Аналіз розробки пристрою для діагностування дефектів кліток короткозамкнених роторів асинхронних двигунів потужністю до 100 кВт. Аналіз та порівняння ефективності відомих методів та засобів неруйнівного контролю. Створено математичні моделі індуктора.
Аннотация к работе
Як показує зарубіжний досвід, одним з визначальних факторів, що забезпечують високу якість продукції, є організація системи контролю на виробництві. Відомі з літературних джерел засоби НК та ТД КЗ кліток характеризуються або складністю й тривалістю отримання та обробки первинної інформації, що обумовлює можливість їх використання лише в лабораторних умовах, або недостатньою чутливістю і точністю. Найбільш ефективним способом виявлення таких порушень та швидкого відповідного реагування може бути застосування засобів для контролю та діагностування необроблених КЗ роторів безпосередньо після заливання обмотки. 3) Розроблено методику визначення методичних похибок, що виникають при безконтактному електромагнітному контролі та діагностуванні КЗ кліток трансформаторним способом за допомогою локальних датчиків. У цих публікаціях автору належать: в [1] - аналіз методів технічної діагностики КЗ роторів АД, у [2] - розробка конструкції індуктора, моделі для його дослідження, у [3] - розробка алгоритму діагностування дефектів методом розпізнавання образів, у [4] - обробка і аналіз отриманих результатів, у [5] - розробка моделі для дослідження впливу ексцентриситету розташування ротора відносно дугового індуктора на чутливість виявлення дефектів у [6] - розвязання окремих рівнянь ланцюгових схем, у [7] - участь у дослідженні, розробці, виготовленні та випробуваннях пристрою, у [8] - розробка алгоритму і компютерної програми, у [9,10] - ідея і розробка алгоритму діагностування дефектів КЗ клітки на підставі значень еквівалентних опорів стрижнів.Серед засобів, розроблених на основі цього методу, своєю ефективністю виділяються пристрої з індуктором та датчиком локальних типів, які мають П-подібну конструкцію й розташовані лише над контрольованим стрижнем. Застосування мікропроцесорних засобів обробки інформації дасть можливість вирішити наступні питання: при контролюванні роторів - підвищити достовірність контролю на основі створення алгоритмів, які використовуватимуть більш точні критерії розбракування роторів; при діагностуванні роторів - отримувати уточнену картину розподілу дефектів та їх величин на підставі аналізу значень параметрів контрольованих сигналів; визначати найбільш імовірні причини порушень технологічного процесу відливання КЗ кліток на підставі картини розподілу дефектів; здійснювати накопичення даних та їх статистичний аналіз з метою визначення змін (тенденцій зміщення) параметрів технологічного процесу виготовлення КЗ роторів для завчасного реагування. За основу для аналізу було вибрано пристрій трансформаторного типу з П-подібними індуктором і датчиком, оскільки за даними літературних джерел він дозволяє досягати найвищої серед безконтактних методів чутливості при діагностуванні КЗ роторів з закритими пазами. Визначення похибки базування проведено у наступній послідовності: на підставі розрахунку вимірювального розмірного кола КЗ ротор - датчик, який здійснювався методами максимуму-мінімуму та теоретико-ймовірнісним, визначались граничні значення можливих відхилень величини повітряного проміжку між датчиком та ротором; Відносна похибка від впливу опору решти схеми за відсутності дефекту (при цьому на схемі рис.1 додатковий опір Zdk= 0) визначалась наступним чином: де Ic0 - значення струму стрижня за умови, що опір решти елементів КЗ клітки дорівнює нулеві (Ic0 = E01/Zc, E01 - ЕРС, наведена індуктором у контрольованому стрижні); Ic10 - значення струму стрижня з врахуванням опорів решти елементів КЗ обмотки; g1 - стала передачі ланкиЗапропоновано спосіб діагностування дефектів стрижнів КЗ кліток роторів АД з закритими пазами, який базується на насиченні феромагнітних містків над стрижнями і дозволяє суттєво підвищити чутливість та точність виявлення дефектів. На основі індуктора з розімкненим магнітопроводом створено пристрої для діагностування КЗ кліток, в яких для отримання первинної інформації використано: 1) локальний індукційний датчик П-подібного типу, розташований над поверхнею контрольованого стрижня, 2) датчик торцевого типу. Розроблено наближену лінійну і уточнену нелінійну (з врахуванням насичення) математичні моделі запропонованого індуктора, а на їх основі - компютерну програму для проектування пристрою, яка дозволяє досліджувати вплив геометричних розмірів та обмоткових даних індуктора на точність процесу діагностування дефектів. Досліджено залежність точності процесу діагностування дефектів стрижнів КЗ клітки на етапі отримання первинної інформації від впливу основних факторів: похибки базування ротора, методичної похибки, стабільності параметрів мережі живлення приладу, температурної стабільності обмоток збудження й контрольованого ротора. Проаналізовано залежність цієї похибки при локальному діагностуванні від вибору величини повітряного проміжку між ротором, датчиком та індуктором, що дозволяє визначати оптимальне значення останнього за мінімумом похибки базування.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. Найбільш ефективними засобами для НК і ТД КЗ кліток при масовому та серійному виробництві АД за основними критеріями оцінки діагностування (точність, чутливість до дефектів, тривалість діагностування, можливість автоматизації) є електромагнітні пристрої трансформаторного типу.
2. Запропоновано спосіб діагностування дефектів стрижнів КЗ кліток роторів АД з закритими пазами, який базується на насиченні феромагнітних містків над стрижнями і дозволяє суттєво підвищити чутливість та точність виявлення дефектів. Для реалізації даного способу діагностування дефектів розроблено конструкцію індуктора з розімкненим магнітопроводом, виконаним на базі осердя статора АД.
3. На основі індуктора з розімкненим магнітопроводом створено пристрої для діагностування КЗ кліток, в яких для отримання первинної інформації використано: 1) локальний індукційний датчик П-подібного типу, розташований над поверхнею контрольованого стрижня, 2) датчик торцевого типу. Результати експериментальних досліджень показали, що торцевий датчик дозволяє в поєднанні з розробленим індуктором добитись вищої у 2-3 рази чутливості діагностування необроблених та оброблених роторів з закритими пазами.
4. Розроблено наближену лінійну і уточнену нелінійну (з врахуванням насичення) математичні моделі запропонованого індуктора, а на їх основі - компютерну програму для проектування пристрою, яка дозволяє досліджувати вплив геометричних розмірів та обмоткових даних індуктора на точність процесу діагностування дефектів. Експериментальні дослідження показали, що програма забезпечує точність розрахунку порядку 5 %.
5. Досліджено залежність точності процесу діагностування дефектів стрижнів КЗ клітки на етапі отримання первинної інформації від впливу основних факторів: похибки базування ротора, методичної похибки, стабільності параметрів мережі живлення приладу, температурної стабільності обмоток збудження й контрольованого ротора. Найбільш суттєвою похибкою, яка впливає на результати діагностування дефектів у стрижнях КЗ обмоток трансформаторними пристроями є похибка базування досліджуваного ротора відносно датчика та індуктора. Проаналізовано залежність цієї похибки при локальному діагностуванні від вибору величини повітряного проміжку між ротором, датчиком та індуктором, що дозволяє визначати оптимальне значення останнього за мінімумом похибки базування. Показана можливість підвищення точності діагностування залежно від способу отримання контрольованого сигналу за рахунок зменшення чи усунення окремих похибок.
6. Розроблено та випробувано в промислових умовах методику отримання взірцевих роторів: бездефектного еталонного ротора і еталонного ротора з обірваним стрижнем; а також методику штучного створення дефектів у досліджуваних взірцях роторів та визначення порогу чутливості пристрою для діагностування дефектів.
7. Удосконалено класифікацію методів і засобів неруйнівного контролю та діагностування КЗ кліток роторів АД, що застосовуються в процесі їх виробництва та ремонту. З метою полегшення порівняльного аналізу методів, а також виявлення можливих напрямків розвитку засобів НК та діагностування класифікацію побудовано за способом отримання первинної інформації.
8. Оскільки методи НК КЗ кліток роторів є складовою частиною методів НК, визначених і класифікованих ДСТУ 2865-94, доцільно внести у даний державний стандарт наступні зміни та доповнення: 1) замінити у п.5.2 ДСТУ термін “вихрострумовий неруйнівний контроль” на термін “електромагнітний (вихрострумовий) неруйнівний контроль”. Така термінологія є узагальненою (відома з літератури) і краще відображає суть фізичних явищ, що відбуваються у засобах для електромагнітного контролю КЗ кліток АД; 2) доповнити п.6.3 ДСТУ електромагнітно-вібраційним методом, відомим з практики НК КЗ роторів і не охопленим наведеною там класифікацією.
Список литературы
1. Хліпальський Ю.З., Яцун М.А. Розвиток методів і засобів технічної діагностики короткозамкнених роторів асинхронних двигунів // Вісник Львівського політехн. ін-ту №253. Електроенергетичні та електромеханічні системи. - Львів: Світ. - 1991. - С. 97-99.
2. Яцун М.А., Хліпальський Ю.З., Стасько Р.І. Аналіз магнітного поля при розімкненій магнітній системі індуктора для діагностики якості заливки короткозамкнених роторів // Вісник ДУ “Львівська політехніка” №279. Електроенергетичні та електромеханічні системи. - Львів: Вид-во ДУ “Львівська політехніка”. - 1994. - С. 105-108.
3. Хліпальський Ю.З., Яцун М.А. Діагностування розподілу і значень дефектів у короткозамкненій обмотці ротора асинхронного двигуна методом розпізнавання образів // Вісник ДУ “Львівська політехніка” №288. Електроенергетичні та електромеханічні системи. - Львів: Вид-во ДУ “Львівська політехніка”. - 1995. - С.91-93.
4. Яцун М.А., Яцун А.М., Хліпальський Ю.З. Розподіл струму у короткозамкненій обмотці ротора асинхронного двигуна, чутливість і похибки при локальному визначенні дефектів електромагнітним способом // Вісник ДУ “Львівська політехніка” №347. Електроенергетичні та електромеханічні системи. - Львів: Вид-во ДУ “Львівська політехніка”. - 1998. - С.147-154.
5. Яцун М.А., Селепина Р.А., Хлипальский Ю.З. Особенности электромагнитного расчета дугового асинхронного электродвигателя при эксцентричном расположении ротора // Вестник Львовского политехнического ин-та. №244. Электроэнергетические и электромеханические системы. - Львов: Свит. - 1990. - С. 141-144.
6. Яцун М., Яцун А., Хліпальський Ю. Розподіл струму в короткозамкненій обмотці ротора асинхронного двигуна за наявності дефектів у ній // Електромеханіка. Теорія і практика. Праці наук.-техн. конференції, присвяченої 100-річчю від дня народження проф. Тихона Губенка. - Львів: Вид-во ДУ “Львівська політехніка". - 1996. - С.203-206.