Введение к работе
Актуальность темы. Из всех видов электрических машин существенную долю выпуска составляет группа асинхронных электродвигателей с номинальной мощностью, не превышающей 600 Вт (далее - асинхронные микродвигатели (АМД)), номенклатура которых составляет более 70 типов. Они находят применение в различных технических системах, в том числе функционирующих в экстремальных ситуациях, поэтому проблема обеспечения надежности названных технических систем непосредственно связана с необходимостью повышения качества АМД и, в первую очередь - их надежности.
Среди дефектов, существенно снижающих надежность АМД, следует выделить повреждения фазных обмоток статоров, на долю которых (по данным известных работ) приходится от 85 % до 95 % всех отказов. Основной причиной отказов АМД являются межвитковые замыкания (МВЗ) в фазных обмотках статоров - 93 % отказов, связанных с повреждениями фазных обмоток. Несвоевременное выявление МВЗ влечет за собой отказ АМД на стадии испытаний готовой продукции или, что еще хуже, на стадии эксплуатации. Таким образом, своевременное выявление короткозамкнутых витков в фазных обмотках статоров АМД является одной из важнейших задач. Причем для снижения себестоимости производства АМД необходимо обеспечить выявление обмоток с короткозамкнутыми витками на ранних стадиях технологического процесса.
При массовом производстве АМД для контроля обмоток статоров применяют комплексы типовых аппаратных средств в виде информационно-измерительных систем (ИИС). Реализованные в них методы диагностирования МВЗ в обмотках статора обеспечивают разрешающую способность обнаружения МВЗ не менее трех-пяти короткозамкнутых витков. Вместе с тем, наличие даже одного, не выявленного при проведении контроля, короткозамкнутого витка приводит к существенному нагреву провода как в самом замкнутом витке, так и в рядом расположенных витках, в процессе эксплуатации электродвигателя. Это влечет за собой ухудшение свойств изоляции провода, преждевременное ее старение и разрушение, что, в конечном счете, приводит к постепенному отказу АМД.
Анализ публикаций последних лет, содержащих результаты исследований других авторов, позволяет сделать вывод о том, что задача повышения разрешающей способности ИИС контроля АМД по отношению к МВЗ остается актуальной.
Цель работы - повышение разрешающей способности ИИС контроля АМД на основе использования свойств фазовых спектров измерительных сигналов специально выбранной формы.
В соответствии с целью работы поставлены следующие задачи:
-
исследовать частотные характеристики статоров АМД для выявления частотного диапазона, в пределах которого реактивная составляющая тока, протекающего в обмотке, слабо зависит от технологического разброса параметров обмоток, но обладает высокой чувствительностью к МВЗ;
-
разработать модель статора АМД как средство исследования и метрологическое средство для аттестации диагностического оборудования, предназначенного для контроля МВЗ в фазных обмотках статоров АМД;
-
сформулировать требования к испытательным сигналам, предназначаемым для комплексного контроля обмоток статоров АМД, и разработать метод синтеза таких сигналов;
-
разработать метод обнаружения МВЗ в фазных обмотках статоров АМД, основанный на использовании свойств фазовых спектров испытательных сигналов и обеспечивающий выявление одного короткозамкнутого витка на 2000 ... 3000 витков обмотки;
-
разработать способы диагностирования фазных обмоток статоров АМД, основанные на предложенном методе обнаружения МВЗ.
Объект исследования - класс ИИС, применяемых при межоперационном контроле асинхронных микродвигателей.
Предмет исследования в данном классе ИИС - разрешающая способность обнаружения межвитковых замыканий в фазных обмотках статоров асинхронных микродвигателей.
Методы исследований: методы математического моделирования, спектральный метод, приложения теории функции комплексного переменного, методы аппроксимации, регрессионный анализ, методы статистической обработки экспериментальных данных.
Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:
-
-
разработана эмпирическая модель статора АМД, базирующаяся, в отличие от известных, на аппроксимации усредненной частотной характеристики однотипных статоров АМД совокупностью передаточных функций типовых элементов электрических цепей;
-
разработана схемотехническая математическая модель статора АМД для области низких частот, позволяющая, в отличие от известных, установить зависимость частотных характеристик статора от технологического разброса параметров фазных обмоток и наличия короткозамкнутых витков в обмотках, а также выявить условия обеспечения экстремальной чувствительности фазового спектра измерительного сигнала к появлению МВЗ для установленной области информативных частот фазочастотной характеристики (ФЧХ) статора;
-
предложена модель синтеза амплитудно-импульсно-модулированных сигналов (АИМ-сигналов), содержащих гармонические составляющие с требуемыми параметрами в заданных областях частот, на основе которой разработан метод синтеза испытательных АИМ-сигналов с заданными метрологическими характеристиками, имеющий преимущества перед известными методами, реализуемыми на основе аналоговых перемножителей;
-
разработан метод диагностирования фазных обмоток статоров АМД с установленной методической погрешностью на наличие в них МВЗ, основанный, в отличие от известных, на использовании свойств фазовых спектров испытательных сигналов и состоящий в измерении угла фазового сдвига (УФС) информативных колебаний, пропорционального числу короткозамкнутых витков.
Практическую значимость имеют:
- способ диагностирования фазных обмоток статоров АМД на наличие в них МВЗ с высокой разрешающей способностью, основанный на использовании свойств фазовых спектров испытательных сигналов и состоящий в измерении
УФС информативных колебаний, пропорционального числу короткозамкнутых витков;
-
способ повышения разрешающей способности разработанного способа диагностирования, обеспечивающий обнаружение одного короткозамкнутого витка при числе витков в обмотке 2000 ... 3000 и более.
Результаты, выносимые на защиту:
-
-
эмпирическая модель статора АМД, базирующаяся на аппроксимации усредненной частотной характеристики однотипных статоров АМД совокупностью передаточных функций типовых элементов электрических цепей;
-
схемотехническая математическая модель статора АМД для области низких частот, позволяющая установить зависимость частотных характеристик статора от технологического разброса параметров фазных обмоток и наличия короткоза- мкнутых витков в обмотках, а также выявить условия обеспечения экстремальной чувствительности фазового спектра измерительного сигнала к появлению МВЗ для установленной области информативных частот ФЧХ статора;
-
метод синтеза испытательных АИМ-сигналов с заданными метрологическими характеристиками;
-
метод диагностирования фазных обмоток статоров АМД с установленной методической погрешностью на наличие в них МВЗ, основанный на использовании свойств фазовых спектров испытательных сигналов и состоящий в измерении УФС информативных колебаний, пропорционального числу короткозамкнутых витков.
Реализация работы. Результаты работы приняты к использованию:
-
в ЦЗЛ ОАО «Уралэлектро» (г. Медногорск Оренбургской обл.) - для модернизации стенда испытаний асинхронных электродвигателей;
-
в учебном процессе кафедры «Промышленная электроника и информационно-измерительная техника» ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены и получили одобрение на всероссийской научно- практической конференции «Современные аспекты компьютерной интеграции машиностроительного производства» (г. Оренбург, 2003); на межвузовском научно-практическом семинаре «Актуальные проблемы интеллектуального управления в человеко-машинных системах» (г. Оренбург, 2004); на III, IV, VI - IX всероссийских научно-практических конференциях (с международным участием) «Современные информационные технологии в науке, образовании и практике» (г. Оренбург, 2004, 2005, 2007 - 2010); на всероссийской научно-технической конференции «Энергосбережение, электрооборудование, электроника» (г. Оренбург, 2005); на VII всероссийской научно-технической конференции «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (г. Чебоксары, 2007); на всероссийских научно-технических конференциях «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы» (г. Оренбург, 2007, 2010, 2012); на научно- практической конференции «Управление созданием и развитием систем, сетей и устройств телекоммуникаций» (г. С.-Петербург, 2008).
Публикации. Положения диссертации нашли отражение в 23 публикациях, в числе которых 2 статьи в журналах, включенных в «Перечень ...» ВАК и 2 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из списка сокращений и условных обозначений, введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 117 наименований и трех приложений. Основная часть изложена на 154 страницах, содержит 40 рисунков, 7 таблиц.
Похожие диссертации на Спектрально-импульсные методы повышения разрешающей способности информационно-измерительных систем контроля асинхронных микродвигателей
-
-
