Способ диагностирования скользящего контакта электродвигателя Советский патент 1984 года по МПК G01R31/34 

Иэо етение относится к- электрическим машинам и предназначено для определения их технического состояния в процессе изготовления эксплуатации и ремонта, в частности для диагностирования скользящего контакта электродвигателей постоянного тока, преимущественно малой мощности.

Известен способ диагностирования скользящего контакта электрических машин, основанный на измерении различных параметров коммутационных пульсаций напряжения и имеющих ограниченную область применения Cl.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, использующий в качестве диагностического сигнала средневыпрямленное значение пульсаций напряжения, которое изм яется при постоянных значениях тока и частоты вращения машины С 2 Д.

Величина указанного диагностического параметра зависит не только от технического состояния скользящего контакта, но и от большего количества неконтролируе1Ф1х факторов, например, неидентичности параметров магнитной и электрической цепей машин, обусловленной технологическими причинами, температуры контакта влажности окружающей среды, а также внешних пульсаций напряжения. Пот: скольку указанные факторы имеют значительное рассеивание, то достоверность диагноза, достигаемая при использовании известного способа, для решения многих практических задач недостаточна.

Цель изобретения - повышение достоверности диагноза..

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу диагностирования, основанному на имзерении с ре дне вы прямлен но го значения коммута ционных пульсаций напряжения и сравнении его с эталонным, линейно изменяют частоту вращения электродвигателя по треугольному закону относитель но номинального значения путем одновременного изменения питающего напряжения и нагрузочного момента, непрерывно дифференцируют значение измеряемого параметра коммутационных пульсаций напряжения, фиксируют максимальное и минимальное значения про из водной, а по их относительной разности судят о наличии дефектов.

Как известно величина пульсаций напряжения электрической машины при отсутствии механических дефектов скользящего контакта и постоянных токах якоря и возбуждения линейно зависит от частоты гармоник спектра а следовательно, и от частоты вращения.

В то же время при возникновении Механических дефектов (биение, износ и подгар коллектора) нарушающих устойчивость контактирования и обусловливающих искрение, характер зависимости средневыпрямленного значения пульсаций напряжения от частоты вргвдения, существенно, изменяется, что объясняет динамикой взаимодействия элементов скользящего контакта.

На фиг. 1 представлена зависимость пульсаций напряжения от частоты вращения для исправных А и неисправных В электродвигателей; на фиг. 2 - график изменения частоты вращения; на фиг. 3 - вариант структурной cxeNHj устройства реализующего способ; на фиг. 4 - структурная схема измерительного канала.

Если линейно изменять частоту вращения контролируемого элект одвигателя fi (относительно номинального значения п) в соответствии с графиком представленным на фиг. 2, поддерживая при этом постоянным значение тока, то диагностический параметр - средневыпрямленное значение пульсаций напряжения U изменяется во ВЕ емени также по линейно чу закону при исправном состоянии электродвигателя А и по Нелинейном:/ - при неисправном состоянии В.

Следовательно, непрерывно дифференцируя диагностический сигнал электродвигателя (работающего в указанном режиме), можно достоверно различить его техническое состояние так как для исправного состояния значение производной практически не изменное, а при появлении дефектов - начинает изменяться, причем с увеличением дефектов увеличивается и разность между максимальным и минимальным значениями производной.

Отметим, что значение предлагаемого контролируемого параметром (относительная разность максимального и минимального значений ггроизводной) чувствительно лишь к появленшо нелинейности в рассматриваемой зависимости, которая при постоянном значении тока в процессе плавного изменения частоты вращения по линейному закону южeт возникнуть только из-за механических дефектов скользящего контакта. Следовательно, любое изменение величины пульсаций (например, изменение постоянной составляющей), не вносящее нелинейности в характер ее зависи1 юсти от частоты вращения и обусловленное изменением неконтротлируешх факторов не скажется на величине контролируемого параметра. Тем самым влияние указанных факторов на предл:агае1 ый параметр исключается, что и обеспечивает повышение достоверности диагноза. В то же время предлагаемлй параметр однозначно связан с величиной механических дефектов, ибо их увели чение приводит к более интенсивному росту средневыпрямленного значения пульсаций в процессе увеличения час тоты, а следовательно, и к увеличению относительного приращения произ водной на оценке которой и основан предлагаемый способ. На фиг. 3 представлена структурная схема установки, иллюстрирующая один из возможных вариантов реализа ции необходимого в процессе диагнос тирования режима работы электродвигателя. Контролируемый электродвигатель механически связан с нагрузочным устройством 2 (например, электромаг нитным тормозом), и таходатчиком 3. Питающее напряжение на электродвига тель поступает с блока 4 через регу лятор наТпряжения 5, напримф электронный. Управляющий сигнал на регулятор напряжения 5 поступает со схе мы сравнения б, которая осуществляет формирование сигнала, пропорционального разности текущего значения частоты вращения и заданного. После нее вырабатывается генератором линейно изменяющегося напряжения 7. Блок 8, используя поступающий с электродвигателя сигнал текущего значения потребляемого им тока, а также сигнал заданного значения тока с опсчэного элемента. 9, осущест ляет стабилизацию потребляемого электродвигателем тока, путем управ ления тормозным моментом нагрузочного устройства 2. На фиг. 4 представлена структурная схема измерительного канала, реализующая соответствующие операции предлагаемого способа. Пульсация напряжения (тока) электродвигателя 1 с датчика 10, напримф шунта в цепи электродвигателя через разделительный конденсатор 11, поступают на измерительный преобразователь 12, например, диодный мост. С выхода преобразователя 12 постоянное напряжение, пропорциональное средневыпрямленному значению пульсаций напряжения, поступает на дифференцирующий блок 13, например, дифференцирующую цепочку. Далее сигнал поступает в блок 14, например, самописец, где регистрируются значения производной, в том числе максимальное и минимальное. Операцию определения их относительной разности можно осуществлять как автоматически, так и вручную-. Таким образом, рассмотренные устройства позволяют реализовать все , операции предлагаемого способа. Как показали результаты экспериментальных исследований диапазон изменения частоты вращения в процессе диагностирования целесообразно выбирать равным 40 - 50% от номинального значения, а период изменения частоты вращения Т не менее чем в 10-15 раз больше постоянной времени контролируемого электродвигателя. Для получения статистически устойчивого результата в определении контролируемого параметра выборка максимальных и минимальных значений производной должна содержать не менее 20-30 значений, т.е. диагностирование целесообразно выполнять ьа интервале времени, составляющем не менее 20-30 п)иодов изменения частот ы вр аще н ия. Относительную разность производной контролируемого параметра можно формировать путем деления абсолютной разности между максимальным и минимальным значениями на максимальное или среднее значение этого параметра. Пооперационное выполнение способа. Линейно изменяют частоту вращения контролируемого электродвигателя по треугольному закону относительно номинального значения (поддерживая постоянным значение тока) путем одновременного изменения питающего напряжения и нагрузочного момента; измеряют средневыпрямленное значение коммутационных пульсаций напряжения; непрерывно дифференцируют значение сигнала, пропорционального средневыпрямленному значению пульсаций напряжения; фиксируют максимальное и минимальное (за период изменения частоты вращения) значения полученной производной; формируют относительную разность зафиксированных значений и осредняют ее за несколько периодов изменения частоты вращения, и по ее величине судят о техническом состоянии электродвигателя. Предлагаелмй способ может быть использован при диагностировании различных электродвигателей постоянного тока и в первую очередь авиации онных, получивших широкое распространение в оборудовании летательных аппаратов и от надежного функционирования которых существенно зависит безопасность полетов.

/7

СПОСОБ ДИЛгаоСТИРОВАНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕ;ЛЯ, основанный на измерении средневыпрямленного значения коммутационных пульсаций напряжения при постоянном значении тока и сравнения его с эталонным, отличающий ся тем, что, с целью повышения достоверности диагноза, лине.но изменяют частоту вращения электродвигателя по треугольному закону относительно номинального значения путем одновремеН ного изменения питающего напряжения и нагрузочного момента, непрерывно дифференцируют значение изм яемого параметра коммутационных пульсаций напряжения, фиксируют максимальное и минимальное значения производной, а по их относительной разности судят «g о наличии дефектов. W СО 00 fff too 140 т 220 п Фиг./