Analysis and concept of development of non-destructive test methods for diagnosing electric motor insulation
Saved in:
| Title: | Analysis and concept of development of non-destructive test methods for diagnosing electric motor insulation |
|---|---|
| Source: | Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences; Vol. 2 No. 49 (2024): Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences; 6-21 Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки; Том 2 № 49 (2024): Вісник ПДТУ. Серія: Технічні науки; 6-21 Вісник Приазовського Державного Технічного Університету. Серія: Технічні науки; Том 2 № 49 (2024): Вісник ПДТУ. Серія: Технічні науки; 6-21 |
| Publisher Information: | Priazovskyi state technical university, 2024. |
| Publication Year: | 2024 |
| Subject Terms: | discharge time constant, software, windings of electric motor stator windings, residual resource, local compensation of reactive power, прогнозування, forecasting, локальна компенсація реактивної потужності, transient processes, corpus insulation of electric motor windings, постійна часу розряду, виткові замикання статорних обмоток електродвигуна, програмне забезпечення, корпусна ізоляція обмоток електродвигуна, залишковий ресурс, test diagnostics, перехідні процеси, capacitor, конденсатор, тестова діагностика |
| Description: | Умови роботи асинхронного двигуна (АД) пов’язані з неякісною напругою мережі живлення, підвищеною запиленістю, вологістю та кислотністю навколишнього середовища, технологічними та випадковими струмовими перенавантаженнями, що є наслідком зниження властивості ізоляції та непередбачених аварійних ситуацій. Щорічно до 80% аварійного виходу АД з ладу припадає на пошкодження ізоляції як корпусної до 20-25%, так і міжвиткової, на долю якої випадає до 80%. Своєчасне виявлення критичного стану і прогнозування розвитку аварійної ситуації ізоляції обмоток АД є головним напрямком підвищення економічної ефективності електротехнічних комплексів. Одним з методів зниження втрат електроенергії є компенсація реактивної потужності як комплексна, так і локальна. Асинхронні двигуни споживають більше 60% вироблюваної електроенергії. Застосування асинхронних двигунів у нерегульованому електроприводі складає до 75% від усього парку електроприводу. Щорічно аварійний вихід з експлуатації АД становить до 20-25%, а в деяких випадках – до 30%. Сучасні мікропроцесорні пристрої, які впроваджуються в автоматизацію електротехнічних комплексів, дозволили поєднати локальну компенсацію реактивної потужності, що споживають асинхронні двигуни, з діагностичною системою контролю та прогнозування залишкового ресурсу роботи асинхронного двигуна та виявлення виткового замикання у статорних обмотках електродвигуна. Метою роботи є аналіз існуючих тестових неруйнівних методів діагностування стану діелектричної властивості ізоляції обмоток АД, обґрунтування напрямку розвитку методів тестової діагностики та прогнозування зниження властивості корпусної ізоляції обмоток АД із застосуванням залишкової енергій в умовах використання батареї конденсаторів. Для досягнення мети вирішені такі завдання: проведено аналіз методів контролю корпусної та виткової ізоляцій; вперше енергію, яка залишається в конденсаторах після їх відключення, використано в тестових неруйнівних методах; доведено, що для прогнозування залишкового ресурсу корпусної ізоляції електродвигуна в якості критеріального параметру доцільно використовувати постійну часу затухання розряду конденсатора, а для виявлення виткового замикання в статорних обмотках в якості критеріального параметра доцільно використовувати час періоду періодичного затухання напруги на конденсаторі; встановлені взаємозв'язки зміни опору корпусної ізоляції обмоток та постійною часу розряду конденсатора. Найважливішим результатом є встановлення однозначного взаємозв'язку стану корпусної ізоляції та величини постійної часу згасання напруги на конденсаторі; зміна часу періоду та кількості вимкнутих витків у статорній обмотці АД. Найбільш суттєвим результатом є те, що зміну постійної часу вперше використано як критеріальний параметр для прогнозування залишкового ресурсу діелектричних властивостей корпусної ізоляції електродвигуна, а зміну часу періоду – як критеріальний параметр виявлення виткового замикання. Значимістю дослідження є те, що базовим значенням постійної часу згасання приймається значення, отримане після першого відключення електродвигуна від мережі. Запропоновано методи і розроблено програмне забезпечення для пристрою, що дозволяє контролювати неповнофазні режими напруги мережі та струмових ланцюгів в період роботи електродвигуна, а при відключенні електродвигуна від мережі – контролювати величину опору ізоляції статорних обмоток електродвигуна і кабелю, а також прогнозувати залишковий ресурс експлуатації електродвигуна The timely detection of a critical state and forecasting the development of an emergency situation in the insulation of AM (asynchronous motor) windings is the main direction of increasing the economic efficiency of electrical engineering systems. One of the methods of reducing electricity losses is the compensation of reactive power, both complex and local. Asynchronous motors consume more than 60% of the produced electricity. Modern microprocessor devices, which are implemented in the automation of electrical engineering complexes, enable to combine local compensation of the reactive power consumed by synchronous motors with a diagnostic system for monitoring and predicting the residual life of an asynchronous motor and detecting a winding circuit in the stator windings of an electric motor. The purpose of the work is the analysis of the existing non-destructive test methods for diagnosing the state of the dielectric property of the insulation of AM windings, substantiating the direction of the development of diagnostic test methods and forecasting the decrease in the property of the body insulation of AM windings with the use of residual energy in the conditions of using a capacitor bank. To achieve the goal, the following tasks were solved: an analysis of the control methods of body and turn insulation was conducted; for the first time, the energy remaining in the capacitors after their disconnection was used in non-destructive test methods; it was proven that to predict the residual resource of the motor housing insulation, the time constant of the capacitor discharge decay can be effectively used as a criterion parameter, similarly, to detect a short circuit in the stator windings, the periodic voltage decay time on the capacitor can serve as a useful criterion; established interrelationships between changes in the resistance of the casing insulation of the windings and the time constant of the capacitor discharge. The most important result is the establishment of a unique relationship between the state of the case insulation and the value of the voltage decay time constant on the capacitor; change in period time and the number of turned-off turns in the AM stator winding. The most significant result is that the change in the time constant was used for the first time as a criterion parameter for predicting the residual life of the dielectric properties of the motor body insulation, and the change in the time period as a criterion parameter for the detection of a winding circuit. The significance of the study is that the value obtained after the first disconnection of the electric motor from the network is taken as the basic value of the constant decay time. Methods have been proposed and software developed for the device, which allows monitoring non-phase voltage modes of the network and current circuits during the operation of the electric motor, and when the electric motor is disconnected from the network - to control the value of the insulation resistance of the stator windings of the electric motor and the cable, as well as to predict the residual life of the electric motor |
| Document Type: | Article |
| File Description: | application/pdf |
| Language: | English |
| ISSN: | 2225-6733 2519-271X |
| Access URL: | https://journals.uran.ua/vestnikpgtu_tech/article/view/321345 |
| Rights: | CC BY |
| Accession Number: | edsair.scientific.p..b825d0358576a59f8b59108f7bafe8e7 |
| Database: | OpenAIRE |
Nájsť tento článok vo Web of Science | Abstract: | Умови роботи асинхронного двигуна (АД) пов’язані з неякісною напругою мережі живлення, підвищеною запиленістю, вологістю та кислотністю навколишнього середовища, технологічними та випадковими струмовими перенавантаженнями, що є наслідком зниження властивості ізоляції та непередбачених аварійних ситуацій. Щорічно до 80% аварійного виходу АД з ладу припадає на пошкодження ізоляції як корпусної до 20-25%, так і міжвиткової, на долю якої випадає до 80%. Своєчасне виявлення критичного стану і прогнозування розвитку аварійної ситуації ізоляції обмоток АД є головним напрямком підвищення економічної ефективності електротехнічних комплексів. Одним з методів зниження втрат електроенергії є компенсація реактивної потужності як комплексна, так і локальна. Асинхронні двигуни споживають більше 60% вироблюваної електроенергії. Застосування асинхронних двигунів у нерегульованому електроприводі складає до 75% від усього парку електроприводу. Щорічно аварійний вихід з експлуатації АД становить до 20-25%, а в деяких випадках – до 30%. Сучасні мікропроцесорні пристрої, які впроваджуються в автоматизацію електротехнічних комплексів, дозволили поєднати локальну компенсацію реактивної потужності, що споживають асинхронні двигуни, з діагностичною системою контролю та прогнозування залишкового ресурсу роботи асинхронного двигуна та виявлення виткового замикання у статорних обмотках електродвигуна. Метою роботи є аналіз існуючих тестових неруйнівних методів діагностування стану діелектричної властивості ізоляції обмоток АД, обґрунтування напрямку розвитку методів тестової діагностики та прогнозування зниження властивості корпусної ізоляції обмоток АД із застосуванням залишкової енергій в умовах використання батареї конденсаторів. Для досягнення мети вирішені такі завдання: проведено аналіз методів контролю корпусної та виткової ізоляцій; вперше енергію, яка залишається в конденсаторах після їх відключення, використано в тестових неруйнівних методах; доведено, що для прогнозування залишкового ресурсу корпусної ізоляції електродвигуна в якості критеріального параметру доцільно використовувати постійну часу затухання розряду конденсатора, а для виявлення виткового замикання в статорних обмотках в якості критеріального параметра доцільно використовувати час періоду періодичного затухання напруги на конденсаторі; встановлені взаємозв'язки зміни опору корпусної ізоляції обмоток та постійною часу розряду конденсатора. Найважливішим результатом є встановлення однозначного взаємозв'язку стану корпусної ізоляції та величини постійної часу згасання напруги на конденсаторі; зміна часу періоду та кількості вимкнутих витків у статорній обмотці АД. Найбільш суттєвим результатом є те, що зміну постійної часу вперше використано як критеріальний параметр для прогнозування залишкового ресурсу діелектричних властивостей корпусної ізоляції електродвигуна, а зміну часу періоду – як критеріальний параметр виявлення виткового замикання. Значимістю дослідження є те, що базовим значенням постійної часу згасання приймається значення, отримане після першого відключення електродвигуна від мережі. Запропоновано методи і розроблено програмне забезпечення для пристрою, що дозволяє контролювати неповнофазні режими напруги мережі та струмових ланцюгів в період роботи електродвигуна, а при відключенні електродвигуна від мережі – контролювати величину опору ізоляції статорних обмоток електродвигуна і кабелю, а також прогнозувати залишковий ресурс експлуатації електродвигуна<br />The timely detection of a critical state and forecasting the development of an emergency situation in the insulation of AM (asynchronous motor) windings is the main direction of increasing the economic efficiency of electrical engineering systems. One of the methods of reducing electricity losses is the compensation of reactive power, both complex and local. Asynchronous motors consume more than 60% of the produced electricity. Modern microprocessor devices, which are implemented in the automation of electrical engineering complexes, enable to combine local compensation of the reactive power consumed by synchronous motors with a diagnostic system for monitoring and predicting the residual life of an asynchronous motor and detecting a winding circuit in the stator windings of an electric motor. The purpose of the work is the analysis of the existing non-destructive test methods for diagnosing the state of the dielectric property of the insulation of AM windings, substantiating the direction of the development of diagnostic test methods and forecasting the decrease in the property of the body insulation of AM windings with the use of residual energy in the conditions of using a capacitor bank. To achieve the goal, the following tasks were solved: an analysis of the control methods of body and turn insulation was conducted; for the first time, the energy remaining in the capacitors after their disconnection was used in non-destructive test methods; it was proven that to predict the residual resource of the motor housing insulation, the time constant of the capacitor discharge decay can be effectively used as a criterion parameter, similarly, to detect a short circuit in the stator windings, the periodic voltage decay time on the capacitor can serve as a useful criterion; established interrelationships between changes in the resistance of the casing insulation of the windings and the time constant of the capacitor discharge. The most important result is the establishment of a unique relationship between the state of the case insulation and the value of the voltage decay time constant on the capacitor; change in period time and the number of turned-off turns in the AM stator winding. The most significant result is that the change in the time constant was used for the first time as a criterion parameter for predicting the residual life of the dielectric properties of the motor body insulation, and the change in the time period as a criterion parameter for the detection of a winding circuit. The significance of the study is that the value obtained after the first disconnection of the electric motor from the network is taken as the basic value of the constant decay time. Methods have been proposed and software developed for the device, which allows monitoring non-phase voltage modes of the network and current circuits during the operation of the electric motor, and when the electric motor is disconnected from the network - to control the value of the insulation resistance of the stator windings of the electric motor and the cable, as well as to predict the residual life of the electric motor |
|---|---|
| ISSN: | 22256733 2519271X |