Устройство диагностики асинхронных электрических двигателей

Авторы патента:

Каргапольцев Сергей Константинович (RU)

G01R31/34 - испытание электрических машин (испытание электрических обмоток G01R 31/06; способы и устройства для изготовления, эксплуатации и ремонта электрических машин H02K 15/00)

Владельцы патента RU 2484490:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС (ИрИИТ)) (RU)

Изобретение относится к области диагностики электромеханического оборудования, применяемого на железнодорожном транспорте, а также других отраслях промышленности, в частности к диагностике асинхронных электрических двигателей. Устройство диагностики асинхронных электрических двигателей, состоящее из источников питания, измерительных устройств. Дополнительно включен блок памяти номинальных величин двигателя, бортовой накопитель, дисплей, микропроцессор для определения реальной длительности пуска, микропроцессор для оценки перегрева и состояния изоляции. Измерительные устройства содержат датчик тока, связанный с обоими микропроцессорами, датчик температуры изоляции и датчик температуры окружающей среды, связанные с микропроцессором для определения перегрева и состояния изоляции. Микропроцессоры установлены относительно асинхронного электрического двигателя параллельно, а между собой последовательно. Датчики тока, температуры изоляции, температуры окружающей среды связанны с микропроцессорами через аналого-цифровые преобразователи. Технический результат заключается в возможности диагностики изоляции активной части асинхронного электрического двигателя в процессе эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

В электротехнике при испытании электрических машин известен способ (см. Инструкция Министерства путей сообщения департаментов вагонного хозяйства и локомотивов ЦТВР №4099 «Испытание электрических машин подвижного состава на железнодорожном транспорте»), в соответствии с ГОСТами: ГОСТ 25000, ГОСТ 25941, ГОСТ 11929, ГОСТ 11929, ГОСТ 11929, ГОСТ 12379, СТ 1107 - методы определения сопротивления обмоток без отключения машины от сети, предусматривающие использование специально разработанных стендов. На стендовом оборудовании выполняются следующие электротехнические испытания машин: измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса машин; измерение активного и реактивного сопротивления обмоток; проверка электрической прочности межвитковой изоляции обмоток.

Недостаток аналога заключается в низком уровне контроля параметров электрической машины. Существенным недостатком является съем с подвижного состава или с оборудования электрической машины для оценки технического состояния. Кроме того, для испытаний машин требуется изготовление и использование специальных стендов.

Наиболее близким аналогом является (патент RU №2274869, МПК G01R 31/34, заявлен 01.07.2004) «Способ контроля электротехнического состояния электрических машин», использующий подключение к обмоткам машины, конденсатора, индикатора и источника постоянного напряжения, а также наблюдение по индикатору технического состояния машины, отличающийся тем, что к обмоткам отключенной от питающей сети машины периодически через коммутирующее устройство подается напряжение с обкладок заряженного от источника постоянного напряжения конденсатора и по индикатору определяется характер переходного процесса, при этом в случае исправного состояния машины характер переходного процесса колебательный, в противном случае характер переходного процесса апериодический.

Недостатком данного способа диагностики является невозможность диагностирования изоляции такого дефектного агрегата, как асинхронный электрический двигатель, и невозможность диагностирования асинхронного электрического двигателя в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является разработка устройства диагностики изоляции активной части асинхронного электрического двигателя в процессе эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что устройство диагностики асинхронных электрических двигателей, состоящее из источников питания, измерительных устройств, дополнительно содержит блок памяти номинальных величин двигателя, бортовой накопитель, дисплей, микропроцессор для определения реальной длительности пуска, микропроцессор для оценки перегрева и состояния изоляции. Измерительные устройства содержат датчик тока, связанный с обоими микропроцессорами, датчик температуры изоляции и датчик температуры окружающей среды, связанные с микропроцессором для определения перегрева и состояния изоляции. Микропроцессоры установлены относительно асинхронного электрического двигателя параллельно, а между собой последовательно. Датчики тока, температуры изоляции, температуры окружающей среды связаны с микропроцессорами через аналого-цифровые преобразователи.

На фиг.1 изображена схема устройства диагностики асинхронного электрического двигателя. Схема представлена без источников питания.

На фиг.1 представлены:

1 - Датчик тока, протекающего в обмотках;

2 - Датчик температуры изоляции обмоток;

3 - Датчик температуры окружающей среды;

4 - Устройство хранения информации - блок памяти номинальных величин двигателя;

5 - Микропроцессор 1, для определения реальной длительности пуска;

6 - Микропроцессор 2, для оценки состояния и перегрева изоляции;

7 - Устройство записи и хранения информации - бортовой накопитель;

8 - Дисплей;

9 - Асинхронный электрический двигатель;

10, 11, 12 - Аналого-цифровые преобразователи.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Сигнал с датчика тока (1) поступает на микропроцессор 1 (5) и на микропроцессор 2 (6) через аналого-цифровой преобразователь(10). Сигнал с датчиков температуры (2, 3) поступает только на микропроцессор 2 (6) через аналого-цифровые преобразователи (11, 12). Микропроцессор 2 (6) в течение всего времени работы использует значения номинальных величин для каждого типа двигателя, хранящиеся на блоке памяти номинальных величин двигателя. Микропроцессор 2 (6) при получении сигналов с датчиков температуры начинает расчет начального превышения температуры обмоток изоляции над номинальной Δτ_ном и расчет превышения температуры обмоток над номинальной Δτ. Микропроцессор 1 (5) получая сигнал от датчика тока (1), начинает отсчет времени до тех пор, пока значение пускового тока не уменьшится до пределов 0,9-1,1 тока номинального. Значение тока номинального поступает от блока памяти номинальных величин двигателя (4). Когда ток установится в номинальных допустимых значениях, то микропроцессор 1 (5) прекращает расчет длительности пуска и подает сигнал на микропроцессор 2 (6) о прекращении расчета Δτ и Δτ_ном. После передачи сигнала об окончании расчета превышения температур микропроцессор 1 (5) подает сигнал со значением реальной длительности пуска (t п.р) на микропроцессор 2 (6) и сигнал о начале расчета состояния изоляции, после чего микропроцессор 1 (5) сбрасывается. Для определения состояния изоляции асинхронного электрического двигателя к микропроцессору 2 поступают сигналы номинальных величин двигателя от блока памяти номинальных величин двигателя (4), такие как коэффициент полезного действия двигателя - η, постоянная нагрева двигателя - T_н, ток номинальный - Iном, номинальное время пуска - t п.н, коэффициент определяемый классом изоляции - b_iz. Микропроцессор 2 (6), произведя расчет численного значения состояния изоляции IZ(b) по формуле 1, производит вывод о состоянии изоляции, сравнивая с номинальным значением, записывает это значение на бортовой накопитель (7) и выводит показатель на дисплей (8). На дисплей (8) также выводятся значения: превышение температуры обмоток над номинальной Δτ, значение тока в обмотках, значение реальной длительности пуска. Эти же значения записываются на бортовой накопитель (7) для анализа и контроля состояния асинхронной электрической машины при проведении технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава. Работа микропроцессора 1 (5) начинается каждый раз при получении сигнала от датчика тока (1), когда значение тока в обмотках превышает значение тока номинального более чем в 2 раза, что необходимо для исключения аварийной ситуации и повреждения асинхронного двигателя.

Расчет износа изоляции асинхронной электрической машины определяется по формуле 1

$b_{i z} \cdot [Δ τ \cdot \frac{η + k l {(b)}^{2}}{1 + η - α \cdot Δ τ_{н о м} (k l {(b)}^{2} - 1)} \cdot (1 - e^{- \frac{t}{T н}}) + τ_{о к р . с р} e^{- \frac{t}{T_{н}}}]; (1)$

IZ(b)=e,

где b_iz - коэффициент, определяемый классом изоляции,

Δτ - превышение температуры обмоток над номинальной,

η - коэффициент полезного действия двигателя,

kl - кратность рабочего тока по отношению к номинальному,

b - относительная длительность пуска,

α - температурный коэффициент сопротивления меди,

Δτ_ном - начальное превышение температуры обмоток изоляции над номинальной,

t - реальная длительность пуска,

Т_н - постоянная времени нагрева двигателя,

τ_окр.ср - температура окружающей среды.

Работа данного устройства проверена в лабораторных условиях и на электровозе серии ВЛ80Т.

Данное устройство может применяться на любом тяговом подвижном составе при эксплуатации асинхронных электрических двигателей за счет наличия блока памяти номинальных величин двигателя (4).

1. Устройство диагностики асинхронных электрических двигателей, состоящее из источников питания, измерительных устройств, отличающееся тем, что дополнительно включен блок памяти номинальных величин двигателя, бортовой накопитель, дисплей, микропроцессор для определения реальной длительности пуска, микропроцессор для оценки перегрева и состояния изоляции, а измерительные устройства содержат датчик тока, связанный с обоими микропроцессорами, датчик температуры изоляции и датчик температуры окружающей среды, которые связанны с микропроцессором, предназначенным для определения перегрева и состояния изоляции.

2. Устройство диагностики асинхронных электрических двигателей по п.1, отличающееся тем, что микропроцессоры установлены относительно асинхронного электрического двигателя параллельно, а между собой последовательно.

3. Устройство асинхронных электрических двигателей по п.1 или 2, отличающееся тем, что датчики тока, температуры изоляции, температуры окружающей среды связаны с микропроцессорами через аналого-цифровые преобразователи.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для испытания электрических машин постоянного тока. .

Способ диагностирования электрических и механических повреждений асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором // 2479096

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам, предназначенным для диагностирования электрических и механических повреждений асинхронного двигателя.

Устройство для обнаружения и сигнализации при приближении к линии электропередач // 2473922

Изобретение относится к системам сигнализации и предназначено для использования на наземной мобильной технике для предотвращения столкновения с линиями электропередач (ЛЭП).

Учебно-лабораторный стенд для изучения электрических машин и электроприводов // 2473921

Изобретение относится к средствам для изучения основ функционирования электрических машин и электроприводов и позволяет создать электробезопасный, малогабаритный, многофункциональный учебно-лабораторный стенд для определения характеристик электрических машин и электроприводов.

Прибор для измерения спектра сигнала индукции в магнитно связанной системе // 2467464

Изобретение относится к области электротехники и физики магнетизма и предназначено для исследования доменной структуры ферромагнитных материалов. .

Способ оценки остаточного ресурса изоляции электродвигателей электроподвижного состава // 2463619

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для оценки остаточного ресурса изоляции электродвигателей электроподвижного состава. .

Устройство испытаний частотно-управляемого гребного электропривода системы электродвижения в условиях стенда // 2462728

Способ диагностики технического состояния электроприводной арматуры // 2456629

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля электрических и вибрационных параметров электроприводной арматуры, преимущественно атомных электростанций (АЭС).

Устройство диагностирования в реальном времени системы электродвижения судна // 2451299

Изобретение относится к диагностике технического состояния двигателей и может быть использовано для диагностирования асинхронного двигателя, используемого в судовой системе электродвижения.

Способ и устройство для текущего контроля вращающихся машин // 2449454

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается способов и устройств для осуществления постоянного (текущего) контроля параметров вращающихся машин, в частности турбогенераторов.

Способ определения технического состояния асинхронного двигателя в процессе пуска // 2485534

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для экспресс-контроля работоспособности электрических машин

Способ контроля рабочего состояния стрелочного электропривода // 2486533

Изобретение относится к области управления стрелочными электроприводами и получения информации о предполагаемом остаточном ресурсе работоспособности стрелочного привода в целом или его отдельных узлов и деталей

Устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя // 2487459

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электрифицированному инструменту, бытовым и промышленным электроприборам, приборам специального назначения

Способ анализа функционирования электромеханического привода для механизированного управления экраном и привод для его осуществления // 2487460

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для закрывания, затемнения защиты от солнца или для экранирования в здании

Способ диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность // 2496115

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, в частности обмоток электрических машин и аппаратов. Техническим результатом является повышение надежности диагностирования электрических цепей и достоверности диагностируемых параметров. В способе диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, в частности обмоток электрических машин и аппаратов, в диагностируемую электрическую цепь дополнительно последовательно подключают конденсатор, на вход цепи подают переменное напряжение промышленной частоты и в режиме установившихся гармонических колебаний измеряют амплитуду и фазовый сдвиг напряжения на конденсаторе относительно поданного напряжения, вычисляют относительную амплитуду в виде отношения амплитуды напряжения на конденсаторе к амплитуде подаваемого напряжения и в качестве диагностируемых параметров принимают значение фазового сдвига и вычисленное значение относительной амплитуды. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах // 2496211

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к способам согласования магнитопроводов ротора и статора в двухмерных электрических машинах, и может быть использовано для технико-экономической и конструктивной совместимости концентрически расположенных магнитопроводов (внешнего ротора и внутреннего якоря с коллектором) двухмерных электрических машин-генераторов (ДЭМ-Г). Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в повышении энергетического показателя η cosφ двухмерных электрических машин-генераторов (ДЭМ-Г). Предлагаемый способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в ДЭМ-Г, изготовленных с использованием магнитопроводов якоря с щеточно-коллекторным узлом машин постоянного тока и статора машин переменного тока, используемого в качестве внешнего ротора, характеризуется тем, что определяют начальный существующий воздушный зазор δн между ротором и якорем по формуле δн=(Dp-Da)/2, где Dp - внутренний диаметр ротора, Da - внешний диаметр якоря, затем рассчитывают необходимый конечный воздушный зазор δкр по формуле δ к р ≈ ( 0,27 ÷ 0,33 ) ⋅ 10 − 6 A B δ o ⋅ τ x d * , где A - линейная нагрузка, Bδo≈0,95 Bδ ном - максимальная индукция в воздушном зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении, τ - полюсное деление, xd* - синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси, находят разность Δ=δн-δкр={[(Dp-Da)/2]-δкр} между начальным воздушным зазором δн и расчетным конечным воздушным зазором δкр, затем наращивают по наружной окружности цилиндрическую поверхность якоря, покрывая ее одним или несколькими слоями листовой электротехнической стали и доводя суммарную толщину слоев листовой электротехнической стали до величины, равной рассчитанной разности Δ, обеспечивая тем самым целесообразный по энергетическим соображениям конечный воздушный зазор δк≈δкр между ротором и якорем. При этом электротехническую сталь на поверхности якоря закрепляют точечной электросваркой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для испытаний частотно-управляемого гребного электропривода системы электродвижения в условиях стенда // 2498334

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в судовых системах электродвижения с частотно-управляемым гребным электродвигателем при проведении приемосдаточных испытаний гребного электродвигателя (ГЭД) и системы электродвижения (СЭД) в условиях стенда. Техническим результатом является повышение эффективности испытаний СЭД с частотно-управляемым асинхронным ГЭД и возможность получения нагрузочной характеристики на валу ГЭД. В устройстве для испытаний генератор постоянного тока с независимым возбуждением (ГПТ), сочлененный с ГЭД, подключен к полупроводникому преобразователю электроэнергии (ППЭ), состоящему из преобразователя постоянного тока (ППН) и инвертора (И). ППЭ подключен к щиту сети (ЩС). Для обеспечения рекуперации энергии в сеть и получения винтовой нагрузочной характеристики ГЭД применена система регулирования по каналу управления момента на валу ГЭД и каналу управления напряжения ППЭ. В результате повышается эффективность испытаний СЭД с частотно-управляемым асинхронным ГЭД за счет снижения потерь активной мощности и обеспечения винтовой нагрузочной характеристики на валу ГЭД. 1 ил.

Способ определения параметров асинхронного электродвигателя // 2502079

Изобретение относится к электротехнике. В течение пуска и торможения выбегом электродвигателя одновременно проводят измерение мгновенных величин токов и напряжений на двух фазах статора и частоты вращения вала электродвигателя, определяют модуль вектора тока статора, преобразуют напряжения из естественной координатной системы в прямоугольную стационарную систему координат. Запоминают полученные значения модуля вектора тока статора, напряжений в прямоугольной стационарной системе координат, частоты вращения вала электродвигателя и используют их для определения активного сопротивления и эквивалентной индуктивности обмотки статора, приведенных к статору активного сопротивления и эквивалентной индуктивности обмотки ротора, и индуктивности, обусловленной магнитным потоком в воздушном зазоре электродвигателя, путем глобальной оптимизации функции. Затем определяют приведенный к валу электродвигателя суммарный момент инерции и момент сопротивления нагрузки путем глобальной оптимизации функции. Технический результат заключается в упрощении способа. 1 табл., 2 ил.

Способ контроля качества пропитки обмоток электротехнических изделий // 2503116

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться, в частности, для контроля качества пропитки изоляционным составом обмоток электродвигателей, катушек трансформаторов и дросселей. Новым является то, что контроль качества пропитки осуществляют по коэффициенту пропитки, определяемому по измеренным значениям эквивалентной теплоемкости обмоток до и после пропитки. При этом эквивалентные теплоемкости каждой контролируемой обмотки определяют путем подвода к проводу непропитанной и пропитанной обмотки постоянного стабилизированного тока, в течение разных времен t1 и t2 соответственно и определения подведенной к проводу энергии и температуры провода обмоток, как в момент подвода к их проводу постоянного стабилизированного тока, так и по истечении времен t1 и t2. Времена t1 и t2 определяют из сравнения характеристик реальной непропитанной и пропитанной обмотки с идеализированной непропитанной и пропитанной обмоткой. Под идеализированной обмоткой понимают такую обмотку, теплопроводность компонентов которой является бесконечно большой, и обмотка идеально теплоизолирована от внешней среды и магнитного сердечника. В изобретении указывается, как определить упомянутые времена t1 и t2, в которые можно считать реальную обмотку идеальной. Используя времена t1 и t2 при контроле качества пропитки, можно предельно уменьшить методические погрешности. Технический результат - повышение точности и достоверности контроля качества пропитки. 4 ил., 8 табл.

Устройство контроля продолжительности контактирования элементов качения подшипникового узла электрической машины // 2510562

Изобретение относится к области электротехники и касается электрических машин и преобразователей угла. Предлагаемое устройство контроля содержит регулируемый стабилизированной источник постоянного тока (1), ключ (2), регулируемый резистор (3), первый усилитель (4), второй усилитель (5), компаратор (6), инвертор (7), первую схему И (8), мультивибратор (9), вторую схему И (10), первый счетчик (11), второй счетчик (12), первый регистр (13), второй регистр (14), компьютер (15), измеритель сопротивления (16), проверяемую электрическую машину (17), датчик углового положения (ДУП) (18), редуктор (19), электродвигатель (20), блок управления (БУ) (21), состоящий из следующих элементов: Т-триггера (22), третьей схемы И (23), реле (24) с его обмоткой (25) и с нормально замкнутым контактом (26), второго источника питания (27) и тумблера (28) СТАРТ. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в повышении достоверности и точности контроля подшипникового узла и электрической машины в целом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.