Устройство диагностирования шарикоподшипников электрической машины Советский патент 1984 года по МПК H02K15/00 

Изобретение относится к электричес ким машинам и может быть использовано при их эксплуатации для определения состояния подшипников качения без разборки машины. Известно устройство контроля подшипников электрической машины содержащее источник питания, соединенный через выключатели с обмотками полюсов статора электрической машины, и индикатор биения вала l1Недостаток этого устройства состоит в ограниченной области применения. Наиблоее близко к изобретению по назначению и технической сущности устройство диагностирования шарикоподшипников электрической машины содержащее датчик пульсаций тока, режекторный фильтр, перестраиваемый полосовой фильтр и частотомер, соединенные последовательно 2}. Недостатком известного устройства является ограниченная область применения, обусловленная трудностью, а иногда и невозможностью выделения по лезной информации Из сигнала на фоне помех. Для многих типов электрических машин амплитуда информативной состав ляющей спектра пульсаций тока очень мала не только по сравнению с амплитудами двух составляющих спектра пульсаций тока, обусловленных, напри мер, источником питающего напряжения магнитной асимметрией и другими причинами, но и по сравнению с помехой ти па белый шум. Это часто делает пра тически Невозможным вьщеление необхо димой составляющей из сигнала. Целью изобретения является расши- i ние области применения устройства пу тем повьппения избирательности. Поставленная цель достигается тем что устройство диагностирования шари коподшипников электрической машины, содержапгее частотомер и соединенные последовательно датчик пульсаций тока, режекторный фильтр и первый полосовой фильтр, снабжено умножителем интегратором, последовательно соединенными датчиком вибраций, вторым полосовым фильтром и управляемой линией задержки, причем входы умножителя соединены с выходами первого полосового фильтра и управляемой лиНИИ задержки, а выход с входом интегратора, к выходу которого подключен частотомер. Па чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит датчик 1 пульсаций тока, режекторный фильтр 2, первый полосовой фильтр 3, датчик 4 вибраций, второй полосовой фильтр 5, управляемую линию 6 задержки, умножитель 7, интегратор 8 и частотомер 9. Устройство работает следующим образом. С датчика 1 пульсаций тока электрический сигнал-, содержащий различные спектральные составляющие, поступает на режекторный фильтр 2, Имеющий автоматическую настройку на частоту питания и осуществляющий подавление основной гармоники напряжения питания для электродвигателей переменного тока. Первый полосовой фильтр 3 выделяет из спектра пульсаций тока электрической машины информативную составляющую с частотой вращения шариков. Частота информативной составляющей приблизительно определяется из кинематических соотношений в шарикоподшипнике, полученных при вращении подшипника без проскальзывания1)„ -d cosot , числа тел качения; частота вращения внутреннего Кольца, диаметр подшипника по центрам тел качения, диаметр тел качения, угол контакта в подшипнике. В спектре вибраций электрической машины также, как и в спектре пульсаций TOKaj присутствует составляющая с частотой вращения шариков, обусловленная кинематическим взаимодействием вращающегося ротора и тел качения. Эта составляющая по сравнению с другими, вызванными силовыми взаимодействиями между деталями работающей электрической машины, отличается очень малой величиной, затрудняющей ее вьщеление обычными средствами на фоне вибрационного шума, других составляющих, влияния резонансных зон. Датчик 4 вибраций преобразует вибрации контролируемой машины в электрический сигнал. С помощью второго полосового фильтра 5 вьщеляется участок спектра вибраций электрической машины, содержащий составляющую с той же частотой вращения шариков. Управляемая линия 6 задержки, множитель 7 и интегратор 8 служат для получения функции язаимной корреляции вьщеленных участков спектра пульсаций тока и спектра вибраций электрической машины. Спектры пульсаций электрического тока и вибраций различны по своей природе и обусловлены разными причинами и источниками. Так, гспектр пульсаций тока в сильной степени зависит от источника электрического .питания, неравномерности магнитного поля, коммутационных процессов, а спектр вибраций - от силовых взаимодействий, дисбаланса вращающихся деталей, зон механического резонанса. В.этих спектрах различны не только гармонические составляющие, но т-акже и шумовые помехи, которые, в общем случае, не коррелированы между собой Однако в обоих спектрах присутствует составляющая с частотой вращения шариков. Функция взаимной корреляции двух гармонических сигналов одинаковой частоты есть гармонический сигнал той же частоты с амплитудой, зависящей от переменной временного сдвига f (времени задержки), а функция взаимной корреляции двух гармонических сигналов разной частоты равна нулю. Функция взаимной корреляции двух вьщеленных участков спектра пульсаций тока и спектра вибраций от параметра задержки 1 содержит только гармоническую составляющую с частотой вращения шариков, так как даже если в полосы прозрачности поло совых фильтров попадают другие составляющие с неодинаковыми частотами, то в функции взаимной корреляции они не проявляются, а функция взаимной корреляции шумовых помех являетс очень быстрозатухающей функцией пара метра Т . Управляемая линия 6 задержки изменяет Т , вьщеленные участки спек ров перемножаются на умножителе 7, интегратор 8 определяет результат за гЗремя изменения f. Это обеспечивает возможность измерения частоты информативной составляющей, имеющей ампли туду, соизмеримую с уровнем шумов, с помощью частотомера 9. В качестве датчика пульсаций тока можно использовать одну из обмоток электрической машины или ее часть ли 1 0 . 4 бо специальный шунт, установленный в цепь электрической машины. Датчиком вибрации может служить, например, пьезоэлектрический вибропреобразователь. Режей:торньп1 фильтр может быть собран на базе .двойного П-образного активного Pt -фильтра. В качестве полосовых фильтров могут быть применены практически любые известные схемы, поскольку требования к полосе пропускания и добротности не являются жесткими. В общем случае может быть предусмотрена и ручная перестройка этих фильтров с целью реализации измерения контролируемого параметра при различных режимах по частоте вращения электрической машины. Управляемая линия временной задержки должна осуществлять плавноизменяющуюся задержку сигнала от О до нескольких десятых Долей секунды. Это осуществляют ультразвуковые линии задержки или задержки на бикрадных схемах. Умножитель может быть выполнен на базе элементов с регулируемым коэффициентом передачи, являющимся функцией одного из сомножителей, например на базе микросхем с большим коэффициентом усиления, полевых и МОП-транзисторов. В качестве интегратора может быть использована стандартная схема на базе операционного усилителя. Частотомером может служить любой известный из ilepитeль частоты. Использование предлагаемого устройства позволяет измерить контролируемый диагностический параметр в электрических машинах, в которых невозможно бьшо осуществить измерение устройствами на основе обычных избирательных систем, что приводит к расширению области его применения. Кроме того, применение предлагаемого устройства допускает присутствие значительных помех как в спектре пульсаций электрического тока (обусловленных влиянием электрических полей различных энергосистем, например, на борту летательного аппарата), так и в спектре вибрации электрической машины (обусловленных внешними вибрациями, воздействующими на электрическую машину, установленную, например, на борту летательного аппарата), что позволяет использовать устройство не только в условиях лабораторий, но также когда электрическая машина установлена на рабочем месте, например

-J1107220 -

на борту летательного аппарата. Этоэлектрических машин, контролируемых

,такЖв расширяет область применения.с целью определения фактического

Расширение области применения повышению эффективности использорбйства диагностирования шарикопод-5 вания изделий авиационной техники,

шипников электрической машины приме-Аналогичный эффект создается и в

Нительно к авиационной технике позво-других областях техники, использующих

ляет увеличить число авиационныхэлектрические машины.

технического состояния, что приводит

УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ШАРИКОПОдаИПНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащее частотомер и соеди3 1 (tHE iiiUTEKA ненные последовательно датчик пульсаций тока, режекторный фильтр, первый полосовой фильтр, отличающееся тем, что, с целью расширения области его применения путем пойьтения избирательности, оно снабжено умножителем, интег1 атором, последовательно соединенными датчиком вибраций, вторым полосовым фильтром и управляемой линией задержки, причем входы умножителя соединены с выходами первого полосового фильтра и управляемой линии задержки, а выход - и входом интегратора, к выходу которого подключен частотомер. ю ю