MONITORIZARE SI DIAGNOZA IN SISTEME ELECTROMECANICE TPSEM - CURS 11

diagnoza - include etapele de izolare şi identificare a defectelor TERMENI UZUALI: situaţie de defect - deteriorarea sau întreruperea capacităţii unui sistem de a asigura o funcţie cerută în condiţiile de funcţionare specificate diagnoza - include etapele de izolare şi identificare a defectelor determinarea tipului de defect, a locului de producere a defectului şi a momentului de detectare determinarea mărimii şi comportării în timp a defectului, respectiv a cauzei care a generat defectarea constatată. TPSEM - CURS 11

Tehnologii de monitorizare si diagnoza Modul de monitorizare a stării sistemului (condition monitoring module): ansamblul tuturor echipamentelor care asigură preluarea şi analiza semnalelor din sistem, detecţia şi diagnoza defectelor Tehnologii de monitorizare si diagnoza Analiza vibratiilor Spectrografia Analiza fluidului de ungere/racire Termografia Analiza sistemelor electrice TPSEM - CURS 11

ANALIZA VIBRATIILOR TPSEM - CURS 11

accelerometru Fiecare tip de defect se regaseste in anumite frecvente in spectrum vibratiilor TPSEM - CURS 11

Sistem de monitorizare si diagnoza Measurement & Automation SW Placa de achizitie Traductori PCI/PXI/CompactPCI PC Measurement & Automation SW Masina TPSEM - CURS 11

Pozitionarea accelerometrului TPSEM - CURS 11

Procesarea semnalului Domeniu timp Domeniu frecventa TPSEM - CURS 11

ANALIZA TEMPERATURII Utilizand traductori de temperatura – termocuple, de exemplu Utilizand camere cu infrarosu pentru vizualizarea si masurarea energiei termice Termografia Se bazeaza pe faptul ca orice corp, cu temperatura peste sau sub 0°C emite caldura. TPSEM - CURS 11

Alimentare nesimetrica Pentru motoarele electrice Ventilatie blocata Alimentare nesimetrica Suprasarcina Termograma si profilul variatiei temperaturii la o ventilatie corespunzatoare TPSEM - CURS 11

Termograma la alimentare nesimetrica – o faza nealimentata Termograma la alimentare simetrica TPSEM - CURS 11

Observatie. Faza 2 este nealimentata. Cutia cu borne - termograma Observatie. Faza 2 este nealimentata. TPSEM - CURS 11

Mediul de lucru Suprasarcini Gaze Praf Umiditate Pentru lagare Mediul de lucru Suprasarcini Gaze Praf Umiditate TPSEM - CURS 11

Termograma a doua lagare: unul deteriorat datorita umiditatii si unul fara probleme TPSEM - CURS 11

Lagar fara probleme Lagar cu probleme TPSEM - CURS 11

Echipament electric Contactoare Fuzibile TPSEM - CURS 11

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 sau datorita oxidarii. Diluarea: la motoarele termice poate reprezenta o problema la sistemul de injectie. Se masoara prin cromatografie. TPSEM - CURS 11

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 convertorului electromecanic La nivelul circuitului de forta Ale circuitului electric Ale circuitului magnetic Mecanice TPSEM - CURS 11

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 TPSEM - CURS 11

ARMONICI IN MASINI ELECTRICE DE CURENT ALTERNATIV TPSEM - CURS 11

Armonici in masinile electrice Armonici de spatiu: datorita distributiei solenatiei in intrefier Armonici de timp: datorate armonicilor surselor de alimentare reteaua de alimentare convertoare TPSEM - CURS 11

Mod de lucru Dezvoltare in serie Fourier Fluxul in infasurarea indusului Distributia solenatiei inductoare in intrefier Armonici de curent ce parcurg infasurarile inductorului Armonici de curent ce parcurg infasurarile indusului Fluxul in infasurarile inductoare Distributia solenatiei indusului in intrefier Dezvoltare in serie Fourier TPSEM - CURS 11

Distributia solenatiei unei bobine (pentru un pol) x b p/2 c p (1-)b b y O y x c p b=Ni(t) TPSEM - CURS 11

PERTURBAŢII ASUPRA REŢELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI b=Ni(t) Dezvoltare in serie Fourier TPSEM - CURS 11

Bobina Grup de nb bobine TPSEM - CURS 11 PERTURBAŢII ASUPRA REŢELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI Bobina Grup de nb bobine x τp τ1 τ2 τ3 Distributia solenatiei unui grup de 3 bobine concentrice, cu latimi diferite, inseriate. TPSEM - CURS 11

TPSEM - CURS 11 PERTURBAŢII ASUPRA REŢELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI Pentru o masina cu p poli si m faze, solenatia totala pe armatura Inductia magnetica in intrefier TPSEM - CURS 11

! ! MASINA DE INDUCTIE Rotorul in colivie Fiecare crestatura contine un conductor de sectiune mare.. ! Toate barele sunt legate in scurtcircuit. Parametrii masinii de inductie: m - numarul de faze 2p – numarul de poli g – numarul de grupuri de bobine pe faza c – numarul de bobine pe grup Zr – numarul de crestaturi rotorice TPSEM - CURS 11

! ! Rotor bobinat Rotorul are un bobinaj asemanator cu cel statoric. Infasurarile sunt accesibile prin borne Paramètres de la machine à induction: m - numarul de faze 2p – numarul de poli gs – numarul de grupuri de bobine pe faza in stator cs – numarul de bobine pe grup in stator gr – numarul de grupuri de bobine pe faza in rotor cr – numarul de bobine pe grup in rotor TPSEM - CURS 11

PERTURBAŢII ASUPRA REŢELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI 1 2 3 N i1 i3 i2 TPSEM - CURS 11

TPSEM - CURS 11 PERTURBAŢII ASUPRA REŢELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI fgb() Phase 1 Phase 3 Phase 2   2 Distribuţia solenaţiei statorice pentru maşina de inducţie considerată TPSEM - CURS 11

Flux indus de catre solenatia statorica intr-un ochi rotoric PERTURBAŢII ASUPRA REŢELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI Solenatie statorica Curenti statorici Flux indus de catre solenatia statorica intr-un ochi rotoric TPSEM - CURS 11

Rotorul in colivie: Zr ochiuri rotorice Ochiul k TPSEM - CURS 11

Rotorul bobinat: Zr crestaturi rotorice mr faze rotorice Bobina br a rotorului 1 2 3 N TPSEM - CURS 11

TPSEM - CURS 11 PERTURBAŢII ASUPRA REŢELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI T.e.m. indusa de catre solenatia statorica intr-un ochi rotoric Frecventele componentelor spectrale ale curentilor rotorici TPSEM - CURS 11

Solenaţia corespunzatoare unei faze rotorice PERTURBAŢII ASUPRA REŢELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI 1 2 3 4 5 Q Infasurarea echivalenta a rotorului în colivie. Solenaţia corespunzatoare unei faze rotorice Dezvoltare in serie Fourier TPSEM - CURS 11

Distribuţia solenaţiei rotorice de-a lungul întrefierului. PERTURBAŢII ASUPRA REŢELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI Fmaxk p /Zr 3/Zr 5/Zr 7/Zr 9/Zr 11/Zr 13/Zr 15/Zr 17/Zr 19/Zr 21/Zr 23/Zr 25/Zr 27/Zr Distribuţia solenaţiei rotorice de-a lungul întrefierului. TPSEM - CURS 11

Spectrul de frecvenţe al curentului statoric PERTURBAŢII ASUPRA REŢELEI DE ALIMENTARE - ARMONICI Pentru tensiunea electromotoare indusă în bobina statorică rezulta armonici de curent de frecvenţă Ordinul armonicii () Frecvenţa armonicii [Hz] 1 637 2 1424 4 2698 5 3485 6 4171.5 8 5546 9 6133 400 800 1200 1600 f[Hz] -250 -200 -150 -100 -50 [dB] 50Hz 637Hz 1424Hz Spectrul de frecvenţe al curentului statoric TPSEM - CURS 11

(infasurari distribuite in crestaturi rotorice) Rotor cu poli aparenti MASINA SINCRONA Stator(indusul) Rotor(inductor) Rotor cu poli inecati (infasurari distribuite in crestaturi rotorice) Rotor cu poli aparenti (infasurari concentrate sau magneti permanenti) TPSEM - CURS 11

Bobine rotorice concentrate sau magneti permanenti pe rotor Rotor cu poli aparenti Bobine rotorice concentrate sau magneti permanenti pe rotor N S r  br pr TPSEM - CURS 11

cu Solenatia dezvoltata de infasurarea/magnetul permanent rotoric: TPSEM - CURS 11

Rotor cu poli inecati fgb()   2 TPSEM - CURS 11

Solenatia dezvoltata de infasurarea rotorica: TPSEM - CURS 11

Conexiunile infasurarii statorice Bobina bs a statorului 1 2 3 N TPSEM - CURS 11

Expresia fluxului care inlantuie bobina statorica bs prin armonica  rotorica e data de : TPSEM - CURS 11

Fluxul total in bobina bs: Tensiunea electromotoare indusa in bobina bs : Frecventele ce vor apare in curentul statoric: TPSEM - CURS 11

APLICATII TPSEM - CURS 11

Defecte in masini electrice Diagnoza in masini electrice Defecte in masini electrice mecanice electrice magnetice DEZECHILIBRE rotorice statorice TPSEM - CURS 11

Diagnoza in masini de inductie Scurtcircuite statorice sau rotorice Defecte electrice Bare sau inele rupte Scurtcircuite statorice sau rotorice Dezechilibru CURENT FLUX CUPLU TPSEM - CURS 11

Expresia cuplului electromagnetic dezvoltat de o masina de inductie ish –curentul ce parcurge bobina h a infasurarii statorice irk – curentul ce parcurge ochiul h rotoric Lsrh,k – inductanta mutuala intre bobina h statorica si ochiul k rotoric TPSEM - CURS 11

Infasurarea statorica m Applications Inductanta mutuala intre un ochi rotoric si o infasurare statorica Infasurarea statorica m k-1 k k+1 ochiul k-1 Ochiul k+1 Inductanta mutuala intre ochiul k rotoric si infasurarea statorica m Maille k  Inductanta mutuala intre ochiul k+1 rotoric si infasurarea statorica m  TPSEM - CURS 11

Un spectru foarte bogat in armonici TPSEM - CURS 11

DEFECTE ELECTRICE STATORICE TPSEM - CURS 11

Masina de inductie fara defecte fgb() A+ A- Masina de inductie fara defecte A+ A- A++A- 2A- fgb() A1+ A1- Masina de inductie cu scurtcircuit in faza 1 grupul 2 A2+ A2- A1-+A2- A1++A2- A1-+A2+ TPSEM - CURS 11

Solenatia statorului fara defecte Solenatia statorica cu defecte statorice (scurt circuit) TPSEM - CURS 11

Curent statoric Masina de inductie fara defecte Masina de inductie cu 6 spire in scurt-circuit 400 800 1200 1600 [Hz] -120 -80 -40 [dB] 400 800 1200 1600 [Hz] -120 -80 -40 [dB] 50Hz 631Hz 1413Hz 50Hz 632Hz 1413Hz 732Hz 1314Hz 731Hz 1313Hz Curent statoric TPSEM - CURS 11

CUPLU ELECTROMAGNETIC Masina fara defect 400 800 1200 1600 [Hz] -100 -50 Masina cu 3 spire in scurtcircuit 400 800 1200 1600 [Hz] -100 -50 Masina cu 6 spire in scurtcircuit 400 800 1200 1600 [Hz] -100 -50 CUPLU ELECTROMAGNETIC TPSEM - CURS 11

Concluzii Vom regasi armonici in plus in spectrele curentului statoric si al cuplului in cazul in care sunt defecte in masina TPSEM - CURS 11

DEFECTE ELECTRICE ROTORICE TPSEM - CURS 11

Solenatia rotorului fara defecte Solenatia rotorului cu defecte rotorice Ruptura a doua bare TPSEM - CURS 11

infasurarea m a statorului Inductanta mutuala intre infasurarea m a statorului si noul ochi rotoric format infasurarea m a statorului k-1 k+1 Inductanta mutuala intre infasurarea m a statorului si noul ochi rotoric Noul ochi format  Vom regasi armonici in plus in spectrele curentului statoric si al cuplului in cazul in care sunt defecte in masina TPSEM - CURS 11

Masina sanatoasa Masina cu 5 bare rupte 200 400 600 800 [Hz] -80 -40 [dB] Masina sanatoasa Masina cu 5 bare rupte TPSEM - CURS 11