Способ определения технического состояния электродвигателя переменного тока и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2389121:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский пограничный институт Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (RU)
Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности диагностики. Способ заключается в получении с датчика, установленного в силовую цепь электродвигателя, сигнала, его выпрямлении и интегрировании в течение установленного времени, измерении полученного в результате интегрирования сигнала и сравнении его с сигналами, полученными аналогично и соответствующими электродвигателю без наработки и с предельной наработкой, определении по полученной разнице сигналов текущего технического состояния электродвигателя переменного тока и автоматическом прогнозировании его остаточного ресурса. Устройство состоит из источника питания, устройства включения электродвигателя, времязадающего устройства, датчика сигнала, электродвигателя, выпрямительного устройства, интегрирующего устройства, измерительного устройства и устройства отображения информации. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано для контроля технического состояния электродвигателя переменного тока без его разборки, а также прогнозирования остаточного ресурса.
Известны способы диагностики состояния электродвигателя, основанные на измерении биения вращающихся частей, вибрации и уровня шума [1; 4], а также измерении сопротивления изоляции и сопротивления обмоток при постоянном токе [2; 3].
Недостатком таких способов является высокая трудоемкость работ, необходимость наличия специальных стендов, а также вывод электродвигателя из работы на время проведения диагностики.
Известны также способы, позволяющие проводить диагностику по максимальной токовой защите, реагирующей на витковые замыкания в обмотке статора вследствие повреждения изоляции обмотки и повреждения роторных стержней асинхронного электродвигателя [1; 3; 5; 6].
Недостатком указанных способов является то, что они настроены на предельные значения измеряемых параметров и не позволяют отслеживать процесс развития отказа во времени.
Наиболее близким по технической сущности является способ определения текущего технического состояния электродвигателя без его предварительной разборки, при котором регистрируют и анализируют ток электродвигателя в установившемся режиме работы путем установки датчиков одновременно в три фазы питающего кабеля. Оценка возможности дальнейшей эксплуатации электродвигателя проводится по результатам анализа формы и амплитуды полученного сигнала [5; 6].
Недостатками данного способа являются его низкие информативность и точность диагностики. Изменение потребляемого электродвигателем тока в установившемся режиме работы при изменении наработки происходит незначительно, что не позволяет оценивать с достаточной точностью его текущее техническое состояние и проводить оценку остаточного ресурса.
Целью изобретения является создание эффективного и удобного способа диагностики, позволяющего без разбора электродвигателя переменного тока контролировать его текущее техническое состояние и автоматически прогнозировать остаточный ресурс без вывода из работы.
Предлагаемый способ диагностики заключается в анализе переходного процесса пуска электродвигателя, характеризующего его текущее техническое состояние. Для этого в силовую цепь электродвигателя устанавливается датчик сигнала. Полученный сигнал выпрямляется и интегрируется в течение установленного времени. Величина измеренного сигнала с выхода интегрирующего устройства характеризует текущее состояние электродвигателя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
- фиг.1 - изображена функциональная схема предлагаемого устройства;
- фиг.2 - сигнал переходного процесса пуска электродвигателя без наработки;
- фиг.3 - сигнал переходного процесса пуска электродвигателя, имеющего предельную наработку;
- фиг.4 - вид выпрямленного сигнала переходного процесса пуска электродвигателя;
- фиг.5 - результаты интегрирования переходных процессов пуска электродвигателя, где:
- кривая 1 - результат интегрирования переходного процесса пуска электродвигателя без наработки;
- кривая 2 - результат интегрирования переходного процесса пуска электродвигателя, имеющего наработку;
- кривая 3 - результат интегрирования переходного процесса пуска электродвигателя, имеющего предельную наработку.
Величина ΔS является разницей между результатами интегрирования переходного процесса пуска электродвигателя, имеющего наработку, и электродвигателя без наработки. Следовательно, значение величины ΔS характеризует текущее техническое состояние электродвигателя. Величина ΔSmax является предельным значением величины ΔS и соответствует выходу из строя электродвигателя.
Предлагаемое для осуществления вышеописанного способа диагностики устройство состоит из источника питания 1, устройства 2 включения электродвигателя, времязадающего устройства 3, датчика 4 сигнала, электродвигателя 5, выпрямительного устройства 6, интегрирующего устройства 7, измерительного устройства 8, устройства 9 отображения информации.
Устройство работает следующим образом. Напряжение с источника питания 1 одновременно подается на устройство 2 включения электродвигателя (вход 2.1) и времязадающее устройство 3 (вход 3.1). После выполнения коммутации в устройстве 2 включения электродвигателя напряжение питания через датчик 4 сигнала (вход 4.1), установленного в одну из фаз, поступает на электродвигатель 5 (вход 5.1). Одновременно сигнал включения с устройства 2 включения электродвигателя в виде импульса подается на времязадающее устройство 3 (вход 3.2) и является для него стартовым. Сигнал с датчика 4 сигнала поступает на выпрямительное устройство 6 (вход 6.1). Выпрямленный сигнал с выхода выпрямительного устройства 6 подается на интегрирующее устройство 7 (вход 7.1), в котором происходит его накопление. Выход интегрирующего устройства 7 соединен с измерительным устройством 8 (вход 8.1), которое закрыто до момента поступления на него (вход 8.2) разрешающего импульса с выхода времязадающего устройства 3. Времязадающее устройство 3 настроено таким образом, что разрешающий импульс, поступающий с его выхода на вход 8.2 измерительного устройства 8, формируется через строго установленный промежуток времени, равный заданной предельной длительности переходного процесса пуска электродвигателя. В момент прихода разрешающего импульса на измерительное устройство 8 (вход 8.2) происходит измерение поступившего с интегрирующего устройства 7 сигнала. Результаты измерения выводятся на устройство 9 отображения информации (вход 9.1).
Установив предельное значение измеренного сигнала ΔSmax (кривая 3), соответствующее выходу из строя электродвигателя, по текущему значению величины ΔS определяется текущее состояние электродвигателя. По изменению величины ΔS во времени при одновременном изменении наработки можно вычислить время достижения ею предельного значения ΔSmax, а следовательно, проводить анализ остаточного ресурса электродвигателя.
Предлагаемый способ определения технического состояния электродвигателя переменного тока и устройство для его осуществления позволяют проводить безразборную диагностику электродвигателя без его вывода из работы, а также автоматически прогнозировать остаточный ресурс.
Источники информации
1. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. - М.: Высш. шк. - 2000.
2. Гемке Р.Г. Неисправности электрических машин / Под ред. Р.Б.Уманцева. - 9-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. - 336 с.: ил.
3. Гольберг О.Д. Испытания электрических машин: Учеб. для вузов. - 2-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2000. - 255 с.: ил.
4. Елисеев В.А. Справочник по автоматизированному электроприводу. - М.: Энергоиздат, 1983.
5. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. - 4-е изд., сокр. и перераб. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. - 408 с., ил.
6. Котеленец Н.Ф. Испытания, эксплуатация и ремонт электрических машин: Учебник для вузов / Н.Ф.Котеленец, Н.А.Акимова, М.В.Антонов. - М: Издательский центр «Академия», 2003. - 384 с.
1. Способ определения технического состояния электродвигателя переменного тока, заключающийся в измерении и анализе формы сигнала, полученного с датчика сигнала, установленного в одной из фаз питания электродвигателя, причем в качестве диагностического параметра используется сигнал, полученный с датчика сигнала во время переходного процесса пуска электродвигателя, причем полученный с датчика сигнал выпрямляется, интегрируется в течение установленного времени, измеряется и сравнивается с сигналами, полученными аналогично и соответствующими состоянию электродвигателя без наработки и с предельной наработкой, на основании чего определяется текущее техническое состояние электродвигателя и прогнозируется его остаточный ресурс.
2. Устройство для определения технического состояния электродвигателя переменного тока, включающее источник питания, напряжение с которого подается одновременно на времязадающее устройство и устройство включения электродвигателя, которое разрешает подачу напряжения через датчик сигнала, расположенный в одной из фаз питания электродвигателя, на электродвигатель, одновременно сигнал с выхода устройства включения подается на времязадающее устройство, сигнал с выхода датчика сигнала подается также на выпрямительное устройство и далее на интегрирующее устройство, выход интегрирующего устройства соединен с измерительным устройством, на вход которого подается разрешающий импульс с выхода времязадающего устройства, после чего результаты измерения выводятся на устройство отображения информации.
