ВИБРАЦИИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПУСКЕ

Многочисленные публикации и конструкторские разработки показывают, что удалось решить ряд задач по созданию маловиброактивного электрооборудования, работающего преимущественно в стационарных режимах, т. е. при неизменных скоростных и нагрузочных условиях.

Разработка электрических машин с ограниченными вибрациями, работающих в динамических режимах, их виброконтроль являются новыми проблемами в отечественном электромашиностроении. Настоящая работа ставит своей целью показать некоторые особенности вибрационных состояний машин в этих режимах работы и изложить подход к их анализу [3].

Как уже отмечалось, номенклатура электрооборудования, работающего в динамических режимах, и виды последних чрезвычайно разнообразны. Эти режимы характеризуются быстрым изменением вибрационных состояний, связанных с переходными электромагнитными процессами. Можно считать, что исследование наиболее характерного динамического режима — пуска — позволит на примере асинхронного двигателя (АД) рассмотреть особенности его вибрационного состояния, предложить аналитический и экспериментальный подход к анализу динамических режимов с целью разработки способов снижения виброактивности.

Пусковые вибрации асинхронного двигателя. Исследовалось вибрационное состояние АД, установленного на резинометаллических амортизаторах типа АКСС. При экспериментальных исследованиях использовалась цифровая и аналоговая виброизмерительная и анализирующая аппаратура фирмы Bruel & Kjxr (Дания), а также многоканальный магнитофон фирмы Sony (Япония).

Для получения объективной информации о спектральных характеристиках вибрации электродвигателя во время пуска необходимо рассматривать временные интервалы от начала пуска до затухания переходных процессов или несколько больше [1].

При цифровом анализе такого рода вибраций это осуществляется применением (по возможности) спектральных временных «окон», которые подбираются по длительности переходных процессов. Следует отметить, что такой подход к анализу сигналов является важной отличительной особенностью исследования динамических режимов работы электрических машин.

На рис. 1 представлены третьоктавные спектры виброускорений АД типа 4А112МВ6УЗ. Кривая 1 соответствует его вибрациям при пуске, кривая 2 — вибрациям в режиме холостого хода с установившейся частотой вращения. Из этих спектров видно, что наиболее существенные различия наблюдаются в низкочастотном диапазоне (до 200 Гц), особенно на частотах, близких к собственной частоте системы, определяемой жесткостью амортизаторов. Необходимо отметить также, что возбуждаемые при пуске колебания носят преимущественно характер поворотных движений относительно оси вращения ротора.

Рисунок 1. Амплитудно-частотные характеристики АД (1 — вибрация при пуске; 2 — вибрация в режиме холостого хода)

На рис. 2 представлено временное развитие вибрационных процессов, измеренных в двух точках на опорах (лапах) АД, расположенных симметрично относительно оси вращения ротора. Колебания в этих точках происходят в противофазе, что свидетельствует о поворотных движениях корпуса. На рис. 2 приведены также упомянутые выше временные «окна», которые применялись для анализа данных вибрационных процессов.

Рисунок 2. Амплитудно-временные характеристики вибраций на лапах АД при пуске

На рис. 3 приведены характерные фрагменты временных реализаций тока статора, угловой частоты ротора и индукции в воздушном зазоре. Из сопоставлений рис. 2 и 3 следует, что длительность временного интервала повышенной виброактивности АД при пуске соизмерима по длительности с электромагнитными и электромеханическими переходными процессами. При чем после затухания электромеханических переходных процессов с некоторым запаздыванием по времени затухают до уровня установившихся значений и колебания электрической машины.

Рисунок 3. Амплитудно-временные характеристики: i — тока статора, В — индукции в воздушном зазоре, n — угловой частоты ротора в режиме пуска электродвигателя

Выполненные исследования позволяют констатировать следующее:

а) поскольку АД совершает поворотные колебания, то возбуждение их носит характер кратковременно действующих моментов;

б) реакция на данное возбуждение определяется характеристиками амортизаторов, так как преимущественные колебания происходят на частотах, близких к собственным частотам системы на амортизаторах.

Таким образом, для адекватной оценки вибраций при пуске АД необходимы адекватные характеристики амортизации и спектры возбуждающего электромагнитного момента [2].

Изложенный подход к расчетной оценке вибрации при пуске АД может быть использован для аналогичных оценок вибраций электродвигателей при работе в других динамических режимах — наброс и сброс нагрузки, реверс, торможение и др., а также анализа вибраций других видов амортизированного электрооборудования. Кроме того, на основе предложенной модели возможно прогнозирование влияния на вибрацию электрических машин различных факторов: изменения электромагнитного момента, момента сопротивления, моментов инерции, параметров амортизации и др., что, в свою очередь, дает возможность поиска наиболее рациональных путей обеспечения требуемых уровней вибрации в разнообразных видах электрооборудования, работающего в динамических режимах.

Список литературы:

1. Иванов-Смоленский А. В., Абрамкин Ю. В., Власов А. И. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах. — М.: Энергоатомиздат, 1986,
2. Власов А.И., Фисенко В.Г. Расчёт вращающего момента ненасыщенной электрической машины методом проводимостей зубцовых контуров. — В кн.: Динамика электрических машин. Омск, 1984.
3. Артоболевский И. И., Боровницкий Ю. И., Генкин М. Д. Введение в акустическую динамику машин.— М.: Наука, 1979.