CC BY
121
УДК 621.37
«КРИВАЯ ЖИЗНИ» СТАТОРНЫХ ОБМОТОК АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЛИФТОВ
Шпет Наталья Анатольевна,
аспирант кафедры электромеханических комплексов и материалов Энергетического института Томского политехнического университета, Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30. E-mail: [email protected]
Муравлёв Олег Павлович,
д-р техн. наук, профессор кафедры электромеханических комплексов и материалов Энергетического института Томского политехнического университета, Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30. E-mail: [email protected]
Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения эксплуатационной надёжности статорных обмоток двухскорост-ных асинхронных двигателей, устанавливаемых в основной привод лифтов жилых домов, отказы которых влекут за собой длительный простой и являются достаточно дорогостоящими по исправлению.
Цель работы: оценка надежности статорных обмоток асинхронных двигателей для лифтов по результатам информации об отказах, полученных в процессе их эксплуатации, выбор с помощью критериев согласия моделей надежности и построение «кривой жизни».
Методы исследования: Поставленная в работе цель достигалась при помощи вероятностно-статистического метода, предусматривающего сбор и анализ статистической информации и использующего теоремы теории вероятностей и математической статистики, а также пакетов прикладных программ Word, Excel, MathCAD.
Результаты: Исследованы отказы статорных обмоток асинхронных двигателей для лифтов. На их основе сформирован исходный массив данных, состоящий из наработок статорных обмоток асинхронных двигателей для лифтов до отказа и до цензурирования. В качестве моделей эксплуатационной надежности рассмотрены: нормальная, экспоненциальная, логарифмически-нормальная и модель Вейбулла. Разработана программа оценки эксплуатационной надежности в математическом редакторе MathCAD, позволяющая построить эмпирические распределения с последующим расчетом по ним параметров теоретических распределений и показателей надежности. С помощью коэффициента корреляции между эмпирическим и теоретическим распределением осуществлен выбор более объективной модели надежности. Построена «кривая жизни» статорных обмоток асинхронных двигателей для лифтов, которая в дальнейшем может быть использована для разработки наиболее эффективной системы технического обслуживания и ремонта.
Ключевые слова:
Асинхронный двигатель, пассажирский лифт, лебедка, эксплуатационная надежность, отказ, цензурированная выборка, обмотки статора, законы распределения отказов, вероятность безотказной работы.
Высокий уровень надежности лифта на начальном этапе эксплуатации еще не гарантирует его высокой эффективности в процессе всей эксплуатации, так как надежность и долговечность работы обеспечивается не только качеством изготовления и монтажа, но и проведением различных мероприятий для своевременного предупреждения и оперативного устранения возможных отказов и неисправностей, позволяющих повысить уровень надежности элементов лифта на всех этапах его эксплуатации.
Конструкция пассажирского лифта состоит из довольно большого числа элементов, которые должны обеспечить надежную работу при эксплуатации [1-3]. С целью определения узлов, наиболее часто выходящих из строя, был выполнен анализ отказов выборки, состоящей из 446 тихоходных пассажирских лифтов грузоподъемностью до 400 кг, установленных в период с 1986 по 2011 гг. в жилых домах этажностью от 5 до 17 [4]. Исследуемые лифты оборудованы редукторными лебедками, в состав которых входят двухскоростные асинхронные двигатели (АД) с короткозамкнутым ротором. В обмотку статора АД вмонтированы датчики температурной защиты. Большая часть данных получена с помощью устройств управления, которые контролируют состояние лифтов. При возни-
кновении неисправности система автоматически определяет характер отказа, высвечивая на индикаторе код ошибки и записывая его в память.
Исследования показали, что максимальное количество отказов приходится на три узла: кабину лифта с приводом дверей - 39,5 %, двери шахты -22,6 % и лебедку - 15,6 %. Наиболее надежными элементами лебедки являются редуктор - 2 % и канатоведущий шкив - 1 %. Отказы тормозной системы составляют 48 %, коммутирующей аппаратуры - 39 %, отказы АД - 10 %.
Выходы из строя АД влекут за собой длительный простой лифтов и являются достаточно дорогостоящими по исправлению. Причиной затрат времени и средств на восстановительные работы служит не столько сложность двигателей, сколько их масса. Большинство отказов невозможно устранить в машинном помещении, требуется транспортирование на ремонтный участок. Также установлено, что чаще всего отказы лифтовых АД происходят из-за повреждения обмоток статора [5]. Следовательно, обоснование средств и методов повышения их эксплуатационной надёжности является актуальной задачей.
Оценку эксплуатационной надежности (ЭН) асинхронных двигателей для лифтов следует про-
водить вероятностно-статистическим методом, так как он дает точную оценку характеристик надежности [6]. Данный метод использует:
• математическую статистику, предусматривающую сбор и анализ статистической информации;
• теоремы теории вероятностей, что дает возможность обработать статистические данные об отказах и получить адекватные модели надежности. При этом отказы рассматриваются как некоторые отвлеченные случайные события, а многообразные физические состояния элементов сводятся к двум состояниям - исправное и неисправное.
Для реализации указанного метода сформирован массив исходных данных, состоящий из случайных величин tl,t2,...,ta, которые являются независимыми друг от друга [7-9]. В качестве случайной величины используется наработка в соответствии с ГОСТ 27.002-89 [10]. Двигатели для привода лифтов работают в периодическом повторно-кратковременном режиме с частыми пусками и электромагнитным торможением, а во время перерывов подвергаются воздействиям окружающей среды, при этом происходит ухудшение изоляции и пропиточных материалов статорных обмоток. Появившиеся микротрещины увеличивают электропроводность изоляции, приводя к межвитко-вым замыканиям в обмотке. Таким образом, наработка определяется как календарная продолжительность эксплуатации, включающая время полезного функционирования и перерывы.
Информация об отказах статорных обмоток лифтовых АД в нашем случае известна на интервале трех лет (декабрь 2010 - декабрь 2013 гг.), остальное время эксплуатации представляет собой интервалы неопределенности, другими словами, исходные данные являются цензурированными наработками [11]. Кроме того, данное цензурирование многократное, так как наработки обмоток ограничены разным временем начала эксплуатации и отказами по причине выхода из строя других элементов двигателя.
Вышеуказанная выборка разбита на пять групп (табл. 1-5), которые состоят из АД, установленных в различные временные периоды (гг.):
• 1986-1990;
• 1990-1995;
• 1995-2000;
• 2000-2005;
• 2005-2011.
Статистическая информация для каждой из групп двигателей рассматривалась независимо друг от друга.
С целью обработки полученного массива исходных данных разработана программа для оценки ЭН в редакторе МАТНСАБ, алгоритм которой представлен на рис. 1. Основой алгоритма служит расчет параметров моделей надежности, так как без них невозможен анализ цензурированных выборок. Математический пакет МАТНСАБ выбран для создания программы в виду своей наглядности и отсутствия требований сначала писать программу, реализующую те или иные математические
расчеты, а потом запускать ее в исполнение. Вместо этого, с помощью встроенного редактора формул, математические выражения вводятся в виде, максимально приближенном к общему виду в офисных приложениях WINDOWS, одновременно с получением результата. Кроме того, MATHCAD обладает обширной библиотекой встроенных функций, необходимых для статистического и вероятностного анализа [12-14].
Таблица 1. Наработка статорных обмоток АД, установленных в 1986-1990 гг.
Table 1. Operation time of windings of asynchronous motor (AM) installed in 1986-1990
№ лифта Elevator Отказ Failure Наработка, ч Operation time, h № лифта Elevator Отказ Failure Наработка, ч Operation time, h
1 26150 16 1305
2 14131 17 18394
3 22232 18 20997
4 23332 19 14470
5 20151 20 12349
6 25265 21 есть yes 8152
7 есть yes 232 22 12069
8 26220 23 1450
9 24737 24 21467
10 6238 25 13365
11 4298 26 12470
12 18540 27 3609
13 10018 28 16483
14 9232 29 нет 13896
15 22328 30-96 no 26232
Таблица 2. Наработка статорных обмоток АД, установленных в 1990-1995 гг.
Table 2. Operation time of windings of AM installed in 1990-1995
№ лифта Elevator Отказ Failure Наработка, ч Operation time, h № лифта Elevator Отказ Failure Наработка, ч Operation time, h
1 26230 8 есть 16594
2 2232 9 yes 14640
3 есть yes 25232 10 12660
4 1281 11 нет no 16569
5 8337 12 14586
6 8963 13-89 26232
7 12204
Таблица 3. Наработка статорных обмоток АД, установленных в 1995-2000 гг.
Table 3. Operation time of windings of AM installed in 1995-2000
№ лифта Elevator Отказ Failure Наработка, ч Operation time, h № лифта Elevator Отказ Failure Наработка, ч Operation time, h
1 26040 7 есть 13312
2 9523 8 yes 18042
3 есть 20265 9 2722
4 yes 16099 10 нет 9635
5 15523 11 no 13073
6 4193 12-70 26232
Таблица 4. Наработка статорных обмоток АД, установленных
в 2000-2005 гг. Table 4. Operation time of windings of AM installed in 2000-2005
№ лифта Elevator Отказ Failure Наработка, ч Operation time, h № лифта Elevator Отказ Failure Наработка, ч Operation time, h
1 17004 9 2795
2 26230 10 12801
3 10569 11 18907
4 есть 5877 12 нет 3662
5 yes 17995 13 no 20465
6 15228 14 3129
7 1070 15 2870
8 14112 16-83 26232
Таблица 5. Наработка статорных обмоток АД, установленных в 2005-2011 гг.
Table 5. Operation time of windings of AM installed in 2005-2011
№ лифта Elevator Отказ Failure Наработка, ч Operation time, h № лифта Elevator Отказ Failure Наработка, ч Operation time, h
1 26202 23 4094
2 15973 24 17794
3 22424 25-26 21312
4 12299 27 19536
5 4725 28 18888
6 3131 29 18384
7 12212 30-31 17568
8 8233 32 18648
9 16018 33 16608
10 18647 34-35 16584
11 есть 858 36-37 нет 16392
12 yes 836 38-39 no 16248
13 5897 40-44 16104
14 4424 45-46 15768
15 13366 47 15600
16 5303 48-51 15360
17 5604 52 14640
18 374 53-54 13920
19 5531 55 13008
20 2968 56 12984
21 2962 57-58 12912
22 2222 59-108 26232
Программа для оценки ЭН работает следующим образом:
1. Загружается массив исходных данных из текстового файла, который состоит из двух векторов: вектора наработок и вектора индикатора, указывающего либо на наработку до отказа, либо на наработку до цензурирования. Далее вектор наработок ранжируется по принципу возрастания путем перетасовки с применением оператора вотЬ(ш).
2. Находится число нулей в векторе индикатора слева от первой единицы, и в дальнейшем не учитываются цензурированные наработки меньше первой наработки до отказа.
3. Массив с исходными данными разделяется на два: наработки до отказа и наработки до цензурирований.
Рис. 1. Алгоритм оценки эксплуатационной надежности Fig. 1. Algorithm of estimating operating reliability
4. Преобразовываются координаты исследуемой зависимости с целью приведения ее к линейному виду с помощью графического метода [6, 15]. Суть метода состоит в проведении прямой линии среди опытных точек, построенных в координатах, которые соответствующим образом связаны с исследуемой функцией распределения:
y = A + B ■ x;
где А и В - параметры модели надежности; x=f(t), y=J[P) - функции анаморфозы, представленные в табл. 6.
Рассматриваются наиболее распространенные теоретические модели надежности: нормальная, экспоненциальная, логарифмически-нормальная и модель Вейбулла [16].
Таблица 6. Функции анаморфозы Table 6. Anamorphosis function
Модель надежности Reliability model
Экспоненциальная Exponential Вейбулла Weibull Нормальная Normal Логарифмически-нормальная Lognormal
x t, In Uq( Fn) UqF)
y A(t) InA(t,) |t| ln|t|
Примечание: tt - наработка до отказа; Uq(FN) - квантиль стандартного нормального распределения.
Note: t is the failure time; Uq(FN) is the fractal of standard normal distribution.
5. Предварительно оцениваются параметры моделей надежности методом наименьших квадратов, который является одним из наиболее универсальных методов оценки неизвестных параметров зависимостей [17]. Параметры нормальной модели (а,в) и параметры модели Вейбулла /,а) определяются по формулам (1) и (2). При этом параметру / соответствует а, а а соответствует р. По этим же формулам определяются параметры логарифмически-нормальной модели надежности 1л и 1а, только значения переменных предварительно логарифмируются [18]:
а = exp
1
N -1
D x-ß-D y
(N - ko)-D y • x-D y-D;
ß=-
( n - ko)-D y2-ID y
(i)
(2)
• Записывается уравнение разницы опытной и теоретической функций, которое решается командой Minerr по условию ее равенства нулю, что приводит к определению искомых параметров в измененных обозначениях. Фрагмент программы представлен на рис. 2.
• По полученным параметрам определяются: математическое ожидание и коэффициент вариации, а также выражения для расчета ВБР, интенсивности отказов и плотности распределения наработок.
Нормальная модель надежности
Given
0 = Решр — enorm
(tin - |_il)
ст1
V
:= Mio err (|_il ,(т1)
да коррекции:
где k0 - число цензурирующих наработок; N - общее число исследуемых образцов.
Параметр экспоненциальной модели находится по следующей формуле:
/ ^
Х = d X ti,
/ i=1
где d - количество отказавших образцов.
6. Строятся гистограммы эмпирического распределения интенсивности отказов и вероятности безотказной работы P (t) с использованием оператора hist. При этом для нахождения эмпирического распределения вероятности безотказной работы (ВБР) учитываются гистограммы, как отказов, так и цензурирований. Зная функцию ВБР, легко определить остальные показатели надежности. А график интенсивности отказов обладает хорошей наглядностью, по нему можно судить не только о законе распределения, но и о физике деградационного процесса [19].
7. Уточняются параметры моделей надежности с помощью оператора Minerr по условию стремления к нулю разницы опытного и теоретического распределений. Этот оператор выполняет нелинейный подбор параметров заданной функции, которая находится в наилучшем согласии с экспериментальными точками:
• Изображается требуемый вид функции с указанием искомых параметров, и приводятся их предполагаемые значения, определенные в предварительном расчете. Для определения ВБР при нормальной модели надежности используется оператор cnorm, для определения плотности распределения наработок до отказа - оператор dnorm, для расчета ВБР при логнормальной модели надежности - plnorm и плотности распределения наработок - dlnom.
Vi' 40592.085
„2\192A22j
Уточненные:
V г3917б_255 ^
^23625.377 j
Рис. 2. Фрагмент программы
Fig. 2. Program segment
8. После последовательного расчета всех перечисленных моделей надежности производится их сравнительный анализ: строятся графики теоретических распределений в сочетании с гистограммой эмпирического распределения, которые позволяют получить первое представление о согласии теории и эксперимента.
9. Для более объективного выбора закона рассчитывается коэффициент корреляции между эмпирическим и теоретическим распределением [20]:
(3)
rxy = Sxy/y]SxSy ,
где Бх и - вариации; Бху - ковариация.
Чем ближе полученное значение коэффициента корреляции к единице, тем выше степень согласия этих распределений. Формула (3) в предлагаемой программе заменена оператором согг(х,у). Результаты расчета сведены в табл. 7.
Вычисления показали, что коэффициент корреляции максимален для статорных обмоток АД, установленных в лифтах в:
• 1986-1990 гг. - для нормальной модели;
• 1990-2005 гг. - для экспоненциальной модели;
• 2005-2011 гг. - для модели Вейбулла.
На основании принятых моделей надежности в табл. 8 приведена функция интенсивности отказов статорных обмоток лифтовых асинхронных двигателей.
Таблица 7. Коэффициенты корреляции Table 7. Correlation ratio
Период установки (гг.) Installation period Коэффициент корреляции Correlation ratio
Модель Model
Нормальная Normal Экспоненциальная Exponential Логарифмически-нормальная Lognormal Вейбулла Weibull
1986-1990 0,997 0,986 0,986 0,993
1990-1995 0,980 0,996 0,995 0,996
1995-2000 0,959 0,985 0,984 0,980
2000-2005 0,981 0,991 0,987 0,990
2005-2011 0,968 0,987 0,986 0,989
Таблица 8. Функция интенсивности отказов статорных обмоток лифтовых асинхронных двигателей
Table 8. Failure rate function of stator windings of elevator AM
Период установки (гг.) Installation period Модель надежности Reliability model Функция интенсивности отказов Failure rate function
1986-1990 Нормальная Normal 2 „ Г (t - 34835)21 6XP 2 -194002
19400 - Ф f t - 348351 V19400V2)
1990-1995 Экспоненциальная Exponential A(f)=4,7-10-6
1995-2000 A(i)=5,0-10-6
2000-2005 A(i)=4,8-106
2005-2011 Вейбулла Weibull A(i)=0,0007■0,588-i0 588-1
2 x
Примечание: Ф(х) = )exp(-x2)dx - интеграл вероятно-Vn 0
сти (интеграл Лапласа). 2 х
Note: Ф(х) = (exp(-х2) dx is the probability integral (Lapla-
y/n 0
ce integral).
Каждая из исследуемых групп двигателей имеет различное время эксплуатации до начала наблюдений, это дает возможность для их объединения и построения кривой интенсивности отказов на достаточно большом промежутке времени, что отражено на рис. 3.
«Кривая жизни», представленная на рис. 3, наглядно демонстрирует, что время эксплуатации статорных обмоток лифтовых АД имеет три явно выраженных периода: Т1 - приработки, Т2 - нормальной работы и Т3 - износа.
Период приработки характеризуется высокой интенсивностью отказов, которая постепенно падает. Отказы в этот период вызваны скрытыми дефектами, допущенными на стадиях разработки и изготовления. Большинство из них выявляются и устраняются в процессе испытаний. Однако при массовом производстве невозможно проверить каждое изделие, поэтому часть обмоток лифтовых АД оказывается со скрытыми дефектами, которые вызывают отказы в первый период эксплуатации. Высокая ин-
тенсивность отказов обмоток объясняется также особым режимом нагружения, который характеризуется большим количеством циклов работы и массой перевозимого груза при заселении новостройки. В результате происходит нагрев, вызванный протеканием токов перегрузки. Для предотвращения выхода из строя электродвигателя срабатывают датчики температурной защиты, что в данном случае рассматривается как отказ. Отказы первого периода в дальнейшем не влияют на надежность устройства в последующие периоды его использования.
В период нормальной работы АД для лифтов происходят внезапные отказы, которые носят случайный характер. Такие отказы происходят из-за аварий на подающих подстанциях, коротких замыканий в распределительных сетях, коммутационных и грозовых возмущений, неравномерности распределения нагрузки по фазам, обрыва проводников в обмотках статора или кабеля, межвит-кового и межфазного замыкания обмоток, нарушения контактов и разрушения соединений, выполненных пайкой или сваркой. В этом случае имеет место наиболее низкий уровень интенсивности отказов приблизительно постоянной величины.
После периода нормальной работы наступает период износа, имеющий отказы возрастающей интенсивности. Отказы связаны со снижением сопротивления изоляционных материалов обмотки статора вследствие ее старения, разрушения и увлажнения.
Итак, подводя итоги, можно констатировать следующее:
1. Исследованы отказы статорных обмоток асинхронных двигателей для лифтов, имеющих однотипную конструкцию и эксплуатируемых примерно в одинаковых условиях. На их основе сформирован исходный массив данных (наработка статорных обмоток асинхронных двигателей для лифтов до отказа и до цензурирования) для определения модели надежности. В качестве моделей эксплуатационной надежности рассмотрены: нормальная, экспоненциальная, логарифмически-нормальная и модель Вейбулла.
2. Разработана программа оценки эксплуатационной надежности в математическом редакторе MATHCAD, позволяющая построить эмпирические распределения с последующим расчетом по ним параметров теоретических распределений и показателей надежности, а также осуществить выбор моделей надежности с помощью коэффициента корреляции.
3. Путем объединения участков функции интенсивности отказов получена «кривая жизни» статорных обмоток АД для лифтов, не встречающаяся ранее в литературе. Вид данной кривой приводится неоднократно, но количественные значения найдены впервые:
• Явно выраженный период приработки обмоток АД длится около двух лет. Интенсивность отказов в течение первого года умень-
Я-10"
25
20
15
10
т2 Т\
!
ас ( лет) 1
Рис. 3. «Кривая жизни» статорных обмоток АД для лифтов Fig. 3. «Life curve» of stator windings of elevator AM
шается в несколько раз, в течение второго падает более плавно, приближаясь к постоянному значению.
После двух лет эксплуатации обмоток лифтовых двигателей интенсивность отказов снижается незначительно в пределах 2,0-10-вч-1, поэтому на участке длительностью в 18 лет можно считать ее постоянной на уровне 5,0-10-в ч-1 и отнести это время к периоду нормальной работы.
• Период износа наступает после 20 лет эксплуатации двигателей. В течение 3 лет интенсивность отказов увеличивается почти в 5 раз и достигает 23-10-6ч-1.
Полученная «кривая жизни» статорных обмоток АД для лифтов в дальнейшем может быть использована для разработки наиболее эффективной системы технического обслуживания и ремонта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лифты / под общ. ред. Д.П. Волкова. - М.: Изд-во АСВ, 1999. -480 с.
2. Лифт пассажирский. Руководство по эксплуатации 0601.00.00.000 РЭ. - М.: Изд-во ОАО «Щербинский лифто-строительный завод», 2010. - 176 с.
3. Яновски Л. Проектирование механического оборудования лифтов / пер. с англ. под ред. С.Д. Бабичева. - М.: Изд-во АСВ, 2005. - 336 с.
4. Шпет Н.А., Муравлев О.П. Исследование отказов пассажирских лифтов по данным эксплуатации // Известия Томского политехнического университета. - 2013. - Т. 323. - № 4. -С. 123-125.
5. Шпет Н.А. Анализ отказов асинхронных двигателей для лифтов в эксплуатации // Электромеханические преобразователи энергии: Матер. V Юбилейной Междунар. науч.-техн. конф. им. Г.А. Сипайлова. - Томск, 12-14 октября 2011. - Томск: ТПУ, 2011. - С. 25-28.
6. Кузнецов Н.Л. Надежность электрических машин. - М.: Изд. дом МЭИ, 2006. - 432 с.
7. Муравлев О.П., Ведяшкин М.В. Эксплуатационная надежность асинхронных двигателей мостовых кранов // Известия вузов. Электромеханика. - 2011. - № 6. - С. 38-41.
8. ГОСТ 27.503-81. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Методы оценки показателей надежности. Введ. 1982-07-01. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам: Изд-во стандартов, 1982. - 56 с.
9. Ведяшкин М.В., Муравлев О.П. Оценка уровня надежности асинхронных двигателей мостовых кранов на стадии эксплуатации // Электротехника. - 2013. - Т. 323. - № 7. - С. 50-54.
10. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. Введ. 1990-01-07. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам: Изд-во стандартов, 2002. - 24 с.
11. Анализ надежности технических систем по цензурированным выборкам / В.М. Скрипник, А.Е. Назин, Ю.Г. Приходько, Ю.Н. Благовещенский. - М.: Радио и связь, 1988. - 184 с.
12. Ведяшкин М.В. Компьютерная модель эксплуатационной надежности обмоток крановых асинхронных двигателей // Электричество. - 2012. - № 6. - С. 59-61.
13. Крушель Е.Г., Панфилов А.Э. Осваиваем Ма^саё. - Волгоград: ВолгГТУ, 2006. - 179 с.
14. Яньков В.Ю. Попов А.А. Бобырь Г.А. Решение прикладных задач в пакете «МАТКАД». - М.: Спутник+, 2011. - 140 с.
15. Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах / пер. с англ. под ред. В.В. Налимова. - М.: Изд-во Мир, 1969. - 395 с.
16. Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем / пер. с англ. под ред. Е.Г. Коваленко - М.: Изд-во Мир, 1984. - 318 с.
17. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / пер. с нем. под ред. Г. Гроше, В. Циглера. - М.: Наука, 1981. - 720 с.
18. Аронов И.З., Буртасов Е.И. Оценка надежности по результатам сокращенных испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1987. -184 с.
19. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. Пер. с англ. под ред. И.А. Ушакова - М.: Изд-во Мир, 1980. -598 с.
20. Ефремов Л.В. Практика вероятностного анализа надежности техники с применением компьютерных технологий. - СПб.: Наука, 2008. - 216 с.
Поступила 03.03.2014 г.
UDC 621.37
«LIFE CURVE» OF STATOR WINDINGS OF ASYNCHRONOUS MOTORS FOR ELEVATORS
Natalya A. Shpet,
Tomsk Polytechnic University, 30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russia. E-mail: [email protected]
Oleg P. Muravlev,
Dr. Sc., Tomsk Polytechnic University, 30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russia. E-mail: [email protected]
The relevance of the work is justified by the need to improve the operational reliability of stator windings of asynchronous motors, installed in the main drive of elevators in residential buildings. Their failures are expensive to fix and entail long-term downtime. The main aim of the work is to estimate the reliability of stator windings of elevators asynchronous motors and to construct the «life curve». The reliability is to be estimated using the failure information, obtained in the course of their operation. Research methods. The aim of the work had been achieved using probabilistic and statistical method with a help of the following software packages: MS Word, MS Excel, MathCAD. The utilized method is based on theorems of probability theory and mathematical statistics using collection and analysis of statistical data.
Results. The authors have studied the failures ofstator windings of elevators asynchronous motors. The initial data set was constructed based on the research results. The data set consists of failures and censoring time of stator windings of elevators asynchronous motors. The authors considered normal, exponential, log-normal and Weibull model as the operational reliability models. A MathCAD-based program was developed to evaluate operational reliability which allows building experimental distributions and further calculating parameters of theoretical distributions and reliability. The most appropriate reliability model was chosen based on the correlation between empirical and theoretical distributions. As a result the «life curve» of the stator windings of elevators was constructed; it can be further used to develop more effective system of maintenance and repair.
Key words:
Asynchronous motor, passenger elevator, hoist, operating reliability, failure, censored samples, stator windings, failure distribution laws, probability of failure-free operation.
REFERENCES
1. Lifty [Lifts]. Ed. by D.P. Volkov. Moscow, ASV Publ., 1999. 480 p.
2. Lift passazhirskiy [Passenger lift]. Rukovodstvo po ekspluatatsii 0601.00.00.000RE [Operation manual]. Moscow, Shcherbinsky liftostroitelny zavod, 2010. 176 p.
3. Janovsky L. Proektirovanie mekhanicheskogo oborudovaniya lif-tov [Elevator mechanical design]. Tr. engl. Ed. by S.D. Babichev. Moscow, ASV Publ., 2005. 336 p.
4. Shpet N.A., Muravlev O.P. Issledovanie otkazov passazhirskikh liftov po dannym ekspluatatsii [Study of passenger elevator failures according opeartion data]. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2013, vol. 323, no. 4, pp. 123-125.
5. Shpet N.A. Analiz otkazov asinkhronnykh dvigateley dlya liftov v ekspluatatsii [Failure analysis of asynchronous motors for lifts in operation]. Elektromekhanicheskie preobrazovateli energii: ma-
terialy V Yubileynoy Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii imeni GA Sipaylova [Electromechanical energy converters. Proc. of the V G.A. Sipaylov Anniversary International Scientific and Technical Conference]. Tomsk, 12-14 October 2011. Tomsk, Tomsk Polytechnic University Publ. House, 2011. pp. 25-28.
6. Kuznetsov N.L. Nadezhnost elektricheskikh mashin [Reliability of electrical machines]. Moscow, MEI Press, 2006. 432 p.
7. Muravlev O.P., Vedyashkin M.V. Ekspluatatsionnaya nadezhnost asinkhronnykh dvigateley mostovykh kranov [Operational reliability of induction motors of overhead traveling cranes]. Izvesti-ya vuzov. Elektromekhanika - Bulletin of the Universities. Elec-tromechanics, 2011, no. 6, pp. 38-41.
8. GOST 27.503-81. Nadezhnost v tekhnike. Sistema sbora i obrabot-ki informatsii. Metody otsenki pokazateley nadezhnosti. Vveden 1982-07-01 [Reliability engineering. Information collection and
processing. Reliability estimation methods. Introduced 1982-07-01]. Moscow, USSR State Committee the standards, 1982.56 p.
9. Vedyashkin M.V., Muravlev O.P., Otsenka urovnya nadezhnosti asinkhronnykh dvigateley mostovykh kranov na stadii eksplua-tatsii [Assessing the reliability level of induction motors of overhead traveling cranes at the operational stage]. Elek-trotekhnika - Electrotechnics, 2013, vol. 323, no. 7, pp. 50-54.
10. GOST 27.002-89. Nadezhnost v tekhnike. Osnovnye ponyatiya. Terminy i opredeleniy. Vveden 1990-01-07 [State Standard 27.002-89. Reliability engineering. Basic concepts. Terms and definitions. Introduced 1991-01-07]. Moscow, USSR State Committee the standards, 2002. 24 p.
11. Skripnik V.M., Nazin A.E., Prikhodko Yu.G., Blagoveshchenskiy Yu.N. Analis nadezhnosti tekhnicheskikh sistem po tsenzuriro-vannym vyborkam [Reliability analysis of technical systems by censored samples]. Moscow, Radio i svyaz Publ., 1988. 184 p.
12. Vedyashkin M.V. Kompyuternaya model ekspluatatsionnoy na-dezhnosti obmotok kranovykh asinkhronnykh dvigateley [Computer model of operational reliability for crane asynchronous motor windings]. Elektrichestvo - Electricity, 2012, no. 6, pp. 59-61.
13. Krushel E.G., Panfilov A.E. Osvaivaem Mathcad [Studying Mathcad]. Volgograd, Volgograd State Technical University press, 2006. 179 p.
14. Yankov V.Yu., Popov A.A., Bobyr G.A. Reshenieprikladnykh za-dach v pakete Mathcad [Solution of applications in Mathcad]. Moscow, Sputnik+ Publ., 2011. 140 p.
15. Hahn G.J., Shapiro S.S. Statisticheskie modeli v inzhenernykh za-dachah [Statistical models in engineering]. Tr. from Engl. Ed. by V.V. Nalimov. Moscow, Mir Publ., 1969. 395 p.
16. Dhillon B.S., Singh C. Inzhenernye metody obespecheniya nadezhnosti system [Engineering reliability]. Tr. from Engl. Ed. by E.G. Kovalenko. Moscow, Mir Publ., 1984. 318 p.
17. Bronshteyn I.N., Semendyaev K.A. Spravochnik po matematike dlya inzhenerov i uchashchikhsya vtuzov [Mathematical handbook for engineers and students of technical universities]. Tr. from Deut. Ed. by G. Groshe, V. Tsigler. Moscow, Nauka Publ., 1981. 720 p.
18. Aronov I.Z., Burtasov E.I. Otsenka nadezhnosti po rezultatam so-krashchennykh ispytaniy [Reliability estimation by the results of abbreviated tests]. Moscow, Standards Publ., 1987. 184 p.
19. Kapur K.C., Lamberson L.R. Nadezhnost i proektirovanie system [Reliability in engineering design]. Tr. from Engl. Ed. by I.A. Ushakov. Moscow, Mir Publ., 1980. 598 p.
20. Efremov L.V. Praktika veroyatnostnogo analiza nadezhnosti tekhniki s primeneniem kompyuternykh tekhnologiy [Practice of probabilistic reliability analysis of techniques using computer technology]. St. Petersburg, Nauka Publ., 2008. 216 p.
Received: 03 March 2014.
