Przerwa gałęzi równoległej twornika

Kolejnym rozpatrywanym stanem awaryjnym była przerwa jednej gałęzi równoległej uzwojenia twornika. Jest to dość powszechnie występujący w maszynach synchronicznych stan awaryjny. Zezwoje twornika zazwyczaj łączone są ze sobą poprzez połączenia lutowane, które mogą ulec uszkodzeniom na skutek drgań maszyny lub deformacji połączeń czołowych

pod wpływem przepływu prądów o dużej wartości. Prowadzi to do powstania przerwy na połączeniu zezwojów a co za tym idzie przerwy w całej gałęzi równoległej. Maszyna w takim stanie może nadal pracować, jednak praca w takich warunkach powoduje zwiększenie wartości prądu w pozostałych gałęziach równoległych należących do tej samej fazy, co w efekcie prowadzi do powstania kolejnych uszkodzeń na skutek nadmiernych ilości ciepła wydzielanego w tych gałęziach. Z uwagi na charakter uszkodzenia (przerwanie połączenia lutowanego) nie ma potrzeby dokonywać stopniowania wartości rezystancji wpiętej szeregowo w przerywany obwód. Pomiar tego stanu został wykonany przy całkowitym usunięciu połączenia pomiędzy dwiema grupami zezwojów stanowiących jedną z dwóch gałęzi równoległych w fazie S maszyny rysunek 4.19). Pomiar przeprowadzany był podczas pracy maszyny z prędkością synchroniczną.

Rys. 4.19. Sposób połączenia uzwojeń podczas badania przerwy w gałęzi równoległej

twornika

Na rysunku 4.20 przedstawiono przykładowy przebieg czasowy oraz widmo

częstotliwościowe prądu w fazie, w której nastąpiła przerwa w jednej z dwóch gałęzi równoległych, natomiast na rysunku 4.21 zaprezentowano przebieg czasowy oraz widmo częstotliwościowe prądu wzbudzenia dla tego samego przypadku uszkodzenia.

W celu wyciągnięcia prawidłowych wniosków odnośnie tendencji wzrostowych lub spadkowych w harmonicznych pod wpływem uszkodzenia polegającego na przerwaniu gałęzi równoległej w jednej z faz twornika należy porównać wszystkie zarejestrowane próbki dla tego przypadku ze wszystkimi zarejestrowanymi próbkami dla stanu bezawaryjnego. Na

rysunku 4.22 przedstawiono zestawienie amplitud harmonicznych (całkowitych

wielokrotności 25Hz) prądów fazowych w maszynie z przerwaną jedną gałęzią równoległą twornika i prądów fazowych w przypadku braku uszkodzenia, dla 200 rejestracji dla każdego z przypadków.

Rys. 4.20. Przebieg czasowy oraz widmo częstotliwościowe sygnału prądowego

w jednej z faz twornika maszyny, w której nastąpiła przerwa w jednej gałęzi równoległej w jednej z faz twornika

Rys. 4.21. Przebieg czasowy oraz widmo częstotliwościowe sygnału prądowego

w obwodzie wzbudzenia maszyny, w której nastąpiła przerwa w jednej gałęzi równoległej w jednej z faz twornika

Rys. 4.22. Amplitudy harmonicznych będących całkowitymi wielokrotnościami 25Hz

prądu w fazie, w której nastąpiła przerwa w jednej gałęzi równoległej (kolor czerwony) oraz prądu w tej samej fazie w przypadku braku uszkodzenia (kolor czarny)

Na podstawie rysunku 4.22 można stwierdzić, że wśród harmonicznych prądów twornika, zarówno w uszkodzonej fazie jak i dwóch pozostałych, tylko harmoniczna o częstotliwości 150Hz pozwala na rozróżnienie pomiędzy stanem bezawaryjnym a stanem przerwy w jednej gałęzi równoległej. Natomiast analiza widma prądów fazowych nie pozwala jednoznacznie określić, w której fazie wystąpiło to uszkodzenie. W pracy [89] autor doszedł do podobnych wniosków na podstawie obliczeń numerycznych bazujących na modelu matematycznym silnika synchronicznego..

Zależność wartości amplitudy harmonicznej 150Hz prądu twornika od wartości rezystancji zwierającej podczas stopniowanego zwarcia została przedstawiona na rysunku 4.23.

Rys. 4.23. Amplitudy harmonicznej 150Hz prądu twornika w fazie nieuszkodzonej oraz z

przerwą w gałęzi równoległej twornika

Na rysunku 4.24 przedstawiono zestawienie amplitud harmonicznych (całkowitych wielokrotności 25Hz) prądu wzbudzenia dla stanu bezawaryjnego oraz podczas pracy z przerwą w jednej gałęzi równoległej twornika. Analiza tego rysunku prowadzi do obserwacji, iż w sygnale prądowym w obwodzie wzbudzenia znajduje się kilka harmonicznych dla których amplitudy tworzą separowalne skupiska odpowiadające stanom bezawaryjnemu oraz przerwy w jednej gałęzi równoległej twornika. Są to składowe: 100Hz, 200Hz i 225Hz. Zestawienie wartości amplitud dla tych składowych dla stanu bezawaryjnego oraz dla przerwy w jednej gałęzi równoległej twornika zostało przedstawione na rysunkach 4.25, 4.26 i 4.27.

Rys. 4.24. Amplitudy prądu wzbudzenia dla częstotliwości będących całkowitymi

wielokrotnościami 25Hz dla maszyny nieuszkodzonej oraz dla maszyny, w której nastąpiło zwarcie jednej grupy zezwojów za pomocą rezystancji zwierającej o wartości 1.3 Ω

Rys. 4.25. Amplitudy harmonicznej 100Hz prądu wzbudzenia w fazie nieuszkodzonej oraz z

Rys. 4.26. Amplitudy harmonicznej 200Hz prądu wzbudzenia w fazie nieuszkodzonej oraz z

przerwą w gałęzi równoległej twornika

Rys. 4.27. Amplitudy harmonicznej 225Hz prądu wzbudzenia w fazie nieuszkodzonej oraz z

przerwą w gałęzi równoległej twornika

Podobnie jak w przypadku zwarcia grupy zezwojów twornika również i w tym przypadku widma prądów fazowych nie niosą zbyt bogatej informacji diagnostycznej. Prądy fazowe zostały transformowane do wektora przestrzennego prądu twornika i widmo modułu tego wektora poddano analizie. Przerwa gałęzi równoległej prowadzi do silnego wzrostu amplitudy składowej 100Hz, co można zaobserwować na rysunku 4.28.

Rys. 4.28. Widmo wektora przestrzennego prądu twornika maszyny, w której nastąpiła

przerwa jednej gałęzi równoległej twornika

Na kolejnym rysunku, 4.29, przedstawiono zestawienie amplitud harmonicznej 100Hz modułu wektora przestrzennego prądu twornika dla przerwy gałęzi równoległej oraz dla stanu bezawaryjnego. Jak widać wystąpienie uszkodzenia spowodowało znaczny wzrost amplitudy tej składowej dla wszystkich analizowanych próbek.

Rys. 4.29. Amplitudy harmonicznej 100Hz modułu wektora przestrzennego prądu twornika

Z porównania rysunków 4.23 i 4.29 wynika, że do wykrywania przerw w gałęziach równoległych twornika lepiej jest wykorzystać widmo modułu wektora przestrzennego prądu twornika (składowa 100Hz), niż widma prądów fazowych. W przypadku składowej 100Hz modułu wektora przestrzennego uzyskano lepszą separowalność i mniejszy rozrzut amplitud dla wszystkich zarejestrowanych próbek pomiarowych.