cursCET12.pdf

2007-2008 CET - CURS 12 1

MONITORIZARE SI DIAGNOZA IN SISTEME ELECTROMECANICE

2007-2008 CET - CURS 12 2

TERMENI UZUALI:

situaie de defect - deteriorarea sau ntreruperea capacitii unui sistem de a asigura o funcie cerut n condiiile de funcionare specificatediagnoza - include etapele de izolare i identificare a defectelor

determinarea tipului de defect, a locului de producere a

defectului i a momentului de detectare

determinarea mrimii i comportrii n timp a

defectului, respectiv a cauzei care a generat defectarea constatat.

2007-2008 CET - CURS 12 3

Modul de monitorizare a strii sistemului (condition monitoring module): ansamblul tuturor echipamentelor care asigur preluarea i analiza semnalelor din sistem, detecia i diagnoza defectelor

Tehnologii de monitorizare si diagnoza

Analiza vibratiilor

Termografia

Spectrografia

Analiza fluidului de ungere/racire

Analiza sistemelorelectrice

2007-2008 CET - CURS 12 4

ANALIZA VIBRATIILOR

2007-2008 CET - CURS 12 5

accelerometru

Fiecare tip de defect se regaseste in anumite frecvente in spectrum vibratiilor

2007-2008 CET - CURS 12 6

Masina

TraductoriPlaca de achizitie

PCI/PXI/CompactPCI PC

Measurement & Automation SW

Sistem de monitorizare si diagnoza

2007-2008 CET - CURS 12 7

Pozitionarea accelerometrului

2007-2008 CET - CURS 12 8

Procesarea semnalului

Domeniu timp

Domeniufrecventa

2007-2008 CET - CURS 12 9

ANALIZA TEMPERATURII

Utilizand traductori de temperatura termocuple, de exemplu

Utilizand camere cu infrarosupentru vizualizarea si masurareaenergiei termice

Termografia

Se bazeaza pe faptul ca orice corp, cu temperatura peste sausub 0C emite caldura.

2007-2008 CET - CURS 12 10

Pentru motoarele electrice

Ventilatieblocata

Suprasarcina

Alimentarenesimetrica

Termograma si profilul variatiei temperaturii la o ventilatie corespunzatoare

2007-2008 CET - CURS 12 11

Termograma la alimentaresimetrica

Termograma la alimentarenesimetrica o faza

nealimentata

2007-2008 CET - CURS 12 12

Cutia cu borne - termograma

Observatie. Faza 2 este nealimentata.

2007-2008 CET - CURS 12 13

Pentru lagare

Mediul de lucru

Umiditate

Praf

Gaze

Suprasarcini

2007-2008 CET - CURS 12 14

Termograma a doua lagare: unul deteriorat datorita umiditatii si unulfara probleme

2007-2008 CET - CURS 12 15

Lagar cu probleme Lagar fara probleme

2007-2008 CET - CURS 12 16

Echipament electric

Contactoare Fuzibile

2007-2008 CET - CURS 12 17

ANALIZA FLUIDULUI DE UNGERE/RACIRE

Prezenta unor particule metalice: prin spectrometrie.Indicator al unei uzuri

Aciditatea: oxidare datorita temperaturilor inalte, particule de apa, sau utilizarea indelungata

Vascozitatea: poate fi modificata la contaminarea cu funingine saudatorita oxidarii.

Diluarea: la motoarele termice poate reprezenta o problema la sistemul de injectie. Se masoara prin cromatografie.

2007-2008 CET - CURS 12 18

ANALIZA SISTEMULUI DE ACTIONARE ELECTRICA

Exista o gama larga de metode pentru monitorizare si diagnoza in sisteme de actionare electrice, functie de tipul si localizarea defectelor.

Defecte

La nivelul circuitului de forta

La nivelul convertoruluielectromecanic

Ale circuitului

electric

MecaniceAle circuituluimagnetic

2007-2008 CET - CURS 12 19

Metode de monitorizare si diagnoza in SAE

Pe baza unui model al sistemul de actionare

Pe baza estimarii parametrilor sistemului

Prin analiza unor marimi importante : curenti, tensiuni, cuplu, flux de scapari, etc

2007-2008 CET - CURS 12 20

ARMONICI IN MASINI ELECTRICE DE CURENT ALTERNATIV

2007-2008 CET - CURS 12 21

Armonici in masinile electrice

Armonici de spatiu: datoritadistributiei solenatiei in intrefier

Armonici de timp: datoratearmonicilor surselor de alimentare

reteaua de alimentare

convertoare

2007-2008 CET - CURS 12 22

Mod de lucru

Distributiasolenatieiinductoare in intrefier

Dezvoltare in serie Fourier Fluxul in infasurarea

indusului

Armonici de curent ce parcurginfasurarileindusului

Distributiasolenatieiindusului in intrefier

Dezvoltare in serieFourier

Fluxul in infasurarileinductoare

Armonici de curent ce parcurginfasurarileinductorului

2007-2008 CET - CURS 12 23

Distributia solenatiei unei bobine (pentru un pol)

c

p O

y x

x

b

p/2 p/2 p/2 p/2

c

p

(1-)b

b

y

b=Ni(t)

2007-2008 CET - CURS 12 24

PERTURBAII ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI

2007-2008 CET - CURS 12 25


Bobina

=

=

1)cos(

2sin1)(2)(

pi

pi

pi pp

bb

xtNix

Grup de nb bobine =

=

=

bn

b pp

bgrup

xtNix

1 1)cos(

2sin1)(2)(

pi

pi

pi

x

p

1

2

3

Distributia solenatiei unui grup de 3 bobine concentrice, cu latimi diferite, inseriate.

2007-2008 CET - CURS 12 26


Pentru o masina cu p poli si m faze, solenatia totala pe armatura

[ ]

==

++=11

)sin()sin(12),(

pi ggmp

gbtotal kInNtx

Inductia magnetica in intrefier

[ ]

==

++=

=

11

00 )sin()sin(12

),(),(

pi

gg

mp

gb

cc

total kInNtxtxB

2007-2008 CET - CURS 12 27

MASINA DE INDUCTIERotorul in colivie

Fiecare crestatura contine un conductor de sectiune mare..

Toate barele sunt legate in scurtcircuit.

!!

Parametrii masinii de inductie:m - numarul de faze2p numarul de polig numarul de grupuri de bobine pe fazac numarul de bobine pe grupZr numarul de crestaturi rotorice

2007-2008 CET - CURS 12 28

Rotor bobinat

Rotorul are un bobinaj asemanator cu cel statoric.

Infasurarile sunt accesibile prin borne

!!

Paramtres de la machine induction:m - numarul de faze2p numarul de poligs numarul de grupuri de bobine pe faza in statorcs numarul de bobine pe grup in statorgr numarul de grupuri de bobine pe faza in rotorcr numarul de bobine pe grup in rotor

2007-2008 CET - CURS 12 29


1 2 3

Ni1

i3

i2

2007-2008 CET - CURS 12 30


Distribuia solenaiei statorice pentru maina de inducie considerat

fgb()

pi 2pi0

Phase 1 Phase 3 Phase 2Phase 2Phase 3Phase 1 Phase 1 Phase 3 Phase 2Phase 2Phase 3Phase 1

2007-2008 CET - CURS 12 31


( )

+=

=

=

32

sin2)(3

2sin2)(sin2)(

pi

pi

tIti

tIti

tIti

c

b

a

Curenti statorici

16,sin2

sin6),(

16,sin2

sin6),(

3

1

3

1

=

+

=

+=

=

=

=

kxtp

INxt

kxtp

INxt

pb p

cbs

ass

pb p

cbs

ass

pi

pi

pi

pi

pi

pi

Solenatie statorica

Flux indus de catre solenatiastatorica intr-un ochi rotoric

( )

( )

=

++

+=

=

16,12sin

16,12sin)(

max

max

kZk

ptt

kZk

ptt

t

r

r

r

r

s

k

pipi

pipi

2007-2008 CET - CURS 12 32

Ochiul k

2pipipipi/Zr

rr

rr ZZ

kt

ppipipipipipipipi

++++====)1(2

1

rr

rr ZZ

kt

ppipipipipipipipi

++++

++++====)1(2

2

Rotorul in colivie: Zr ochiuri rotorice

2007-2008 CET - CURS 12 33

Rotorul bobinat: Zr crestaturi rotoricemr faze rotorice

1 2 3

N

pr

cbrrr

rb

tp

pipipipi

pipipipi

23)1(2

1

++++====

pr

cbrrr

rb

tp

pipipipi

pipipipi

23)1(2

2 ++++

++++====

Bobina br a rotorului

2007-2008 CET - CURS 12 34


( )[ ] ( )

==

r

r

s

kk Zk

pttst

dtd

e12

cos11)( max,pipi

T.e.m. indusa de catre solenatiastatorica intr-un ochi rotoric

( )[ ]

( )[ ] 16,11

16,11

=+=

+==

kfsf

kfsf

rotor

rotor

Frecventele componentelor spectrale ale

curentilor rotorici

2007-2008 CET - CURS 12 35


1 2 3 4 5Q

Infasurarea echivalenta a rotorului n colivie.

Solenaia corespunzatoare unei faze rotorice

2007-2008 CET - CURS 12 36


Fmaxk

p p

pi/Zr 3pi/Zr 5pi/Zr 7pi/Zr 9pi/Zr 11pi/Zr 13pi/Zr 15pi/Zr 17pi/Zr 19pi/Zr 21pi/Zr 23pi/Zr 25pi/Zr 27pi/Zr

Distribuia solenaiei rotorice de-a lungul ntrefierului.

2007-2008 CET - CURS 12 37

f1)s1(pZf rstator

=


Pentru tensiunea electromotoare indus n bobina statoric rezulta armonici de curent de frecven

6133955468

4171.563485526984142426371

Frecvena armonicii[Hz]

Ordinul armonicii

()

0 400 800 1200 1600 f[Hz]-250

-200

-150

-100

-50

0

[dB]

50Hz

637Hz

1424Hz

Spectrul de frecvene al curentului statoric

2007-2008 CET - CURS 12 38

MASINA SINCRONA

Stator(indusul)

Rotor cu poli inecati(infasurari distribuite in crestaturi

rotorice)

Rotor cu poli aparenti(infasurari concentrate sau magneti

permanenti)

Rotor(inductor)

2007-2008 CET - CURS 12 39

N S

r

br

pr

Bobine rotorice concentrate sau magnetipermanenti pe rotor

Rotor cu poli aparenti

2007-2008 CET - CURS 12 40

tconstr tan)(max,, ====

Solenatia dezvoltata de infasurarea/magnetul permanent rotoric:

====

====1

max,, cos)(),(

ptt rr

cu

2007-2008 CET - CURS 12 41

Rotor cu poli inecati

pi 2pi0

fgb()

2007-2008 CET - CURS 12 42

Solenatia dezvoltata de infasurarea rotorica:

====

====

========

c

b pcbr

r

r

xkcNixx1 1

)(cos12)()(

pipipipi

pipipipi

2007-2008 CET - CURS 12 431 2 3

N

ps

cbssrs

bt

p

pipipipipipipipi

23

)1(21

++++====

ps

cbsrs

sb

tp

pipipipi

pipipipi

23)1(2

2 ++++

++++====

Bobina bs a statorului

Conexiunile infasurarii statorice

2007-2008 CET - CURS 12 44

Expresia fluxului care inlantuie bobina statorica bs prin armonica rotorica e data de :

dl

tdABt c

S c

r

b

k

s

s

s

========2

1

),()( ,0,

2007-2008 CET - CURS 12 45

(((( ))))

++++====

====3

12cos)(

1,

sbb

bpttss

pipipipi

Tensiunea electromotoare indusa in bobina bs :

(((( ))))

++++========

====3

12cos)(

1max,,

sbbb

bptEtdtd

esss

pipipipi

Fluxul total in bobina bs:

sourcestator ff ====

Frecventele ce vor apare in curentul statoric:

2007-2008 CET - CURS 12 46

APLICATII

2007-2008 CET - CURS 12 47

Diagnoza in masini electrice

Defecte in masini electrice

mecanicemagneticeelectrice

DEZECHILIBRE

rotorice statorice

2007-2008 CET - CURS 12 48

Diagnoza in masini de inductie

Defecte electrice

Bare sau inele rupte Scurtcircuite statorice saurotorice

Dezechilibru

CURENT FLUX CUPLU

2007-2008 CET - CURS 12 49

== =

j

1h

N

1k

srk,hr

ksh

r

ddL

ii21T

Expresia cuplului electromagnetic dezvoltat de o masina de inductie

irk curentul ce parcurge ochiul h rotoric

ish curentul ce parcurge bobina h a infasurarii statorice

Lsrh,k inductanta mutuala intre bobina h statorica si ochiul k rotoric

2007-2008 CET - CURS 12 50

Maille k

Infasurarea statorica m

k-1 k k+1

ochiulk-1

Ochiulk+1

Inductanta mutuala intre un ochi rotoric si o infasurare statorica

Inductanta mutuala intre ochiul k rotoric si infasurarea statorica m

Inductanta mutuala intre ochiul k+1 rotoricsi infasurarea statorica m

Applications

2007-2008 CET - CURS 12 51

[[[[ ]]]][[[[ ]]]][[[[ ]]]][[[[ ]]]] plytorque

plytorque

plytorque

plytorque

fsffsffsffsf

sup1

sup1

sup1

sup1

)1()1()1()1(

====

++++====

++++====

++++++++====

(((( )))) s==== 11 (((( )))) 11 ==== sp

Zq r

Un spectru foarte bogat in armonici

2007-2008 CET - CURS 12 52

DEFECTE ELECTRICE STATORICE

2007-2008 CET - CURS 12 53

Masina de inductiefara defecte

Masina de inductiecu scurtcircuit in faza

1 grupul 2

fgb()

A+ A-

A+ A-

A++A-2A

-

fgb()

A1+ A1-

A2+ A2-

A1-+A2-

A1++A2-

A1-+A2+

2007-2008 CET - CURS 12 54

(((( )))) (((( )))) ====

====

++++++++====1 1

maxmaxsinsin),(

sc

scscs tptt

,...2,1,0k,1k6 ==,...5,3,1sc=

[[[[ ]]]]pipipipi

pipipipiptNIxt

b p

cbs sin2

sin3),(3

11

====

========

,...2,1,0k,1k6 ==

Solenatia statorului fara defecte

Solenatia statorica cu defecte statorice (scurt circuit)

2007-2008 CET - CURS 12 55

0 400 800 1200 1600 [Hz]-120

-80

-40

0

[dB]

0 400 800 1200 1600 [Hz]-120

-80

-40

0

[dB]Masina de inductie fara defecte Masina de inductie cu 6 spire in scurt-circuit

50Hz

631Hz

1413Hz731Hz 1313Hz

732Hz 1314Hz

50Hz 632Hz

1413Hz

Curent statoric

2007-2008 CET - CURS 12 56

0 400 800 1200 1600 [Hz]

-100

-50

0

0 400 800 1200 1600 [Hz]

-100

-50

0

0 400 800 1200 1600 [Hz]

-100

-50

0

Masina fara defect

Masina cu 3 spire in scurtcircuit

Masina cu 6 spire in scurtcircuit

CUPLU ELECTROMAGNETIC

2007-2008 CET - CURS 12 57

Concluzii

Vom regasi armonici in plus in spectrele curentului statoric si al cuplului in cazul in care sunt defecte in masina

2007-2008 CET - CURS 12 58

DEFECTE ELECTRICE ROTORICE

2007-2008 CET - CURS 12 59Ruptura a doua bare

{{{{ }}}}====

====

1

max,

,sinsin1),(

pipipipipipipipi

tsZ

IZt

r

rr

r,...2,1,0,16...2,1,0, ================ kkqpqZr

Solenatia rotorului fara defecte

Solenatia rotorului cu defecte rotorice

(((( )))) ====

====

++++

====

Nr

k rr

r kZ

ptsZ

It

1 1

max, 2sinsin1),(

pipipipipipipipipipipipi

Nipi ==== ,2,...2,1,0

2007-2008 CET - CURS 12 60

Noul ochi formatInductanta mutuala intre infasurarea m a statorului si noul ochi rotoric

infasurarea m a statorului

k-1 k+1

Vom regasi armonici in plus in spectrele curentului statoric si alcuplului in cazul in care sunt defecte in masina

Inductanta mutuala intre infasurarea m a statorului si noul ochi rotoricformat

2007-2008 CET - CURS 12 61

0 200 400 600 800 [Hz]

-80

-40

0 200 400 600 800 [Hz]

-80

-40

[dB]

[dB]

Masina sanatoasa

Masina cu 5 bare rupte

sursastator fspf

= 1)1(

cursCET12.pdf

Documents

Transcript of cursCET12.pdf