Разработка методов технического

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.
Марченко Алексей Александрович
Камчатский государственный технический университет
г. Петропавловск-Камчатский
Асинхронный
двигатель
с
короткозамкнутым
ротором
является
самым
распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Это
объясняется рядом преимуществ перед двигателями постоянного тока: более высокую
надежность, простоту эксплуатации, лучшие массогабаритные показатели, низкую стоимость
и др. Количество огромного количества двигателей, находящихся в эксплуатации определяет
и большое количество двигателей вышедших из строя и требующих починки на ремонтных
предприятиях. В настоящее время около 70 % эксплуатируемого парка электродвигателей
составляют машины, подвергавшиеся капитальному ремонту хотя бы один раз.
Общеизвестным фактом является то, что к капитальному ремонту электродвигателей
предъявляются серьезные технические требования, направленные к тому, чтобы по
надежности в эксплуатации и техническим характеристикам отремонтированные машины не
уступали новым, выпускаемым промышленностью. Этим требованиям соответствует
применение точной компьютерной диагностики на основе
вероятностных методов
обработки информации.
Непременным условием для обеспечения высокого качества ремонта машин является
проведение при ремонте обязательного объема испытаний и измерений.
В объем приемо-сдаточных испытаний асинхронных двигателей после ремонта входит:
- Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса электродвигателя и
между обмотками;
- Измерение сопротивлений обмоток при постоянном токе практически в холодном
состоянии;
- Обкатка электродвигателей на холостом ходу;
- Определение тока и потерь холостого хода;
- Испытание межвитковой изоляции обмоток на электрическую прочность;
- Испытание электродвигателя под нагрузкой.
Проверка асинхронного двигателя происходит чаще всего при помощи так называемых
комплексный стендов проверки асинхронных двигателей (КСПАД). На российском рынке
представлены несколько вариантов подобного устройства. Основным их недостатком
является опыт работы под нагрузкой. В качестве нагрузки используется так называемая
механическая нагрузка, использование которой предусматривает сложные высокоточные, но
необходимые процессы центровки .Это в свою очередь приводит к привлечению сторонних
специалистов, и дополнительных затрат как следствие . В настоящее время на рынке
представлены устройства для сверхбыстрой лазерной проверки соосности валов. Данные
устройства имеют немалую стоимость, но и не позволяют избежать самого процесса
центровки.
Такие обязательные моменты как нагрев и насадка полумуфт, проверка положения
шеек вала в нижних вкладышах, проверка радиального биения вала и полумуфт, проверка
полумуфт на осевое биение значительно осложнены габаритами машин и обязательным
применением кранов, талей блоков, лебедок. Применение подобных вспомогательных
механизмов в свою очередь определяет ужесточение техники безопасности при монтаже
крупных электрических машин, что включает в себя на ряду с установкой специально
защитного оборудования наличие дополнительного персонала. Более того, с центровкой
крупных электрических машин связаны сложные организационные работы и затраты на
специальные расходные материалы, такие как бензин, керосин для очистки шеек и концов
валов и посадочной части полумуфт, ксилол для снятия антикоррозийного покрытия на
шейках валов, горючие материалы для нагрева полумуфт, наждачное полотно и т.д. Для
крупных машин затраты на расходные материалы могут оказаться весьма значительными.
Все это существенно сказывается на экономической выгоде проверки асинхронных
двигателей под нагрузкой.
Значительно повысить надежность процесса диагностирования асинхронного двигателя
возможно при помощи свойств обратимости электрических машин. На основе теории
электрических машин можно сделать вывод об удовлетворении степени прочности
конструктивных элементов машин при переходе в режим генератора. Кроме того, по
условиям ограничения потерь, нагрева и высокого КПД в генераторном режиме возможны
значения абсолютных величин скольжения такого же порядка, как и в двигательном Переход
в устойчивый режим асинхронного генератора связан с некоторыми трудностями
Использование асинхронного генератора затруднено потреблением реактивной мощности
машиной и необходимостью подключением синхронного генератора, компенсатора или
конденсатора как его источника. Кроме того, на основании вышесказанного о центровке
электрических машин можно сделать вывод о нецелесообразности использования
приводного двигателя для разгона и получения обратного скольжения. В то же время может
оказаться очень перспективным перевод в режим генератора на короткий промежуток
времени путем изменения частоты питающего напряжения. Такого процесса может быть
вполне достаточно для получения необходимой для диагностирования базы знаний.
Подобный подход к диагностированию может быть применен только с появлением
современных преобразователей частоты, получивших реальное распространение
сравнительно недавно. При данных условиях стоит отдать предпочтение сложному
векторному управлению асинхронного двигателя, не смотря на то, что скалярное управление
достаточно для большинства практических случаев применения частотно регулируемого
электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1:40 . Это
определяется следующими условиями: исследование должно проводиться с максимальновозможной точностью, так как полученные результаты будут использоваться при получении
научной базы знаний. В дальнейшее полученные результаты могут быть значительно
упрощены, но на этапе исследования важен сбор максимальной информации ,поэтому
точность векторного управления просто необходима.
Представлен процесс перехода в кратковременный генераторный режим при помощи
преобразователя частоты, реализованный в программе компьютерного моделирования
матлаб. В этом режиме машина будет являться большую часть времени генератором с
кратковременным переходом в двигательный режим.
Конкуренты. На данный момент основными конкурентами являются диагностические
стенды .Главными недостатками первых является, как я уже говорил, невозможность
проверки двигателей большой мощности. Более того, предприниматели и ремонтные
предприятия часто не используют подобные стенды, а используют их аналоги 60-эх годов.
Это объясняется тем, что они не имеют существенных отличий и большинство заключений
делается главным образом основываясь на человеческом факторе. Так например дефекты в
подшипниках часто проверяют на слух при включении электродвигателя на холостом ходу.
Вторым конкурентом является разработанная но не вышедшая в эксплуатацию
микропроцессорная система с использованием бесконтактных электромагнитных датчиков.
И пользование подразумевает применение датчиков по каждому параметру и обработка
полученных параметров на ЭВМ. Большим недостатком системы безусловно является
сложность конструкции и сложность в эксплуатации соответственно. Более того, точность
показаний датчиков такого типа остается под вопросом.
Третьим конкурентом являются устройства, в основе которого лежит спектральный
анализ тока. Высокоточная компьютерная обработка гармонических составляющих тока и
малые габариты позволяют, но они не диагностирую изменения в механических частях
электрических машин. Их применение предполагает использование диагностических стендов
в комплексе, а это экономически не выгодно.
На перечислены типичные дефекты в асинхронном двигателе и способы их
своевременного обнаружения при помощи данного устройства.
Срок реализации объекта 2 года.
Первый год : теоретические обоснования и математические модели нахождения
соответствующих неисправностей.
Второй год: нахождение номинальных диагностических параметров и определение
недопустимых отклонений по каждой из неисправностей. Разработка способов
автоматической обработки информации.
Рынок сбыта очень большой в связи с обширным применением асинхронных
электродвигателей. Он включает в себя флот (транспортный, рыбопромысловый, военноморской), любые виды промышленности с использованием асинхронного электропривода
т.д.
Приобретение подобного стенда окажется оправданным как к исполнителю ремонта
для нахождения неисправности , так и заказчику для проверки надлежащего качества
ремонта.
С разработкой проекта связаны следующие экономические риски:
- Конкуренция (сроки разработки могут не обеспечить приоритет)
- Рынок сбыта (проблемы завоевания рынка )
- Недостаточная надежность (риск, связанный с сервисным обслуживанием)
Автор проекта: Марченко А.А., аспирант второго курса ФГОУ ВПО «КамчатГТУ», тел.: 89247808308,
marchello21@mail.ru
Научный руководитель: Портнягин Н.Н., д.т.н., профессор кафедры «Системы Управления» ФГОУ ВПО
«КамчатГТУ», тел.: (4152) 300-933