CC BY
40
УДК 656.25: 621.318.5
В. В. МАЛОВ1ЧКО, В. I. ГАВРИЛЮК, В. Я. К1ЗЯКОВ (ДПТ) ВИЗНАЧЕННЯ Д1АГНОСТИЧНИХ ОЗНАК
ДЛЯ АВТОМАТИЗОВАНОГО КОНТРОЛЮ ТЕХН1ЧНОГО СТАНУ СТР1ЛОЧНИХ ЕЛЕКТРОДВИГУН1В
На 0CH0Bi аналiзу результатiв проведених вимiрювань часових залежностей та спектрального складу струму переводу стршок з двигунами постiйного струму при справному Гх станi, а також при рiзних дефектах, визначено 1х особливостi форми кривоГ та спектру в залежностi ввд технiчного стану двигуна.
На основе анализа результатов проведенных измерений временных зависимостей и спектрального состава тока перевода стрелок с двигателями постоянного тока при исправном их состоянии, а также при различных дефектах, определены особенности формы кривой и спектра тока в зависимости от технического состояния двигателя.
On the basis of the analysis of provided measurements results of time dependences and spectral structure of a switch transfer current with direct current machines at their serviceable condition, and also at various defects, the form of a curve and to a spectrum of a current depending on a technical condition of the machines are determined.
Вступ
В попередшх роботах [1] авторами проведено анатз проблеми, постановку задачi по роз-робщ автоматизовано! системи контролю пара-метрiв стршочних двигушв постшного струму з послщовним збудженням без вилучення !х iз експлуатаци в системах електрично! центрат-зацп стршок та сигнатв та визначено основш параметри, що необхщно контролювати вщпо-вщно до галузевих вимог.
В основу розробки автоматизовано! системи контролю та дiагностування стрiлочних двигунiв положено вщомий метод осцилографування струму через двигун тд час переводу стрiлки [24]. Наявнiсть сучасних мiкропроцесорних та комп'ютерних технологiй дозволяе формашзува-ти цей метод та розробити на його основi системи дiагностування стршочних електричних дви-гунiв з послщовним збудженням без виключення стшок з по!здно! i маневрово! роботи та при пе-ревiрцi в ремонтно-техшчнш дiлянцi (РТД).
Метою роботи е визначення дiагностичних ознак для розробки методики автоматизованого контролю техшчного стану електричних двигу-нiв стршочних приводiв на основi проведення вимiрювань часових залежностей та спектрального складу струму стршочних переводiв з двигунами постшного струму при справному !х сташ, а також при рiзних дефектах.
Методика вимiрювання
Метод вимiрювання струму, що протшае через електропривод пiд час переводу стршки описаний авторами у попереднш статтi [1]. Для визначення дiагностичних ознак було взято
справнi електричш двигуни пiсля перевiрки в РТД СЦБ, а також електричш двигуни з пев-ними дефектами, що були виявлено та щен-тифшовано тд час експлуатаци. Основнi типи дефекпв було взято такi: обрив секцш обмоток якоря, прогорання ламелей, забруднення колектора двигуна, юкршня на щiтках, корот-ке замикання витюв обмотки колектора, «бит-тя шдшипника» якоря електродвигуна. Для визначення загальних рис криво! струму через електродвигун з певним типом дефекту вим> рювання провели з трьома рiзними двигунами, що мали однаковий тип дефекту. Струм вимiрювали при включенш стрiлки на постш-ну напругу тд час переводу як у плюсове так i мшусове положення. Вiдповiдно до методу, що вдосконалюеться авторами, проводили спектральний аналiз зареестрованого сигналу струму. Спектральний аналiз проводили з ви-користанням спецiалiзованих програм, а та-кож безпосередньо розкладуючи сигнал за допомогою швидкого перетворювання Фур'е з використанням програмного пакету Ма^аЬ.
Результати
Часова залежшсть струму стрiлочного переводу iз справним електродвигуном при перево-дi одиночно! стрiлки з маркою хрестовини 1/11 на затзобетонних шпалах з двигуном МСП-0,25 в мшусове положення наведена на рис 1.
При переводi стршки в плюсове положення крива струму мае протилежну поляршсть з роз-бiжнiстю по амплiтудному значенню струму до 10 % для справного двигуна [2].
стршки. Третя дшянка криво! вiдповiдаe пере-хiдним процесам в приводi при зупинщ двигу-на пiсля виключення напруги.
На рис 2. приведет спектральш складовi струму переводу стршки.
Рис. 1. Часова залежшсть струму переводу стршки при справному електродвигуш
При проведенш вимiрювань часово! залеж-ностi струму стрiлочного переводу з двигуном типу МСП-0,25, МСП-0,15, МСП-0,1, в РТД дистанци сигналiзаци та зв'язку необхщно на-вантажувати !х редуктором стрiлочного приводу. Крива струму при перевiрцi в РТД мае деяю вiдмiнностi вiд криво! струму стршочного переводу, а саме мае шший рiвень сигналу, а та-кож на кривш на початку не буде iмпульсу, що вiдповiдае спрацьовуванню реле ППР стршоч-ного блоку (див. рис. 1). Також на кривш струму е пульсаци на частой 50 та 100 Гц, що обу-мовлеш джерелом живлення (випрямлячем) в РТД, в той час як в станцшних системах таю пульсаци можуть бути або ш в залежностi вiд наявностi робочо! батаре! на посту електрично! центратзацп. При новому будiвництвi на постах електрично! центратзаци робочi батаре! акумуляторiв не встановлюються, а живлення ще вiд основного та резервного трьохфазного випрямляча. Часова залежнiсть струму перево ду стршки, що вимiряна на посту центратзаци з живленням вiд робочо! батаре! мае значно ме-ншi пульсацi! змiнного струму промислово! частоти. Пульсацi! в цьому випадку можуть бути внаслiдок того, що для заряду акумулято-рно! батаре! в буферному режимi до не! тд-ключене джерело випрямленого струму.
Криву часово! залежностi струму переводу стршки при аналiзi можна розбити на три дшя-нки [4]. На першш дiлянцi е рiзкий скачок струму, що обумовлений запуском електродви-гуна i приведенням в дiю редуктора. Значення пускового струму визначае екстремум криво! на цш дiлянцi i може перевищувати робочiй струм переводу стрiлки в три, чотири рази. На другш дiлянцi струм електроприводу змшюеть-ся мало i середне значення його вщповщае ро-бочому струму переведення стрiлки. Змiни струму обумовленi мехашчними процесами в стрiлочному переводi в процес переключення
Рис. 2. Спектр сигналу при нормальному перевод!
Стршочний електродвигун з обривом секцп обмоток якоря або прогорання ламе-лей. Часова залежшсть струму стршочного переводу при обривi кшькох провiдникiв в обмотщ колектора електродвигуна при пере-водi одиночно! стрiлки з маркою хрестовини 1/11 на залiзобетонних шпалах з двигуном МСП-0,25 наведено на рис 3.
Рис. 3. Часова залежшсть струму переводу стршки при обривах в обмотщ якоря
Як видно з рисунку в цьому випадку крива споживання струму на другш дшянщ матиме гострi «списи», що вщповщае виникненню пульсацш напруги при переводi стршки. Зале-жно вiд кiлькостi обiрваних секцiй вардавати-меться амплiтуда пiкiв. Причиною виникнення пульсацш струму на другш дшянщ е перери-вання кола протшання струму при обертаннi якоря внаслщок обривiв.
Спектральний склад сигналу на частой 0.. .550 Гц наведено на рис. 4.
I я =
и -(п • Се • Ф)
Я + Я + Я '
(1)
Яу - опiр якоря; Яа - опiр обмотки збудження; Яё - опiр лшшних дротiв; п - частота бертан-ня; Ф - магнiтний потш; и - напруга.
При спектральному аналiзi, пiки амплiтуди також будуть спостершатись на дiапазонi 350.2 000 Гц, але амплiтуда !х буде меншою.
Стрiлочний електродвигун з коротким замиканням в колi колектора. Часова залеж-нiсть струму стрiлочного переводу при короткому замиканш в обмотщ колектора електро-двигуна при переводi одиночно! стрiлки з дви-
гуном МСП.0,25 наведено на рис. 5. В цьому випадку ошр якоря, на вiдмiну вiд несправносп «обрив секцш», зменшуеться i вщповщно до (1) струм споживання двигуна також перюдично буде змiнюватись при обертанш якоря i форма криво! струму на дшянщ 2 е схожою з несправ-нiстю «обрив секцш», але мае бiльшу по ампл> тудному значенню струм (див. рис. 5). У випадку закорочування або обриву багатьох витюв, а також при обривi ламел^ змши опору якоря будуть набагато бшьшими i, вiдповiдно, пiки на кривих будуть мати бiльшу ампл^уду.
Рис. 4. Спектр сигналу струму переводу стршки при обривах в обмотщ якоря
Як видно, спектр при нормальному переводi (див. рис. 2) не перевищуе -75 Дб, за виклю-ченням низьких частот (до 100 Гц), яю з'являються при переводi стрiлки, та стрибка ам-плiтуди на частотi 140.170 Гц, який зумовле-ний присутшстю гармонiк вiд випрямляча. Пiки ж на дiапазонi 0.550 Гц сягають -70.-58 Дб (див. рис. 4). Всплески ампл^уди, пов'язанi з обривом секцш якоря, спостершаються на дiа-пазонi до 2 000 Гц включно, але для виявлення дано! вщмови двигуна достатньо аналiзувати вище приведений дiапазон.
Стрiлочний електродвигун iз забруднен-ням колектора двигуна та ккршням на щ^ тках. В цьому випадку форма криво! споживання струму на другш дшянщ буде аналопчна формi криво! споживання струму при обривi секцiй обмоток якоря, але оскшьки обрив кола струму не вщбуваеться, а змшюеться повний опiр якоря Яу (включно з перехщним опором
«щiтки-колектор»), струм якоря, змшювати-меться у меншш мiрi, вiдповiдно i пiки мають меншу амплiтуду, згiдно з формулою [4; 5]
.СОЮИ,™ юшщип
Рис. 5. Часова залежшсть струму переводу стршки при короткому замиканш в якор1
Спектральний склад сигналу наведено на рис. 6. Як видно з рисунку сплески стуму, в по-рiвняннi з спектром справного двигуна (рис. 2), мають значно бшьшу ампл^уду. Амплггуда пульсацш на частотах 320.410 сягае -35.32Дб, що вказуе на наявшсть дефекту двигуна, а саме коротке замикання в обмотщ якоря. При обривi у обмотщ якоря (див. рис. 4) максималь-ш пульсацп спостерiгаються у смузi частот 410.500 Гц, а при короткому замиканш 320.410 Гц (див. рис. 6).
Рис. 6. Спектр сигналу при короткому замиканш в якор1
Стршочний електродвигун з «биттям пщ-шипника» якоря електродвигуна. При несправному пiдшипнику в двигунi крива спожи-вання струму матиме форму перюдичних «спа-дiв» i «пiдйомiв» i на дiлянцi 2 крива спожи-вання струму мае синусоподiбнi коливання (див. рис. 7). Це викликано тим, що при несправному шдшипнику яюр електродвигуна буде при обертанш перiодично змiщатись вщ-носно ос обертання, i вiдповiдно, буде шдска-кувати щiтка на колектор^ що викликае пер> одичну змiну струму електродвигуна. Пщска-кування щ^ки також можливе при значному короткому замиканш в якорi. В цьому випадку шдскакування щiтки викликане появою сильно! дуги на колекторi. Але по кривш споживання струму щ двi несправностi легко вiдрiзнити, бо у випадку короткого замикання в якор^ струм збiльшуеться в декшька разiв i виникають крiм синусо!дальних перепадiв також пiки.
Рис. 7. Часова залежшсть струму переводу стршки при несправному шдшипнику в електродвигун!
Крива на рис. 7. в^^зняеться вщ кривих шших вiдмов також по методу вимiрювання. В зв'язку з тим, що така вщмова зус^чаеться на практицi дуже рщко, провести вимiрювання було проблематично [6]. Штучно промоделю-вати таку вщмову також досить складно. Дви-гун з такою несправшстю вдалося записати лише один раз. Запис сигналу струму проводили за допомогою модуляци сигналу високочас-тотною складовою, що i видно з рис. 7. Спект-ральний аналiз криво! не проводили, але така несправнiсть легко виявляеться по формi криво! споживання струму.
Висновки
На основi аналiзу результат проведених вимiрювань часових залежностей та спектрального складу струму стршочних переводiв з двигунами постiйного струму при справному !х станi, а також при рiзних вiдмовах визначе-но !х особливостi в залежност вiд технiчного стану двигуна. Електродвигуни, в залежност вiд !х техшчного стану мають особливостi у формi кривих струму та у амплiтудi i частотi пульсацiй, значення яких пов'язаш з видом дефекту двигуна, що можна взяти як дiагнос-тичш ознаки при розробцi методики автома-тизованого контролю !х техшчного стану. Це дозволяе за допомогою аналiзу форми та спектру струму двигуном при переводi стршки виявити дефекти приводу в процес експлуа-таци без виключення стршки з електрично! централiзацi!, а також при перевiрцi в ремонт -но техшчнш дiльницi.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Малов1чко В. В. Автоматизований контроль основних параметр1в стр1лочного електропри-воду / В. В. Малов1чко, В. I. Гаврилюк // В1сник Дншропнтровського нац1онального ушверсите-ту 1мен1 академжа В. Лазаряна. - Вип. 16. - Д.: Вид-во Дшпропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. !м. акад. В. Лазаряна, 2006.
2. Сапожников Вл. В. Станционные системы автоматики и телемеханики: Учеб. Для вузов ж.-д. трансп. / Вл. В. Сапожников, Б. Н. Елкин, И. М. Кокурин и др. - М.: Транспорт, 1997. - 432 с.
3. Ягудин Р. Ш. Надежность устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. - М.: Транспорт, 1989. - 159 с.
4. Перникис Б. Д. Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах СЦБ / Б. Д. Перникис, Р. Ш. Ягудин. - М.: Транспорт, 1984. -224 с.
5. Резников Ю. М. Электроприводы ж.д. а. и т. -М.: Транспорт, 1985.
6. Безрученко В. Н. Электрические машины / 2-е изд., перераб. и доп., В. Н. Безрученко, А. С. Хотян. - К.: Вища шк., 1987. - 215 с.
Надшшла до редколегп 22. 03. 2007.
