Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор существующих методов индикации искрения 15
2.1 Визуальный метод оценки искрения 15
2.2 Методы и приборы, основанные на фотоэффекте искрения... 17
2.3 Методы и приборы, основанные на выделении радиопомех при искрении 22
2.4 Методы и приборы для оценки искрения с помощью дополнительной щетки 27
2.5 Выводы 37
3. Математическое моделирование процесса коммутации машин постоянного тока с разрезными щетками 39
3.1. Теоретическое обоснование способа индикации искрения машин постоянного тока 39
3.2. Способ оценки искрения машин постоянного тока с разрезными щетками 44
3.3. Математическое моделирование 47
3.3.1 Математическая модель добавочного тока коммутации машин постоянного тока с разрезными щетками 47
3.3.2 Физический эксперимент для оценки изменения добавочного тока в процессе эксплуатации 57
3.3.3 Оценка адекватности математического моделирования 68
3.4 Выводы 73
4. Разработка устройства контроля искрения 74
4.1 Требования, предъявляемые к устройству контроля искрения 74
4.2 Конструкция устройства контроля искрения 75
4.3 Испытания устройства контроля искрения 77
4.3.1 Метрологические испытания устройства контроля искрения УКИ 77
4.3.2 Эксперименты на физической модели тяговых электродвигателей 80
4.4 Выводы 93
5. Экспериментальные исследования при мониторинге искрения ТЭД 94
5.1 Эксперименты, проведенные на тяговом двигателе ТЛ2К1... 94
5.2 Мониторинг искрения и контроль настройки магнитной системы ТЭД в стационарных условиях испытательной станции 97
5.2.1 Требования к обеспечению коммутационных испытаний ТЭД 97
5.2.2 Алгоритм индикации искрения и настройки коммутации 99
5.2.3 Методика проведения коммутационных испытаний с помощью УКИ-И 103
5.2.4 Тарировка показаний УКИ-И 107
5.3 Мониторинг искрения ТЭД при эксплуатации на электровозе 111
5.3.1 Алгоритм мониторинга искрения ТЭД 111
5.3.2 Система мониторинга искрения ТЭД при эксплуатации на электровозе 113
5.3.3 Экспериментальные исследования системы мониторинга искрения ТЭД 116
5.4 Экономический эффект от внедрения устройства контроля искрения 124
5.5 Выводы 130
Заключение 131
Список литературы 133
Приложение
- Методы и приборы, основанные на выделении радиопомех при искрении
- Способ оценки искрения машин постоянного тока с разрезными щетками
- Метрологические испытания устройства контроля искрения УКИ
- Мониторинг искрения и контроль настройки магнитной системы ТЭД в стационарных условиях испытательной станции
Введение к работе
Актуальность работы. Тяжелые условия эксплуатации локомотивов предъявляют высокие требования к техническому состоянию отдельных узлов и агрегатов. Особое место в них занимают тяговые электродвигатели (ТЭД), которые являются наиболее нагруженными и, одновременно, наиболее уязвимыми и неконтролируемыми узлами.
На долю ТЭД приходится до 52% возникающих неисправностей, из-за которых отрасль терпит убытки, связанные с внеплановыми ремонтами, простоями, исчисляемыми десятками часов, а также с аварийными ситуациями, нарушающими безопасность движения.
Правилами ремонта электрических машин электроиодвижного состава установлена норма пробега тяговых электрических машин электровозов, которая в одном цикле от начала эксплуатации или от капитального ремонта до следующего капитального ремонта составляет 1400 тыс. км. По данным ПКБ ЦТ ОАО "РЖД" около 90% повреждений ТЭД происходят при пробеге до 800 тыс. км, а 30% ТЭД выходят из строя в период гарантийного пробега до 200 тыс. км (табл.1).
Таблица 1. - Распределение повреждений ТЭД ТЛ-2К1, НБ-418, НБ-514 по пробегам с 2004 по 2007 год
В этой связи, затраты ОАО "РЖД", связанные только с преждевременными внеплановыми ремонтами ТЭД за последние годы, составили свыше 4 млрд. рублей.
Одним из основных узлов тяговых электрических машин является кол-лекторно-щеточный узел (КЩУ). По официальной статистике ОАО "РЖД" в 2006 году выход из строя тяговых двигателей по причине возникновения кругового огня на коллекторе составляет 18% от общего числа отказов. Также, согласно информации об отказах ТЭД, их пробег тесно связаны с интенсивностью искрения. При искрении 1 балл по ГОСТ 183-74 двигатель проходит в составе электровоза до 2 млн. км, при искрении 1 'А пробег двигателя
уменьшается до 1.2 млн. км, а при искрении 1 '/г балла пробег составляет всего 300 тыс.км. Такие выходы из строя тяговых двигателей, как правило, влекут за собой внеплановые ремонты.
Большая часть неисправностей ТЭД связана с обмотками и проявляется в нарушении процесса коммутации. Увеличение искрения вызывается также многими причинами механического характера. Проявление нарушений коммутации в искрении коллекторно-щеточного узла давно рассматривается как показатель состояния машины постоянного тока и, в частности, ТЭД.
История изучения коммутации насчитывает более 150 лет. Такие известные ученые как К.И. Шенфер, О.Г. Вегнер, А.Е. Алексеев, М.Ф. Карасев, А.С. Курбасов, А.И.Скороспешкин, В.Д. Авилов, В.Я. Беспалов, Р.Ф. Беки-шев, Г.Г. Константинов, B.C. Хвостов и другие внесли большой вклад в развитие теории коммутации, в понимание и описание явлений, вызывающих в машине постоянного тока нарушения коммутационных процессов.
Рассматривая вопросы оценки коммутации, следует отметить большой вклад в создание теории диагностирования коллекторных машин и приборной оценки уровня искрения коллекторно-щеточного узла, отраженный в трудах В.В. Харламова, СИ. Качина, Ш.К. Исмаилова, И.Б Битюцкого и др.
Задача мониторинга искрения коллекторно-щеточных узлов ТЭД заключается в контроле качества коммутации тяговых электродвигателей при работе на электровозе, что позволяет: исследовать состояние ТЭД в разных режимах эксплуатации, предупреждать о появлении неисправности для своевременного принятия решения и сохранения работоспособности ТЭД, а также является основой автоматизированной системы управления ТЭД.
Целью диссертационной работы является создание системы мониторинга коммутационного состояния ТЭД в период эксплуатации на основе программной обработки информации и приборной оценки искрения коллекторно-щеточного узла.
Для достижения поставленной цели определены и решены следующие задачи:
Обоснование выбора добавочного тока коммутации в качестве информационного сигнала для приборной оценки искрения машин постоянного тока в процессе эксплуатации.
Исследование влияния процесса коммутации на характер изменения добавочного тока на основе математического моделирования.
Разработка способа измерения добавочного тока и аппаратуры преобразования сигнала и оценка адекватности полученных результатов.
Разработка алгоритма и программного обеспечения для мониторинга искрения коллекторно-щеточного узла.
5. Создание опытного образца системы мониторинга искрения и экспериментальные исследования её работы в промышленных условиях
Методы исследования
При исследовании процесса коммутации машин постоянного тока с разрезными щетками в настоящей работе использовались: метод электромагнитных расчетов машин постоянного тока, методы теории коммутации электрических машин, численные методы решения систем дифференциальных уравнений, методы цифровой обработки сигналов, экспериментальные исследования работы опытных образцов разработанного устройства, а также методы математической обработки результатов эксперимента.
Все исследования проведены с применением прикладных пакетов программ MathCAD, MATLAB, LabVlEW.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Обосновано применение добавочного тока коммутации в качестве информативного сигнала для приборного определения интенсивности искрения коллекторно-щеточного узла тяговых электрических машин постоянного тока в процессе эксплуатации.
Разработана математическая модель коммутации машины постоянного тока с разрезными щетками, учитывающая характер изменения добавочного тока коммутации в зависимости от типа коммутационного процесса.
Создан способ оценки искрения коллекторно-щеточного узла машин постоянного тока с разрезными щетками.
Разработан алгоритм обработки информации для количественной оценки интенсивности искрения приборными методами.
Достоверность научных результатов и выводов подтверждена строгостью теоретического обоснования, корректностью применения математического аппарата и результатами экспериментальных исследований, как в лабораторных условиях, так и в условиях эксплуатации на электровозах ВЛ11К, 2ЭС5К Ермак, 2ЭС4 Дончак, 2ЭС6 Синара на разных участках Свердловской, Западно-Сибирской и Дальневосточной железных дорог ОАО «РЖД» в период 2006...2009 г.г.
Практическую ценность представляют следующие результаты исследовательской работы:
Создан и внедрен опытный образец системы мониторинга искрения коллекторно-щеточного узла тяговых машин постоянного тока.
Зарегистрирована прикладная программа цифровой и компьютерной обработки сигнала искрения коллекторно-щеточного узла тяговых электрических машин постоянного тока.
Испытан и введен в эксплуатацию опытный образец устройства контроля искрения для оценки интенсивности искрообразования в
процессе коммутационных испытаний тяговых электродвигателей в стационарных условиях испытательной станции. 4. Разработан алгоритм определения характера изменения добавочного тока в зависимости от типа коммутационного процесса машин постоянного тока с разрезными щетками и рекомендации по настройке магнитной системы ТЭД на испытательной станции или по состоянию магнитной системы как вероятной причине повышенного искрения при мониторинге на локомотиве. Основные положения, выносимые на защиту:
обоснование применения добавочного тока коммутации в качестве информативного сигнала для приборной оценки искрения тяговых двигателей электровоза в процессе эксплуатации;
алгоритм оценки интенсивности искрения ТЭД с разрезными щетками на основе математического моделирования добавочного тока коммутации машин постоянного тока с разрезными щетками;
способ оценки искрения коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей с разрезными щетками и реализация его с помощью измерительной схемы на основе специального трансформатора тока;
система мониторинга искрения тяговых двигателей электровоза в процессе эксплуатации.
Реализация результатов работы. В результате проведенных исследований разработано два типа устройства контроля искрения:
Устройство контроля искрения (УКИ-И) предназначенное для проведения коммутационных испытаний тяговых двигателей по ГОСТ 2582-81. Данное устройство прошло многочисленные производственные испытания и, в том числе, успешно прошло межведомственную комиссию, по результатам которой принято решение о серийном внедрении устройства в железнодорожную отрасль. Конструкторской документации присвоена литера 01. Устройство внедрено на испытательные станции Улан-Удэнского локомоти-вовагоноремоитного завода и локомотивного ремонтного депо Тайга.
Устройство контроля искрения (УКИ-М) предназначенное для осуществления мониторинга искрения тяговых электродвигателей электровоза в режиме эксплуатации. Данное устройство прошло многочисленные полевые испытания и успешно внедрено в проектно-констру к горском бюро центральной тяги (ПКБ ЦТ, г. Москва), во Всероссийском научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта (г. Москва) и тягово-энергегической вагон - лаборатории №09579798 Забайкальской железной дороги (г. Чита).
Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на следующих конференциях: Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых "Современные техника и технологии" (г. Томск 2004г., 2005г., 2007г., 2008г.,2009г.); Всерос-
сийской научно-практической конференции с международным участием "Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири" (г. Иркутск, 2005г); Научно-практической студенческой конференции 'Электротехника, электромеханика и электротехнологии" (г. Томск 2005г., 2007г., 2008г.); Всероссийской конференции - конкурсного отбора инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению программы «Энергетика и энергосбережение», (г. Томск 2006 г.); Международной научно-технической конференции "Электромеханические преобразователи энергии", (г. Томск 2007г., 2009г.); XII Международной конференции "Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты" МКЭЭЭ-2008, (г. Алушта 2008г.); Всероссийской научной конференции молодых ученых "Наука, технологии, инновации", (г. Новосибирск 2008г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента на изобретение и 3 патента на полезную модель.
Структура и объем работы. Работа состоит из пяти разделов и заключения, содержащих 175 страниц машинописного текста, 8 таблиц, 69 рисунков, списка литературы из 101 наименования.
Автор выражает благодарность научному консультанту Цукублину А.Б. за неоценимую помощь при работе над диссертацией.
Методы и приборы, основанные на выделении радиопомех при искрении
Приборы, основанные на выделении радиопомех при искрении, в настоящее время проектируются и используются в основном для работы в системах электроэнергетики (искрение коллекторно-щеточных узлов и колец мощных турбогенераторов и систем возбуждения). Работы по созданию простого, оперативного и эффективного диагностического устройства, мгновенно сигнализирующего о появлении искрения, ведутся давно [15, 21, 22, 26]. На оренбургской ГРЭС в начале 90-х годов был проведен анализ ряда аварий, связанных с появлением кругового огня. Было установлено, что возрастание искрения от темной коммутации, до степени, предшествующей круговому огню, может составлять время порядка всего нескольких минут [26]. В рекомендациях электростанциям указывалось на целесообразность постоянного контроля за появлением искрения с помощью устройств, основанных на электромагнитном методе контроля искрения, поскольку температурный метод, основанный на контроле разности температур горячего и холодного воздуха, охлаждающего щеточно-коллекторный узел, более чувствителен к нестационарным режимам генератора, менее динамичен и эффективен.
К настоящему времени у нас в стране и за рубежом разработано несколько таких устройств. Некоторые из них подключаются непосредственно к токоведущим элементам КЩУ [99-101], что связано с рядом существенных недостатков (устройство находится под напряжением контролируемой машины, надежность машины снижается из-за необходимости вскрытия элементов щеточно-коллекторного узла, гарантия поставщика электрической машины снимается). Однако известны и устройства без гальванической связи с элементами КЩУ, основанные на регистрации высокочастотного радиоизлучения [26].
Все известные устройства, основанные на регистрации радиоизлучения КЩУ, включают в себя антенну, блок усиления и обработки сигнала и блок индикации и сигнализации. При этом большое внимание уделяется проблеме подавления помех, поскольку многие электрические машины, имеет в своем составе силовые электронные блоки, которые сами являются источниками мощного радиоизлучения в момент коммутации полупроводниковых вентилей. Указанные устройства различаются по методам решения этой проблемы.
Устройства, основанные на выделении высокочастотных радиопомех, осуществляют прием сигнала на двухэлементную антенну, устанавливаемую под кожухом КЩУ. При этом элементы антенны настраиваются так, чтобы суммарный сигнал, подаваемый на вход блока усиления и обработки, не содержал помехи. Настройка ведется сугубо эмпирическим методом путем поиска оптимального расположения элементов и закрепления их в найденном положении. Такое решение, безусловно, обладает недостатками, связанными с необходимостью вскрытия кожуха КЩУ, сложной приборной настройкой с помощью высококвалифицированных специалистов, с большими временными затратами, с нарушением настройки при ремонте двигателя, неуниверсальностью устройств по отношению к различным системам возбуждения.
Наиболее эффективным из упомянутых, является устройство [26], которое является типичным представителем этой группы. Высокочастотное электромагнитное излучение от полупроводниковых блоков, входящих в состав контролируемой машины, наводит в антеннах, устанавливаемых под кожухом двигателя, практически идентичные ЭДС, совпадающие по величине и форме. Вследствие этого, при подаче их на вход дифференциального усилителя, эти ЭДС вычитаются, а полезные сигналы от излучения под одной или несколькими щетками, которые имеют несимметричный характер, складываются.
НЛП "Электротехнические системы 1" разработало и с 1998 г. поставляет устройство сигнализации искрения СИ-10-50 (рисунок 2.3). Сигнализатор искрения [91] предназначен для непрерывного контроля работы коллекторно-щеточного узла, как коллекторов, так и контактных колец, и сигнализации о повышенном искрении на одной или нескольких щетках.
Способ оценки искрения машин постоянного тока с разрезными щетками
Если отдельные части щетки 1 и 2 изолированы друг от друга, то в момент времени, показанный на рисунке, по ним будут протекать токи, отличающиеся на величину тока /д. Направление этого тока в процессе коммутации определяется величиной суммарной ЭДС, наводимой в коммутирующей секции.
Поэтому плотности тока под «сбегающими и набегающими» частями щетки будут существенно различаться, что приводит к искрению того или иного края щетки.
Еще Шенфером К.И. [92] было показано, что распределение тока в щеточном контакте неравномерное и существенно зависит от типа коммутационного процесса. Проведенные им опыты, результаты которых представлены на рис. 3.4, подтверждают справедливость предпосылок о неравномерности распределения плотности тока под щеткой.
Так при отсутствии дополнительных полюсов большое значение тока наблюдается на сбегающем крае щетки, что соответствует замедленной коммутации (рисунок 3.4,6).
При включении дополнительных полюсов наблюдается существенное изменение величины ЭДС в коммутируемой секции, изменяется тип коммутационного процесса. Вместе с тем изменяется и соотношение между токами, протекающими под разными частями щетки. Коммутация становится ускоренной и величина тока на набегающем крае щетки становится превалирующей (рисунок 3.4,в).
Анализ приведенной коммутационной схемы позволяет сделать выводы, что регистрация добавочного тока коммутации может служить оценкой наличия искрения на коллекторе. Для этого необходимо регистрировать величину и направление тока протекающего между отдельными частями составной щетки.
На основании рассмотрения коммутационного процесса тяговых электродвигателей постоянного тока, в которых применяются составные щетки, были сделаны выводы о возможности измерения уровня искрообразования по величине добавочного тока коммутации и на этом базируется запатентованный автором способ оценки искрения машин постоянного тока с разрезными щетками [68].
Для проверки сделанных предположений о связи добавочного тока коммутации с величиной искрения коллекторно-щеточного узла проведено математическое моделирование коммутационного процесса электрической машины с разрезными щетками. При математическом моделировании добавочного тока коммутации следует принять следующие допущения: 1. Падение напряжения в активном сопротивлении короткозамкнутои секции Re, вследствие его малой величины, по сравнению с сопротивлениями в скользящем контакте, принимаем равным нулю. 2. Толщина межламельной изоляции равна нулю. 3. Частота вращения якоря электрической машины считается постоянной, режим работы двигателя — статический, а величина коммутирующей ЭДС ек = const. 4. Сопротивление щетки не зависит от температуры. 5. Механические причины возникновения искрения (вибрация щеток, эллиптичность коллектора и т.п.) не рассматриваются. Математическая модель добавочного тока коммутации разработана на примере тягового электродвигателя постоянного тока типа ТЛ2К1. Этот двигатель имеет следующие номинальные данные: Как было показано ранее, возникновение добавочного тока коммутации обусловлено электродвижущей силой ЭДС, вызванной неравномерным распределением плотности коммутируемого тока под щеткой и нескомпенсированностью реактивной и коммутирующей ЭДС. Выражение добавочного тока коммутации выглядит следующим образом: где ia(t) - добавочный ток коммутации; ic(t) - ток коммутируемой секции, при условии прямолинейной коммутации (реактивная ЭДС отсутствует); ir (t) - фактический ток коммутируемой секции, при наличии реактивной эдс. В свою очередь, токи под разными частями разрезной щетки определяются выражениями: где /, (t) - ток, протекающий под одной частью щетки; i2 (t) - ток, протекающий под другой частью щетки. Ток коммутируемой секции в общем случае определяется суммой реактивной, коммутирующей ЭДС и падением напряжения на сопротивлении скользящего контакта: где Ка- эмпирический коэффициент, учитывающий изменение сопротивления скользящего контакта в процессе коммутации [13]. Рассмотрим случай коммутационного процесса при условии, когда щетка перекрывает только одну коллекторную пластину. Вследствие этого отсутствует эффект взаимоиндукции в коммутируемом контуре и возникновение реактивной ЭДС обусловлено только ЭДС самоиндукции коммутируемой секции. Учитывая принятые допущения математическую модель изменения добавочного тока в процессе коммутации одной секции можно записать в виде
Метрологические испытания устройства контроля искрения УКИ
Метрологические характеристики (в соответствии с ГОСТ 7746-2001 Трансформаторы тока Общие технические условия). Метрологические характеристики установлены для следующих рабочих условий применения трансформаторов: а) частота измеряемого сигнала (0-10 кГц); б) первичный ток (0 - 40) А в) значение вторичной нагрузки - в соответствии с 1.2 и 1.3 г) температура окружающего воздуха (-60 + 50 С) 2. Пределы допускаемых погрешностей вторичных обмоток для измерений и учета в рабочих условиях применения при установившемся режиме должны соответствовать значениям, указанным в таблице 4.1. Пределы допускаемых погрешностей вторичных обмоток в рабочих условиях применения при установившемся режиме и номинальной вторичной нагрузке должны соответствовать указанным в таблице 4.2. 2. Методика поверки. Специальный трансформатор тока является преобразовательным элементом устройства контроля искрения. Его параметры представлены в таблице 4.3. Проверку полярности и определения токовых и угловых погрешностей проводят на трансформаторах, подвергнутых размагничиванию. Методы размагничивания, проверка полярности и определение погрешностей — по ГОСТ 8.217. Для определения погрешностей амплитуды сигнала включаем в первичную цепь обмотки трансформатора тока высокочастотный импульсный источник питания, типа VIPer 100В. При заданной частоте, находящейся в пределах от 0 до 10 кГц, изменяем подаваемый ток от 0 до 40А, фиксируя точки, соответствующие 5, 20, 100-120% от номинального значения. Токовая и угловая погрешности выходного сигнала при этом находятся в пределах, указанных в таблице 4.1 и соответствуют классу точности 0.2.
Определение токовой и угловой погрешностей при изменении частоты сигнала. Проверку полярности и определения токовых и угловых погрешностей проводят на трансформаторах, подвергнутых размагничиванию. Методы размагничивания, проверка полярности и определение погрешностей — по ГОСТ 8.217. Для определения токовой и угловой погрешностей частоты сигнала включаем в первичную цепь обмотки трансформатора тока высокочастотный импульсный источник питания, типа VIPer 100В. При заданном токе, находящемся в пределах от 0 до 40 А изменяем подаваемую частоту сигнала от 0 до 10 кГц, фиксируя точки, соответствующие 5, 20, 100-120% от номинального значения. Токовая и угловая погрешности выходного сигнала при этом находятся в пределах, указанных в таблице 4.2. Для проведения эксперимента по индикации искрения коллекторных машин была создана установка, принципиальная схема которой приведена на рисунке 3.9. В качестве испытуемого двигателя был выбран двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением и дополнительными полюсами, выполненным на базе серийного двигателя типа П22. Двигатель имел следующие данные:
Число полюсов 2р=2; Номинальная мощность Рн=660 Вт; Номинальная частота вращения пн=1450 об/мин; Тип обмотки - простая петлевая; Число щеточных болтов — 2; Число щеток на щеточном болте — 2; Размер щетки - 2x5х 12,3 мм3; Число коллекторных пластин — 72; Ширина коллекторной пластины — 3 мм. Питание двигателя осуществлялось от управляемого источника переменного тока через мостовой трехфазный неуправляемый выпрямитель . В этом случае пульсация тока питания практически отсутствовали, что способствовало получению минимальных погрешностей от сети питания. Для возможности регулирования частоты вращения обмотка возбуждения шунтировалась управляемым реостатом, позволяющим проводить регулировку ослабления поля. К обмотке дополнительных полюсов параллельно подключался источник постоянного тока, обеспечивающий изменение магнитного потока в зоне коммутации. Нагрузкой двигателя служил генератор постоянного тока с независимым возбуждением. Обмотка якоря этого генератора подключалась на нагрузку, а величина нагрузки регулировалась посредством нагрузочного генератора. Все элементы управления и системы регулирования были смонтированы в одном блоке. Общий вид установки показан на рис. 4.3.
Мониторинг искрения и контроль настройки магнитной системы ТЭД в стационарных условиях испытательной станции
В настоящее время оценка интенсивности искрения коллекторно-щеточного узла тягового электродвигателя (ТЭД) на этапе приемо-сдаточных испытаний проводится визуально, согласно ГОСТ 183-74. Такая оценка носит субъективный характер и зачастую невозможно адекватно определить интенсивность искрения в направлении вращения двигателя, при котором виден только набегающий край щетки. Таким образом, показав возможность оценки искрения с помощью разработанного способа и устройства контроля искрения, появилась возможность использования устройства контроля искрения при проведении коммутационных испытаний тяговых электродвигателей. Все виды испытаний ТЭД регламентируются ГОСТ 2582-81, в котором предусмотрены следующие режимы испытаний: 1. Номинальный режим (прямое вращение). 2. Режим повышенной частоты вращения (прямое вращение). 3. Режим повышенного тока (прямое вращение). 4.
Номинальный режим (обратное вращение). 5. Режим повышенной частоты вращения (обратное вращение). 6. Режим повышенного тока (обратное вращение). Примечания к ГОСТ 2582-81 в редакции 1993 года устанавливают возможность приборной оценки искрения в случае испытания крупных электрических машин. Для обеспечения коммутационных испытаний ТЭД в условиях испытательных станций электровозоремонтных заводов и локомотивных депо к устройству контроля искрения предъявляются следующие основные требования: 1. Определение уровня искрения на коллекторе ТЭД во всех режимах испытаний по ГОСТ 2582-81. 2. Определение качества настройки магнитной системы машины (индикация типа коммутационного процесса). 3. Формирование отчета коммутационных испытаний для каждого испытанного двигателя. 4. Доступность и скорость монтажа устройства контроля искрения на испытуемый двигатель. 5. Одновременные коммутационные испытания двух ТЭД (испытания проводят по схеме взаимной нагрузки в паре ТЭД). Основываясь на предъявляемых требованиях, предложено применение устройства контроля искрения УКИ-И (литера И - индикация), которое представляет собой комплекс устройств сбора, обработки данных, формирование базы данных испытаний и генерирование отчета по результатам испытаний (рис. 5.6). Для обеспечения проведения коммутационных испытаний и согласования работы всех элементов предложенной схемы необходимо разработать алгоритм индикации искрения и настройки коммутации. Для проведения коммутационных испытаний с учетом вышеперечисленных требований предлагается автоматизированный сбор информации и обработка сигнала с помощью аналого-цифрового преобразователя.
В качестве АЦП предлагается использовать устройство сбора информации компании National Instruments N1 USB 6009 (рис. 5.7) со следующими характеристиками: - 8 аналоговых входов (14-bit, 48 kS/s); - 2 аналоговых выхода (12-bit, 150 S/s); - уровень тепловой защиты 30 В; - частота оцифровки 10 кГц; К аналоговым входам АЦП подключается два устройства УКИ №1 и №2, далее через USB кабель осуществляется подача оцифрованного сигнала на компьютер с предустановленным программным обеспечением. Разработанный алгоритм индикации искрения и настройки коммутации представлен на рис. 5.8. Данный алгоритм реализован в среде графического программирования LabVIEW 8.0. При поступлении динамического массива данных переменной частоты (0-5 кГц) и амплитуды (0-10 В), программа разделяет сигнал на два канала (fl(t) - сигнал УКИ №1) и (f2(t) - сигнал УКИ №2). Далее идет параллельная обработка двух сигналов.
В данном алгоритме необходимо решить две задачи: определение уровня искрения и степень настройки коммутации. Для индикации искрения вычисляется действующее значение из сигнала по методу RMS, далее происходит калибровка сигнала путем пересчета данных по тарировочной кривой. Полученный результат выводится на лицевую панель приборов на экран компьютера. Эти данные являются информацией о величине искрения на коллекторе и проградуированы в баллах искрения по ГОСТ 183-74. Для настройки коммутации необходимо анализировать массив мгновенных значений сигнала УКИ. Из этого массива в каждых двух точках вычисляется минимальное и максимальное значение сигнала, после вычисления из каждого значения берется его абсолютная величина и сравнивается между минимумом и максимумом. При условии, что максимум будет больше чем минимальное значение, на лицевую панель приборов выдается сигнальная информация "ПЕРЕКОММУТАЦИЯ", при невыполнении условия сигнализирует "НЕДОКОММУТАЦИЯ". Разность между абсолютными значениями максимума и минимума выводится на панель в виде стрелочного прибора с показаниями в относительных единицах. При проведении серии испытаний для каждого типа двигателя возможна тарировка показаний этого прибора в миллиметрах диамагнитного зазора под дополнительными полюсами, что значительно упростит настройку магнитной системы. В предложенном же случае возможна только качественная оценка преобладающего типа коммутации. Далее алгоритм реализует генерирование отчета об испытаниях. Для этого необходимо обеспечить запись в протокол испытаний только значений, предусмотренных ГОСТ 183-74.
