Влаштування діагностики технічного стану системиоборотна синхронна машина-маховик агрегату
Власники патенту UA 2568984:
Пристрій діагностики технічного стану системи "оборотна синхронна електромашина-маховик" агрегату безперебійного живлення відноситься до галузі електротехніки і може бути використаний для діагностики технічного стану пристроїв гарантованого живлення. Пристрій містить: датчики визначення величини опору ізоляції електромашини, вимірювання електромагнітного поля, температури обмоток електромашини, температури підшипникових вузлів та обліку виробітку годинника, перетворювача акустичної емісії системи «оборотна синхронна електромашина-маховик» агрегату безперебійного живлення, мікроконтролер, джерело опорного живлення, причому виходи датчиків та перетворювача підключені до входів мікроконтролера; вихід джерела опорного живлення - до аналогового входу мікроконтролера, а вихід мікроконтролера - до регістру результату та системи управління. Технічний результат полягає у можливості діагностування механічної міцності за допомогою перетворювача акустичної емісії. 2 іл.
Винахід відноситься до галузі електротехніки і може бути використане для визначення технічного стану системи «оборотна синхронна електромашина-маховик» агрегату безперебійного живлення, що застосовується в різних системах гарантованого електропостачання (пристроях гарантованого живлення (УГП), системах гарантованого електроживлення (СГЕП), агрегатах безперебійного живлення ( АБП) тощо.
Відомий магніточутливий перетворювач [1]. Винахід дозволяє проводити контроль та діагностику технічного стану різногоелектроустаткування, у тому числі електромашин, за станом електромагнітного поля. Перевагою даного винаходу є висока чутливість та можливість діагностики в умовах безпосередньої експлуатації електромашин. Недоліком винаходу є мала кількість параметрів електромашин, що реєструються прямим способом, що в свою чергу впливає на достовірність і точність діагностики.
Відомий спосіб експлуатаційного контролю нагріву та захисту електродвигунів [2]. Даним способом вимірюють температуру обмоток електродвигуна і отримують сигнал для захисту електродвигуна. Спосіб передбачає наявність датчика температури, який поміщається в порожнистий болт з різьбленням, який загвинчують у гніздо рим-болта корпусу електродвигуна; набувають фактичне значення сигналу температури нагрівання обмотки статора, яким проводять діагностику електродвигуна.
Недоліками даного способу є конструктивна складність його реалізації, діагностика технічного стану електродвигуна за малою кількістю параметрів та недостатня точність результатів діагностики через непряме вимірювання температури нагрівання статора обмотки.
Відомо пристрій виявлення міжвиткових замикань в обмотках статорів електромашин [3]. Однак воно не дозволяє зробити діагностику технічного стану інших параметрів електромашин.
Відомо пристрій для діагностики технічного стану асинхронного двигуна, що містить датчики температури, електромагнітного поля, вібрації електромашини, датчик вироблення годинника, мікрокомп'ютер для обробки даних, що надходять від датчиків, з буфером для зберігання результатів, джерело опорного живлення [4]. Аналогічний пристрій розкрито [5]. Пристрої, розкриті у наведених джерелахінформації [6, 7], містять датчика визначення величини опору ізоляції, датчика температури підшипникових вузлів, а датчик вібрації не забезпечує точність і достовірність діагностики електромашини.
Відомо використання датчиків температури підшипникових вузлів поряд з датчиками вібрації підшипникових вузлів для діагностики пристроїв з вузлами підшипниковими роторних агрегатів і турбін [8].
Відомі пристрої вимірювання опору ізоляції при діагностиці асинхронного двигуна [9, 10]. Відома також архітектура пристрою контролю технічного стану складних технічних систем, наприклад дизельних електричних станцій, в якому виходи всіх датчиків підключені до входів мікроконтролера, вихід джерела опорного живлення - до аналогового входу мікроконтролера, а вихід мікроконтролера - до регістру результату [9].
Однак усі розглянуті пристрої [1-9] не передбачають оцінку технічного стану повної сукупності контрольованих параметрів з достатньою точністю та достовірністю діагностики.
Найбільш близьким за технічною сутністю є пристрій [6], що використовує датчики вібрації підшипникових вузлів, але в ньому датчик вібрації не забезпечує точність та достовірність діагностики електромашини. Крім того, в ньому не застосовується перетворювач акустичної емісії.
Метою винаходу є підвищення точності та достовірності діагностики технічного стану системи «оборотна синхронна електромашина-маховик» агрегату безперебійного живлення, з використанням перетворювача акустичної емісії та повної сукупності контрольованих параметрів системи «оборотна синхронна електромашина-маховик».
Технічний результат досягається тим, що пропонований пристрій діагностики технічногостану системи «оборотна синхронна електромашина-маховик» містить датчик визначення величини опору ізоляції електромашини, датчик температури обмоток електромашини, датчик електромагнітного поля електромашини, датчики температури підшипникових вузлів, датчик вироблення годинника, перетворювач акустичної емісії визначення міцності системи, реалізований на основі методу акустикоем контролю, причому виходи всіх датчиків підключені до входів мікроконтролера; вихід джерела опорного живлення - до аналогового входу мікроконтролера, а вихід мікроконтролера - до регістру результату та системи управління.
На фіг. 1 представлено пристрій діагностики технічного стану системи «оборотна синхронна електромашина-маховик», де зазначено:
1 – агрегат безперебійного живлення;
2 - оборотна синхронна електромашина з маховиком;
3 - датчик опору ізоляції зворотної синхронної електромашини;
4 – датчик температури обмоток електромашини;
51, 52 - датчики температури підшипникових вузлів системи «оборотна синхронна електромашина-маховик»;
6 - датчик електромагнітного поля оборотної синхронної електромашини;
7 - перетворювач акустичної емісії системи «оборотна синхронна електромашина-маховик»;
8 - датчик вироблення годинника;
10 – джерело опорного живлення;
11 - регістр результату;
12 – система управління.
Наявність вище перерахованих датчиків і перетворювача в пристрої дозволяє здійснювати достовірну діагностику технічного стану за повною сукупністю контрольованих параметрів системи «оборотна синхронна електромашина-маховик», а застосування перетворювача акустичної емісії підвищує точність контролю механічноїміцність цієї системи.
Пристрій діагностики технічного стану оборотної синхронної машини з маховиком агрегату безперебійного живлення працює в такий спосіб. При включенні пристрою діагностики (сигнал надходить з системи керування 12) подається живлення з джерела опорного живлення 10, сигнали з блоків 3-8 надходять на входи мікроконтролера 9 після отримання отримані сигнали надходять на регістр результату 11.
У пам'яті регістру результату містяться нормовані параметри контролю системи «оборотна синхронна електромашина-маховик», які порівнюються з параметрами, що вимірюваються, за результатами порівняння робиться висновок про технічний стан системи.
Рішення, що заявляється, відрізняється від прототипу - введенням перетворювача акустичної емісії системи «оборотна синхронна електромашина-маховик», вихід якого пов'язаний з входом мікроконтролера.
Отже, ця відмінність дозволяє зробити висновок про відповідність заявляється критерію «новизна».
Робота системи "оборотна синхронна електромашина-маховик" агрегату безперебійного живлення пояснюється за допомогою додаткової фіг. 2, де зазначено:
13 - оборотна синхронна електромашина (генератор-електродвигун);
15 – підшипники ковзання;
Оборотна синхронна машина знаходиться на одному валу з маховиком, працює в режимі двигуна і постійно розкручує маховик за наявності електромережі. При зникненні мережі двигун перетворюється на режим генератора, який обертається з допомогою енергії, запасеної маховиком. В цей час запускається дизель, виходить на номінальний режим роботи і через муфту під'єднується до валу генератора, продовжуючи обертати його. Перерва електропостачання споживачів практично відсутня.
Слід зазначити, що вВ системі безперебійного електропостачання оборотна машина з маховиком працюють постійно, цілодобово, а дизель підключається тільки при відключенні мережі.
Метод акустичної емісії відноситься до акустичних методів неруйнівного контролю та технічної діагностики, в основі яких лежить фізичне явище випромінювання хвиль напрузі при швидкій локальній розбудові структури матеріалу [10, 11]. Джерелом акустико-емісійної енергії служить змінне поле пружних напруг від дефектів, що розвиваються, обертової системи «оборотна синхронна електромашина-маховик» при навантаженні його механічним або тепловим способом. Цей метод забезпечує виявлення власне руйнування та фазових переходів, дає можливість формувати класифікацію дефектів та критерії оцінки технічного стану об'єкта, засновані на реальному впливі дефекту на міцність та працездатність об'єкта. Першою ланкою в системах акустико-емісійного контролю та діагностики є перетворювач акустичної емісії [11].
У процесі діагностики технічного стану системи «оборотна синхронна електромашина-маховик» у момент вимірювання параметри навантаження мають бути постійними.
Як показали практичні дослідження, з погіршенням технічного стану обмоток статора та підшипникових вузлів системи «оборотна синхронна електромашина-маховик» погіршуються його вихідні параметри, кількісно збільшується стан механічного зношування системи в результаті постійного тривалого режиму роботи, знижується надійність її роботи. За показаннями датчиків опору ізоляції, електромагнітного поля, вимірювань перетворювача акустичної емісії, температури обмоток та підшипникових вузлів, з урахуванням напрацювання системи на відмову можна судити про значення контрольованих параметрів,стан підшипникових вузлів та механічної міцності системи. Показання перетворювача акустичної емісії дозволяють судити про приховані дефекти системи, що розвиваються, «оборотна синхронна електромашина-маховик». Застосування всіх датчиків і перетворювача в комплексі дозволить також виявити особливості та взаємозв'язки контрольованих параметрів, що тягнуть за собою потенційну несправність системи «оборотна синхронна електромашина-маховик».
1. UA 273088, 2008.
2. UA 2409884, 2010.
3. UA 2303789, 2006.
6. UA 2376564, 2009.
7. UA 2178229, 2002.
8. UA 2428707, 2010.
9. UA 2334208, 2008.
10. ГОСТ P 52727-2007. Акустико-емісійна діагностика.
11. Грєшніков В. А., Дробот Ю. Б. Акустична емісія. - М: Вид. Стандартів, 1976. – 272 с.
Пристрій діагностики технічного стану системи «оборотна синхронна електромашина-маховик» агрегату безперебійного живлення, датчик датчика величини опору ізоляції електромашини, датчик температури обмоток електромашини, датчик електромагнітного поля електромашини, датчики температури підшипникових вузлів електромашини, датчик вироблення годинника, мікроконтролер, джерело опорного регістр результатів, систему управління, причому виходи всіх датчиків підключені до входів мікроконтролера; вихід джерела опорного живлення - до аналогового входу мікроконтролера, а вихід мікроконтролера - до регістру результату та системи управління, що відрізняється тим, що в нього введено, перетворювач акустичної емісії системи «оборотна синхронна електромашина-маховик», причому вихід перетворювача акустичної емісії підшипникового вузла махів до входу мікроконтролера.