Спосіб локального контролю зубців статорів електричних машин змінного струму та пристрій для його реалізації

1. Спосіб локального контролю зубців статорів електричних машин змінного струму, що полягає у визначенні стану поверхні зубців шляхом вимірювання електричних та магнітних параметрів і відеоідентифікації в інфрачервоному та видимому діапазоні, який відрізняється тим, що за допомогою вимірювального сканера нагрівальним індуктором примусово нагрівають локальні ділянки зубців з фіксацією їх зображень в інфрачервоному діапазоні, складеним індуктором шляхом перемагнічування вимірюють значення магнітної індукції та втрат у сталі на кожній окремій ділянці зубців, відеокамерою фіксують зображення поверхні зубців у видимому діапазоні для контролю положення сканера, зміщення його з осі і визначення швидкості переміщення по поверхні зубців, отримані дані обробляють на ЕОМ з використанням нейронних мереж та ідентифікують пошкодження. 2. Пристрій для локального контролю зубців статорів електричних машин змінного струму, що містить діагностичний комплекс у складі ЕОМ та вимірювальний сканер, який включає систему його переміщення та складений індуктор, який відрізняється тим, що вимірювальний сканер, до складу якого входять також нагрівальний індуктор і відеокамера, направляє отримані дані на обробку в ЕОМ, з якої, у випадку зміщення сканера з осі зубців і перевищення швидкості переміщення, подається сигнал на світлоіндикатори. UA (21) a200814271 (22) 11.12.2008 (24) 25.01.2011 (46) 25.01.2011, Бюл.№ 2, 2011 р. (72) ПРУС В'ЯЧЕСЛАВ В'ЯЧЕСЛАВОВИЧ, СУТОРМІНА АННА ОЛЕКСАНДРІВНА, СМИРНОВА ОЛЕСЯ ВОЛОДИМИРІВНА (73) КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО (56) UA 62491 A, 15.12.2003 Анемподистов В.П., Белонин В.К., Дегусаров. Ю.А. и др. Выявление местных нагревов сердечников статора // Электротехника. - 1982. - №10. - С. 6263 UA 57934 A, 15.07.2003 UA 84041 C2, 25.12.2007 US 6399949, 04.06.2002 JP 61230053, 14.10.1986 US 20020170162, 21.11.2002 EP 2113780, 26.10.2004 RU 2223587, 10.02.2004 RU 2206951, 20.06.2003 RU 2216841, 20.11.2003 US 4996486, 26.02.1991 JP 2004117238, 15.04.2004 JP 2241340, 26.09.1990 SU 1080091, 15.03.1984 SU 1023549, 15.06.1983 Ростик Г.В., Павлов Е.В. О тепловизионном контроле электрических машин и электрооборудова C2 2 (19) 1 3 - неможливість розрізнення основних видів пошкоджень зубців статора, а саме - ослаблення пресування і закорочення окремих листів; - не дозволяє окремо оцінювати стан поверхні зубців, яка є найбільш пошкоджуваною областю статора; - не дозволяє визначати розміри пошкоджених ділянок. Даний спосіб прийнятий в якості аналогу способу. Відомий спосіб локальної діагностики статорів електричних машин шляхом змінного перемагнічування його зубців з вимірюванням значень втрат у сталі і магнітної індукції для визначення місцерозташування і характеру пошкоджень. [Деклараційний патент №62491 А, Україна, МКИ G01R 31/34, G01R 33/14, Н02К 15/00, "Спосіб діагностики зубцевої зони пакетів електротехнічної сталі електричних машин" / Прус В.В., Родькін Д.Й., Войтех О.А., Петров P.M., Опубл. 15.12.2003; Бюл. №12]. Недоліки способу: - низька точність діагностики внаслідок відсутності точного позиціювання і повного прилягання індуктора до зубця через наявність нерівностей поверхні; - недостатня вірогідність розрізнення видів пошкоджень внаслідок низької чутливості до них діагностичних параметрів; - низька інформативність через відсутність можливості теплового контролю поверхні зубців. Даний спосіб прийнятий в якості прототипу способу. Відомий пристрій для діагностики зубців статорів електричних машин, до складу якого входить П-подібний індуктор разом з набором термопар, призначений для здійснення електромагнітного та теплового контролю стану поверхні зубців [Анемподистов В.П., Белонин В.К., Дегусаров Ю.А. и др. Выявление местных нагревов сердечников статора // Электротехника. - 1982. - №10. - С. 62-63]. Відповідно до застосування пристрою, індуктор приставляється до поверхні зубців і реалізує змінне перемагнічування та контроль параметрів створюваного магнітного потоку. Розміщені на досліджуваній ділянці термопари здійснюють контроль температури статора. До недоліків цього пристрою належать: - значні витрати енергії та часу на діагностику; - трудомісткість процесу діагностики; - недостатня міра вірогідності отриманої інформації внаслідок можливості перевищення розмірів пошкоджених ділянок, які є джерелом перегрівів, поперечними розмірами індуктора. Даний пристрій є аналогом пристрою. Відомий пристрій для локальної діагностики статорів електричних машин, що являє собою складений індуктор, який, безперервно переміщуючись уздовж зубців сердечника, дозволяє одночасно наводити та вимірювати магнітний потік як у двох сусідніх зубцях, замикаючи магнітне коло через ярмо сердечника, так і по кожному із зубців окремо, для визначення питомих втрат і виду пошкодження [Деклараційний патент №62491 А, Україна, МКИ G01R 31/34, G01R 33/14, Н02К 15/00, "Спосіб діагностики зубцевої зони пакетів електротехнічної сталі електричних машин" / Прус В.В., 93246 4 Родькін Д.Й., Войтех О.Α., Петров P.M., Опубл. 15.12.2003; Бюл. №12]. Недоліками даного пристрою є: - висока трудомісткість і низька інформативність діагностики внаслідок необхідності візуального контролю за положенням складеного індуктора на досліджуваних зубцях; - низька вірогідність виявлення та розрізнення видів пошкоджень внаслідок виникнення додаткових похибок при зміні величини повітряного зазору між індуктором та поверхнею зубців і при сході індуктора з осі зубця; - відсутність можливості виявлення перегрівів у зубцях сердечника. Указаний винахід прийнятий в якості прототипу пристрою. Метою винаходу є підвищення вірогідності діагностики зубців статорів з виявленням та розрізненням виду пошкоджень та точності визначення розмірів пошкоджених ділянок. Перелік фігур винаходу: Фіг.1. Схема способу діагностики зубців статора за допомогою вимірювального сканера; Фіг.2. Алгоритм процедури опитування вимірювальних каналів сканера у процесі діагностики; Фіг.3. Алгоритм процедури обробки зображення, отриманого у видимому діапазоні; Фіг.4. Блок-схема пристрою для реалізації способу локальної діагностики зубців статорів; Фіг.5. Схема вимірювального сканера. Спосіб локального контролю зубців статорів електричних машин змінного струму, що забезпечує визначення стану поверхні зубців шляхом вимірювання електричних і магнітних параметрів та відеоідентифікації; відрізняється примусовим нагрівом локальної ділянки зубця шляхом її перемагнічування з фіксацією зображень поверхні в інфрачервоному та видимому діапазоні, використанням для їх обробки системи нейронних мереж; контролем положення, зміщення з осі і швидкості переміщення сканера по поверхні зубця. Спосіб дозволяє підвищити вірогідність виявлення та розрізнення видів дефектів зубців статора при визначенні розмірів і місцерозташування пошкоджених ділянок. Сутність способу полягає в тому, що вимірювальний сканер, безперервно переміщуючись вздовж кожного з зубців статора, послідовно здійснює примусовий нагрів локальної ділянки зубця шляхом перемагнічування, фіксацію зображення поверхні зубців у інфрачервоному та видимому діапазоні і вимірювання значень магнітної індукції та втрат у сталі зубців з наступною їх обробкою та ідентифікацією пошкоджень системою нейронних мереж. Результати обробки зображень, отриманих у видимому діапазоні, дозволяють здійснювати контроль положення вимірювального сканера, а у поєднанні з зображеннями, отриманими в інфрачервоному діапазоні, та значеннями втрат у сталі на кожній окремій ділянці поверхні зубців у сукупності дають можливість визначати наявність та вид пошкоджень - ослаблення пресування або замикання окремих листів пакету. Результатом діагностики є виявлення та розрізнення видів пошкоджень статора, визначення 5 розмірів пошкоджених ділянок. Отримані у процесі діагностики дані являються основою для формування рекомендацій щодо проведення ремонтних робіт, що дозволяє підвищити якість ремонту статорів. Схема способу відображена на Фіг.1, що містить наступні позначення: 1 - зубці статора; 2 - нагрівальний індуктор; 3 - відеокамера; 4 - складений індуктор для визначення електричних і магнітних параметрів зубця. Спосіб передбачає здійснення наступної послідовності етапів діагностики (Фіг.2): - вимірювальний сканер виставляється на край зубця; - натискання кнопки початку/кінця вимірювань активізує нагрівальний індуктор і відеокамеру; - відеокамера фіксує зображення у видимому та інфрачервоному діапазонах; - запускається процедура аналізу відеозображення, призначена для фіксації координат переміщення сканера по зубцю з можливістю визначення початку і кінця зубця та контролю положення сканера відносно осі зубця. У випадку зміщення сканера з осі або перевищення межового значення швидкості, яке визначається припустимою частотою опитування інформаційних каналів сканера, операторові подається сигнал через відповідні світлоіндикатори; - по ходу переміщення сканера по зубцю при фіксації камерою його початку активізується складений індуктор для визначення електричних і магнітних параметрів зубця; - по досягненню кінця зубця натискається кнопка ініціалізації початку/кінця вимірювань, у результаті чого вимірювальні канали сканера вимикаються; - вимірювальний сканер виставляється на наступний зубець і послідовність етапів вимірювання повторюється; - після завершення вимірювань по кожному з зубців здійснюється обробка та аналіз результатів вимірювань з метою визначення точного місцерозміщення, розмірів та видів пошкоджених ділянок. При тепловому контролі поверхні зубця використовується нагрівач індукційного типу, що обумовлюється неоднорідністю поверхні об'єкта тестування, а також характером досліджуваних видів пошкоджень. Фізичною основою для його застосування є те, що внаслідок посиленої дії вихрових струмів ділянки зубців з ослабленим пресуванням або з замиканням окремих листів при перемагнічуванні є джерелами локальних перегрівів. Алгоритм процедури обробки зображень, отриманих у видимому діапазоні, для контролю координат переміщення сканера представлений на Фіг.3. Для цього отримані кадри конвертуються у напівтоновий формат, після чого з метою бінаризації визначається коефіцієнт середньої яскравості зображення. Відповідно до співвідношення розмірів зображення поверхні зубця та зображення фону, що його оточує, у кадрі визначається кількість сегментів, на які розбивається отримане зображення. У кожному із сегментів підраховується кіль 93246 6 кість світлих та темних пікселів, яка є визначальним критерієм наявності зубця у кадрі. Поверхні зубця відповідають світлі пікселі зображення, а фону - темні. Підрахунок кількості світлих пікселів здійснюється у двох напрямках - по горизонталі та по вертикалі, що відповідає ширині та довжині зубця. Відповідність кількості світлих пікселів по горизонталі ширині зубця свідчить про наявність у кадрі зубця. Підрахунок пікселів по вертикалі здійснюється лише для першого кадру при тестуванні кожного з зубців з метою визначення довжини захопленої ділянки їх поверхні. При наступних переміщеннях сканера для контролю його координат положення вздовж осі зубця до початкового значення довжини захопленої першим кадром ділянки зубця додається величина переміщення сканера. Для виявлення відхилення сканера від заданої траєкторії визначається його еталонне положення відносно осі зубців і координати зон фону по обидві сторони від кромки зубця. Процедура контролю положення зводиться до перевірки наявності і підрахунку кількості світлих пікселів зубця у кожній з цих областей, що відповідають зонам зміщення сканера вліво і вправо від осі зубця. На етапі обробки результатів вимірювань дані контролю положення індуктора відносно осі зубця дозволяють виявляти параметри, отримані з індукційного датчика, які не є достовірними внаслідок зміщення індуктора з поверхні зубця. При обробці зображень, отриманих у видимому діапазоні, для виявлення пошкоджень поверхні зубця аналізуються дві характеристики зображення - середня яскравість і контрастність. Критерії виявлення і розрізнення пошкоджень сформовані, виходячи з того, що: - пікселі поверхні листів сталі пакету зубців статора світліші і мають найбільше значення яскравості; - міжлистовий простір знаходиться в області локального мінімуму, тобто значення яскравості пікселів у даній області наближається до 0; - у випадку відсутності пошкодження встановлюється еталонна яскравість х1, сумарне значення якої складається з комбінації яскравості поверхні і міжлистових щілин. У випадку ділянки з ослабленим пресуванням переважає кількість темних пікселів, а середнє значення яскравості зменшується. Для ділянки із замкненими листами переважає кількість світлих пікселів, середнє значення яскравості при цьому збільшується. Критерії розрізнення пошкоджень мають форму наступних нерівностей: - на ділянці з ослабленим пресуванням градація яскравості має відповідати умові хво