Методы идентификации дефектов щеточно-коллекторного узла и магнитной системы электрических машин

• Автор: Ларченко, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 189 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ, ВЫБОР ЦЕЛИ И НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Состояние вопроса 1 о

1.2 Характеристики системы послеремонтных испытаний тяговых электрических машин подвижного состава
1.3 Обзор существующих методов определения качества коммутации тяговых электрических машин
1.4 Направление развития средств и методов технического диагностирования двигателей постоянного тока

Выводы по разделу 1

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСККИХ МАШИН ПРИ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ В РЕЖИМЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ТЕСТА

2.1 Общая характеристика диагностического теста

2.2 Причины появления пульсаций напряжения на щётках и тока якоря
2.3 Математическая модель электрической машины, как объекта диагностики с сосредоточенными параметрами
2.4 Диагностическая модель электрической машины, как объекта с распределёнными параметрами
Выводы по разделу 2
3. ОСОБЕННОСТИ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И МЕТОДОВ ИХ АНАЛИЗА
3.1 Общие характеристики диагностических сигналов при проведении тестовых испытаний электрических машин.
3.2 Фильтрация сигналов
3.3 Результаты экспериментов
3.4 Статистический анализ результатов экспериментов
Выводы по разделу 3

4. МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЕФЕКТОВ
4.1 Спектральный анализ пульсаций напряжения на щётках электрических машин
4.2 Корреляционный анализ диагностических сигналов
4.3 Применение вейвлет - преобразования для анализа напряжения полученного со щеток различной полярности
4.4 Методика определения диагностических коэффициентов
Выводы по разделу 4
5. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ТЕСТА
5.1 Особенности контроля мгновенных значений напряжения на щетках,

тока тягового электродвигателя и скорости его вращения
5.2 Алгоритм получения осциллограмм тока, напряжения на коллекторе и скорости с помощью контрольно-измерительного комплекса
5.3 Ожидаемые технико-экономические результаты использования разработанного программно-измерительного комплекса
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1. Диаграмма ЭДС секций обмотки якоря
Приложение 2. Расчеты реактивной ЭДС
Приложение 3. Осциллограммы тока и напряжения
Приложение 4. Диагностические коэффициенты Kv и К[ при механическом и электромагнитном типе дефекта
Приложение 5. Справочные материалы о внедрении результатов исследований 18

ВВЕДЕНИЕ
Электрические хмашины обеспечивают эффективность электропривода технических устройств, поэтому их надёжность определяет работоспособность устройств в целом. В особенности это актуально для электрических машин транспортных устройств, которые имеют как конструктивные особенности, так и особенности условий функционирования, и поэтому к ним предъявляются повышенные требования надёжности для обеспечения бесперебойного процесса перевозок и безопасности движения. На железнодорожном транспорте таковыми являются генераторы локомотивов, тяговые электродвигатели (ТЭД) электровозов, тепловозов, моторных вагонов и дизель поездов, а также вспомогательные электрические машины подвижного состава, путевых машин и устройств верхнего строения пути.
Однако в реальных условиях требуемая надёжность электрических машин железнодорожного транспорта не обеспечивается. Анализируя неисправности подвижного состава, возникающие в процессе эксплуатации, можно убедиться, что тяговые электродвигатели являются одними из наименее надежных узлов, поэтому на ремонтных заводах и в депо производится их демонтаж и разборка для определения степени износа и выполнения ремонтно-восстановительных работ, а также для выявления причин неисправностей. В результате ремонтно-восстановительных работ электрических машин в некоторых случаях происходит снижение их надёжности. В особенности это относится к магнитной цепи и щёточно-коллекторному узлу тяговых электрических машин постоянного и пульсирующего тока. Так, например, у тяговых электродвигателей грузовых электровозов после ремонта часто встречаются повреждения в виде повышенного износа щёток и коллектора из-за искрения и нарушения нормальной коммутации, а также перебросы электрической дуги по коллектору или круговые огни. Результатом этого являются остановки движения на перегоне, нарушение безопасности движения, повышение количества неплановых ремонтов и соответственно экономических затрат. Вследствие этого существует проблема обеспечения эффективности ремонтно-восстановительных работ электрических машин, заключительным этапом которых, как правило, является испытание и диагностика. При этом необходимые средства диагностирования не всегда используются из-за сложно-

Рисунок 2.4 - Пример осциллограмм пульсаций напряжения на щётках исправного 1 и неисправного 2 тягового электродвигателя НБ-418К6 (зона 2).
2.2. Причины появления пульсаций напряжения на щётках и тока якоря
Основы физических явлений, вызывающих пульсации напряжения на щётках рассмотрены в [67,79, 92, 131, 132]. В особенности подробно (и поэтому заслуживают особого внимания) причины пульсаций объясняются в работе Костенко М.П. и Пиотровского Л.М. [92]. Пульсации вызваны разностью ЭДС параллельных обмоток якоря, и их определение выполняется на основании звезды и многоугольника ЭДС секций (приложение 1).
Однако многоугольники ЭДС параллельных ветвей обмотки якоря, построенные для электрических машин находящихся в эксплуатационных условиях и с выработанным ресурсом, не всегда являются симметричными и поэтому применительно к решаемой задаче, представленные в вышеуказанной литературе причины пульсаций.