se předevší ve spektru vibrací na frekvenci odpovídající dvojnásobku frekvence sítě. Pro identifikaci poruchy elektroagnetického pole elektrootoru je nejlépe použit graficko početní tříbodovou etodu vyvažování. Obrázek č. 6 Pokud se všechny tři kružnice neprotnout vlive nelineárních vlastností ěřené soustavy a nevytvoří tři průsečíky P, P, P viz obrázek č. 6 ěření je nutno pro kontrolu zopakovat a pokud další výsledek je stejný soustava je jednoznačně nelineární. Nelinearitu je nutno hledat v prasklé základové ráu, ěkké nosné 4

5 VENTILÁTOR MOTOR Obrázek č. 7