Диагностика межвитковых коротких замыканий в фазных обмотках статора синхронных электродвигателей с постоянными магнитами

Обоснование. В настоящее время в сегменте городских пассажирских перевозок все более широкое применение находят электробусы, что обуславливается отсутствием вредных выбросов и низким уровнем шума. В качестве тягового электродвигателя широко используются синхронные машины с постоянными магнитами (СМПМ). Одним из наиболее перспективных методов контроля технического состояния тяговых электродвигателей является диагностика с помощью средств мониторинга, установленных на борту транспортного средства. К достоинствам таких методов следует отнести возможность проведения регулярных частых проверок состояния (в отличие от гораздо более редкого диагностирования в стационарных пунктах технического обслуживания) и более оперативного реагирования на развитие выявленных неисправностей, что существенно сокращает затраты на техническое обслуживание и ремонт дорогостоящего оборудования. К недостаткам относятся ограничения, связанные с дефицитом компоновочного пространства для размещения диагностического оборудования, и с ограниченными возможностями бортовых компьютерных средств по передаче и хранению диагностической информации и с трудоёмкостью вычислительных процедур встроенных экспертно-диагностических систем. Если говорить о видах эксплуатационных отказов СМПМ, которые встречаются наиболее часто и имеют наиболее тяжёлые с точки зрения затрат на восстановление работоспособности, то это межвитковые замыкания в обмотках статора, повышенный эксцентриситет воздушного зазора между статором и ротором, повреждение подшипников, а также повреждения связанного с электродвигателем механического редуктора.

Цель работы — выявление диагностических признаков межвитковых коротких замыканий в фазных обмотках синхронного электродвигателя с постоянными магнитами, с помощью которых можно на ранней стадии выявлять эти неисправности на борту маршрутных городских транспортных средств.

Методы. Разработана математическая модель синхронного электродвигателя с постоянными магнитами с короткозамкнутыми витками фазной обмотки, позволяющая проводить исследование поведения двигателя при различном числе замкнутых витков.

Результаты и выводы. Впервые сформулированы требования к диагностическим признакам для бортовой системы диагностики городского рейсового электробуса, позволяющим выявлять межвитковые замыкания в фазовых обмотках тяговых электродвигателей на ранних стадиях зарождения неисправности. Получены основные параметры процесса цифровой регистрации фазных токов, позволяющие проводить измерения и передачу сигналов по бортовой информационной сети электробуса. Методами имитационного моделирования установлено, что пиковые значения линейного спектра суммарного вектора тока являются устойчивыми диагностическими признаками, позволяющим выявлять межвитковые замыкания в фазовых обмотках тяговых электродвигателей на ранних стадиях зарождения неисправности.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования предложенных методов диагностирования технического состояния узлов тягового электропривода на городском пассажирском электротранспорте.