Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов и средств функциональной диагностики электрических машин 9
1.1. Дефекты электрических машин и методы их обнаружения 9
1.2. Средства измерений диагностических параметров 21
1.2.1. Датчики вибраций и линейных перемещений 21
1.2.2. Измерительные преобразователи магнитного поля 26
1.2.3. Датчики тока 31
1.3. Микропроцессорные средства функциональной диагностики электрических машин 33
1.4. Выводы 44
Глава 2. Разработка и исследование способов повышения быстродействия измерительных преобразователей индуктивного типа 46
2.1. Анализ требований к быстродействию датчиков для измерения диагностических параметров 46
2.2. Измерительный преобразователь индуктивного типа на основе LD - VLLDR - контуров 51
2.3. Измерительный преобразователь индуктивного типа на основе LC - контура со схемой выделения импульсов рассогласования . 54
2.4. Измерительный преобразователь индуктивного типа на основе LC - контура с пиковым детектором 57
2.5. Математическая модель измерительного преобразователя индуктивного типа 60
2.6. Измерительный преобразователь индуктивного типа на основе LT - контура и его схемотехнический анализ 66
2.7. Выводы 68
Глава 3. Автоматизированный комплекс для функциональной диагностики электрических машин 70
3.1 Микропроцессорный измерительный прибор для сбора диагностической информации 70
3.1.1 .Анализ структурной схемы прибора 70
3.1.2. Схемотехнический анализ работы прибора 72
3.2. Управляющая программа для микроконтроллера 74
3.2.1. Общая характеристика управляющей программы 74
3.2.2. Подпрограмма управления ММС-картой 76
3.2.3. Подпрограмма управления SPI-интерфейсом 77
3.2.4. Фоновый интерпретатор команд байт-кода 77
3.2.5. Подпрограмма передачи данных 79
3.3 Конструктивные особенности индуктивных датчиков 79
3.3.1 Датчик поля рассеяния 79
3.3.2 Датчик виброперемещений 82
3.3.3 Датчик тока 82
3 .4. Программное обеспечение виртуального прибора для обработки диагностической информации 84
3.5. Выводы 87.
Глава 4. Исследование функциональных возможностей прибора для сбора диагностической информации . 89
4.1 Оценка метрологических характеристик 89
4.1.1. Градуировка прибора 89
4.1.2. Оценка методической погрешности 92
4.1.3. Оценка инструментальной погрешности прибора 98
4.1.4. Сравнительный анализ датчиков с аналогами 99
4.2. Измерение диагностических параметров электродвигателя в стационарных и переходных режимах работы 102
4.3. Анализ влияния дефектов ротора электродвигателя на его диагностические параметры 107
4.4. Выводы 111
Заключение 113
Список литературы 115
Приложения 127
- Микропроцессорные средства функциональной диагностики электрических машин
- Измерительный преобразователь индуктивного типа на основе LC - контура со схемой выделения импульсов рассогласования
- Фоновый интерпретатор команд байт-кода
- Анализ влияния дефектов ротора электродвигателя на его диагностические параметры
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение чувствительности и быстродействия индуктивных датчиков представляет собой важную задачу, решение которой позволяет существенно расширить функциональные возможности датчиков и области их использования. Одной из таких областей, где к датчикам предъявляются высокие требования по быстродействию, является функциональная диагностика электрических машин (электродвигателей, генераторов, трансформаторов и др.). Она базируется на измерении диагностических параметров объекта, находящегося в рабочем состоянии, и последующем анализе результатов измерения, включающем в себя вычисление спектральных характеристик и корреляционных функций, цифровую фильтрацию, статистику и так далее.
Разработке теоретических основ функциональной диагностики посвящена целая отрасль науки. Разработан ряд стандартов, посвященных методам и средствам диагностирования. На данный момент наибольшее развитие получили методы вибродиагностики и методы, основанные на анализе фазных токов и напряжений электрических машин. В последние годы появился интерес к использованию в качестве информативного диагностического параметра полей рассеяния, существующих вблизи электрической машины и являющихся частью общего магнитного потока.
Для повышения достоверности оценки технического состояния диагностируемого объекта требуется измерять совокупность этих параметров, причем делать это одновременно, используя многоканальные и многофункциональные измерительные приборы, управляемые компьютером или микроконтроллером. Упростить конструкцию таких приборов и снизить, тем самым, их стоимость позволяет использование однотипных датчиков, способных преобразовывать в электрический сигнал большинство из перечисленных выше величин. Наиболее подходящими для этого являются индуктивные датчики, с помощью которых можно измерять практически любую механическую величину, а также большинство электромагнитных величин. При всех своих достоинствах датчики этого типа обладают одним серьезным недостатком, а именно, их быстродействие для решения задач функциональной диагностики недостаточно высоко. Требования к быстродействию датчиков еще более ужесточаются, если в качестве объекта диагностирования выступают электрические машины, питающиеся или генерирующие напряжения частотой 400 Гц. Все это делает актуальным разработку способов преобразования параметров индуктивных датчиков, обеспечивающих им необходимое быстродействие для решения задач функциональной диагностики.
Цель работы и задачи исследования. Цель работы состоит в разработке и исследовании быстродействующих измерительных преобразователей индуктивного типа и создании на их основе автоматизированных средств функциональной диагностики электрических машин.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
- разработка и исследование прямых способов преобразования
параметров индуктивных датчиков, основанных на возбуждении в цепях
датчика переходных процессов и измерении их длительности;
разработка способа оценки оптимальных параметров индуктивного датчика, обеспечивающих его максимальную чувствительность при заданном быстродействии;
разработка автоматизированных средств диагностики электрических машин и оценка их метрологических характеристик;
исследование влияния наиболее распространенных дефектов ротора асинхронных электродвигателей на измеряемые диагностические параметры.
Научная новизна.
1. Разработана совокупность способов преобразования параметров
индуктивных датчиков на основе LC-, LD- и LT-контуроъ и методами
схемотехнического анализа произведены оценки их основных метрологических
характеристик.
2. Разработана математическая модель измерительного преобразователя
индуктивного типа с LC-колебательным контуром и на ее основе произведена
оценка быстродействия и чувствительности датчика.
Методами математического моделирования и схемотехнического анализа исследовано влияние параметров датчика на его чувствительность и на основе двумерной сплайн-интерполяции определен диапазон значений параметров, обеспечивающих максимальную чувствительность датчика.
На основе математической модели асинхронного электродвигателя показано, что дефект типа дисбаланса ротора наиболее сильно влияет на поле рассеяния и значительно меньше на статорный ток, а дефект типа обрыва стержней короткозамкнутого ротора, напротив, в наибольшей степени влияет на ток статора и практически не вызывает изменений поля рассеяния.
Практическая ценность работы.
Разработаны измерительные преобразователи индуктивного типа с повышенным быстродействием, которые могут быть использованы для измерения различных механических, электрических и магнитных величин.
Разработан микропроцессорный измерительный прибор, который наряду с задачами функциональной диагностики может решать задачи контроля быстропротекающих технологических процессов.
3. Разработано программное обеспечение диагностического комплекса в
среде Lab View, которое может служить основой при разработке управляющих
программ аналогичных микропроцессорных измерительных приборов.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Совокупность способов преобразования параметров индуктивных датчиков, основанных на возбуждении кратковременными импульсами тока переходных процессов и преобразовании их длительности в выходной сигнал,
что позволило существенно повысить быстродействие датчиков по сравнению с аналогами.
Математическая модель измерительного преобразователя индуктивного типа на основе LC-контура, позволяющая определить быстродействие и чувствительность датчика.
Способ оценки оптимальных параметров измерительного преобразователя индуктивного типа, обеспечивающих максимальную чувствительность датчика при заданном быстродействии.
4. Дефект типа дисбаланса ротора наиболее сильно влияет на поле
рассеяния и значительно меньше на статорный ток, а дефект типа обрыва
стержней короткозамкнутого ротора в наибольшей степени влияет на ток
статора и практически не вызывает изменений поля рассеяния.
Методы исследований. В ходе выполнения работы использовались методы, основанные на теории электромагнитного поля, теории электрических цепей, интегральных преобразований Фурье, а также численные методы решения дифференциальных уравнений, методы цифровой обработки сигналов, методы схемотехнического моделирования. При разработке программного обеспечения измерительного комплекса использовалась среда графического программирования Lab View и язык программирования Си. Обработка результатов измерений осуществлялась в пакете SciLab.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на школе-семинаре «Актуальные проблемы физической и функциональной электроники» (г.Ульяновск, 2005-2007 годы); международной НТК КЛИН-2006 «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке, технике и экономике» (г.Ульяновск, 2006 г.); Всероссийской НТК «Современные инновационные технологии и оборудование» (Москва -Тула 2006 г.); 7-ой Международной конференция Labview Nationals Instruments в Российском Университете Дружбы Народов (г.Москва, 2008 г.); Межрегиональной НТК "Актуальные проблемы естественных и технических наук" (г.Уфа, 2009 г.).
Прибор для диагностики электрических машин представлялся на выставке научно-технического творчества молодежи «Молодежный инновационный форум» (г.Ульяновск, 2009 г.), IX Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (г.Москва, ВВЦ, 2009 г.), 9-ом Московском международном салоне инноваций и инвестиций (г.Москва, ВВЦ, 2009 г.), где был отмечен медалью и двумя дипломами 1-й степени.
Реализация и внедрение результатов работы.
Результаты диссертационной работы использованы в ОАО «Искра-СХ» (Ульяновская обл.) для контроля и оценки технического состояния тестомеса Г7-ТЗМ-63 в цехе выпечки хлебобулочных изделий.
Работа осуществлялась при поддержке гранта в рамках целевой программы У.М.Н.И.К.
Личный вклад автора. Все основные результаты диссертационной работы получены автором лично. Внедрение результатов в практику проведено при непосредственном участии автора.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 1 статья в издании из перечня ВАК и 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 125 наименований и 5 приложений. Общий объем диссертации составляет 131 страницу, включая 7 таблиц и 52 рисунка.
Микропроцессорные средства функциональной диагностики электрических машин
В зависимости от особенностей взаимодействия средств диагностики и объекта различают тестовую и функциональную диагностику. Методы тестовой диагностики основаны на формировании искусственных возмущений (тестовых воздействий) в объекте диагностирования. По степени искажения возмущений судят о наличие того или иного дефекта. При этом объект находится, как правило, в нерабочем состоянии. Тестовые методы широко используются на этапах изготовления и контроля оборудования.
При функциональной диагностике объект всегда находится в рабочем состоянии, а поиск дефектов осуществляется на основе измерения и анализа так называемых диагностических параметров, в качестве которых могут выступать вибрации корпуса объекта или вращающегося вала, потребляемые или генерируемые токи, электромагнитные поля рассеяния, создаваемые протекающими по обмоткам статора и ротора токами, температура в критических к перегреву областях объекта и др.
В процессе длительной эксплуатации электрических машин происходит физический износ узлов и деталей, то есть возникают различного рода дефекты, которые можно разделить на два основных типа: электрические и механические. К электрическим относят такие дефекты, как межвитковые и межфазные замыкания витков обмоток статора, обрыв стержней короткозамкнутого ротора, ослабление контактных соединений, недопустимое снижения сопротивления изоляции вследствие ее старения или чрезмерного увлажнения, нарушения межлистовой изоляции магнитопроводов. К механическим относят такие дефекты, как разрушение подшипникового узла, деформация вала ротора, дисбаланс ротора и другие. Неисправности и повреждения электрических машин, вызывающие отказ, невозможно обнаружить путем внешнего осмотра, так как большинство из них носят скрытый характер [26, 36].
Каждый из измеряемых параметров может быть связан с одним или несколькими диагностируемыми элементами (узлами) объекта. В качестве примера в таблице 1.1 приведены данные так называемой диагностической матрицы, связывающей диагностируемые узлы с диагностическими параметрами [70]. Объектом диагностирования в данном случае является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Наличие связи отмечено цифрой 1 на пересечении соответствующих строк и столбцов. Из таблицы видно, что информативность различных параметров разная. Так вибрации и акустический шум двигателя связаны с техническим состоянием сразу нескольких узлов, что позволяет отнести эти параметры к обобщенным, а биения выступающего конца вала характеризуют техническое состояние лишь самого вала двигателя и, тем самым, могут считаться локальным параметром.
Наличие в диагностической матрице обобщенных параметров позволяет сделать вывод о том, что между главными функциональными узлами электрической машины, а именно, обмотками и сердечником статора, воздушным зазором, ротором, подшипниковыми узлами существуют не только тесные электромагнитные и механические связи, но имеется взаимозависимость между техническими состояниями этих узлов. Это означает, что при возникновении физического повреждения (непосредственной неисправности) в каком-либо одном узле, в других диагностически связанных узлах появляются условные неисправности. Они проявляются как результат изменения вибрационных, акустических и электромагнитных процессов функционирования связанных узлов.
Например, при повреждении подшипников или центровки валов электродвигателя и приводимого им механизма момент сопротивления, воздействующий на вал двигателя, периодически изменяется с частотой, пропорциональной частоте вращения вала. Периодическое изменение момента сопротивления вызывает появление в токе статора электродвигателя гармонических составляющих с частотами, пропорциональными частоте вращения вала. Выделение этих составляющих и контроль их уровня позволяет обнаружить дефекты в механической части электрической машины.
Если в объекте имеется несколько различных дефектов, вызывающих похожие изменения диагностических параметров, дать однозначную оценку технического состояния объекта с указанием конкретного дефектного узла, практически очень сложно. Поэтому необходимы комплексные измерения максимально полной совокупности диагностических параметров. При этом измерения большинства из них должны проводиться одновременно, что предполагает полную синхронизацию работы всех измерительных устройств.
В зависимости от принципа работы все известные современные методы неразрушающего контроля, позволяющие определить текущее состояние электрических машин, можно разделить на несколько основных видов: магнитные, вихретоковые, электрические, тепловые, виброакустические и др.
Магнитные методы [8, 23] позволяют выявить поверхностные и подповерхностные дефекты: микротрещины, непровары, поры, надрывы и так далее. В качестве объекта диагностирования выступают заготовки и изделия из ферромагнитных материалов. Достоинствами метода являются высокая производительность, применимость для мониторинга развития дефектов и прогнозирования проведения сроков ремонтных работ, возможность контроля механических свойств материалов в широких пределах и обнаружения малых механических напряжений и деформаций.
Вихретоковые методы [24, 39, 81] позволяют измерить такие параметры, как эксцентриситет вала, наличие микротрещин в металлическом объекте, величину износа трущихся деталей и механизмов, толщину диэлектрических (лакокрасочных) покрытий на металлическом основании. Методы являются бесконтактными, что позволяет получать диагностическую информацию об объекте при больших скоростях его вращения. В то же время для решения ряда задач точность методов недостаточно высока.
Тепловые методы диагностирования электрических машин [12, 29, 31] основаны на анализе параметров тепловых процессов, сопровождающих электромагнитные процессы при нарушении нормальных режимов и старении конструкционных материалов объекта. Метод позволяет определить такие параметры, как температура в пазах статора, стержнях ротора или щеточно-контактного узла. Особый интерес представляют бесконтактные методы теплового контроля, основанные на анализе инфракрасного излучения от различных участков контроля [31, 35]. К недостаткам относятся: сложность контроля состояния подвижных элементов объектов, большая тепловая инерционность объекта диагностирования и недостаточно высокая достоверность результатов.
Измерительный преобразователь индуктивного типа на основе LC - контура со схемой выделения импульсов рассогласования
Изменение значений гармонических составляющих при междувитковом и междуфазном замыкании определенным образом влияет и на форму кривой фазных величин, что подтверждается измерениями осциллограмм фазных токов в обмотке статора асинхронного двигателя [18]. В ходе экспериментов в работе [19] выявлено, что и при эксцентриситете, и при обрыве стержня ротора изменяются значение и порядок высших гармоник, из них наиболее чувствительной к названным неисправностям является третья гармоника в фазных величинах обмотки статора. Анализ сигнала тока двигателя, как средство определения влияния эффектов старения и износа широкого круга машин с приводом от электродвигателя, рассматривался в работах [99, 103].
Метод диагностики двигателя, разработанный Oak Ridge National Laboratories [108], основан на представлении электродвигатедя как некоторого преобразователя. В случае разрушений пластин ротора, в воздушном зазоре между корпусом и ротором появляются периодические магнитные потоки, наводящие гармонические колебания в сигнале тока двигателя. С помощью Фурье-преобразования сигнал тока может быть преобразован в спектр, после чего можно измерить амплитуды всех составляющих вибрации, связанных с нарушениями как электродвигателя, так и приводимого оборудования. Главным достоинством данного метода диагностирования является то, что он позволяет проводить измерения дистанционно.
Характерные признаки, получаемые как в частотной, так и во временной областях, позволяли идентифицировать раннюю стадию деградации оборудования. Если ротор имеет разрушенные пластины, периодические электромагнитные потоки, действующие в воздушном зазоре, приводят к появлению гармонических составляющих в сигнале тока двигателя. Использование анализа сигнала тока двигателя для обнаружения разрушенных пластин ротора традиционно связывается с преобразованием сигнала с помощью БПФ. В работе [109] предложен метод диагностики, основанный на использовании техники вейвлет-анализа, что позволяет отстроиться от сигналов основной частоты и выделить сигналы близких к ней частот. Это обстоятельство особенно важно, если осциллограмма тока снимается с асинхронного двигателя с малым скольжением.
Расчеты, проведенные авторами [9, 10] позволили установить связь между фазным током асинхронного двигателя /; и моментом сопротивления. В предположении, что при малой величине скольжения s связь между вращающимся моментом электродвигателя и скольжением линейна, было получено: где 10т и у/ - амплитуда, и фаза тока намагничивания; Uhn и сох - амплитуда и частота питающего напряжения; R2 - активное сопротивление обмотки ротора; s0 и sa- постоянная составляющая скольжения и амплитуда периодически изменяющейся составляющей скольжения соответственно. Величина ср определяется соотношением индуктивных и активных сопротивлений ротора и статора, а величина /? и у равны соответственно разности и сумме частот питающего напряжения сох и и вращения ротора а 2, то есть /? = сох -а)2 и У = сох + со2.
Для оценки технического состояния электрических машин в процессе работы, кроме выше перечисленных методов, представляет интерес использование в качестве диагностических параметров, временных и спектральных характеристик поля рассеяния, существующего вне корпуса электродвигателя. Это поле, возникающее при работе электрических машин, создается токами, протекающими по обмоткам статора и ротора, и является частью общего магнитного потока (рис. 1.1). Поэтому в нем, как и в фазных токах, должна содержаться информация о техническом состоянии электродвигателя. Это обстоятельство было рассмотрено еще в работе [88], хотя практического применения на тот момент не нашло.
Поле создаваемое при работе электрических машин, условно можно разделить на магнитное поле взаимной индукции и поле рассеяния. Поле взаимной индукции сцеплено с обеими обмотками Фі2, а силовые линии поля рассеяния сцеплены только с одной обмоткой: Фа і - поле рассеяния первичной обмотки, Фа2 - поле рассеяния вторичной обмотки. При конструировании электрических машин стремятся к тому, чтобы большая часть потока была сцеплена с обеими обмотками, расположенными на статоре и роторе, а потоки рассеяния составляли несколько процентов потока взаимной индукции. На практике величина поля рассеяния электрической машины пренебрежительно мала относительно основного магнитного потока и для его измерения требуются высокочувствительные датчики. Однако с ростом мощности электрической машины увеличивается и абсолютное значение индукции поля рассеяния, что упрощает его измерение.
Для определенных задач диагностика по внешнему магнитному полю более предпочтительно, чем фазных токов. Например, при диагностики автомобильных генераторов, большинство из которых имеет на выходе встроенные выпрямительные диоды, измерить индуцируемый в обмотках генератора переменный ток не представляется возможным без его демонтажа. Анализ же пульсаций выпрямленного тока позволяет обнаружить лишь серьезные дефекты типа коротких замыканий в диодах или обрывов обмоток генератора. Спектральный анализ поля рассеяния генератора позволяет получить необходимую информацию для оценки его технического состояния.
Фоновый интерпретатор команд байт-кода
К преимуществам электродинамических вибродатчиков следует отнести большой амплитудный диапазон, низкое выходное сопротивление и возможность передачи сигналов по длинной линии связи. Действие большинства параметрических преобразователей основано на изменении комплексных сопротивлений или проводимостей электрических цепей. Индукционные датчики используются для измерения линейных перемещений и скоростей, в частности параметров вибраций, а также угловых перемещений и частоты вращения. Для -измерения диагностических параметров особый интерес представляют датчики индуктивного типа [45, 46]. По своим функциональным возможностям они не уступают резисторным датчикам и значительно превосходят датчики других типов, например емкостные, пьезоэлектрические, гальваномагнитные и так далее. Важной отличительной особенностью является их универсальность. С помощью индуктивных датчиков можно измерять практически любую механическую величину (перемещение, скорость, ускорение, давление, расход жидкости и газа), а также ряд электрических и магнитных величин таких, как постоянные и переменные магнитные поля, электрические токи, основные характеристики ферромагнетиков. Однако их быстродействия для решения некоторых задач оказывается недостаточно.
Традиционно индуктивные датчики используются для измерения перемещения/положения различных объектов. К достоинствам индуктивных датчиков следует отнести большую выходную мощность сигнала, достаточную во многих случаях для измерения параметров без усилительных устройств, высокую чувствительность, сравнительную простоту конструкций. Недостатками является( трудность регулировки нуля, то есть компенсация выходного напряжения при отсутствии внешнего воздействия. Кроме того, для уменьшения помех они, как правило, нуждаются в тщательной экранировке, что увеличивает их габариты и массу, а также нелинейность, которая устраняется использованием дифференциальной схемы преобразования параметров датчиков.
Среди датчиков, предназначенных для измерений линейного перемещения/положения, имеются датчики, основанные на принципе линейного дифференциального переменного трансформатора (LVDT) [79]. С их помощью можно проводить измерения линейных перемещений посредством перемещения штока в корпусе датчика без механического и электрического контакта (рис.1.3). Передача данных в таких преобразователях обладает высокой помехоустойчивостью при сохранении высоких параметров разрешения и линейности. Существуют различные конструкции датчиков со свободным штоком, а также с возвратной пружиной и направляющими. К достоинствам трансформаторных датчика можно отнести: высокое разрешение, точность, отсутствие гальванической связи между цепями питаниями и выхода, к недостаткам - низкое быстродействие.
Датчики вихретокового типа [114,115] применяются для бесконтактного измерения вибраций, перемещений и частоты вращения электропроводящих объектов, а также для диагностики состояния промышленных турбин, компрессоров, электрических машин. Наиболее часто объектом контроля является осевое смещение и радиальная вибрация вала ротора относительно корпуса. Величина изменений активного и реактивного сопротивлений, кроме расстояний между датчиком и объектом, зависит от многих факторов, главным образом, от частоты питающего датчик напряжения, электропроводности объекта и его толщины, пока последняя не превысит существенно глубину проникновения электромагнитного поля в материал объекта.
Вихретоковые датчики обладают хорошим частотным откликом (реакция на изменение расстояния между торцом пробника и объектом контроля). Частотный диапазон может достигать 0-10 000 Гц. При этом неравномерность амплитудно-частотной характеристики не превышает 0,5 дБ. Диапазон измеряемых перемещений лежит в пределах от 0,3 до 8 мм. Вихретоковый метод, обладает высокой точностью, не имеет нижнего предела по частоте и не требует математической обработки результатов измерения ввиду прямого соответствия выходного сигнала текущему смещению вала относительно корпуса.
Емкостные датчики измеряют расстояние, длину, размеры или положение относительно электропроводных объектов. С помощью функции линеаризации можно также выполнять аналогичные измерения относительно изоляционных объектов [117, 118]. Частотные характеристики такого датчика со встроенным электронным интерфейсом лежат в диапазоне 40 кГц. Емкостные датчики эффективны при работе с электропроводящими объектами, с непроводящими объектами точность ухудшается. Для повышения чувствительности необходимо использовать экранирование. Часто используют мостовую схему включения емкостных датчиков.
Бесконтактные оптические датчики пути работают по принципу триангуляции и предназначены для бесконтактного измерения вибраций: виброперемещений, виброскорости и виброускорения. К достоинствам следует отнести: большой диапазон измерения, большое контрольное расстояние, высокое разрешение и высокое быстродействие. В то же время подобные системы довольно громоздки, поэтому их используют в основном в лабораторных условиях для калибровки акселерометров в низкочастотном диапазоне.
Анализ влияния дефектов ротора электродвигателя на его диагностические параметры
Методика вибродиагностики заключается в сравнении измеренных диагностических параметров испытуемого объекта с параметрами объекта, условно принятого за эталон, на основании чего делается вывод о функциональном состоянии объекта контроля [5]. При этом измеренные диагностические параметры подвергаются серьезной математической обработке, включающей в себя вычисление спектральных характеристик и корреляционных функций, цифровую фильтрацию, статистику и так далее. Реализовать все эти операции без помощи компьютера или, по крайней мере, программируемого микроконтроллера практически невозможно. Широкое внедрение быстродействующей компьютерной техники в промышленность в свое время послужило толчком в развитии вибродиагностики, поскольку это избавило от ручной обработки информации, на которую уходило значительное время.
В зависимости от потребности диагностирования и его периодичности контроля параметров вибрации, может использоваться стационарная или переносная аппаратура. Стационарная аппаратура применяется для непрерывного контроля технического состояния оборудования. Различают контрольно — сигнальную (для контроля предельно-допустимого уровня) и диагностическую аппаратуру (для определения вида и степени развития дефекта, выявления тенденций к изменению диагностических признаков).
Виброизмерительная аппаратура разрабатывается в рамках агрегатного комплекса средств измерения вибрации, удара и шума, входящего в состав Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации, и предназначается для измерения отмеченных ранее параметров: виброперемещения, виброскорости, виброускорения, частоты и фазы вибрации [74]. К этой аппаратуре относятся также устройства для балансировки, спектрального анализа вибрации и для измерения энергетических характеристик процесса, связанных со случайными вибрациями и шумом.
В настоящее время ряд российских и зарубежных фирм разрабатывают и производят оборудование для измерений и обработки виброакустических сигналов, отличающихся между собой техническими характеристиками. Наиболее известными отечественными виброанализаторами являются: «ПР-200А» (НТЦ «Приз» г. Москва), «Топаз», «AU-014» (ООО «Диамех» г. Москва), «СК-2300» (ИТЦ «Оргтехдиагноз» г. Москва), «СД-12» (АО «ВACT г. Санкт-Петербург), «СМ-3001» и «ДСА-2001» (ООО «Интотес» г. Нижний Новгород), «Корсар+», «Диана-С», «Диана-2М» и «Атлант-8» (ООО «Вибро-Центр» г. Пермь), «ВИК» (НТЦ «ВиКонт»).
Перечисленные приборы являются автономными микропроцессорными переносными виброанализаторами, позволяющими измерять, обрабатывать, хранить и визуализировать измеренную виброакустическую информацию. Использование микропроцессоров позволило проводить различные виды анализа вибраций, рассчитывать различные виброакустические характеристики (СКЗ, пик-фактор, фазовые характеристики и т.д.). Широкое распространение получили диагностические системы, включающие переносные коллекторы - анализаторы и совместимые с ними ПК, оснащённые целевым программным обеспечением.
Например, анализатор «Диана-2» (рис. 1.7) - компактный, удобный в использовании прибор позволяет синхронно регистрировать вибросигналы по двум каналам, и по третьему каналу одновременно может проводиться регистрация сигнала с отметчика фазы. При этом максимальное частотное разрешение по спектрам составляет 800 линий. Такого разрешения может оказаться недостаточно при определении ряда дефектов электромагнитной системы электрических машин. «Диана-2» не измеряет спектры огибающих. Это означает, что в значительной степени уменьшается возможность прибора выявлять дефектные подшипники, тем более распознавать конкретные виды неисправностей (например, износ наружного кольца). Частотного диапазона 10 кГц может оказаться недостаточно при диагностировании высокоскоростных машин.
Преимуществом виброанализатора СМ-3001 по сравнению с «Диана-2» является взрывозащитное исполнение по классу 1ЕхіЬИАТ4, и измерение вибрации одновременно по 3-м каналам (по двум каналам синхронно и последовательно с ними по 3-му каналу). Могут измеряться СКЗ, АМП, ГТИК-ГГИК, спектр огибающей в полосах 3, 6 и 12 кГц. К неудобству в эксплуатации можно отнести отсутствие графического дисплея, поэтому нельзя, например, при измерениях отслеживать качество спектральных характеристик, вид которых является одним из критериев правильной установки датчиков.
Восьмиканальный синхронный регистратор-анализатор вибросигналов «Атлант-8» (рис. 1.8) выполнен на базе Notebook и измерительного блока. Применение персонального компьютера позволило существенно улучшить такие характеристики сборщиков как количество подключаемых каналов (разновидность прибора «Атлант-8М» имеет 16 входных каналов с последовательным опросом) и внутренний объем памяти. Но, вместе с тем, появились ограничения на условия эксплуатации. Например, при использовании в запыленных помещениях, от попадания пыли может выйти из строя клавиатура. Частотный диапазон, поставляемых с анализатором вибродатчиков, составляет 5-5000 Гц. Этот диапазон может оказаться недостаточно широким. Например, нижний предел частотного диапазона 5 Гц не позволяет прибору в полном объеме проводить обследование тихоходных машин, когда частоты вращения валов составляют Герцы, и доли Герц (например, в бумажной промышленности). Значение границы верхнего частотного диапазона 5000 Гц также снижает возможности прибора при диагностировании быстроходных машин.
