CC BY
9в
естник АПК
Агроинженерия № 4(16), 2014 ■ ■
41
УДК 62.799
Гривенная Н. В., Бондарева Г. А., Литвин Д. Б.
Grivennaya N. V., Bondareva G. A., Litvin D. B.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИАГНОСТИКИ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
TECHNICAL SUPPORT FOR DIAGNOSIS OF INDUCTION MOTORS DURING OPERATION
Проведен анализ диагностических признаков неполадок асинхронных электродвигателей (шум, вибрации и увеличение температуры внутри кожуха). Обоснована необходимость и разработан проект программно-технического комплекса диагностики состояния электродвигателей с целью предотвращения выхода их из строя.
Ключевые слова: электродвигатель, диагностика состояния, шум, вибрации, температура, программно-технический комплекс.
The analysis of the diagnostic features of induction motors problems (noise, vibration and temperature increase inside the enclosure). The necessity and the draft program-technical complex diagnosis of the condition of electric motors to prevent their failure.
Key words: motor diagnostics of noise, vibration, temperature, software and hardware.
Гривенная Наталья Владимировна -
кандидат технических наук, доцент кафедры информационных технологий и электроники Технологический институт сервиса (филиал) г. Ставрополь Тел.: 8(8652) 39-69-96 E-mail: kafedraite@gmail.ru
Бондарева Галина Алексеевна -
ст. преподаватель кафедры информационных технологий и электроники Технологического института сервиса (филиал) г. Ставрополь Тел.: 8(8652) 39-69-96 E-mail: kafedraite@gmail.ru
Литвин Дмитрий Борисович -
кандидат технических наук, доцент, заведующий
кафедрой математики
Ставропольский
государственный аграрный университет г. Ставрополь Тел.: 8-918-793-14-86 E-mail: litvin-372@yandex.ru
Grivennaya Natalia Vladidmirovna -
Ph.D. in Technical Sciences , Docent of Information Technology and Electronics Technological Service Institute Don State Technical University Russian Federation Stavropol
Tel.: 8(8652) 39-69-96 E-mail: kafedraite@gmail.ru
Bondareva Galina Alekseevna -
Senior lecturer of Information Technology and Electronics Technological Service Institute (branch) Don State Technical University Russian Federation Stavropol
Tel.: 8(8652) 39-69-96 E-mail: kafedraite@gmail.ru
Litvin Dmitry Borisovich -
Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Mathematics Stavropol State Agrarian University, Stavropol.
Tel.: 8-918-793-14-86 E-mail: litvin-372@yandex.ru
Ремонт электрооборудования зачастую связан с необходимостью восстановления пришедших в полную негодность элементов системы в результате механического или термического разрушения, физического износа [1].
Большинство неполадок электродвигателя проявляется при пуске и связано с несоответствием вращающего момента (мощности) или скорости вращения ротора номинальным значениям, указанным на паспортном щитке. В некоторых случаях причиной неполадок является неисправность машины, приводимой во вращение электродвигателем, или значительное отклонение напряжения от номинального [2, 3]. Неполадки, возникающие в процессе работы, обычно вызываются повреждениями сети или электродвигателя.
Неисправность часто приводит также к повышенному нагреванию,значительным вибрациям и увеличенному уровню шума электродвигате-
ля. Для быстрого определения неисправности, вызвавшей неполадки в работе, следует учитывать все отклонения от нормального состояния электродвигателя; особенно большую помощь в этом случае может оказать наблюдение за температурой отдельных частей и шумом электродвигателя. Однако измерение температуры обмоток в условиях эксплуатации, и в особенности уровня шума, связано с большими трудностями [4]. Иногда о повышенной температуре обмотки можно судить по запаху нагретой изоляции. Описание тона шума, характерного для различных неисправностей, не может быть произведено с достаточной определенностью, поэтому для своевременного выявления неисправности необходимы опыт и производственные навыки обслуживающего персонала.
Зачастую задача своевременной диагностики состояния электродвигателя усложняется тем, что оборудование работает автономно, на значительном удалении от службы контро-
42
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
естник ЛПК
Ставрополья
ля или диспетчерского пункта [5]. Неполадки, связанные с выходом за предельные значения электрических параметров, предотвращаются, как правило, использованием устройств защитного отключения различных типов. Однако проявление неисправностей в виде повышенной температуры или изменения тона шума остаются большей частью незамеченными по указанной выше причине [6,7].
Поэтому возникаетнеобходимость разработки и использования программно-технического комплекса с целью своевременной диагностики состояния электродвигателей и предотвращения выхода их из строя [8].
Программно-технический комплекс представляет собой систему сбора данных и диспетчерского контроля, управление которой происходит по командам оператора, поступающим с персонального компьютера ПК (автоматизированного рабочего места оператора АРМ). В такой системе модули контроля неэлектрических параметров электродвигателя используются как устройства сопряжения с объектом автома-
тизации (УСО), собирающие информацию с первичных датчиков и вычисляющие часть параметров. Преобразованные значения передаются в АРМ оператора для дальнейшей обработки.
Программно-технический комплекс предназначен для решения следующих задач:
- контроль парка асинхронных двигателей в режиме реального времени;
- формирование разнообразных отчетов и графиков о загрузке оборудования и эффективности работы производственного персонала;
- выявление причин неисправности оборудования;
- ускорение работы цеховых служб путем автоматического оповещения об аварийных ситуациях на производстве, о необходимости технического обслуживания и т. д.;
- хранение информации в базе данных Microsoft SQL Server или Access.
Структура программно-технического комплекса представлена на рисунке 1.
МоЭули контроля неэлектрических порометроб асинхронных ЭЬигателей Рисунок 1 - Структура программно-технического комплекса
Структурная схема модуля контроля неэлектрических параметров асинхронного двигателя представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Структурная схема модуля
в
естник АПК
Ставрополья
№ 4(16), 2014
Агроинженерия
43
С помощью модулей контроля предполагается фиксировать и передавать на сервер следующие параметры внутри асинхронного двигателя:
- температура воздуха у входа в двигатель;
- частота вращения вентилятора двигателя;
- давление воздуха у входа в двигатель;
- поперечные вибрации;
- скорость вращения двигателя;
- осевое смещение ротора;
- низкочастотные и высокочастотные шумы.
Для сопряжения датчиков давления воздуха, температуры потока воздуха, частоты вращения вентилятора, датчиков поперечных вибраций и осевого смещения, а также блоков измерения шума с микропроцессором модуля необходимо ввести в схему масштабирующие усилители, поскольку такие датчики имеют аналоговый выход и включаются в плечи мостовой схемы. Диапазон изменения сигнала датчика уровня шума довольно широкий, поэтому для согласования динамического диапазона датчика с динамическим диапазоном аналогово-цифрового преобразователя АЦП в схеме необходимо использовать усилитель с регулируемым коэффициентом усиления.
Для управления работой АЦП необходимо ввести в схему контроллер (Р/С-контроллер). Использование Р/С-контроллера целесообразно в силу того, что непосредственная обработка информации и расчеты ведутся мощным процессором сервера, а режимы передачи информации на плату сбора данных сервера или опрос датчиков вполне можно реализовать на Р/С.
Функциональная схема модуля приведена на рисунке 3.
На функциональной схеме модуля контроля состояния асинхронного двигателя приняты следующие сокращения:
Дюв - датчик скорости вращения вентилятора двигателя,
Др - датчик давления воздуха внутри двигателя;
ДГ - датчик температуры внутри двигателя;
Двиб - датчик поперечной вибрации;
Дюд - датчик скорости вращения ротора;
ДОсм - датчик осевого смещения ротора;
ДШ - датчик шума внутри двигателя;
У1-У5 - нормирующие усилители;
УРКУ - усилитель с регулируемым коэффициентом усиления;
Ст - стабилизатор напряжения;
АЦП - аналогово-цифровой преобразователь;
Р/С1, Р/С2 - Р/С-контроллеры.
Сигнал датчика давления воздуха внутри двигателя поступает на вход усилителя У1, сигнал датчика температуры поступает на вход усилителя У2, сигнал датчика поперечной вибрации поступает на вход усилителя У3, сигнал датчика скорости вращения ротора поступает на вход усилителя У4, сигнал датчика осевого смещения ротора поступает на вход усилителя У5, датчик шума внутри двигателя подключен ко входу усилителя с программируемым коэффициентом усиления УРКУ.
Рисунок 3 - Функциональная схема модуля контроля состояния асинхронного двигателя
Сигналы датчиков с выходов усилителей У1, У2, У3, У4 поступают на входы аналогового мультиплексора микросхемы аналого-цифрового преобразователя. Микросхема АЦП типа AD7714 представляет 24-разрядный аналого-цифровой преобразователь. Усилители У1, У2, У3, У4 преобразуют уровни сигналов датчиков к уровню входов микросхемы АЦП. Опорное напряжение определяется опорным напряжением источника, равным 2,56 В. Управление работой АЦП осуществляет контроллер типа PIC1.
Контроллер PIC2 используется для формирования служебной информации о напряжении питания, для чего на вход А0 встроенного в контроллер АЦП подается измеряемое напряжение. Для подсчета импульсов, приходящих от датчика вращения вентилятора двигателя, используется вход С0 контроллера PIC1 - таймер TMR1.
Управление коэффициентом усиления программируемого усилителя УРКУ осуществляется по интерфейсу SPI с помощью контроллера PIC2.
Контроллеры PIC1 и PIC2 взаимодействуют с контроллером системы сбора данных с помощью интерфейса USART, выводы контроллеров С6 - выход «передача» и С7 - вход «прием».
Модуль отправляет сигналы (данные) через беспроводное (Wi-Fi) или проводное соединение на сервер в базу данных. Программное обеспечение обеспечивает прием, обработку данных и вывод информации в наглядном виде на мониторы ПК директора компании, начальника цеха, руководителей производственных служб.
Таким образом, измеряя неэлектрические характеристики работы асинхронного двигателя, можно не только достаточно точно диагностировать неисправности, не выявляемые путем электрических измерений (методом контроля фаз и прочих), но и предотвратить сложные по методике и проведению ремонтные работы механических частей электродвигателя, что, бесспорно, экономически эффективно.
44
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Литература
1. Копылов И. П. Электрические машины : учеб. пособие. М. : Высш. шк., Логос, 2000. 607 с.
2. Гашимов М. А., Гаджиев Г. А. Диагностирование технического состояния электрических машин // Электрические станции. 2000. № 9. С. 41-47.
3. Мусин А. М. Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и способы их защиты. М. : Колос, 1979. 112 с.
4. Лукьянов М. М., Харисов Э. А. Новые принципы виброакустической диагностики изношенного силового электрооборудования // Электрика. 2001. № 2. С. 21-27.
5. Сибикин Ю. Д. Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий. М. : Академия, 2009. 342 с.
6. Еремеев С. Н. Профилактическое обслуживание электродвигателей высокона-груженного технологического оборудования // Электрика. 2001. № 3. С. 48-53.
7. Защита и диагностика агрегатов электродвигателей: Диагностика и ремонт электротехнического оборудования // Главный энергетик. 2004. № 5. С. 65-67.
8. Thomson W. T., Rankin D., Dorell D. G. «Online current monitoring to diagnose airgap eccentricity in large threephase induction motors - Industrial case history verify the predictions» IEEE Transactions on Energy Conversion. December 1999. Vol. 14. № 4. P. 1372-1378.
References
1. Kopylov I. P. Electrical Machines: Textbook. benefits. M. : Higher. wk., Logos, 2000. 607 p.
2. Gashimov M. A, Hajiyev G. A. Diagnosing technical condition of electrical machines // Electric Station. 2000. № 9. P. 41-47.
3. Musin A. M. Emergency modes of induction motors and ways to protect them. M. : Kolos, 1979. 112 p.
4. Lukyanov M. M, Kharisov E. A. New principles of vibroacoustic diagnostics worn power electric // Electrician. 2001. № 2. P. 21-27.
5. Sibikin Y. D. Maintenance, repair of electrical networks and industrial plants. M. : Academy, 2009. 342 p.
6. Eremeyev S. N. Preventive maintenance of electric motors a heavily technological equipment // Electrics. 2001. № 3. P. 48-53.
7. Protection and Diagnostics units motors: Diagnosis and repair of electrical equipment // Chief Power. 2004. № 5. P. 65-67.
8. Thomson W. T., Rankin D., Dorell D. G. «Online current monitoring to diagnose airgap eccentricity in large threephase induction motors - Industrial case history verify the predictions» IEEE Transactions on Energy Conversion. December 1999. Vol. 14. № 4. P. 1372-1378.
