CC BY
69
УДК 621.313.2 : 621.317.2
АНАЛИЗ ОБЩИХ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
A.C. Сарваров, А.Б. Коробейников
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Россия, г. Магнитогорск
anvar@magtu. ru, alexkor1@mail. ru
Машины постоянного тока наиболее часто применяются на металлургических комбинатах - на прокатных станах, линиях оцинковки металла [1]. На ОАО «ММК» количество электрических машин постоянного тока (по состоянию на 01.03.2004 г.) превышает 15 тысяч (рис. 1).
5000
4728
группа мощности, кВт Рис. 1. Распределение электрических машин постоянного тока на ОАО «ММК» (по состоянию на 01.03.2004г.) [2].
Из них более 8 тысяч мощностью от 3,1 до 25 кВТ. В настоящее время существенных изменений не произошло, двигатели постоянного тока в дальнейшем не внедрялись. Машины подобного типа уникальны, так как они индивидуального исполнения, их изготавливали под конкретный приводной механизм, для его замены нельзя взять аналогичный двигатель, так как он не серийный. Данные двигатели доживают свой век и для продления их ресурса необходимо принять все меры контроля для определения на ранней стадии дефектов и предотвратить их с меньшими затратами. Таким образом, основной задачей является максимальное продление его срока службы, а для этого необхо-
-
фектов на начальной стадии их возникновения. Двигатели постоянного тока на ОАО "ММК" как правило используются в прокатных станах ЛПЦ-5, ЛПЦ-10 и др.
Модель электродвигателя постоянного тока как объекта диагностирования включает в себя электроизоляционную конструкцию, кол-лекторно-щеточный аппарат и механическую часть. Поэтому отказы данных двигателей имеют различную природу и могут происходить вследствие:
1) пробоя изоляции и межвитковых замыканий обмоток якоря;
2) пробоя изоляции и межвитковых замыканий обмоток главных и дополнительных полюсов;
3) пробоя изоляции компенсационной обмотки;
4) повреждений выводов катушек полюсов;
5) повреждений выводных кабелей, выплавления припоя из пе-
;
6) разрушения якорных бандажей;
7) повреждения якорных подшипников;
8) повреждения пальцев, кронштейнов и щеткодержателей;
9) кругового огня по коллектору [3].
Основными диагностическими признаками дефектов в машинах :
1) искрения в области соединительных и дистанционных шпилек;
2) разряды по поверхности в области соединительных и дистан-
;
3) локальные зоны нагрева на торцевых щитах;
4) нагрев болтового крепления обмоток;
5) искрение и нагрев в зоне коробки выводов [1].
Недостатком коллекторных двигателей постоянного тока, ограничивающим область их применения, является наличие щеточно-коллекторного узла, что ограничивает их долговечность и является ис-
точником радиопомех. Вследствие искрения на скользящем контакте эти двигатели не пригодны для эксплуатации во взрывоопасных средах [4]. Искрение при работе коллектора приводит к подгоранию контактов, изменению их переходного сопротивления и, как следствие, к нестабильности характеристик двигателя [5].
В настоящее время существует три основных метода диагностирования двигателей: вибрационный, по потребляемому току двигателя и тепловизионный. В данной статье будет рассмотрен ещё один из методов: диагностирование двигателей постоянного тока посредством
-
ства. Как и другие методы технической диагностики, система, осно-
-
правностей и оценки технического состояния исследуемого объекта и выявлять дефекты на ранней стадии их возникновения. При данном методе диагностики необходимо исследовать временной сигнал или спектр от приемников искровых разрядов в щеточно-коллекторном устройстве. В двигателях постоянного тока с какой-либо неисправностью искрение коллекторно-щеточного механизма - главный признак
.
-
ки:
• коммутатор или контактное кольцо имеют некруглое сечение, изоляция пластин недостаточно глубокая или выступает;
• сильная вибрация;
• недостаточное давление на щётку, неправильно выбраны щётки,
;
• люфт щётки в держателе слишком большой, неравномерное распределение тока, отдельные угольные щетки перегружены;
• расстояние между болтами не соответствует норме;
• давление на щетку слишком большое или маленькое;
• повреждение в обмотке якоря;
• неверная позиция щеточной траверсы;
• неправильно установлено коммутирующее поле;
• механизм перегружен;
• коммутатор или контактное кольцо загрязнено;
• нарушено соединение между пластинами и обмоткой. Возникновение электрического разряда вызывает сигналы трех
типов: электрического, электромагнитного и акустического. Первые два типа сигналов различаются несколько условно, т.к. электрический сигнал всегда сопровождается электромагнитным, и различие между ними скорее относится к методам регистрации - электрический сигнал
измеряется в проводах, а электромагнитный сигнал регистрируется с помощью антенны [6].
Соответственно для регистрации искрения можно использовать .
.
• Метод оценки искрения по переменной составляющей напря-.
• Методы и приборы, основанные на фотоэффекте искрения.
• Методы и приборы, основанные на выделении радиопомех
.
• Методы и приборы, основанные на возникновении шума при
.
Следует отметить то, что последний метод, реализованный с помощью акустических датчиков, встроенных в электрическую машину,
не применим к двигателям и генераторам из-за помех, связанных с
-
.
Работа устройства будет заключаться в следующем: в процессе
-
кровые разряды, которые являются в некотором роде датчиком, сигна-
-
стояния двигателя. Дальнейший приём сигналов будет осуществлён в приёмнике, установленном внутри двигателя, то есть индикаторе степени искрения двигателя. Из приемника сигнал будет передаваться через согласующее устройство в CPU. Согласующим устройством будет
спектроанализатор. Работа программной части системы диагностиро-
-
-
общений, например: «двигатель в порядке», «износ щеток», «перекос вала», «выход из строя подшипников», «сильная вибрация двигателя» и других, а также выводом на систему визуализации оператора. Таким образом, можно выявить, когда наступает критический режим элек-.
Основные требования к системам измерения сигналов искрения в условиях эксплуатации двигателей постоянного тока:
1. Система должна включать в себя средства сбора и анализа сиг.
2. Система должна включать в себя средства хранения данных и их отображения - персональный компьютер, способный работать в режиме автоматического мониторинга с непрерывным накоплением и
.
3. Пакет программ для мониторинга (подсистема обращения к базам данных, отображения результатов анализа, сравнения с порогами, построения трендов), а также для достаточно серьезной обработки информации.
4. Система должна иметь в своем составе измерительные датчики - электрические и электромагнитные для надежного обнаружения искрения, а также средства связи.
5. Система должна обеспечивать одновременную синхронную регистрацию сигналов электрического и электромагнитного каналов (как минимум).
6. Система должна иметь следующие временные и частотные характеристики каналов регистрации сигналов искрения:
а) временное разрешение при регистрации сигналов - не хуже 10 мкс;
б) частотный диапазон датчиков электромагнитного канала: сотни МГц.
7. Если система мониторинга выполняет диагностические функции, то она должна включать в себя подсистему принятия диагностических решений. Это может быть:
• эксперт;
• оператор, использующий экспертные подсистемы;
• подсистема искусственного интеллекта, выполняющая функ-
.
Системы мониторинга и диагностики электрических машин по коммутационным процессам в коллекторно-щеточном устройстве должны быть переносными, стационарными или стендовыми.
При переносной системе мониторинга оператор может подклю-
.
.
Как правило, использование переносных систем связано с установкой датчиков на объекте на время измерения. Но в недоступных местах датчики могут устанавливаться стационарно, а линии связи -
.
Стационарные системы должны выполнять, кроме функций мониторинга, измерения интенсивности искрения постоянно.
-
ний машины, например, для ее выходного контроля, либо для периодического обследования машин, устанавливаемых на специальный .
-
строена на базе стационарной системы и по составу технических
.
Общая структура разрабатываемой системы диагностирования, представленная на рис. 2, содержит следующие устройства:
1) двигатель постоянного тока;
2) устройство регистрации искрения (антенна);
3) спектроанализатор
4) устройство обработки информации (промышленный компьютер);
5) интерфейсы связей (антенный кабель, сеть Ethernet);
6) монитор оператора.
Монитор оператора Спектроанализатор
Рис. 2. Функциональная структура разрабатываемой системы диагностирования двигателей постоянного тока
Обработку сигналов от спектроанализатора целесообразно производить в программном пакете LabVIEW (англ. Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) - это среда разработки и платформа для выполнения программ, созданных на графическом языке программирования «G» фирмы Nationallnstruments (США) [7].
LabVIEW - это среда, которая сможет работать практически со всеми устройствами. В распоряжении проектировщика обширная библиотека драйверов, реализующих единую модель программирования, а
-
ствами.
Подключение устройств обеспечивается с помощью драйверов Lab VIEW, которые образуют промежуточный слой между оборудованием и средой разработки. Таким образом, в единой среде можно работать с различными типами интерфейсов, датчиков и приборов: устройствами сбора данных, модульными приборами, контроллерами управления движения и приводами, системами машинного зрения, беспроводными датчиками и ПЛИС. В редком случае, когда драйвера устройства нет, можно импортировать драйвер из других сред разработки или использовать низкоуровневые функции, чтобы разработать собственный [8].
Программаосуществляетприём, хранение, а также сравнение спектрограмм исправного и тестируемого двигателей с определением степени искрения и формированием диагностических сообщений на .
Внедрение диагностической системы позволяет повысить достоверность и объективность контроля состояния коммутации в процессе испытания электрических машин, что приведет к повышению коммутационной устойчивости двигателей, снижению количества отказов,
.
Актуальность работы
Разработка данной системы позволит диагностировать двигатели постоянного тока: выявить их неисправности, оценить техническое состояние исследуемого объекта, а также обнаружить зарождающиеся
дефекты двигателей постоянного тока и прогнозировать оптимальные
-
-
трат, расхода запасных частей и простоев.
Задачи, решаемые для достижения цели
Определение требований к системе диагностирования на основе анализа основных современных систем диагностирования, выбор современных аппаратных средств диагностирования, разработка алгоритма функционирования системы, разработка дизайна экранного интерфейса оператора.
Ожидаемый результат
В результате внедрения данной системы ожидается снижение трудозатрат, расход запасных частей и простоев за счет повышения надёжности эксплуатации двигателей постоянного тока. Предложенная система обеспечит мониторинг технического состояния двигателя .
Список литературы
Lhttp://www.urcd.ru/serviceses/elektrodvigately/elektrodvigately-postoyanog o-toka. html
2. Труды IV Международной (XI Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2004, Часть 1. Магнитогорск, 14-17 сентября 2004 г. - С. 20
З.Зеленченко А. П. Устройства диагностики тяговых двигателей электрического подвижного состава- М.: Учебно-методический кабинет МПС России, 2002 г.,- С. 38.
4.http://www.induction.ru/library/book_002/pred.html
5.Усольцев A.A. Общая электротехника: Учебное пособие, 2009 г., -С. 243.
6. Беляевский O.A., Курбатова А.Ф., Идиатуллов P.M., Степенков
В.В. Теория и практика измерения частичных разрядов при контроле
-
тации, Санкт-Петербург, октябрь 1999г.
7. http://ru.wikipedia. org/wiki/LabVIEW
8. http://www.labview.ru/labview/what_is_labview/integration_with_ hardware.php
УДК 681.518.5
ОБРАБОТКА ДАННЫХ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ НЕЙРОННОЙ СЕТИ АНАЛИЗИРУЮЩЕЙ СОСТОЯНИЕ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Д. С. Казаков
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Россия, г. Магнитогорск pathfinder00 7@mail. ru
При анализе состояние асинхронного электропривода с помощью нейронной сети необходимо собрать данные для ее обучения. Обучающий набор данных (в случае обучения с учителем) представляет собой набор наблюдений, для которых указаны значения входных и выходных переменных. При работе нейронной сети мы знаем, какими могут быть выходные переменные, но то, что будет подаваться на вход, зачастую вызывает трудности. Первый вопрос, который нужно решить, - какие переменные использовать и сколько (и каких) наблюдений собрать.
