Модели, методы и средства для оценки механического состояния скользящего контакта электрических машин

• Автор: Саблуков, Виталий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.09.01, 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ УСТРОЙСТВ, МЕТОДОВ И ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН В ПРОЦЕССЕ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
1.1. Устройства, методы и программные продукты для исследования механического состояния скользящего контакта
1.2. Исследование механических колебаний щеток электрических машин
1.3. Оценка вибрационных характеристик подшипниковых узлов
1.4. Выводы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
2.1. Модель колебательной системы коллекторно-щеточного узла
2.2 Определение профиля коллектора по колебаниям щетки в колодце щеткодержателя электрической машины
2.3. Модель выделения профиля коллектора из измеренного сигнала
2.4. Моделирование вибрационных характеристик скользящего контакта и подшипниковых узлов во времени
2.5. Оценка состояния скользящего контакта в нестационарных режимах
работы
2.6 Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
РАСШИРЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ
3Л. Принципы проектирования диагностического комплекса и
вспомогательного оборудования для его тестирования
3.2. Бесконтактный профилометр для измерения формы поверхности коллекторов, контактных колец и вибраций щеток
3.3. Микропроцессорный модуль оцифровки сигналов и коммуникации
3.4. Программное обеспечение для управления процессом измерения и обработки данных
3.5. Регулируемый коллекторный электропривод разгонной установки диагностического комплекса
3.6. Электропривод перемещения преобразователя измерительной системы
3.7. Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
4.1. Экспериментальные исследования колебаний щеток
4.2. Экспериментальные исследования профиля коллектора
4.3. Исследование состояния профиля коллектора в нестационарных режимах работы
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Двигатели постоянного тока являются широкорегулируемыми машинами и используются современной промышленностью там, где необходимы большая перегрузочная способность и регулирование частоты вращения. Основной проблемой эксплуатации этого типа машин является проблема обеспечения коммутационной устойчивости.
Существенное влияние на процесс коммутации и на коммутационную устойчивость оказывает механическое состояние скользящего контакта. Однако существующим методам и приборам для оценки этого параметра присущ ряд недостатков, которые значительно искажают действительные данные.
Системы токосъема с контактными кольцами являются одним из важнейших элементов конструкции мощных электрических машин различного назначения, включая турбо- и гидрогенераторы. От надежности работы этих систем во многом зависит эксплуатационная надежность машин в целом. На долю щеточно-контактного аппарата турбогенераторов от 200 до 800 МВт приходится до 20% отказов, а применение бесщеточных систем возбуждения не позволяет снять остроту проблемы, поскольку частота отказов у них не меньше.
Мониторинг и диагностирование текущего состояния узла токосъема электрической машины позволяют проводить ремонт исходя из настоящего состояния объекта контроля, что существенно снижает эксплуатационные расходы и повышает надежность работы.
По проблеме диагностики скользящего контакта и надежности электрических машин выполнено много экспериментальных и теоретических исследований. Большой вклад в изучение данных проблем внесен рядом ведущих специалистов и научных коллективов: В. Д. Авиловым,
Р. Ф. Бекишевым, О. Г. Вегнером, М. Л. Дридзо, В. Н. Забойным, Л. Я. Зиннером, М. Ф. Карасевым, С. И. Качиным, А. А. Козловым,

достоверность результатов диагностики и, что особенно важно, качество долгосрочного прогноза состояния диагностируемого оборудования [3].
Суть метода огибающей состоит в следующем. Силы трения, возбуждающие высокочастотную случайную вибрацию, стационарны только при отсутствии дефектов. В бездефектных узлах трения стационарна и случайная высокочастотная вибрация. Ее мощность постоянна во времени. При появлении дефектов, приводящих даже к частичному "продавливанию" смазки, изменяются периодически во времени силы трения или возникают удары, возбуждающие высокочастотную вибрацию.
При отсутствии дефектов спектр огибающей представляет собой почти горизонтальную волнистую линию (рис. 1.11, а). При появлении дефектов над уровнем линии сплошного фона начинают возвышаться дискретные составляющие, частоты которых однозначно просчитываются по кинематике и оборотам подшипника (рис. 1.11, б). Частотный состав спектра огибающей позволяет идентифицировать наличие дефектов, а превышение соответствующих составляющих над фоном однозначно характеризует глубину каждого дефекта.
а) б)
Рис. 1.11. Спектр огибающей вибрационного сигнала подшипника: а) при отсутствии дефектов; б) при появлении дефектов
Данный метод позволяет выявлять дефекты подшипников на самых ранних стадиях, начиная примерно с первой трети первого этапа