CC BY
2УДК 629.3
ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
Рыбчук Д.А., студент, направление подготовки 23.03.03 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: chap970@rambler.ru
Научный руководитель: Пузаков А.В., кандидат технических наук, доцент кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: and-rew78@yandex.ru
Аннотация. Актуальность исследуемой проблемы обусловлена недостаточной информативностью и значительной трудоёмкостью существующих методов диагностирования автомобильных генераторов. Ведущим методом к исследованию данной проблемы является оценка магнитуды внешнего магнитного поля, позволяющая распознать электрические неисправности автомобильного генератора. Материалы статьи могут быть использованы для дальнейшей разработки и внедрения предлагаемого метода диагностирования.
Ключевые слова: автомобильный генератор, внешнее магнитное поле, магнитуда магнитного поля, неисправности генераторов.
STUDY OF EXTERNAL MAGNETIC FIELD OF AUTOMOBILE ALTERNATORS
Rybchuk D.A., student, training direction 23.03.03 Operation of transport and technological machines and complexes, Orenburg State University, Orenburg e-mail: chap970@rambler.ru
Scientific adviser: Puzakov A.V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Automotive Maintenance and Repair, Orenburg State University, Orenburg e-mail: and-rew78@yandex.ru
Abstract. The urgency of the problem under study is due to the lack of information and considerable labori-ousness of the existing methods for diagnosing automotive alternators. The leading method for investigating this problem is to estimate the magnitude of the external magnetic field, which makes it possible to recognize electrical faults in an automobile generator. Materials of the article can be usedfor further development and implementation of the proposed method of diagnosis.
Keywords: automotive generator, external magnetic field, magnetic field magnitude, generator failures
Техническое состояние автомобильных генераторов характеризуется совокупностью значений структурных и диагностических параметров. Неисправность генератора обусловлена выходом хотя бы одного из параметров за допустимые пределы, обеспечивающие его нормальное функционирование.
К диагностическим параметрам электрических машин можно отнести: температуру его элементов; крутящий момент; уровень шума; вибрацию; напряжение; силу тока; внешнее магнитное поле.
Для определения технического состояния стационарных электродвигателей и генераторов были разработаны методы диагностики, основанные на анализе параметров внешнего магнитного поля.
К достоинствам подобных методов можно отнести высокую оперативность и информативность, а недостатком является необходимость оснащения электродвигателей датчиками магнитного поля.
Существует четыре типа датчиков, позволяющих оценить параметры внешнего магнитного поля: детекторы Виганда, использующие изменение магнитной поляризации ферромагнитной проволоки; магниторезистивные детекторы, в которых используется изменение омического сопротивления под действием магнитного излучения; индукционные датчики, работа которых основана на возникновении ЭДС в ферромагнитном сердечнике и датчики Холла.
Для оценки внешнего магнитного поля автомобильного генератора был выбран датчик Холла, как обеспечивающий достаточную точность, подключаемый непосредственно к осциллографу с целью фиксации амплитудных и временных параметров. Эксперимент проводился на специализированном стенде (рисунок 1), позволяющем изменять частоту вращения и нагрузку на генератор.
ШАГ В НАУКУ
2, 2019
Рисунок 1 - схема проведения эксперимента
В ходе эксперимента была выявлена зависимость величины внешнего магнитного поля от расстояния между датчиком и генератором. Установлено, что при увеличении расстояния величина внешнего магнитного поля резко уменьшается и на расстоянии 50 мм сводится к нулю.
Для практического использования метода диагностирования автомобильных генераторов по параметрам внешнего магнитного поля необходимо установить их зависимость от силы тока обмотки возбуждения (ротора) и частоты вращения
М = -1,278+ 1,36
ротора исправного генератора.
Зная регрессионную модель изменения относительной величины магнитного поля (магнитуды) от вышеперечисленных факторов исправного генератора, можно оценить состояние электрических элементов с помощью датчика Холла.
Двухфакторную аддитивную регрессионную модель зависимости относительной величины магнитного поля от частоты вращения ротора генератора и силы тока обмотки возбуждения можно представить:
Ю6 та2 + 3,396-&1/ (1)
По выражению можно определить относительную величину магнитного поля (магнитуду) исправного генератора при любых значениях частоты вращения ротора генератора и силы тока обмотки возбуждения.
Форма внешнего магнитного поля исправного генератора, несмотря на искажение, в общем виде напоминает симметричную синусоиду. Однако форма и амплитуда внешнего магнитного поля зависит от выбора точки измерения на поверхности генератора. Для выбора оптимальной точки были произведены измерения внешнего магнитного поля в семи точках на поверхности генератора.
Полученные результаты показали, что в разных точках величина внешнего магнитного поля может как увеличиваться, так и уменьшаться относительно исправного генератора, причем в одной и той же точке, например в точке В, уменьшение и увеличение магнитного поля может соответствовать разным неисправностям, что говорит о неоднозначности данного параметра, поэтому окончательно для измерения магнитного поля была выбрана точка Е, для которой величина магнитного поля исправного генератора составила 8,4В, и меньшие значения для характерных неисправностей.
В основу алгоритма определения неисправностей генератора по параметрам внешнего магнит-
ного поля положены:
- текущие значения частоты вращения ротора генератора и силы тока в обмотке возбуждения, получаемые с помощью диагностических средств;
- текущее значение магнитуды внешнего магнитного поля, получаемое с помощью датчика Холла (рисунок 2).
Далее сравнивается полученное значение эталонной магнитуды с текущим значением, и определяется техническое состояние генератора - исправен или неисправен. Если текущее значение магниты меньше эталонного, то в генераторе имеются электрические неисправности.
Следовательно, графическое представление магнитного поля можно использовать для выявления электрических неисправностей генератора в лабораторных условиях и непосредственно на автомобиле. Возникновение неисправностей приводит к отклонению внешнего магнитного поля, причём было установлено, что различные неисправности по-разному влияют на его величину и форму. Таким образом, дальнейшее развитие данного метода диагностирования позволит разработать практические рекомендации по его использованию для оценки технического состояния автомобильных генераторов.
Рисунок 2 - Алгоритм поиска неисправности
Литература
1. Рыбчук Д. А. Бесконтактный метод диагностирования автомобильных генераторов / А. В. Пузаков, Д. А. Рыбчук // Проблемы исследования систем и средств автомобильного транспорта. Вып. 2. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. - С. 50-53.
2. Рыбчук Д. А. Изменение внешнего магнитного поля автомобильного генератора в процессе развития неисправности /А. В. Пузаков, Д. А. Рыбчук // Перспективные направления развития автотранспортного комплекса: сборник статей XI Международной научно-практической конференции / МНИЦ ПГАУ -Пенза: РИО ПГАУ, 2017. - С. 44-47.
3. Рыбчук Д. А. Исследование параметров внешнего магнитного поля автомобильного генератора / А. В. Пузаков, Д. А. Рыбчук // Транспортные и транспортно-технологические системы: материалы Международной научно-технической конференции. - Тюмень: ТИУ, 2018. - С. 258-262.
4. Рыбчук Д. А. Результаты исследования внешнего магнитного поля автомобильного генератора / Д. А. Рыбчук // Наземные транспортно-технологические средства: проектирование, производство, эксплуатация: материалы II Всерос. науч.-практ. конф. / [отв. ред. С. П. Озорн ин]; Забайкал. гос. ун-т. - Чита: ЗабГУ, 2018. - С. 242-247.
5. Рыбчук Д. А. Результаты измерения внешнего магнитного магнитного поля автомобильного генератора / А. В. Пузаков, Д. А. Рыбчук // Управление качеством в транспортной и социальной сферах: Сборник научных трудов студентов / под ред. В. И. Рассохи. - Оренбург: ОГУ 2018. - С. 17-21.
6. Рыбчук Д. А. Модель оценки технического состояния генератора по параметрам внешнего магнитного поля: прикладная программа / А. В. Пузаков, О. В. Юсупова, Д. А. Рыбчук; М-во науки и высш. образования Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования «Оренбург. гос. ун-т». - Оренбург: ОГУ, 2019. - 10 с.
