光纤传感器的感应电动机在不平衡和谐波检测中的使用.docVIP

光纤传感器的感应电动机在不平衡和谐波检测中的使用 杰西 M.克瑞斯、乔维尔 布拉沃、弗朗西斯科J.棱、 成员、 IEEE，伊格纳西奥 · 马蒂亚斯，高级会员，IEEE 摘要—在这项工作，提出特定的不平衡电压和逆变器谐波对使用光纤传感器感应电动机性能的负面影响的检测新方法。供应不平衡电压型三相异步电动机引起振荡的电磁转矩，产生振动、 增加的损失、 效率降低和额外的温度上升，导致减少对绝缘寿命的机器。设计了新的线在纤维具加速度计来检测这些振动中直流 500 Hz 范围。所用的线在纤维具方案提供了高鲁棒性和稳定性，给予足够的敏感性监测频率低和低振幅振荡在定子的机器存在的电压不平衡的情况。为了证明测而无需访问到这台机器的电气部分和准确的监测可以获得使用了高分辨率的分析，提出。这项索赔，1.5-kW 鼠笼式异步电动机不同不平衡水平下分析了。它是显示一个精确的不平衡因素可以检 索引术语 — — 发动机故障检测、 法布里-入射干涉仪、 寿命加速度计、 异步电动机和电压不平衡。 I.介绍 根据美国能源部 （DoE），70%的电力采用工业电机，并在一个典型的行业中 80%的负荷包含的三相交流异步电动机 [1]。感应电动机由于其通用性、 可靠性和经济比以往更正在使用。在大多数情况下，条件监测计划将重点放在三个感应电机组件之一： 定子、 转子或轴承。其实振动监测接受为许多类型的机器的电性故障诊断因为这种做法并不需要修改机器或获得补给线 [2] — [4]。大型系统往往配备机械传感器，主要基于电涡流探头的振动传感器的影响。那些不过是灵敏和昂贵。 虽然使用振动监测是目前广泛，很少其注意给电机供电的电压不平衡。电压不平衡与不平衡的分布系统网络的案例或单相负载的使用有关。一些具有代表性的例子是不对称的变压器绕组或输电线路阻抗，不平衡三相负荷，打击熔断器在三相系统中，或切换显著的单相负载，只是举几例。由于感应电动机两个工业区和住宅区中的广泛应用，对异步电动机的破坏性影响将导致重要的经济影响。 在电压不平衡下线电流偏差的振幅可以比电压的变化，创造脉动转矩大许多倍。从电气的角度来看，振动是由于不同的磁场力机的转子与定子之间。电动机械的机械振动故障的来源是机器老化速度越快。 机器的寿命降低的另一个原因是感应电动机效率减少以来甚至小的不平衡系统中的电压不平衡实验下严重增加转子损耗的额外的温度上升。当在低速运行时的热耗散能力较低，并减免可以变得尤为严重。国际电气代码 (IEC) 标准 [5] 1%限制允许电压不平衡量对异步电动机，并责成有关减免如果电压不平衡是更大的（5%）。 为降低额定功率机原因存在于电能的转变，从一代到最终用户的所有阶段。它是众所周知的电力电子系统可靠性是极为重要的工业、 商业、 航空航天和军事应用。在脉宽调制（PWM） 驱动器中存在的主要问题之一是全球地面观测系统、绝缘栅双极型晶体管或金属-氧化物半导体场效应晶体管在逆变桥的非理想特性的电流畸变。输出电流畸变的主要来源，因而在电机轴的转矩脉动，并必须以防止短路的逆变桥存在的死区时间插入。微处理器的使用给出了较高的质量控制，但虽然 PWM 波形正变得越来越复杂，这些波形很少在每个阶段上具有相同的形状，因此，三相输出电压可以不平衡。此外，众所周知从安全的角度来看，预防性的维护，如制冷泵、, 临界反应堆组件有一个有意义的重要性。这些大型的机器，这是本文的目标，一个共同的特征是高的电流和电压水平，创造高的衍生品和电磁干扰的存在。当开关机控制的高功率水平，换向装置可以测量信号中造成不可接受的干扰。正因为如此，电磁干扰 （EMI） 免疫功能的光纤传感器是应用的有利的候选人，以满足遥感在这些领域。高的电气隔离允许使用的光纤探针在电气仪表使用危险或不起作用的如根据高度爆炸性环境，例如在石化行业的地方。 Stator 图 1。电机械系统的示意图 有几个光纤振动测量 [6] 的基础的技术。广泛地讲他们可分为光纤布拉格光栅（光纤布拉格光栅）[7]、[8]，强度调制和法布里-入射干涉（光学仪器）[9]。由干涉技术，提供灵敏度最高，其中最具吸引力可能是原子光学仪器，由于其易于实现、低大小和鲁棒性。内在配置 [10] 使用半反射面上一段烤瓷铅纤维的纤维的面孔营造干涉腔。外部配置 [11] 由提供机械稳定性对光纤劈裂的端面的测微对准管组成。这项计划的主要缺点是来自难以充分保护腔内，以获得鲁棒性和长期可用的传感器。 制造更好的设备，在本研究中使用备用配置是在行纤维具（寿命）提出[12] [13]。融合一段空芯光纤两个标准的单模光纤，打造干涉腔之间，建立这种传感器。在非连续的应力是空心部分匹配与单模光纤的外直径，明显较低。 在这项工作中使用的传感器基于地震的大规模效应与两个不同的操作范围。下面的共振频率，它可以作为一个加速度计，