Функциональная диагностика вентильного двигателя Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Оценочные измерения диэлектрической проницаемости показали, что наибольшую погрешность в измерении вносит антенная система установки. Стремление к .миниатюризации, вызванное малыми размерами образцов, приводит к тему, что образец оказывается в области ближнего поля антенн. В результате чего небольшое смещение образца вдоль оси антенн приводит к изменению напряженности поля у приёмной антенны, что вызывает неоднозначность измерений. Очевидно, чтобы получеть представление о степени искажения результатов измерений эффектом ближнего поля, необходимо исследовать структуру поля антенн в

присутствии диэлектрического листа.

•

СПИСОК .ЛИТЕРАТУРЫ

> *

1. Бравдт A.A. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: ГИФМЛ. 1963.

2. Высокочастотный метод измерения пеэлектричееюкх величин / Викторов В.А. и др. М.: Наука, 1978.

3. Приборы для неразрушахощего контроля материалов и изделий: Справочник. В 2 кн. / Под ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение. 1936.

4 Бреховских JI.M. Волны в слоистых средах. М.: йзд-во АИ СССР, 1957. 5. Арсаев H.H. Влияние близости приемкой и поддающей антенн на измерение диэлектрической проницаемости вещества // Радиотехника н электроника. 1970. N10.

Марчтко Максим ЯЬшдштротч, ' аспирант кафедры «Радиотехника» УлГГУ. Окончил Ульяновский •государственный технический университет.

Трефипов Николай Александрович, кандидат технических наук,

*

профессор, заведующий кафедрой «1 Радиотехника»УлПУ, Имеет статьи и монографии в области техники СВ Ч.

• •

ЭНЕРГЕТИКА

УДК 653.5:681.3

• ' ... ' 4

МЛ. БОРОВИКОВ, В.И. ДОМАНОВ, A.B. ДОМАНОВ

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА ВЕНТОЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рассматривается работа вентильного двигателя (ВЦ) и возможные неисправности. возникающие в процессе его эксплуатации. Анализируется изменение сигналов в системе управления ВД, происходящее при неисправности какого-либо элемента схемы. Приводится алгоритм оперативной диагностики системы, позволяющий определить неисправный элемент.

*1

Рулевой механизм (РМ), в составе которого работает электроусилитель руля (ЭУР), является важным узлом автомобиля. От его технической исправности зависит безопасность эксплуатации и нагрузка на водителя. Все это требует оперативкой диагностики ЭУР.

Наибольшее распространение получили два метода диагностики: тестовый (ТМД) и функциональный (ФМД) [1,2]. Первый метод подразумевает подачу тестовых сигналов на объект диагностирования с внешнего устройства и анализ этим же устройством ответных сигналов с объекта. Метод функциональной диагностики базируется на анализе сигналов объекта, находящегося в рабочем режиме. Для рассматриваемого случая ТМД можно применять на станциях обслуживания и ремонта, а ФМД должен использоваться в процессе эксплуатации ЭУР.

Основным звеном ЭУР является вентильный двигатель. В его состав входят электрическая машина (ЭМ), датчик положения ротора (ДПР), фазный усилитель мощности (ФУМ). Структурная схема ВД приведена на рис.1. На нем обозначены: ДХs, ДХс - фазные датчики положения ротора;

Уз, Ус усилители мощности синусного и косинусного канала; X -

« 1 __•

элементы умножения; Un - напряжение питания ДПР; Uy - напряжение управления ВД.

Все звенья, входящие в ВД, требуют постоянной диагностики работоспособности, так как условия! их работы достаточно тяжелы (вибрации, температурные перепады, влажность, большие протекающие токи и т.д.). Непрерывная даагностща необходима для оперативного отключения узла с целью обеспечения безаварийной работы рулевого управления. \

• * 0 f А

V

к

Вестник УлГГУ 2/2001 49

г—-

Рассмотрим возможность фушсциональной диагностики основных узлов и БД в целом. Датчик положения ритора в процессе нормальной работы вырабатывает сигналы управления двигателем Ц5 и11с

и. ^и^ша

и, = Vоо$ а

где а - угол поворота ротора ВД;

IIшх - максимальное значение напряжения на выходе ДПР.

а)

........ . •«.. .....................................-.......................................... .... .... •

.................................................................!•.•!•

.■•••а«.. •••• ..................................ее. 1К.ЩМ шкими .....................................

ЦК I • ••...*....(.*.•.«•«....*• •..•«•••■«•••1|«>1..1|.|...0«.>1.*.«М •••••'••ИИ»М.«» »<.»»ММ1- -е. ............' •••.*.. ••.•.<•....■»*•....•...-•.■.........••#«.•.... ""^"а^' .............«. .«I«..».. I ••

:Щк

......... ......«•.. ...

>••••»••••••••• . . • • а . •

.........

.....

»............ ••

::Ц: : : :: .....а..а.«а. .а . . а а • • aae.ee.. ».а. .ава а . ... 4 •е.ее.е..е«е*..аа«.е. . ааааа .........в.-

• авва.аав.в. .....»••..а...•••ава.«

1«.......в......аа......*••....а...«а.«а.

- > ..КМ! •|«.|.|(1.1 • • I . ..»..•I.«» ' I

1*..м.а»ае>....*•<..».«..■•.•• -... ...... |

• ...................................

I. ..... в. - . .... .а. ••.....ва.аа.а.а. . . . . а . . а

»•III • • ....| а ... а а I

■ ае.а ..

|..м.«..еаееа«| а •> ••1•••

е .е е••I

с:;;

• а. а ..е.....е..••*•..е ...

..... !..(»• * . • *аа*..1а..-.««... а....а. .а •*•«м.••*••а..

а.аа.аа.аа. а в•

.а....'........а а. .

. ..................

• ..... . .а

щихии.н

• а.......а...

.......

• а а а . .

• *.а......а. .а

.............

..... --. .......

....... а. I ДД * ....а. .....а.... а • а ■ . . • . ...............М »а а а

................... • Л ■ а.а.. . • > . . а е . а . . . а . . . а а . . а . • . . . м а • . а . * . а . а . . . • .

• а..а.а...а. е.«..*•*••• Д ............................ . а а а . . а . а а ■ ••..ее....а.

. а • а а . . . . . • а . • • • а • а . • а » ШШ « а а . а . а . • . . а а . « а % . . а а » . • .*>...ааа« ...... mim.ii»

. .... • ..ее.•.... . Л •••ae.ea.lee.. •е а•а а•••••••.■••...«•••••> ••••••»•*•••

• аа«»...*а ааае.а.ааа*

г-:

...................

...............

••е.аеа а.

г:::::?:::-::::::;:::::::

» . . ... . . а . .•,... .....а. . . а

!•••••••*••• ..........................

I • . ......... .« . • .••••.......».а а а •..•. .а а а

llllil.li шмим. ....................

I • • • .........

••••••.«••••••••••••••в

• а.ее*, .ее.... ......а.

е • в • • • в . а . . а • • • • а • • I • • . ;::;:

• #•• ........а

............ • • . ■

11И1 111111 |1

• "••к Г» в ..••■•*а|

•ее аЧ ее.....

...«•.............. г

а.а•а.Гв••»а•••.а•■

• •«•■•••и............

• •••' ••»••а

. маеа.ваеа

•.............

г.::!::

в.мме*. .а.

иг

Вв......а. '•1.|1.И1|>111а||

1>...>...<.«...>е«>е**е.«а- «а .....а... М ••••••. .аа.е....*. >.«• ■ -

: ' ::: :::::::::.:.:::::.:: .::;;.:::.::::.:. .

.....•••«.»••• • •• •• ••• •••'» •• а ••• е а ••.«.*.. а а а . е.а а. е."ЯШ

........ а.»»•••»..• . . .. -....«............. . , а а « . . .а -,а а•«*

" :•::.;:.: •.::.:.:::......

• . .. • • а • е • а .в . а в а • ее» •••••<•■ • . • • • • • • а • • е • • а . • е • • е а . • • • • ■ <•

::

......

• •••••• • ■. •• •

•ае.а....'

|

•••■••а . а в а а а а

* 4 ••••». (е. • ••а а а

М .

т

I . • а . а . •

paa.ee.eeE к а....а . . В

Г.: : :::]

'»••••••I

*..•..••••*•»•••■••••.•

...........

• •■«■•••••..••••а ..а..а.

• • • • • а

^Ь.м.ее.а......... ... > |

I" •»••11.4111 ..•• .. ... . '

• а......•.«....*• .....а....

• ••шаамашюииаащ«

.... * ' а а • . . . а • • . . 1

....е........

е...... ••••«»

:::::::::;:::: »«.••«I••••••е

• «•*.«. а а ... а .•.......•••а.

Iим ни ■ I I н

ее.*..•>- »•

• а а » е а..'••.< •

(•«• а•а • - а... а•*■••..•••■*•• а..*. . а • а . .

.....

• • а

• ••

■ * ......

а • ■ е е • .

е-е?'ее'<еа»маа1.ееав*ме1««еаеме Л*»е а » ...аа.•••а.»•а...ае.а. ..

...............................................

................•••■•??•>•......{¡»•((•••.«•МММ*1

.:. :: .. . . ......... ::::

. .. а . \ >...«..« а .. а е . . « . • • . • • а . а « • . « • • . а . « . • а а е • . . ••■••...*• а . а * . а . . • .*•«•• eeeeea.ee .•■а.«...'.а>е.е.. аеае.еее.аеаа - • • а а е. .а а. • ■ ••••••.•••«е.•••»«• . •.е а • ааа

«»...••.•а.аа*а.аа.ае а а ееа.е.ееее • .«•••>• •••аа.а*. • • . •. .. •■в.аааа.ааее. ........ ...........•мани ....... Д

еаааеааа а«..•а е- .е . .•.а е . •> .... .•••••••••а.••• 1

• • «•••••' |1Ни»111|| ми «III |»| | < а а «•.ее-... ••••

а ММ!.......а

• II • ••■..••■■

.............. ■

е ... ее . .*••.]

кг.;:::

■ а.•.ее...а

аа •• аИа а*..< •• •

.•.а.... .......I

. |».|Ц.Ц«.Ч» |

ееа..»«ва.. . а а а • е е . .Г

Те и>||1а|1Ма1.||па.1М

. .а . ./

д ....... .

. . а . а . I

. .................... •*.

. а • . а . а

• аа ••а».а .•- ...»••

• ... •••«..•■а

....... ..

..........аа.е

■а«..'...*, аа

>...«. . .ааааа..

нтаааамиашн

............

аа...аа...аа..аа•

I •

Ьеае.аа ааааа »л »•ни......

и».*...*...

аа ••••.< ••••••

• . • а а а • •

•.•.... а ■ . е е « а • ..... а..а

I а••■•*•.•..••а..а•■..•••а•а

!■•...•...а.. .....ее......е. а..1

В« ... • ...................... . I

р

I •¿•а...... ■ а - ...М • ■ • ' . . |

Ь» а ..»•••... а . а а а . . ••аааааа.ааС каааа**аеаа..ааа«аа*аеее-.*..а

а««а...#.>..а»

• ••••...• а на ......аш >••

.>а..аа..а••«• .•••а.«а.■ .а. е а.а.*•а.•а е• •

..••••а.аааааа

.... ..... ....

..........а..*

аа.е. .....а.е.

....е.а.......

..••«...«.еаа»

. • • • . а ' а . а а.

••■а ..«.ааа.

• •• .......... •

:::*.::::;::::: а «а ..е.ааа.аа е......а* .а

• - v.ea.vaea

• aa.Miaai.iti ее^е»•••••....

г::Е5гЕ-!:--£:

::::;:::::.;:: .............

. • . . Г» . . О - "а..........

а • а а ЩЖ> а • е • а а а а а . . а • « е •

к - аееа.ееа.аеа

»• а.•е е .««ееее.еае.е к ........

1'

I ..... а а .

::

а . ...а.... ......а*.... .а...* ...

ааа ••<аа."ам>">а ("а|а>""|.|">.1 • а . • • • а« а . . •

ш

• aea.e e.«а....ее., - ее

• аа " ••а ааа.• ■ аееаа...

::::.....::::: •

аа.е " и шаам ш • ....................... ......... ... аа .еаа.аеаа » ■

.....................та................. ми.аи" • iiiii.ii <!•• N. а а

а • * а а . а а'.» •«••••*•.. II - ■ •»«»..« ••••.«•аа.. ||И1а«аам1а11> а '.а Ш. ■ •

•..•а..а.*. ..•аа.аааа.еч. •••••а..■••■••

аа.ав.а..а.к.а

«••«•а

. ... ..е.. -а .аааа.а.а ааа аа.«а.а«а..а

._аа •аеваев

•••••••.•.•••а

-.а., '......а

..В. .а.. ......

е...а. .«ее..а. "IM.II.IIMI «•«..аеаеее.ае

■••ее.ааааае.а . ..на.....

1Ш!;!1;п!!1 ..............

Рис. 1. Структурная схема БД

Исчезновение или отклонение хотя бы одного из этих сигналов от ужазажойг закономерности (1)~мож^гиривеспи к аварийной-тжгулшиг

Известно, что

8ш2 а + сов1 «■=1.

(2)

Условие (2) может быть использовано для контроля ДПР. Однако анализ возможных аварийных ситуаций показывает, тао иртенеяие только условия (2) для полной проверки достижения достоверного результата контролировать изменение

недостаточно. Для диагностики необходимо в даишшсе. Основными

сигналов

шшро^хируемыми сигналами в система являются Цу, и«, Не. Работу ЗУР можно разделить на два режима: статический и динамический. 5мл

разраоотан алгоритм диагностики, основанный на логическом

30

Бестеик Ул1Т^г 2/20С1

сопоставлений изменений контролируемых сигналов. Этот алгоритм позволяет определить неисправный элемент в сигнальной части схемы,1 сформировать сигнал на отключение ЭУР и вывести информацию о неисправности. - • - ....

Анализ показывает, что практически невозможно разделить для -ФМД кеисправности ЭМ и ФУМ. На рис.2- приведена схема силовой цепи ЭУР. 8 ней возможны следующие виды неисправностей:

- обрыв обмотки ЭМ; •

- неисправность силового ключа (его короткое замыкание);

- неисправность силового ключа (его обрыв).

Рис. 2. Схема силовой цепи ЭУР

При обрыве обмотки ЭМ резко возрастают пульсации тока в питающей сети и момента-, двигателя-. При этом появляются ивоеервалывремени, когда ^

'л «О, (3)

где Iп - ток питающей цепи.

Показателем возникновения неисправности в данном случае может-

••I

сдружить выполнение условия

'РА>ш-. 1

\1П [ <А[ ка интервалах Аг;|

9

где А[/,Д1,А( ~ минимальные значения напряжения, тока и времени для выполнения условий (4).

В случае неисправности одного из- ключей (обрыв) ситуация для даагаостировашя будет близка к ггоедыдущему случаю. Отличие будет заключаться в том, что частота пульсации будет в 2 раза ниже. Поэтому условия (4) позволяют диагностировать и згу неисправность.

Ззштх УлГТУ 2/2001 . 51

(6)

В случае короткого замыказшя (пробой одного из ключей) возникает

V. ••• - • • • , . - • м 'V « •• ••• • • . • •

условие -, .. ■• '••. • '

iя шх » )

где - максимально допустимый ток, потребляемый ВД.

Одним из возможных способов диагностировав^* ЭМ является контроль протекания тока в обмотках машины. Для этого можно использовать датчики тока на основе элементов Холла, включив их последовательно каждой фазе двигателя. При этом условие нормального функционирования ЭМ оудет записываться следующим образом:

\иэ\>Ш\ р3\>Аи}

, , > ил и, , >

\15\>Ы \ |/с|>Л7

Другие возможные неисправности в силовой цепи (пробой - двух ключей и т.д.) удовлетворяют ранее отмеченным условиям диагаостирования.

Все сигналы, приведенные в выражениях (2-6), поступают4 на микроконтроллер (МК) в соответствии с условиями обеспечения работы ЭУР. Поэтому дополнительных узлов диагностирования не требуется. С помошью специальной профаммы, выполняемой МК, решается задача функциональной диагностики ВД. Алгоритм диагностики приведен на рис.3 и функционирует следующим образом. Сначала происходит считывание описанных -выше необходимых для • диагностики величин. После этого необходимо определить их изменение с момента яредыдущего считывания. Первый блок процесса диагностики - это диагаостика состояния трех датчиков (два включает в себя ДПР и один определяет напряжение управления), она использует мажоритарный критерий определения неисправностей: вероятность выхода из сгроя одного датчика значительно выше, чем двух одновременно. Исходя из того, что вычисленные изменения величин при нормальной работе ЭУР либо существуют на всех трех каналах, либо все равны нулю, был разработан алгоритм определения неисправного датчика. Второй блок процесса диагностики определяет состояние силовой части ЭУР по току потребления, его изменению и изменению напряжения управления согласно условиям (4,5). Третий блок процесса диагностики содержит вторую часть проверки двух датчиков, входящих в состав ДПР согласно выражению (2), я позволяет Определить их неявные неисправности. Все три диагностических блока выполняются последовательно в описанном порядке и г случае обнаружения первой неисправности выдают информацию о зей, и происходит отключение ЭУР. В случае нормального функционирования ЭУР происходит запоминание текущих значений контролируемых параметров и через определенный промежуток времени повторение всей процедуры диагностики.

Взсгааас У лГГУ 2/200а

Разработанные методика и алгоритм диагностики основных узлов и БД в целом позволяют определять его состояние з режиме реального времени и при возникновении неисправности определить ее тип и объект и отключить систему.

Начале

Сч*?тызаки« из, Ус. II/. Спр

ЛС3Цс-Цсо

ЛМ=0

Не^кэтсавен датчик №

Неисправен датчик кэдапа моменте

Наиогграевн датчик

¡ПР>1«ДХ >

Х-'-Цз'ив+ис'ис

Рис. 3. Алгоритм диагйостикк

Веслпос УлГТУ 2/2001

53

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• . г- .

• •

• - * I " ^

1. Основы технической диагностики. В 2 кн. / Под ред. 1ХП Пархоменко. М.: Энергия, 1976. . .

2. Мозгалевский А.В., Калявин В.П., Костанди Г.Г. Дкагнс старо £ акие электронных схем. Л.: Судостроение, 1984.

• -

• 1 « •

Боровиков Михаил Алексеевич, доктор гпехничеасих наук, профессор, заведующий кафедрой «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ] действительный, член Академии электротехнических наук РФ. Окончил Томский политехнический институт. Имеет статьи и монографии по вопросам повышения качества автоматизированных электроприводов разных классов. Автор 30 изобретений.

Дтанов Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электропрлвод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ. Окончил Ульяновский политехнический институт. Имеет статьи и доклады по вопросам повышения качества автоматизированных электроприводов. Автор 7 изобретений.

Дтшов Андрей Викторович, аспирант кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ. Окончил Ульяновский государственный технический университет. Имеет статьи и доклады по исследованию вентильных двигатепеи и оптимальному управлению. '

' I •

• •

УДК 621.311.1.017

»

С М. ПЕСТОВ

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ЭНЕРГОСИСТЕМ

Предложен простой и эффективный алгоритм для машинной реализсщгш

> * | *

расчета технических потерь электроэнергии в распредсепш 6-35 кВ энергосистем с целью ретроспективного анализа по выявлению очагов повышенных потерь, коммерческих потерь к тенденции изменения потерь электроэнергии в различных элементах сети. Алгоритм базируется на расчете нормального установившегося режима электросети методом Ньютона. В основу определения собственно потерь электроэнергии положен метод времени потерь активной и реактивной мощностей. '

Существенный резерв в области энергосбережения — снижение потерь эяеюрсзяергий в сетях энергосистем всех классов напряжения. Стоимость потерь электроэнергии но стране составляет десятки мишшардов рублей и

с ростом электропотр^бдення зга сумы а будет расти. В свою очередь

• * •

С - '•

• • • I ■

• • 9

5* Вестник УлПУ Ш 001

составляющая: стоимости потерь энергии в стоимости передачи электроэнергии имеет большой удельный вес - до 30-40%. То есть уровень потерь энергии - важный показатель эконохмичности работы сети.

В условиях эксплуатации отчетные потери электроэнергии в сетях АО-энерго могут быть представлены как сумма технических и коммерческих потерь. Величина отчетных потерь является показателем рациональности построения и качества эксплуатации сети, в частности постановки учета электроэнергии.

Расчет технических потерь, обусловленных физическими процессами передачи электроэнергии по элементам сети, и их анализ позволяет выявить нерационально спроектшюванные участки и элементы сети, а сопоставление отчетных и технических потерь дает возможность определить значения и структуру коммерческих потерь энергии. На основании такого анализа вырабатываются мероприятия по снижению уровня обеих составляющих электропотерь.

Существуют многочисленные детерминированные и вероятностно-

статистические методы определения электропотерь, ориентированные на

... * *

сети различных классов напряжений.

» • в •

В частности можно сформулировать следующие требования к методике и алгоритму определения потерь энергии в распределительных сетях 6-35 кВ:

- допустимая почетность при определении потерь энергии не должна превышать 5%;

- алгоритм расчета должен обеспечивать определение потерь в отдельных элементах сети;

- получение исходных данных должно быть максимально простым и не требовать специальных сетевых измерений. . .....

С учетом вышеуказанных требований определение электропотерь удобно базировать на расчете потокораспределенид для установившегося нормального режима. Для этой цели использован итерационный алгоритм решения нелинейной системы уравнений узловых напряжений (УУН) «слабым» методом Ньютона.

I. I *

В основу же расчета собственно потерь энергии положен метод

времени потерь активной и реактивной мощностей, базирующийся на

•

раздельном учете потерь от передачи активной и реактивной мощностей [1]. Этот метод, с одной стороны, достаточно прост в машинной, реализации ике требует-.знания сеточного графика нагрузки-

---------— .. Л А т А I — 17<т

ЛЗП 6-35 кВ, а с другой - лишен основных недостатков обычного метода

I « • . * *

времени потерь, поскольку учитывает конфигурацию графиков нагрузки, динамику коэффициентов мощности и возможные несовпадения максимумов активной и реактивной нагрузки по времени. К тому же данный метод рекомендован к применению в разомкнутых сетях, каковыми являются сельские распределительные сети 6-35 кВ.

Вестник УлГТУ 2/2001