Научная статья на тему 'Определение диагностических признаков автоматизированного контроля технического состояния стрелочных электродвигателей'

Определение диагностических признаков автоматизированного контроля технического состояния стрелочных электродвигателей Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
69
21
Поделиться
Ключевые слова
ДіАГНОСТИКА / АВТОМАТИЗАЦіЯ КОНТРОЛЮ / ТЕХНіЧНИЙ СТАН / ДИАГНОСТИКА / АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ / ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Маловечко В. В., Гаврилюк В. И., Кизяков В. Я.

На основе анализа результатов проведенных измерений временных зависимостей и спектрального состава тока перевода стрелок с двигателями постоянного тока при исправном их состоянии, а также при различных дефектах, определены особенности формы кривой и спектра тока в зависимости от технического состояния двигателя.On the basis of the analysis of provided measurements results of time dependences and spectral structure of a switch transfer current with direct current machines at their serviceable condition, and also at various defects, the form of a curve and to a spectrum of a current depending on a technical condition of the machines are determined.

Текст научной работы на тему «Определение диагностических признаков автоматизированного контроля технического состояния стрелочных электродвигателей»

УДК 656.25: 621.318.5

В. В. МАЛОВ1ЧКО, В. I. ГАВРИЛЮК, В. Я. К1ЗЯКОВ (ДПТ) ВИЗНАЧЕННЯ Д1АГНОСТИЧНИХ ОЗНАК

ДЛЯ АВТОМАТИЗОВАНОГО КОНТРОЛЮ ТЕХН1ЧНОГО СТАНУ СТР1ЛОЧНИХ ЕЛЕКТРОДВИГУН1В

На 0CH0Bi аналiзу результатiв проведених вимiрювань часових залежностей та спектрального складу струму переводу стршок з двигунами постiйного струму при справному Гх станi, а також при рiзних дефектах, визначено 1х особливостi форми кривоГ та спектру в залежностi ввд технiчного стану двигуна.

На основе анализа результатов проведенных измерений временных зависимостей и спектрального состава тока перевода стрелок с двигателями постоянного тока при исправном их состоянии, а также при различных дефектах, определены особенности формы кривой и спектра тока в зависимости от технического состояния двигателя.

On the basis of the analysis of provided measurements results of time dependences and spectral structure of a switch transfer current with direct current machines at their serviceable condition, and also at various defects, the form of a curve and to a spectrum of a current depending on a technical condition of the machines are determined.

Вступ

В попередшх роботах [1] авторами проведено анатз проблеми, постановку задачi по роз-робщ автоматизовано! системи контролю пара-метрiв стршочних двигушв постшного струму з послщовним збудженням без вилучення !х iз експлуатаци в системах електрично! центрат-зацп стршок та сигнатв та визначено основш параметри, що необхщно контролювати вщпо-вщно до галузевих вимог.

В основу розробки автоматизовано! системи контролю та дiагностування стрiлочних двигунiв положено вщомий метод осцилографування струму через двигун тд час переводу стрiлки [24]. Наявнiсть сучасних мiкропроцесорних та комп'ютерних технологiй дозволяе формашзува-ти цей метод та розробити на його основi системи дiагностування стршочних електричних дви-гунiв з послщовним збудженням без виключення стшок з по!здно! i маневрово! роботи та при пе-ревiрцi в ремонтно-техшчнш дiлянцi (РТД).

Метою роботи е визначення дiагностичних ознак для розробки методики автоматизованого контролю техшчного стану електричних двигу-нiв стршочних приводiв на основi проведення вимiрювань часових залежностей та спектрального складу струму стршочних переводiв з двигунами постшного струму при справному !х сташ, а також при рiзних дефектах.

Методика вимiрювання

Метод вимiрювання струму, що протшае через електропривод пiд час переводу стршки описаний авторами у попереднш статтi [1]. Для визначення дiагностичних ознак було взято

справнi електричш двигуни пiсля перевiрки в РТД СЦБ, а також електричш двигуни з пев-ними дефектами, що були виявлено та щен-тифшовано тд час експлуатаци. Основнi типи дефекпв було взято такi: обрив секцш обмоток якоря, прогорання ламелей, забруднення колектора двигуна, юкршня на щiтках, корот-ке замикання витюв обмотки колектора, «бит-тя шдшипника» якоря електродвигуна. Для визначення загальних рис криво! струму через електродвигун з певним типом дефекту вим> рювання провели з трьома рiзними двигунами, що мали однаковий тип дефекту. Струм вимiрювали при включенш стрiлки на постш-ну напругу тд час переводу як у плюсове так i мшусове положення. Вiдповiдно до методу, що вдосконалюеться авторами, проводили спектральний аналiз зареестрованого сигналу струму. Спектральний аналiз проводили з ви-користанням спецiалiзованих програм, а та-кож безпосередньо розкладуючи сигнал за допомогою швидкого перетворювання Фур'е з використанням програмного пакету Ма^аЬ.

Результати

Часова залежшсть струму стрiлочного переводу iз справним електродвигуном при перево-дi одиночно! стрiлки з маркою хрестовини 1/11 на затзобетонних шпалах з двигуном МСП-0,25 в мшусове положення наведена на рис 1.

При переводi стршки в плюсове положення крива струму мае протилежну поляршсть з роз-бiжнiстю по амплiтудному значенню струму до 10 % для справного двигуна [2].

стршки. Третя дшянка криво! вiдповiдаe пере-хiдним процесам в приводi при зупинщ двигу-на пiсля виключення напруги.

На рис 2. приведет спектральш складовi струму переводу стршки.

Рис. 1. Часова залежшсть струму переводу стршки при справному електродвигуш

При проведенш вимiрювань часово! залеж-ностi струму стрiлочного переводу з двигуном типу МСП-0,25, МСП-0,15, МСП-0,1, в РТД дистанци сигналiзаци та зв'язку необхщно на-вантажувати !х редуктором стрiлочного приводу. Крива струму при перевiрцi в РТД мае деяю вiдмiнностi вiд криво! струму стршочного переводу, а саме мае шший рiвень сигналу, а та-кож на кривш на початку не буде iмпульсу, що вiдповiдае спрацьовуванню реле ППР стршоч-ного блоку (див. рис. 1). Також на кривш струму е пульсаци на частой 50 та 100 Гц, що обу-мовлеш джерелом живлення (випрямлячем) в РТД, в той час як в станцшних системах таю пульсаци можуть бути або ш в залежностi вiд наявностi робочо! батаре! на посту електрично! центратзацп. При новому будiвництвi на постах електрично! центратзаци робочi батаре! акумуляторiв не встановлюються, а живлення ще вiд основного та резервного трьохфазного випрямляча. Часова залежнiсть струму перево ду стршки, що вимiряна на посту центратзаци з живленням вiд робочо! батаре! мае значно ме-ншi пульсацi! змiнного струму промислово! частоти. Пульсацi! в цьому випадку можуть бути внаслiдок того, що для заряду акумулято-рно! батаре! в буферному режимi до не! тд-ключене джерело випрямленого струму.

Криву часово! залежностi струму переводу стршки при аналiзi можна розбити на три дшя-нки [4]. На першш дiлянцi е рiзкий скачок струму, що обумовлений запуском електродви-гуна i приведенням в дiю редуктора. Значення пускового струму визначае екстремум криво! на цш дiлянцi i може перевищувати робочiй струм переводу стрiлки в три, чотири рази. На другш дiлянцi струм електроприводу змшюеть-ся мало i середне значення його вщповщае ро-бочому струму переведення стрiлки. Змiни струму обумовленi мехашчними процесами в стрiлочному переводi в процес переключення

Рис. 2. Спектр сигналу при нормальному перевод!

Стршочний електродвигун з обривом секцп обмоток якоря або прогорання ламе-лей. Часова залежшсть струму стршочного переводу при обривi кшькох провiдникiв в обмотщ колектора електродвигуна при пере-водi одиночно! стрiлки з маркою хрестовини 1/11 на залiзобетонних шпалах з двигуном МСП-0,25 наведено на рис 3.

Рис. 3. Часова залежшсть струму переводу стршки при обривах в обмотщ якоря

Як видно з рисунку в цьому випадку крива споживання струму на другш дшянщ матиме гострi «списи», що вщповщае виникненню пульсацш напруги при переводi стршки. Зале-жно вiд кiлькостi обiрваних секцiй вардавати-меться амплiтуда пiкiв. Причиною виникнення пульсацш струму на другш дшянщ е перери-вання кола протшання струму при обертаннi якоря внаслщок обривiв.

Спектральний склад сигналу на частой 0.. .550 Гц наведено на рис. 4.

I я =

и -(п • Се • Ф)

Я + Я + Я '

(1)

Яу - опiр якоря; Яа - опiр обмотки збудження; Яё - опiр лшшних дротiв; п - частота бертан-ня; Ф - магнiтний потш; и - напруга.

При спектральному аналiзi, пiки амплiтуди також будуть спостершатись на дiапазонi 350.2 000 Гц, але амплiтуда !х буде меншою.

Стрiлочний електродвигун з коротким замиканням в колi колектора. Часова залеж-нiсть струму стрiлочного переводу при короткому замиканш в обмотщ колектора електро-двигуна при переводi одиночно! стрiлки з дви-

гуном МСП.0,25 наведено на рис. 5. В цьому випадку ошр якоря, на вiдмiну вiд несправносп «обрив секцш», зменшуеться i вщповщно до (1) струм споживання двигуна також перюдично буде змiнюватись при обертанш якоря i форма криво! струму на дшянщ 2 е схожою з несправ-нiстю «обрив секцш», але мае бiльшу по ампл> тудному значенню струм (див. рис. 5). У випадку закорочування або обриву багатьох витюв, а також при обривi ламел^ змши опору якоря будуть набагато бшьшими i, вiдповiдно, пiки на кривих будуть мати бiльшу ампл^уду.

Рис. 4. Спектр сигналу струму переводу стршки при обривах в обмотщ якоря

Як видно, спектр при нормальному переводi (див. рис. 2) не перевищуе -75 Дб, за виклю-ченням низьких частот (до 100 Гц), яю з'являються при переводi стрiлки, та стрибка ам-плiтуди на частотi 140.170 Гц, який зумовле-ний присутшстю гармонiк вiд випрямляча. Пiки ж на дiапазонi 0.550 Гц сягають -70.-58 Дб (див. рис. 4). Всплески ампл^уди, пов'язанi з обривом секцш якоря, спостершаються на дiа-пазонi до 2 000 Гц включно, але для виявлення дано! вщмови двигуна достатньо аналiзувати вище приведений дiапазон.

Стрiлочний електродвигун iз забруднен-ням колектора двигуна та ккршням на щ^ тках. В цьому випадку форма криво! споживання струму на другш дшянщ буде аналопчна формi криво! споживання струму при обривi секцiй обмоток якоря, але оскшьки обрив кола струму не вщбуваеться, а змшюеться повний опiр якоря Яу (включно з перехщним опором

«щiтки-колектор»), струм якоря, змшювати-меться у меншш мiрi, вiдповiдно i пiки мають меншу амплiтуду, згiдно з формулою [4; 5]

.СОЮИ,™ юшщип

Рис. 5. Часова залежшсть струму переводу стршки при короткому замиканш в якор1

Спектральний склад сигналу наведено на рис. 6. Як видно з рисунку сплески стуму, в по-рiвняннi з спектром справного двигуна (рис. 2), мають значно бшьшу ампл^уду. Амплггуда пульсацш на частотах 320.410 сягае -35.32Дб, що вказуе на наявшсть дефекту двигуна, а саме коротке замикання в обмотщ якоря. При обривi у обмотщ якоря (див. рис. 4) максималь-ш пульсацп спостерiгаються у смузi частот 410.500 Гц, а при короткому замиканш 320.410 Гц (див. рис. 6).

Рис. 6. Спектр сигналу при короткому замиканш в якор1

Стршочний електродвигун з «биттям пщ-шипника» якоря електродвигуна. При несправному пiдшипнику в двигунi крива спожи-вання струму матиме форму перюдичних «спа-дiв» i «пiдйомiв» i на дiлянцi 2 крива спожи-вання струму мае синусоподiбнi коливання (див. рис. 7). Це викликано тим, що при несправному шдшипнику яюр електродвигуна буде при обертанш перiодично змiщатись вщ-носно ос обертання, i вiдповiдно, буде шдска-кувати щiтка на колектор^ що викликае пер> одичну змiну струму електродвигуна. Пщска-кування щ^ки також можливе при значному короткому замиканш в якорi. В цьому випадку шдскакування щiтки викликане появою сильно! дуги на колекторi. Але по кривш споживання струму щ двi несправностi легко вiдрiзнити, бо у випадку короткого замикання в якор^ струм збiльшуеться в декшька разiв i виникають крiм синусо!дальних перепадiв також пiки.

Рис. 7. Часова залежшсть струму переводу стршки при несправному шдшипнику в електродвигун!

Крива на рис. 7. в^^зняеться вщ кривих шших вiдмов також по методу вимiрювання. В зв'язку з тим, що така вщмова зус^чаеться на практицi дуже рщко, провести вимiрювання було проблематично [6]. Штучно промоделю-вати таку вщмову також досить складно. Дви-гун з такою несправшстю вдалося записати лише один раз. Запис сигналу струму проводили за допомогою модуляци сигналу високочас-тотною складовою, що i видно з рис. 7. Спект-ральний аналiз криво! не проводили, але така несправнiсть легко виявляеться по формi криво! споживання струму.

Висновки

На основi аналiзу результат проведених вимiрювань часових залежностей та спектрального складу струму стршочних переводiв з двигунами постiйного струму при справному !х станi, а також при рiзних вiдмовах визначе-но !х особливостi в залежност вiд технiчного стану двигуна. Електродвигуни, в залежност вiд !х техшчного стану мають особливостi у формi кривих струму та у амплiтудi i частотi пульсацiй, значення яких пов'язаш з видом дефекту двигуна, що можна взяти як дiагнос-тичш ознаки при розробцi методики автома-тизованого контролю !х техшчного стану. Це дозволяе за допомогою аналiзу форми та спектру струму двигуном при переводi стршки виявити дефекти приводу в процес експлуа-таци без виключення стршки з електрично! централiзацi!, а також при перевiрцi в ремонт -но техшчнш дiльницi.

Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. Малов1чко В. В. Автоматизований контроль основних параметр1в стр1лочного електропри-воду / В. В. Малов1чко, В. I. Гаврилюк // В1сник Дншропнтровського нац1онального ушверсите-ту 1мен1 академжа В. Лазаряна. - Вип. 16. - Д.: Вид-во Дшпропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. !м. акад. В. Лазаряна, 2006.

2. Сапожников Вл. В. Станционные системы автоматики и телемеханики: Учеб. Для вузов ж.-д. трансп. / Вл. В. Сапожников, Б. Н. Елкин, И. М. Кокурин и др. - М.: Транспорт, 1997. - 432 с.

3. Ягудин Р. Ш. Надежность устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. - М.: Транспорт, 1989. - 159 с.

4. Перникис Б. Д. Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах СЦБ / Б. Д. Перникис, Р. Ш. Ягудин. - М.: Транспорт, 1984. -224 с.

5. Резников Ю. М. Электроприводы ж.д. а. и т. -М.: Транспорт, 1985.

6. Безрученко В. Н. Электрические машины / 2-е изд., перераб. и доп., В. Н. Безрученко, А. С. Хотян. - К.: Вища шк., 1987. - 215 с.

Надшшла до редколегп 22. 03. 2007.