Спосіб діагностики машин постійного струму

Спосіб діагностики машин постійного струму, що включає безперервний контроль струму якоря й оборотної частоти обертання вала машини постійного струму, виділення перемінної і постійної складової струму якоря, аналого-цифрове перетворення перемінної і постійної складових струму якоря, а також оборотної частоти, спектральний аналіз перемінної складової струму якоря, виділення в спектрі струму якоря гармонік, 3 27492 В основу корисної моделі поставлена задача створення такого способу діагностики машин постійного струму, що дозволив би встановлювати причини погіршення комутації і прогнозувати час настання неприпустимого погіршення комутації. Поставлена задача вирішується тим, що в способі діагностики машин постійного струму, що включає безперервний контроль струму якоря й оборотної частоти вала машини постійного струму, виділення перемінної і постійної складової струму якоря, аналого-цифрове перетворення перемінної і постійної складових струм у якоря, а також оборотної частоти, спектральний аналіз перемінної складової струму якоря, виділення в спектрі струму якоря гармонік, що пульсують з частотами, пропорційними оборотній частоті, числу з убців якоря і числу колекторних пластин, нормалізацію виділених гармонік шляхом розділу амплітуд виділених гармонік на амплітуду н ульової гармоніки і розділу виділених частот на оборотну частоту, додатково виконують логічну ідентифікацію нормалізованих амплітуд виділених гармонік з формуванням векторів логічних кодів якості комутації, нейромережний аналіз векторів логічних кодів якості комутації, формування за результатами нейромережного аналізу статистичних рядів показників якості комутації в часовій області, регресійний аналіз статистичних рядів показників якості комутації в часовій області і прогнозування за результатами регресійного аналізу часу неприпустимого погіршення комутації з установленням причин її погіршення. Логічна ідентифікація нормалізованих амплітуд виділених гармонік дає можливість формування векторів логічних кодів якості комутації. Нейромережний аналіз векторів логічних кодів якості комутації дозволяє встановлювати причини погіршення комутації. Формування за результатами нейромережного аналізу статистичних рядів показників якості комутації в часовій області дозволяє зафіксувати процес погіршення комутації в часі. Регресійний аналіз статистичних рядів показників якості комутації в часовій області дає можливість прогнозувати час неприпустимого погіршення комутації з установленням її причин. У цілому пропонований спосіб дозволяє в порівнянні з прототипом розширити функціональні можливості і за рахунок цього знизити експлуатаційні витрати, які пов'язані з пошуком дефекту і наступним ремонтом не менш ніж на (60...70)% і підвищити надійність машин постійного струму не менш ніж у півтора разу за рахунок своєчасного (за даними прогнозу) проведення ремонтно-профілактичних робіт. Застосування в сукупності операцій логічної ідентифікації нормалізованих амплітуд виділених гармонік з формуванням векторів логічних кодів якості комутації, нейромережного аналізу векторів логічних кодів якості комутації, формування за результатами нейромережного аналізу статистичних рядів показників якості комутації в часовій області, регресійного аналізу статистичних рядів показників якості комутації в часовій області, 4 дозволило забезпечити нові функції – зниження експлуатаційних витрат на (60...70)% і підвищити надійність машин постійного струму в півтора рази. Отже, запропоноване рішення відповідає критерію «винахідницький рівень». Спосіб реалізується наступним чином. Перемінна і постійна складові струму якоря і я машини постійного струму 1 (Фіг.1) безперервно вимірюються і виділяються датчиком струму 2, перетворюються аналого-цифровими перетворювачами 3 і 4 подаються на перший 5 і другий 6 зовнішні порти комп'ютера 7. Оборотна частота обертання вала машини постійного струму 1 вимірюється датчиком оборотної частоти 8, перетворюється аналого-цифровим перетворювачем 9 і подається на третій зовнішній порт 10 комп'ютера 7. Результата діагностування фіксуються на моніторі 11 комп'ютера 7. У комп'ютері 7 отримана інформація обробляється за програмою, укрупнений алгоритм якої приведений на Фіг.2. Після запуску системи діагностики підпрограми 12 і 13 (Фіг.2) забезпечують безперервне зчитування даних про перемінну і постійну складові струму якоря, даних про оборотну частоту з записом їх в оперативну пам'ять комп'ютера. У блоці 14 за спеціальною підпрограмою швидкого перетворення Фур'є або вейвлетперетворення виробляється спектральний аналіз перемінної складової струму якоря. У блоках підпрограм 15, 16 і 17 виділяються в частотному спектрі струму якоря гармоніки, що пульсують з частотами, пропорційними оборотній частоті, числу зубців якоря і числу колекторних пластин. З метою забезпечення можливості застосування способу діагностики для широкого класу машин постійного струму в блоках підпрограм 18, 19 і 20 здійснюється нормалізація видалених гармонік по амплітуді і частоті. Нормалізація амплітуд виділених гармонік виконується за формулою A ni = Ai , A0 (1) де Аі - амплітуди і-х виділених гармонік; А0 - амплітуда гармоніки з нульовою частотою. Нормалізація по частоті виконується за формулою fni= fi , fв р (2) де fi -частота і-х виділених гармонік; fвр - частота обертання вала машини постійного струму (оборотна частота). Причинами погіршення комутації машин постійного струму є: 1) замикання окремих колекторних пластин між собою; 2) виткове замикання якірної обмотки; 3) порушення щітково-колекторного контакту; 4) зміщення щіток з геометричної нейтралі; 5) токові перевантаження. 5 27492 На Фіг.3 та Фіг.4 приведені експериментально отримані нормалізовані спектрограми сигналів струму якоря МПС при різних станах колектора. На спектрограмах цифрою 29 позначені гармоніки, які мають частоту обертання (оборотні), тут основна частота f=рn/60, де р - число пар полюсів машини, n - частота обертання якоря МПС, цифрою 30 позначені гармоніки, що пульсують із зубцевою часто тою; основна частота fz=zn/60, де z - число зубців якоря, цифрою 31 позначені гармоніки, що мають так називану колекторну частоту; обновна частота fk=kn/60, де k - кількість колекторних пластин. Ознаками погіршення комутації (появи іскріння на колекторі є): 1. Різке підвищення амплітуди групи гармонік, пропорційних оборотній частоті. 2. Зміна амплітуд гармонійних складових зубцевих гармоніки. 3. Зміщення колекторної гармонійної складової на більш низьку відносну частоту, обумовленої як k-m, де m - кількість перемкнутих колекторних пластин. У Правилах пристрою електроустановок (ПУЕ) [див. Правила пристрою електроустановок. 6 вид., перероб. і доп. - К.: Либідь, 2002, табл.1.8.7.] регламентується 5 ступенів іскріння: 1 - відсутність іскріння; 1.25 - слабке крапкове іскріння під невеликою частиною щітки; 1.5 - слабке іскріння під великою частиною щітки; 2 - іскріння під усім краєм щітки; 3 - значне іскріння від усім краєм щітки з наявністю великих іскор і іскор, що вилітають. У зв'язку з цим для логічної ідентифікації цих ознак у блоці підпрограми 21 (Фіг.2) інтервали варіювання амплітуд виділених гармонік відповідно до градації ПУЕ розбиваються на 5 підінтервали кожний. Приклад логічної ідентифікації нормалізованих амплітуд виділених гармонік оборотної частоти показаний на блок-схемі підпрограми (фіг.5). Поточне значення нормалізованої амплітуди програмно порівнюється з 5 рівнями граничних значень A11