تحليل خطأ لف الجزء الثابت للمحركات الكهربائية

يتم التعرف على أعطال الدائرة القصيرة المتعرجة كواحدة من أكثر أوضاع فشل الماكينة الكهربائية شيوعاً، كما يعد التشخيص الفعال عبر الشبكة لهذه الأمور أمراً حيوياً، ولكنها تظل مهمة صعبة، وعلى وجه الخصوص في مرحلة الخطأ الأولي؛ تقدم هذه الحالات تقريراً عن تقنية جديدة للكشف عبر الشبكة عن أعطال الدائرة القصيرة للجزء الثابت الأولي في الآلات الكهربائية ذات الجرح (الشق) العشوائي.

أهمية تحليل خطأ لف الجزء الثابت للمحركات الكهربائية

تعد أعطال الدائرة القصيرة المتعرجة من أكثر الأعطال شيوعاً التي تحدث في الآلات الكهربائية؛ خاصة في تلك التي تستخدم تكوينات لف الجرح العشوائي، بحيث تم الإبلاغ عن الأعطال المتعلقة بالدائرة القصيرة لتشكل حوالي (30٪ -40٪) من إجمالي أعطال الماكينة، والسبب الرئيسي لذلك هو انهيار مادة العزل، والذي يحدث نتيجة لمجموعة من الضغوط (الحرارية، الكهربائية، الميكانيكية، البيئية)، والتي تعمل على اللفات خلال عمرها التشغيلي.

كما ينتج عن هذا الانهيار العازل خطأ في الدائرة القصيرة (ITSCF)، والذي بدوره يؤدي إلى مزيد من الإثارة الحرارية المفرطة في اللفات ويؤدي في النهاية إلى فشلها، ومن ثم؛ فإن الكشف أثناء الخدمة عن المرحلة الأولية يعد (ITSCF) أمراً حيوياً لأنه يمكن أن يساعد في منع الأضرار الجسيمة وتقليل تكاليف الإصلاح وخسائر الإنتاج المرتبطة بها.

كذلك حظي البحث في اكتشاف ملفات (ITSCF) المتعرجة المتعرجة باهتمام كبير ومجموعة من تقنيات التشخيص المقترحة في الدراسات، كما تعتمد هذه وبشكل عام على المراقبة والتحليل غير الجراحي عبر الشبكة للكميات الكهربائية أو الكهرومغناطيسية، مثل التيار الثابت أو الجهد الكهربائي أو الممانعة أو التدفق، ومع ذلك يمكن أن تفرض التقنيات المبلغ عنها عيوباً كبيرة في القدرة التشخيصية وهي محدودة بشكل خاص في التعرف الفعال على مراحل الخطأ المبكرة.

على سبيل المثال يمكن أن تؤثر التغييرات الطفيفة في ظروف التشغيل، مثل اختلاف الحمل الكهربائي وعدم توازن العرض وعدم التناسق المتأصل، لا سيما في الظروف غير الثابتة، وبشكل كبير على أداء التشخيص، كذلك يتم طرح عيوب إضافية من خلال تحديات تحديد موقع الخطأ وتشخيص شدة الخطأ، وللتغلب على هذه؛ فإن هناك حاجة إلى معالجة متقدمة لإشارات التشخيص، مما يزيد من تعقيد تنفيذ عملية التشخيص.

تحليل الميزات الكهروحرارية للمحركات ضمن ITSCF

تنتشر أخطاء اللف بشكل شبه دائم من (ITSCF)، وعندما ينكسر العزل الكهربائي بين دورتين متجاورتين من نفس الملف؛ يتسبب التلامس الكهربائي المباشر بينهما في حدوث تيار دائري مرتفع، مما يؤدي إلى ظهور حرارة زائدة موضعية في جزء الملف المعيب، أي في المنعطفات القصيرة، كما تؤدي درجة الحرارة المرتفعة الناتجة بدورها إلى تدهور عزل المنعطفات الصحية المجاورة.

كما أن ذلك يؤدي إلى مزيد من المنعطفات في الخطأ، ونتيجة لذلك إذا لم يتم اكتشاف (ITSCF) ومعالجته في المراحل المبكرة؛ فإن هذه العملية تنتشر وتدهور عزل اللف الصحي المحيط، مما يؤدي إلى مزيد من تمدد الخطأ ويؤدي إلى مزيد من الأهمية، وذلك من الطور إلى الطور أو من الطور إلى الأرض العيوب، وفي النهاية فشل الآلة.

لذلك؛ فإن اكتشاف الأخطاء في المرحلة الأولية يعد أمراً أساسياً في تجنب حدوث أضرار كارثية محتملة لآلات التشغيل، بحيث يتم تحليل الميزات الكهروحرارية الخاصة بـ (ITSCF) في هذا القسم كعامل تمكين لفهم متطلبات وتحديات تشخيصه بناءً على تحليل الإشارات الحرارية أو الكهربائية.

الخصائص الكهربائية لخطأ الانقلاب في المحركات

يوضح الرسم التخطيطي للدائرة الكهربائية في الشكل التالي (1) ملفاً ثابتاً ثلاثي الطور، وفي ظل حالة (ITSCF) المفترضة في المرحلة (a) يعدل (ITSCF) المرحلة المعيبة إلى دائرتين كهربائيتين منفصلتين، بحيث يكون إحداهما مكونة من جزء الملف الصحي والأخرى بواسطة الموصلات الكهربائية المتعرجة المتضمنة، وذلك عن طريق الخطأ. تعتمد المقاومة والتحريضات للدوائر الصحية والخاطئة على (NF) الخاطئ الى (NH) الصحي، بحيث يتحول نسبة العدد (μ)، حيث أن (μ = NF ∖ NH).

كما أن الدائرتان مستقلتان كهربائياً ومقرنتان مغناطيسياً، وقد تم تأسيسهما على النحو التالي وعندما يحدث (ITSCF) تعمل المنعطفات المختصرة جسدياً كملف قصير موضوع في مسار المجال المغناطيسي الرئيسي للآلة، وذلك كما هو موضح في الشكل (2-a)، وبالتالي يتم استحثاث القوة الدافعة الكهربائية (Ea2) في هذه التي تقود تيار خطأ (Ia2).

ونظراً لقانون لينز؛ فإن تيار العطل يؤسس تدفقاً معاكساً لتدفق الحقل الرئيسي، وبالتالي تقليله على طول الملفات المعيبة، وبالتالي تقليل (Ea2)، كذلك تأثير آخر يقلل من (Ea2) هو انخفاض القوة الدافعة المغناطيسية الرئيسية (MMF) بسبب الانخفاض الناجم عن الخطأ في الأمبير أو المنعطفات في المرحلة المعيبة وذلك كما هو مبين في الشكل (2-a) و (b).

لذلك؛ فإن تيار الانعطاف الخاطئ (Ia2) يكون في الاتجاه المعاكس لتيار جزء اللف الصحي (Ia1)، كما ويتم تحديده بمقاومة المنعطفات ذات الدائرة القصيرة و (Ea2)، وبالتالي يمكن أن يختلف (Ia2) بشكل كبير ويصعب تحديده، كما أفادت الدراسات الحديثة أنه من الممكن أن يصل إلى (12) ضعف حجم التيار المقنن للآلة، ومن ناحية أخرى يتأثر (Ia1) بشكل أساسي بمقاومة الطور التي تختلف مع (μ).

الخصائص الحرارية لخطأ التداخل في ملفات المحركات

• التحليل الحراري للحرارة الناجم عن الخطأ المتبادل: في الظروف الصحية، تكون الحرارة المتولدة في لف الجزء الثابت نتيجة للخسائر الأومية، والتي يتم تحديدها من خلال لف التيار والمقاومة وتبدد الحرارة في البيئة المحيطة، وفي الآلة التقليدية المتوازنة؛ تكون الخسائر الأومية الناتجة عن كل لف طور الجزء الثابت، وبشكل عام تبقى متساوية تقريباً.

• متطلبات مراقبة الحرارة التي يسببها الخطأ المتبادل: من نقطة المراقبة الحرارية في الموقع والأدوات لأغراض تشخيص أعطال اللف؛ تعتبر (Heat S1) صعبة للغاية للمراقبة، بحيث يمكن أن تحدث في أي نقطة من هيكل اللف، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه يمكن افتراض مقاومة التلامس للخطأ (Rsc) صغيرة جداً، ومن ثم لا يُتوقع عموماً أن تكون المكون المهيمن للإثارة الحرارية الناشئة عن حدث خطأ.

ومن المتوقع عموماً أن تنتج الحرارة (S2) الناتجة عن (Ia2) مساهمة أكثر أهمية في الإثارة الحرارية الناتجة عن الخطأ، وبالتالي فهي تضر بصحة الملف والمنعطفات الصحية المجاورة على وجه الخصوص، بحيث تعمل الحرارة الزائدة الناتجة (S2) في المنعطفات المختصرة بطول الملف حسب الشكل السابق (2-b).

وفي النهاية أبلغت هذه الدراسة عن تقنية جديدة لتشخيص (ITSCF) عبر الاتصال المباشر بالشبكة الكهربائية، وكذلك في آلات الجرح العشوائية بناءً على مستشعر (FBG) المناعي (EMI) بالكامل في الموقع لرصد الإثارة الحرارية الداخلية المتعرجة، بحيث تم تنفيذ المخطط المقترح وتم التحقق من صحة أدائه على محرك تحريضي يعمل بالعاكس، كما تركز الدراسة على اكتشاف المراحل المبكرة من (ITSCF)، حيث تقدم التقنيات الأخرى نجاحًا محدوداَ إلى حد كبير.