CC BY
19
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
УДК 629.4.06
Д.В. Казарин, D.V.Kazarin, e-mail: post@dynamucs.ru А.Е. Цурпаль, A.E. Tsurpal, e-mail: post@dynamucs.ru М.С. Илюшин, M.S. Ilushin, e-mail: post@dynamucs.ru ООО «НПЦ «Динамика», г. Омск, Рoссия Ltd. «SPC «Dynamics», Omsk, Russia
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАШИННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
ЭЛЕКТРОПОЕЗДА ПОСТОЯННОГО ТОКА ПО ПАРАМЕТРАМ СПЕКТРА ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
DIAGNOSTICS OF DC ELECTRIC TRAIN E-MACHINE CONVERTER BY THREE-PHASE ALTERNATING CURRENT SPECTRUM PARAMETERS
В работе описана технология диагностирования электромашинного преобразователя электропоезда постоянного тока по параметрам спектра трехфазного переменного тока. Приведены примеры спектра трехфазного переменного тока исправного преобразователя и преобразователя, находящегося в предаварийном состоянии.
The work describes the technology of diagnosis of DC electric train e-machine converter by the parameters of three-phase alternating current. The spectrum of three-phase alternating current of serviceable converter and converter locating in pre-emergency condition are presented as an example.
Ключевые слова: электропоезд, электрический ток, трехфазный переменный электрический ток, электромашинный преобразователь, дисбаланс, амплитудный спектр, диагностика
Keywords: electric train, electric current, three-phase alternating current, e-machine converter, disbalancement, magnitude spectrum, diagnostics
Повышение эксплуатационной надежности моторвагонного подвижного состава (МВПС), путем своевременного обнаружения и устранения дефектов на начальной стадии их развития является одной из важнейших задач совершенствования технологии технического обслуживания и ремонта МВПС, сокращения эксплуатационных расходов и сроков нахождения в ремонте и техническом обслуживании [1].
Существующее положение, при котором подвижной состав поддерживается в надлежащем техническом состоянии за счет системы планово-предупредительных обслуживаний и ремонта, предполагает расход большого числа ресурсов на проведение плановых ремонтных работ вне зависимости от фактического технического состояния того или иного агрегата в составе секции МВПС. В то же время скрытый характер зарождения дефектов и развития неисправностей приводит к внеплановым постановкам секций МВПС в ремонт и, как следствие, к дополнительным затратам.
Решением выше обозначенных проблем может служить бортовая система мониторинга технического состояния, оценивающая в реальном времени состояние каждого агрегата и дающая объективную информацию о возможности его дальнейшей эксплуатации. Эффективность такой системы заключается в ее непрерывной работе, то есть постановке диагноза с периодом, во много раз меньшим периода развития неисправности до критического (предельного) состояния [2], что открывает возможность эксплуатации по фактическому техническому состоянию с уходом от ресурсоемкой планово-предупредительной системы ремонта.
Одной из задач на пути внедрения выше упомянутой системы эксплуатации является разработка методики диагностирования технического состояния оборудования вспомогательных цепей МВПС [3].
119
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
Существующие методики функциональной диагностики электрооборудования по параметрам спектра электрического тока предполагают, что в процессе диагностирования оборудование работает в установившемся режиме, а структура электрической цепи не изменяется во времени [4]. Между тем, вспомогательные цепи современных электропоездов постоянного тока представляют собой электрическую цепь со сложной топологией и переменной структурой состоящую из высоковольтной части - цепи постоянного тока с напряжением 3,3 кВ, обеспечивающей пуск, питание и защиту электромашинного преобразователя собственных нужд, а также питание высоковольтных печей отопления и низковольтной части -трехфазной цепи переменного тока с линейным напряжением 220 В и частотой 50 Гц, генерируемого электромашинным преобразователем для питания вспомогательного оборудования электропоезда, зарядки аккумуляторной батареи и питания цепей управления.
Проведенные исследования [5], а также технический анализ порч, неисправностей и непланового ремонта электропоездов [6] показывают, что в системе вспомогательных цепей электропоездов постоянного тока, наиболее подверженным внезапным отказам является электромашинный преобразователь собственных нужд (далее преобразователь).
Как показывает практика эксплуатации преобразователей основными причинами выхода их из строя являются разбандажировка якорей и дефекты подшипников, развитие которых происходит намного быстрее при появлении дисбаланса ротора. Поэтому, для раннего выявления "проблемных" машин, стоит уделять особое внимание появлению в спектре тока оборотной частоты в виде модуляции гармоник основной частоты. Так как генератор преобразователя является четырехполюсной машиной, частота вращения вала преобразователя всегда равна половине основной частоты тока и при наличии дисбаланса ротора в спектре тока должны появится боковые полосы на расстоянии 25 Гц слева и справа от оборотной и ее гармоник. Таким образом, при вращении вала преобразователя со скоростью 1500 об/мин и соответствующей частоте генерируемого тока 50 Гц, надежным диагностическим признаком дисбаланса является наличие в спектре тока составляющих на частотах 25, 75, 125 Гц и т. д.
В качестве примера на рис. 1. приведена спектрограмма фазного тока исправного преобразователя, а на рис. 2 - преобразователя находящегося в предаварийном состоянии. Из рис. 2 видно, что в спектре тока предаварийного преобразователя ярко выражены составляющие с частотой 25 и 75 Гц - это модуляция основной частоты частотой вращения вала преобразователя. Наличие данной составляющей говорит о дисбалансе ротора [2] преобразователя. В результате осмотра преобразователя, выяснилось, что причиной дисбаланса явилась разбандажировка якорной обмотки двигателя преобразователя.
Рис. 1. Спектр фазного тока исправного преобразователя при работе с минимальной нагрузкой
120
Динамика систем, механизмов и машин, № 4, 2014
Таким образом, полученные экспериментальные данные подтверждают возможность непрерывного мониторинга технического состояния преобразователей путем измерения и спектрального анализа тока генератора по описанной методике.
Рис. 2. Спектр фазного тока предаварийного преобразователя при работе с минимальной нагрузкой
Библиографический список
1. Костюков, В. Н. Безопасная ресурсосберегающая эксплуатация МВПС на основе мониторинга в реальном времени / В. Н. Костюков, С.В. Сизов, В.П. Аристов, Ан.В. Костюков // Наука и транспорт. - 2008. - С. 8 - 13.
2. Костюков, В. Н. Основы виброакустической диагностики и мониторинга машин: учеб. пособ. / В. Н. Костюков, А. П. Науменко. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. - 360 с.
3. Костюков, В. Н. Диагностика оборудования электрических цепей электропоездов при отладке и приемосдаточных испытаниях / В. Н. Костюков Ал.В. Костюков, Д.В. Казарин // Контроль. Диагностика. - 2010. - № 1. - С.26-35.
4. Петухов, В.С. Диагностика состояния электродвигателей. Метод спектрального анализа потребляемого тока / В.С. Петухов, В.А. Соколов // Новости ЭлектроТехники. -2005. - № 1 (31). - С. 50-52.
5. Цурпаль, А.Е. Анализ неисправностей вспомогательных машин моторвагонного подвижного состава с целью их диагностирования / А.Е. Цурпаль // Наука, образование, бизнес: материалы Всерос. науч.-практ. конф. ученых, преподавателей, аспирантов, студентов, специалистов пром-сти и связи, посвящ. коллегам в честь 50-летия радиотехн. фак. ОмГТУ. -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. - С. 222-223.
6. Технический анализ порч, неисправностей и непланового ремонта электропоездов за 2008 год. Управление пригородных пассажирских перевозок Департамента пассажирских сообщений ОАО «РЖД». - М., 2009.
121
