ДІАГНОСТИКА В ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ І ЕНЕРГЕТИЧНИХ СИСТЕМАХ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вісник КДПУ. Випуск 3/2006 (38). Частина 2

102

Вінницький національний технічний університет

Оптико-електронні засоби контролю якості роботи електричних машин

Кухарчук В. В., Білинський Й.Й., Білинська М. Й.

Вступ

Якість роботи електричної машини визначають багато різних факторів. Дослідження впливу різних дефектів на функціонування машин і на діагностичні сигнали, проведені в 60-70-х р.р., показали, що найбільшу інформативність має сигнал вібрації.

Вібрація та биття елементів електричної машини - це реакція на процеси, що відбуваються всередині машини. Підвищена вібрація спричиняє передчасне зношення і пошкодження окремих елементів електричної машини, що призводить до додаткових матеріальних затрат. Зниження вібрації веде до підвищення надійності, довговічності і ефективності машини, зменшення експлуатаційних затрат [1].

Неврівноваженість ротора, перекіс підшипників, динамічні сили, які виникають в результаті нерівномірності зазорів, діють в радіальному напрямку і розкачують ротор в осьовій площині, чим і спричиняють динамічні торцеві биття. Радіальні биття несуть інформацію про радіальні зазори в підшипниках, наявність статичної несбалансованості. У випадку динамічної несбалансованості можливе виникнення кутових коливань осі обертання, які приводять до збільшення як радіального, так і торцевого биття.

Вимірювання вібрації дозволяє діагностувати підшипники, робочі колеса насосів і турбін, зубчаті колеса механічних передач, виявляти неякісну змазку та зношення зовнішнього кільця підшипника, а також дефекти обмоток електричних машин, порушення симетрії повітряних зазорів. За вібрацією виявляються практично всі дефекти електричних машин, крім дефектів електричної ізоляції.

Розвиток та вдосконалення методів та засобів контролю якості роботи різноманітних машин, виробів та конструкцій мають важливе та актуальне значення. Серед них особлива увага звертається на розвиток безконтактних методів та засобів, що мають високу точність, малу інерційність, широкий діапазон вимірювань, мікропроцесорну обробку результатів. Особливо перспективними є розробки гібридних оптико-електронних систем контролю, оскільки в них велика інформативна ємність даних, що передаються по оптичному каналу передачі даних, поєднується з точністю та гнучкістю електронної і цифрової обробки даних. Крім того, поєднання оптичних систем зчитування та перетворення даних з мікропроцесорними засобами обробки інформації дозволяє значно зменшити габарити оптико-електронних пристроїв та використовувати їх у складних умовах промислового виробництва [2].

Метою роботи є підвищення вірогідності контролю вібрації і биття електричних машин.

Матеріали і результати дослідження

Для досягнення поставленої мети пропонується для вимірювання вібрації і биття застосувати оптико-електронний вимірювальний перетворювач, побудований за принципом тріангуляційного детектора.

Операцію безконтактного контролю здійснюють у такій послідовності: вібрація і биття попередньо перетворюються у лінійне переміщення світлової плями на вході позиційно-чутливого елементу з наступним перетворенням переміщення у значення струму на його виході [3].

Структурну схему засобу контролю вібрації та биття наведено на рис. 1.

Рисунок 1 Структурна схема засобу контролю вібропереміщення і биття

Основними елементами такого засобу є джерело випромінювання 1, оптична система 3, двовимірний позиційно-чутливий детектор 4, мікропроцесорний блок обробки інформації 5.

Представлена структура побудована по принципу тріангуляційного детектора (рис. 2). Освітлення від джерела 1 направляється на поверхню 2, відбивається, проходить через оптичну систему 3 і створює зображення G1. Якщо поверхня 2 здійснює переміщення, то зображення G1 буде зміщуватись вздовж осі Е1G1. Для того, щоб виміряти переміщення поверхні 2, необхідно в площині Е1G1 поставити перетворювач положення або координатний фотоприймач.

Хід променів в оптичній системі описано узагальненою системою рівнянь, на основі якої розроблено математичну модель перетворення переміщення контрольованої поверхні у зміщення зображення світлової плями на позиційно-чутливому детекторі:

, (1)

де Н - зміщення світлової плями на позиційно-чутливому детекторі;

F - фокусна відстань оптичної системи;

а - лінійні переміщення обертальної частини об'єкту контролю;

- кут падіння випромінювання;

b - базова відстань оптичної системи, b=OC.

Рисунок 2 Хід променів в оптичній системі

В результаті аналізу математичної моделі (1) встановлено, що залежність переміщення контрольованої поверхні в зміщення світлової плями на перетворювачі положення має нелінійність в діапазоні вимірювання переміщень більше 3 сантиметрів. При вимірюванні малих лінійних переміщень характеристика є лінійною. Чутливість перетворення зростає із збільшенням фокусної відстані оптичної системи і зменшенням значення базової відстані ОС. Вказані особливості впливають на обмеження діапазону вимірювань лінійних переміщень.

На основі структурної схеми розроблено функціональну схему мікропроцесорного засобу контролю биття і вібропереміщень (рис. 3) [4].

Застосування мікропроцесорів у засобах контролю дозволяє спростити електронні блоки обробки інформації, знизити похибки вимірювань за рахунок оперативної обробки даних і застосування коректувальних алгоритмів, зменшити габаритні розміри засобу контролю. Основні функції мікропроцесора в розробленому засобі включають управління вимірювальним перетворенням, контроль і управління елементами схеми та обробку результатів вимірювань.

Блок підсилення (БП) здійснює перетворення вихідного струму перетворювача положення в напругу і підсилює до рівня, необхідного для передачі на входи СН1 - СН4 АЦП. Для визначення положення плями світла по двох осях координат на виході перетворювача положення формується чотири струми.

Функція перетворення лінійних зміщень об'єкта в цифровий код для мікропроцесорного засобу контролю має вигляд:

машина вібрація електричний биття

, (2)

де - коефіцієнт пропорційності та підсилення вимірювального підсилювача;

п - розрядність регістра послідовного наближення АЦП;

- довжина фоточутливого шару позиційно-чутливого детектора;

- опорна напруга АЦП.

Аналіз результатів експериментальних досліджень показав (рис. 4), що відсутність впливу моменту інерції сенсора забезпечує зменшення динамічної похибки і дозволяє застосовувати розроблений засіб контролю у важкодоступних місцях і здійснювати безперервний контроль стану обладнання в умовах експлуатації.

Рисунок 3 Функціональна схема засобу контролю вібрації і биття

ДІАГНОСТИКА В ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ І ЕНЕРГЕТИЧНИХ СИСТЕМАХ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вісник КДПУ. Випуск 3/2006 (38). Частина 2

102

Рисунок 4 Теоретична та експериментальна залежності N=f(H)

На рис. 5 зображено оптико-електронну частину засобу контролю вібрації і биття, побудовану за принципом тріангуляційного детектора, яка містить об'єкт контролю, випромінювач та позиційно-чутливий детектор.

Рисунок 5 Оптико-електронний засіб контролю

В табл. 1 наведені порівняльні характеристики розробленого засобу контролю, пристрою для вимірювання биття та прогину ИП-4-ВВС, виробництва ПНВП "Турбоконтроль" (Росія) та віброметра Vibro Vision.

Елементна база засобу контролю малих лінійних переміщень складається з позиційно-чутливого детектора 2L10 фірми SiTek, підсилювача МАХ4383, чотириканального АЦП МАХ 115. Отримані значення зміщень по двох осях координат передаються в мікроконтролер ATMega64, який здійснює первинну обробку вимірювальної інформації і її збереження в пристрої пам'яті AS7C4096. Після цього вимірювальна інформація передається на ЕОМ по USB інтерфейсу, реалізованому на базі мікросхеми FT245BM. Обробка і передача вимірювальної інформації може відбуватися як в реальному масштабі часу, так і з накопиченням і наступною обробкою.

За результатами порівняння метрологічних характеристик розробленого засобу контролю з відомими аналогами встановлено, що представлений засіб контролю має вищу роздільну здатність та дозволяє підвищити швидкодію вимірювань.

Таблиця 1

Порівняння метрологічних характеристик розробленого засобу контролю з відомими аналогами

Висновки

Розроблений засіб контролю забезпечує ряд переваг при досить простій конструкції. За рахунок того, що реєстрація зміщення світлової плями відбувається по двом осям координат, досягається висока чутливість, висока точність контролю параметрів, а також можливість досліджувати розподіл биття по окружності та визначати наявність вібрації та лінійних зміщень об'єкта контролю в залежності від швидкості обертання двигуна. Крім того, даний засіб контролю є безконтактним і має широку область застосування - від електричних машин великої потужності до мікродвигунів. А можливість мікропроцесорної обробки спрощує процедуру вимірювань, забезпечує ефективну передачу і збереження вимірювальної інформації.

Література

1. Жерве Г. К. Промышленные испытания электрических машин. Л.: Энергоатомиздат. Ленигр. отд-ние, 1984. 408 с.

2. Ямпольский Л. С. Преобразователи линейных перемещений. М.: Машиностроение, 1974. 320 с.

3. Кухарчук В.В., Білинська М.Й. Пристрій для вимірювання биття обертових частин електричних машин // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. 2002. № 1. С. 315 - 317.

4. Пат. 68904А Україна, МКІ G01H9/00. Пристрій для вимірювання амплітуди малих лінійних переміщень / Кухарчук В.В., Білинська М.Й., Білинський Й.Й. №20031110348; Заявлено 16.08.2004; Опубл. 16.08.2004, Бюл. №8. 2 с.

Размещено на Allbest.ru