18.06.21

Специалисты Factory5 разработали методику диагностики электродвигателей по спектру тока

Содержание публикации

Специалисты Factory5 разработали технологию, которая с помощью анализа частотного спектра тока выявляет неисправности и аномалии в работе электродвигателей и генераторов. Это позволяет заблаговременно обслуживать электродвигатели и избегать дорогостоящих восстановительных ремонтов.

Существующие способы диагностики и их недостатки

Нештатные ситуации при эксплуатации электродвигателей и генераторов могут возникать из-за развития скрытых дефектов или износа отдельных узлов. При этом предприятия сталкиваются не только с внеплановыми затратами на ремонт или замену самих двигателей, но и механизмов, которые они приводят в движение. А они могут стоить в разы больше, чем сам двигатель.

Традиционные способы диагностики состояния электродвигателей в процессе его работы: вибрационный, тепловизионный, по цвету подтеков масла - как правило выполняются периодически во время визуальных осмотров. А это значит, что есть риск пропустить зарождающийся дефект на ранней стадии. Вибрационный метод может выполняться и непрерывно, но требует дооснащения датчиками.

Альтернативный вариант - использовать сам двигатель как сенсор. В простейшем случае это устройства контроля полной мощности, которые могут диагностировать как перегруз, так и холостой ход. Также существуют методики диагностики и по спектральному анализу тока двигателя. Они сводятся к построению амплитудного спектра Фурье и определению амплитуд характерных частот кратных оборотам электродвигателя: частота вращения, щеточная, зубцовая, коллекторная частоты. Если с двигателем что-то не так, то это влияет на спектр потребляемого им тока. Однако на практике этот метод сопряжен с двумя сложностями:

  • В спектре присутствуют наводки от питающей цепи и других электрических элементов и механизмов;
  • Постоянные изменения оборотов электродвигателя приводят к изменению положения характерных частот на спектре.

Поэтому среди высокоамплитудных шумов трудно выявить амплитуды, связанные с характерными частотами конкретного двигателя.

Инновационная методика Factory5

Специалисты Factory5 нашли способ решения данной проблемы и разработали алгоритм фильтрации данных и поиска амплитуд характерных частот, который состоит из нескольких этапов.

  1. Выделение разных режимов работы электродвигателя в полученных данных; 
  2. Поиск непрерывных стационарных интервалов работы двигателей в каждом режиме. Это интервалы, в течение которых обороты не сильно изменяются, в пределах примерно ±0.5 Гц;
  3. Построение амплитудных спектров Фурье. Для необходимого разрешения в спектральной области минимальная протяженность интервала должна быть более 2 секунд;
  4. Шкала полученных спектров сводится к общей шкале частот с помощью линейного растяжения или сжатия спектров, согласно оборотам двигателя для каждого спектра, полученного на этапе 3. Далее приведённые спектры усредняются между собой.

Описанный выше подход позволяет исключить из спектра наводки и амплитуды, не связанные с оборотами электродвигателя. Дальнейший анализ амплитуд спектров во времени и по разным режимам работы позволяет оценить поломки и деградацию узлов двигателя.

Технология позволяет идентифицировать большое количество неисправностей электродвигателей, например, несимметрию обмотки ротора, динамический эксцентриситет с насыщением сердечника, искажения напряжения питания, перегрузки двигателя и другие. Технология успешно опробована на тяговых электродвигателях (ТЭД) постоянного тока локомотивов, но применима и к асинхронным двигателям и генераторам.

Для технологии потребуются высокочастотные датчики тока, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с дискретностью 25 кГц и ПО для обработки потоковых данных, например, решение F5 PMM от Factory5. Такой программно-аппаратный комплекс может выявлять дефекты на ранней стадии, минимизировать простои оборудования, а также снижать расходы на ремонты, так как вовремя проведенный предупредительный ремонт может быть дешевле восстановительного в несколько раз.