CC BY
96
(Омск, 11 мая 2012 г.). В 2 кн. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. — С. 102-107.
9. Химическая технология древесины / А. К. Славянский [и др.]. — М. : Гослесбумиздат, 1962. — 573 с.
10. Исследование термического разложения биомассы в режиме фильтрационного горения / Е. В. Кремнева [и др.] // Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. — Вып. 2. — Днепропетровск : Изд-во НМетАУ, 2009. — С. 126 — 136.
11. Нащокин, Б. В. Техническая термодинамика и теплопередача / Б. В. Нащокин — М. : Высш. школа, 1980. — 469 с.
12. Михеев, М. А. Краткий курс теплопередачи / М. А. Михеев — М. : Госэнергоиздат, 1961. — 208 с.
13. Горлов, Ю. П. Технология теплоизоляционных материалов / Ю. П. Горлов. — М. : Уник, 1987. — 268 с.
14. Кислицын, А. Н. Пиролиз древесины. Химизм, Кинетика, Продукты, Новые процессы / А. Н. Кислицын. — М .: Лесная промышленность, 1990. — 169 с.
15. Свойства древесины [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://brigadeer.ru/svojstva-drevesiny/vlazhnost-drevesiny-tablicy-i-formuly.html (дата обращения: 01.05.2012).
16. СНиП 2.08.01 — 89. Строительные нормы и правила. Жилые здания. — М. : ЦНИИЭП, 2000. — 134 с.
17. СНиП 41 — 01 — 2003. Строительные нормы и правила.
Отопление, вентиляция и кондиционирование. — М. : ЦНИИЭП, 2004. - 76 с.
18. СНиП 23-09-99. Строительная климатология. — М. : НИИСФ, 2000. - 112 - С.
АГЕЕВ Анатолий Анатольевич, генеральный директор ЗАО «ГК "Титан"», г. Омск.
ПОТАПОВ Юрий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), руководитель лесоперерабатывающего направления ЗАО «ГК "Титан"», г. Омск.
ЮША Владимир Леонидович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Холодильная и компрессорная техника и технология» Омского государственного технического университета (ОмГТУ).
ЗЛОБИН Михаил Алексеевич, студент группы ВК-518, кафедра «Холодильная и компрессорная техника и технология» ОмГТУ.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 12.07.2012 г.
© А. А. Агеев, Ю. А. Потапов, В. Л. Юша, М. А. Злобин
УДК 621.3132 Д. А. АХУНОВ
Омский государственный университет путей сообщения
ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ КОНТРОЛЯ ПРОФИЛЯ КОЛЛЕКТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ВИХРЕТОКОВЫМ МЕТОДОМ_____________________________________
Статья посвящена актуальной проблеме повышения достоверности контроля профиля коллектора электрических машин вихретоковым методом. По результатам проведенных исследований предложен алгоритм программной обработки экспериментальных данных, позволяющий повысить помехоустойчивость вихретокового прибора контроля профиля коллектора при проведении приемо-сдаточных испытаний тяговых электродвигателей в локомотивных депо.
Ключевые слова: профиль коллектора, тиристорный преобразователь, помехоустойчивость, медианный фильтр, апертура фильтра.
Одним из важнейших факторов, влияющих на работу коллекторно-щеточного узла машин постоянного тока (МПТ), является состояние рабочей поверхности коллектора. Контроль профиля коллектора является важной задачей на всех этапах жизненного цикла машины. Например, анализ профиля коллектора тягового электродвигателя (ТЭД) после капитального ремонта в условиях локомотивного депо позволяет сделать заключение о качестве ремонта коллектора ТЭД [1].
Известны различные способы контроля профиля коллектора, отличающиеся как методами измерения и применяемыми средствами, так и величиной погрешности, характерной для того или иного метода.
Наибольшее распространение получил бесконтактный вихретоковый метод, используемый, например, в приборе контроля профиля коллектора
Рис. 1. Внешний вид экспериментальной установки
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
223
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012
*
1200 мВ ♦ 800 I 600
h 400 200 О -
(Т
I] мм /\ i\ и /\ 1\ / 1\ ■ 1 Г 1
1
1
V и 11 ч V и «
0 100 200 300 400 500 600 700
t _____________►
900 1000 мкс 1200
Рис. 2. Фрагмент профиля коллектора электродвигателя ЭД-106
110
мкм
90
80
1 70
60 50
h -С 30 20
10
Помеха
с 6 i: is зс 36 -s 5- мкс 66 t >
Рис. 4. Погрешность определения профиля коллектора
1 - “ ю 13 16 19 :? 31 з- з" -с -з -б -9 ?: >? 58 61 мкс б"
г _______
Рис. 3. Фильтрация отдельного импульса от коллекторной пластины при различных значениях апертуры:
1 — исходный импульс при А=1; 2 — при А=5;
3 - при А=9; 4 — при А= 17; 5 — при А=35; 6 - при А=67
А ►
Рис. 5. Графики зависимостей амплитуды помехи (1) и погрешности измерения для частот вращения: 210 об/мин (2); 375 об/мин (3); 590 об/мин (4); 1043 об/мин
(5); 1350 об/мин (6)
ПКП-4М [2]. Высокая чувствительность и быстродействие, а также независимость показаний от электрофизических свойств контролируемой поверхности позволяют использовать данный прибор при проведении приемо-сдаточных испытаний ТЭД в локомотивных депо.
В настоящее время при испытаниях ТЭД в локомотивных депо напряжение на испытательную станцию подается от выпрямительных тиристорных преобразователей, что может являться причиной появления импульсных помех в сигнале прибора ПКП-4М. Таким образом, нерешенным остается вопрос повышения помехоустойчивости прибора для достоверного контроля профиля коллектора МПТ.
Для решения поставленной задачи проведены экспериментальные исследования профиля коллектора ТЭД ЭД-106. Экспериментальная установка (рис. 1) представляет собой колесно-моторный блок тепловоза, тяговый двигатель которого получает питание от тиристорного преобразователя Mentor 155
с регулируемым выходным напряжением (0^437) В и током (25^ 1850) А.
Аналоговый сигнал от схемы измерения прибора ПКП-4М представляет собой последовательность импульсов от коллекторных пластин и содержит импульсы помехи, частота которых зависит от частоты питающей сети преобразователя. В то же время частота следования импульсов от коллекторных пластин определяется частотой вращения якоря исследуемого ТЭД. При совпадении импульса помехи с вершиной импульса полезного сигнала (рис. 2) возникает опасность ошибочного принятия величины выброса в качестве максимального значения коллекторной пластины, что в конечном счете может привести к появлению значительной методической погрешности при оценке профиля коллектора исследуемого ТЭД.
Для исключения этой погрешности исходные данные, полученные от схемы измерения, после аналогово-цифрового преобразования предлагает-
ся подвергать медианной фильтрации. Основными преимуществами медианных фильтров перед линейными фильтрами низких частот является способность сохранять резкие перепады дискретной последовательности данных, а также эффективность при сглаживании импульсного шума [3].
Медианная фильтрация осуществляется посредством движения некоторого окна (апертуры) вдоль массива исходных данных и замены значения в центре апертуры медианой исходных значений отчетов внутри апертуры. Выходной сигнал ук скользящего медианного фильтра шириной 2л+1для текущего отчета к формируется из входного переменного ряда ..., х , хк, х ,... в соответствии с формулой [4]:
Ук= ^е(^(хк-п ’ хк-п+1 '•••' хк-1 ’ хк ’ х£+1 < • • • < хк+п-1' хк+п),
где тесЦх1,...,хт,...,х2г1+1) = хп+1, хт — элементы вариационного ряда, то есть ранжированные в порядке возрастания значений хт:
Х\ = ...х2п+\) — х2 — хз — х2п+1 =
= тах(х1:х2,...,х2п+1)
Важнейшей задачей при работе с медианными фильтрами является определение величины апертуры фильтра А, так как от значения этого параметра зависит не только величина нежелательной импульсной помехи, но и амплитуда импульсов от коллекторных пластин. Рис. 3 иллюстрирует влияние ширины окна фильтра на амплитуду импульса помехи и полезного импульса от коллекторной пластины при рассмотрении отдельного импульса от коллекторной пластины.
Из представленного рисунка видно, что с увеличением величины апертуры фильтра происходит уменьшение амплитуды импульса помехи, а при дальнейшем увеличении — уменьшение амплитудного значения полезного сигнала.
При обработке реального сигнала, полученного при помощи прибора ПКП-4М, необходимо также учесть влияние на результат фильтрации коллекторной частоты, при которой был произведен сбор данных. Связано это с тем, что при постоянной частоте дискретизации и одинаковой ширине коллекторных пластин, с увеличением частоты вращения якоря исследуемой МПТ, количество точек, приходящихся на отдельный импульс при аналогово-цифровом преобразовании, будет уменьшаться.
Для определения величины апертуры фильтра и диапазона частот вращения, обеспечивающей минимальное искажение полезного сигнала, проанализированы профилограммы коллектора тягового электродвигателя ЭД-106, полученные при вращении якоря машины с различной частотой. Произведен расчет амплитуды импульса помехи Л и абсолютной погрешности определения профиля коллектора А для различных частот вращения якоря в зависимости от величины апертуры медианного фильтра. Величина погрешности А (рис. 4) определена как разность между высотами исходного импульса от коллекторной пластины без учета импульса помехи (кривая 1) и импульса после фильтрации (кривая 2).
Результаты расчета для различных частот вращения ТЭД представлены на рис. 5.
Из приведенного рисунка следует, что уже при А=9 амплитудное значение импульса помехи становится близким к нулю. Однако при частотах вра-
Рис. 6. Алгоритм работы программы
щения якоря исследуемой МПТ более 600 об/мин для указанной величины апертуры имеет место изменение амплитудного значения полезного сигнала, и как следствие появление методической погрешности измерения профиля коллектора. Причем с ростом частоты вращения эта погрешность будет расти. Следовательно, на достоверность определения профиля коллектора МПТ при помощи прибора ПКП-4М наряду с такими факторами как зазор между датчиком и поверхностью коллектора и шириной ламелей существенное влияние оказывает величина коллекторной частоты.
Для решения поставленной ранее задачи повышения помехоустойчивости контроля профиля коллектора был разработан алгоритм программной обработки экспериментальных данных, полученных после непрерывного аналогово-цифрового преобразования сигнала с выхода измерительной схемы прибора (рис. 6).
Работа программы начинается с чтения исходного файла, содержащего массив чисел, пропорциональных аналоговому амплитудно-модулиро-ванному сигналу. После преобразования единиц измерения (мВ в мкм), с учетом чувствительности измерительного канала — 10 мВ/мкм, переходим к анализу исходных данных. В соответствии с рис. 5 для исследуемого тягового электродвигателя и питающего тиристорного преобразователя определяется частота вращения и величина апертуры медианного фильтра, при которых методическая погрешность измерений будет минимальна. Фильтрация сигнала осуществляется с расчетным параметром фильтра А. Блок-схема этого раздела алгоритма представлена на рис. 6. Данный фрагмент программы содержит два цикла. Во внутреннем цикле формируются значения, входящие в состав окна фильтра. Внешний цикл служит для организации движения окна фильтра по всем значениям исходного массива. Далее в полученном массиве определяем максимальные значения, соответствующие вершинам коллекторных пластин. Для снижения влияния ви-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012
*
Рис. 7. Блок-схема алгоритма обработки данных медианным фильтром
брации на результат измерения производим усреднение максимальных значений для каждой ламели по числу оборотов якоря электрической машины за время сбора исходных данных. В итоге производится запись полученных данных в выходной файл.
Использование данного алгоритма при контроле профиля коллектора электрических машин постоянного тока предполагает наличие статистических данных, описывающих зависимость амплитуды импульса помехи и абсолютной погрешности определения профиля коллектора от величины апертуры медианного фильтра для различных частот вращения исследуемой электрической машины.
Предложенный метод непрерывного аналоговоцифрового преобразования сигнала измерительного тракта прибора ПКП-4М с последующей программной обработкой позволяет повысить достоверность контроля профиля коллектора тяговых электродвигателей, а также помехоустойчивость прибора при питании исследуемого ТЭД от тиристорного преобразователя.
Библиографический список
1. Авилов, В. Д. Методы анализа и настройки коммутации машин постоянного тока / В. Д. Авилов. — М. : Энергоатомиз-дат, 1995. - 237с. - ISBN 5-283-00823-1
2. Харламов, В. В. Методы и средства диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока : моногр. / В. В. Харламов. — Омск : Изд-во ОмГУПС, 2002. — 233 с.
3. Гутников, В. С. Фильтрация измерительных сигналов / В. С. Гутников. — Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1990. — 192 с. — ISBN 5-283-04482-5.
4. Тутубалин, В. Н. Теория вероятностей и случайных процессов : учеб. пособие / В. Н. Тутубалин. — М. : Изд-во МГУ, 1992. — 400 с. — ISBN 5-211-02264-5.
АХУНОВ Данил Асгатович, аспирант кафедры «Электрические машины и общая электротехника». Адрес для переписки: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35. Кафедра «Электрические машины и общая электротехника».
Статья поступила в редакцию 30.05.2012 г.
© Д. А. Ахунов
