Розробка системи тепловогоконтролю і оцінка залишкового ресурсу за цим фактором строку служби ізоляції рудникових тягових електродвигунів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 629.423.31:621.3.048.008.6

Розробка системи тепловогоконтролю і оцінка залишкового ресурсу за цим фактором строку служби ізоляції рудникових тягових електродвигунів

Специальність 05.09.01 - електричні машини і апарати

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Рак Олександр Миколайович

Донецьк 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Донецькому державному технічному університеті Міністерства освіти України, м. Донецьк

Захист відбудеться 18 листопада 1999 г. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К11.052.02 у Донецькому державному технічному університеті за адресою: Україна, 340000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 1 учбовий корпус, к. 201

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ДонДТУ за адресою: 340000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 2 учбовий корпус

Автореферат разосланий " 15 " жовтня 1999 г.

АНОТАЦIЯ

Рак О.М. Розробка системи теплового контролю i оцінка залишкового ресурсу за цим фактором строку служби iзоляцiї рудникових тягових електродвигунiв.- Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеня кандидата технiчних наук за спецiальнiстю 05.09.01 - електричні машини і апарати. - Донецький державний технiчний унiверситет, Донецьк, 1999.

Критичним аналiзом встановленi основнi причини виходу з ладу РТД. Розробленi: методика прогнозування залишкового термiну служби iзоляцiї електродвигунiв; визначенi параметри динамiчних теплових процесiв у вузлах електродвигунiв. Створений прилад, що дозволяє реалізувати систему теплового контролю i прогнозування залишкового термiну служби iзоляцiї, який працює у реальному часi з урахуванням мiсцезнаходження транспортного засобу у просторi, стану рейкового шляху та маси составiв, що транспортуються.

Ключовi слова: система теплового контролю, прогнозування залишкового термiну служби iзоляцiї, рудниковий тяговий електродвигун, математична модель, методика.

АННОТАЦИЯ

Рак А.Н. Разработка системы теплового контроля и оценка остаточного ресурса по этому фактору срока службы изоляции рудничных тяговых электродвигателей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.01 - электрические машины и аппараты. - Донецкий государственный технический университет, Донецк, 1999.

Критическим анализом определены основные причины выхода из строя РТД. Доказано, что наибольшее количество отказов происходит по причине систематических тепловых перегрузок.

При этом установлено, что существующие системы управления характеризуются повышенными потерями энергии при пусках и торможениях, а следовательно и тепловыми перегрузками электродвигателей.

Системы управления двигателями с помощью тиристорных преобразователей для обеспечения плавного пуска и торможения, пока еще широкого распространения не получили.

Показано, что устройства защиты, устанавливаемые на электровозы обеспечивают только защиту аккумуляторной батареи и электродвигателя от тока короткого замыкания.

Средства непрерывного теплового контроля состояния изоляции обмоток, использование которых позволило бы ограничить влияние тепловых перегрузок и предотвратить выход из строя электродвигателей, на электровозах отсутствуют.

Проанализированы различные виды тепловых защит и оценена возможность их использования в системах теплового контроля.

Разработаны принципы построения системы теплового контроля и прогнозирования остаточного срока службы изоляции обмоток рудничных тяговых электродвигателей на основе, предложенной математической модели тепловых переходных процессов.

Установлены зависимости, позволяющие уточнять допустимые приращения превышений температуры, используемые в методике прогнозирования остаточного срока службы изоляции рудничных тяговых электродвигателей.

Проанализированы различные методы определения температур. В качестве метода исследования тепловых переходных процессов выбран метод эквивалентных тепловых схем.

Определены параметры математической модели для режимов нагрева и охлаждения.

В модели учитывается взаимное тепловое влияние всех основных элементов, что позволяет моделировать динамические тепловые процессы и использовать их в модели диагностики.

Предложена методика прогнозирования остаточного срока службы изоляции, отличающаяся от известных возможностью моделирования повторно-кратковременных режимов работы электродвигателя с учетом скорости протекания химических реакций в изоляционных материалах при тепловых воздействиях.

В результате выполнения аналитических и экспериментальных исследований получены временные характеристики процессов нагрева и охлаждения различных узлов электродвигателя в продолжительных режимах.

Для анализа характеристик тепловых переходных процессов использована методика разложения кривых нагрева (охлаждения) на две экспоненты, позволяющая определять: коэффициенты аппроксимирующих экспонент, постоянные времени,длительность переходных процессов, скорость изменения температуры при моделировании динамики тепловых процессов.

Экспериментальные исследования выполнены на специально изготовленном рудничном тяговом электродвигателе типа ДРТ-13. Исследования проводились методом встроенных термопреобразователей.

Создано устройство теплового контроля и прогнозирования остаточного срока службы изоляции, функционирующее по заданному алгоритму в реальном времени. В устройстве предусмотрено изменение уставки срабатывания в зависимости от температуры окружающей среды. Выполнено математическое моделирование работы системы теплового контроля.

Получены результаты, позволяющие выбирать ее параметры. Выполненные экспериментальные исследования переходных сопротивлений участков рельсового пути и теоретические выводы этих исследований явились основой возможной реализации способа учета состояния рельсового пути. Информация о профиле пути может быть занесена в память микропроцессора или корректироваться с учетом его изменения.

Разработан датчик влажности, который позволяет не только более качественно выполнять контроль теплового состояния, но и определять состояние рельсового пути, коэффициент сцепления, положение транспортного средства в пространстве. Его принцип действия основан на определении тока, проходящего через контролируемый участок рельсового пути для определенного кондуктометрического диапазона

Ключевые слова: система теплового контроля, прогнозирование остаточного срока службы изоляции, рудничный тяговый электродвигатель, математическая модель, методика

ANNOTATION

Rak A.N. Development of the temperature control and forecast of isolation residual service term of electric machine (EM). - Manuscript.

Thesis for a candidate degree on speciality 05.09.01 - Electric machines and apparatus. Donetsk State Technical University, 1999.

By the means of critical analysis the reasons of EM being out of order are determined. There were developed: methodology of isolation service residual term forecast of EM; the parameters of EM parts dynamic temperature were determined. It was created and produced trial device of the system for temperature control and forecast of isolation residual service term. Working in real time taking into account the allocation in space and weight of transport mean and the state of railway.

Key words: system of temperature control, forecast of isolation residual service term, electric machine, mathematical model, methodology.

тепловий тяговий електродвигун

1. АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Локомотивний транспорт є важливою ланкою технологічного транспорту на шахтах. Для його приводу використовуються рудникові тягові двигуни постійного струму послідовного збудження. Важкі умови експлуатації (велика кількість пусків та гальмувань) викликають систематичні теплові перевантаження і як наслідок, передчасний вихід з ладу електродвигунів. Ефективне функціонування локомотивів в таких умовах вимагає створення резерву електродвигунів, що скорочує зворотні засоби підприємств та збільшує витрати на ремонт.

Підвищити ефективність експлуатації електродвигунів локомотивів можна за рахунок комплексного підходу до вирішення цього завдання, що полягає у впровадженні засобів теплового контролю та прогнозуванні на цій підставі залишкового строку служби ізоляції рудникових тягових електродвигунів (РТД).

Відомі розробки моделей діагностування, що використовуються під час проектування електродвигунів і в системах безпосереднього контролю їх нерухомих вузлів. Для захисту електродвигунів пересувних об'єктів, в умовах шахт використання цих моделей обмежено. У пристроях непрямого контролю теплового стану, що виконуються на резисторах та ємностях суттєвим недоліком є нестабільність характеристик ємностей та неможливість автоматичного вибору параметрів моделі в залежності від режиму роботи. Відомі методики прогнозування залишкового строку служби ізоляції двигунів використовувалися лише для сталих режимів, а не в системах безперервного контролю.

Таким чином розробка системи теплового контролю та прогнозування залишкового строку служби ізоляції обмоток електродвигунів є досить актуальним завданням. Впроваждення систем дасть змогу своєчасно приймати організаційні та технічні заходи, спрямовані на підвищення ефективності функціонування електродвигунів локомотивного транспорту.

Наукова актуальнiсть теми дисертацiйної роботи обумовлена необхiднiстю теоретичного обгрунтування принципiв побудови системи теплового контролю i прогнозування залишкового строку служби iзоляцiї обмоток електродвигунів.

Мета роботи. Розробка системи теплового контролю та прогнозування залишкового строку служби ізоляції обмоток електродвигунів з урахуванням систематичних теплових перевантажень, що надає змогу підвищити ефективність функціонування локомотивів в цілому та зменшити вихід з ладу кількості електродвигунів.

Iдея роботи грунтується на здійсненні діагностики електродвигунів засобами непрямого контролю з використанням параметрів математичної моделі теплових перехідних процесів і прогнозування за розробленою методикою.

Основнi задачi дослiджень:

Розробка математичної моделi теплових перехідних процесів тягового електродвигуна для встановлення закономiрностей змiни температури вузлів у тривалих і повторно-короткочасних режимах.

Розробка методики прогнозування залишкового строку служби iзоляцiї обмоток електродвигуна, що працює у повторно-короткочасних режимах.

Розробка системи теплового контролю i пристроїв, що забезпечують підвищення ефективності функціонування системи.

Наукова новизна одержаних результатiв:

1. Математична модель теплових перехідних процесів рудникового тягового електродвигуна, яка враховує взаємний тепловий вплив усiх основних елементiв електродвигуна, i вiдрiзняється вiд інших вiдомих тим, що дозволяє на основі контролю струму якоря моделювати динамiку теплових процесів і використовувати результати моделювання в системі діагностики.

2. Методика прогнозування залишкового строку служби iзоляцiї обмоток, яка вiдрiзняється урахуванням сучасної теорiї течiї хiмiчних реакцiй в iзолюючих матерiалах пiд впливом теплових дiй в повторно-короткочасних режимах роботи електродвигуна і контролем температури для уточнення допустимого її приросту для ізоляції різних класів.

3. Вперше розроблені принципи побудови системи теплового контролю та прогнозування залишкового строку служби ізоляції обмоток рудникових тягових електродвигунів, які базуються на безперервному контролі струму, частоти обертання та стану рейкового шляху.

Практичне значення одержаних результатiв:

Розробленi принципи та алгоритм функціонування системи теплового контролю дозволяють підтримувати допустимі рівні температури та виконувати прогноз залишкового строку служби ізоляції обмоток з урахуванням усіх основних факторів, що впливають на тепловий знос.

Запропонованi методи аналiзу, фiзичного i математичного моделювання роботи системи теплового контролю та результати дослiджень дозволяють визначити технiко - економiчнi показники режимiв роботи електродвигунiв.

Розроблений давач вологості дозволяє більш якісно контролювати тепловий стан обмоток, та визначати стан рейкового шляху, коефіцієнт зчеплення, розташування локомотива в просторі.

Обгрунтованiсть та достовiрнiсть наукових висновкiв та рекомендацiй пiдтверджується використанням випробуваних ранiше методiв теплових дослiджень, фундаментальних положень теорiй нагрiву та охолодження електродвигунiв, а також задовiльними співпаданнями результатів розрахункiв та експериментiв( похибки не перевищують 10%).

Реалiзацiя результатiв роботи. Функціонування діагностичної системи, в якій використовується розроблена математична модель теплових процесів в електродвигунах, методика прогнозування та визначені перевищення температури реалiзовано за допомогою мікропроцесорного модуля. Цей модуль є завершеним блоком, що легко встановлюється в iснуючому вибухобезпечному корпусi системи керування РТД. Модуль виконано на пiдставi однокристальної ЕОМ типу КР1816ВЕ35. Матерiали дисертацiйної роботи використанi енергоремонтним пiдприємством ш/у “Донбас” ВО “Донецьквугiлля” для виконання ремонтних і регламентних робіт. На пiдставi одержаних результатiв сформульовані основнi рекомендацiї з технiчної експлуатації електродвигунів локомотивiв.

Апробація результатiв роботи. Матерiали дисертацiйної роботи доповiдались та обговорювались на семiнарах НАН України (1994 р., м. Донецьк); на першому мiжнародному науково-технiчному семiнарi ”Електромеханiчнi системи з комп'ютерним керуванням на автотранспортних засобах та в їх роботизованому виробництвi” (1993 р., м. Севастополь); на наукових конференцiях в ДонДТУ (1995-1996 рр.); на ІІІ міжнародній науково-практичній конференції " Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини" ( 1998 р., м. Кам'янець - Подільський); на ІІ міжнародній науково-практичній конференції " Проблеми економії енергії" ( 1999 р., м. Львів ).

Публiкацiї. За темою дисертацiї надруковано 10 робiт: 1- в науково-технiчному журналi; 3- у збiрниках наукових праць ДонДТУ; 1-у збірнику наукових праць Державного університету "Львівська політехніка"; 3- депонованi в ДНТБ України; 2- у збірнику наукових праць ІІІ міжнародної науково-практичної конференції " Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини".

Структура та обсяг дисертацiї. Дисертацiйна робота складається з вступу, чотирьох роздiлiв, висновкiв, перелiку лiтератури 89 джерел, чотирьох додаткiв, мiстить 129 машинодрукованих сторiнок основного тексту, 45 рисункiв, 17 таблиць.

2. ОСНОВНИЙ ЗМIСТ РОБОТИ

У вступi обгрунтована актуальнiсть роботи. Сформульована мета й задачi дослiджень та розробок, наведена наукова новизна i практична цiннiсть одержаних результатiв. Наведена загальна структура роботи.

У першому роздiлi розглянутi основнi причини виходу з ладу рудникових тягових електродвигунiв. Їх перелiк наведено в табл. 1.

Доказано, що найбiльша кiлькiсть вiдмов трапляється з причин теплових перевантажень. Встановлено, що iснуючi системи керування електродвигунами обумовлюють збiльшенi витрати енергiї при пусках i гальмуваннях, та вiдповiдно їх тепловi перевантаження. Iмпульсне живлення i керування електродвигунами за допомогою тиристорних перетворювачiв поширення не здобуло.

Проаналiзованi засоби захисту, якi встановлюються на локомотиви. При цьому з'ясовано що прилади, якi використовують, забезпечують лише захист акумуляторної батареї та електродвигунiв вiд струму короткого перемикання. Засоби безперервного теплового контролю стану iзоляцiї обмоток електродвигунiв, використання яких дало б змогу обмежити вплив теплових перевантажень та запобiгти вихiд з ладу електродвигунiв, на локомотивах вiдсутнi.

Проаналiзованi iншi види, що використовуються для захисту вiд теплових перевантажень i оцiнена можливiсть їх використання в системах теплового контролю.

Сформульованi задачi дослiджень

Другий роздiл присвячений розробцi принципiв побудови систем теплового контролю i прогнозування залишкового строку служби iзоляцiї обмоток рудникових тягових електродвигунiв.

Необхідність комплексного підходу до вирішення завдання розробки системи теплового контролю і прогнозування залишкового строку служби ізоляції рудникових тягових електродвигунів вимагає поряд з розробкою приладів захисту електродвигунів постійно контролювати та прогнозувати причину пошкодження двигунів - тепловий стан обмоток.У зв'язку з цим при створенні систем теплового контролю необхідно:

1. Розробити методику прогнозування залишкового строку служби ізоляції обмоток електродвигунів.

2. Проаналізувати різні методи розрахунку температури та вибрати такий, що найбільше задовольняє вирішенню цього завдання.

3. Розробити математичну модель теплових перехідних процесів рудникового тягового двигуна.

4. Виконати розрахунки параметрів математичної моделі для відповідних режимів роботи. Розробити алгоритм розв'язання системи рівнянь і виконати його програмну реалізацію.

Для вирiшення цього завдання проаналiзованi рiзнi методи визначення температури i використано метод еквiвалентних теплових схем (ЕТС).

У методі ЕТС реальні шляхи передачі теплових потоків замінюються тепловими опорами. Створення математичних моделей, що базуються на цьому методі пов' язано з уникненням труднощів розрахунку двох- або трьохмірного поля температури в активних частинах двигунів у порівнянні з чисельним розв'язанням рівнянь Пуасона. Багатомірні теплові потоки розглядаються як результат взаємодії одномірних, кожен з них у відповідному напрямку зазнає тепловий опір. Основні припущення метода дозволяють пристосовувати до нього закони та методи теорії електричних кіл, що полягають в заміні розподілених джерел тепла і теплових опорів деякою кількістю зосереджених еквівалентних теплових опорів.

Недолік метода полягає в тому, що він не дозволяє отримати повну інформацію про поле температур, а тільки деякі середні значення температури окремих вузлів.

Метод дозволяє головне - створити досить точну та зручну модель теплових процесів рудникового тягового електродвигуна. Він має достатньо розвинутий математичний аппарат, що є головною умовою урахування усіх особливостей динаміки теплових процесів.

Рудниковi тяговi двигуни серiї ДРТ-13, що розглядаються як об'єкти дослiджень, є вибухозахищеними електричними машинами закритого виконання з природним охолодженням. ЕТС таких двигунiв достатньо складнi та базуються на дослiдно - експериментальних даних про джерела тепла, значеннях теплових опорiв окремих вузлiв машини, про розподiл теплових потокiв у машинi, та їх взаємний вплив. У цiй роботi розроблена ЕТС, схема якої наведена на рис.1.

На схемi вузлам відповідає: 1 - пазова частина обмотки якоря; 2, 4 - лобовi частини обмотки якоря; 3 - колектор; 5 - осердя; 6 - обмотка збудження; 7-осердя головного полюса; 8 - наконечник головного полюса; 9 - внутрiшнє повiтря; 10 - корпус. Система диференцiйних рiвнянь (1) дозволяє моделювати динамiку теплового процесу нагрiву. Якщо необхiдно моделювати динамiку режиму охолодження, то праву частину системи диференцiйних рiвнянь дорiвнюють нулю i виконують її розв'язання, але при цьому необхiдно змiнити значення деяких теплових провiдностей, що пов'язано з рiзними умовами теплообмiну в режимах нагрiву та охолодження.

Коли виникає необхiднiсть моделювати повторно - короткочаснi режими роботи двигуна, виконується перiодичне розв'язання рiвнянь на нагрiвання та охолодження до квазiстацiонарного стану. Окрiм розрахункiв динамiчних режимiв, за допомогою системи можна одержати i значення сталих перевищень температури вузлiв еквiвалентної схеми. Для цього в системi виключаються всi члени рiвнянь, якi мають диференцiали. Розв' язання таких систем виконується рiзними методами. У цiй роботi використовується метод Рунге- Кутта.

,(1)

де 1, 2,...10 - перевищення температури вузлiв, що надходять у схему;

1, 2,...10,11 - тепловi провiдностi мiж вузлами;

С1, С2,...С10 - теплоємностi вiдповiдних вузлiв;

Р1, Р2,...Р8 - втрати енергiї в окремих вузлах машини при температурi середовища, що оточує;

1 - температурний коефiцiєнт змiни опору;

кн= I/Iн - коефiцiєнт навантаження струму;

I - струм якоря двигуна;

Iн - номiнальний струм якоря двигуна.

Для наочностi результати розрахункiв можуть бути одержанi у виглядi графiчних залежностей ст=f(кн), =f(t).

Результати розв'язання поданої системи використовуються для розрахункiв залишкового строку служби iзоляцiї обмоток електродвигунiв.

У роздiлi розроблена методика прогнозування залишкового строку служби для iзоляцiї різних класiв, що використовуються в електромашинобудуваннi, яка вiдрiзняється вiд вiдомих тим, що дозволяє виконувати прогнозування в повторно-короткочасних режимах з використанням теорiї про хiмiчнi реакцiї в рiзних матерiалах пiд впливом теплових дiй.

Процес можна визначити:

к=Ае -Ea/RТ , (2)

де к - постiйна швидкостi реакцiї;

А -постiйна , що враховує хiмiчний склад та структуру матерiалу.

Еа - енергiя активацiї, тобто перевищення енергiї, якою повинна володiти молекула, щоб подолати енергетичний бар'єр та вступити в хiмiчну реакцiю, Дж/моль;

R= 8.37 - унiверсальна газова постiйна, Дж/град моль;

Т - температура, при якiй здiйcнюється хiмiчна реакцiя,град .

У випадку використання цiєї залежностi, необхiдно знати не швидкiсть протiкання хiмiчних реакцiй, а час, протягом якого, внаслiдок старiння, iзоляцiя досягає свого критичного стану. Строк служби iзоляцiї D з температурою нагрiвання визначається:

, (3) де .

Значення Еа наведенi в лiтературi, а визначене для класiв iзоляцiйних матерiалiв, що використовуються в електромашинобудуваннi - в табл.2.

Якщо температура iзоляцiї в процесi експлуатацiї електричних машин змiнюється, має глузд визначення не загального, а залишкового ресурсу, або залишкового строку служби iзоляцiї обмоток. Для двигунiв, що працюють в повторно-короткочасних режимах, де температура змiнюється з часом (t), пропонується така методика розрахунку.

Графiк змiни температури iзоляцiї в циклi апроксимується двома вiдрiзками (рис.2). Тодi середнє значення температури cp в циклi, а також її миттєвi значення (t) у режимах нагрiву tнг та охолодженнi tохл:

; (4)

. (5)

Cтрок служби iзоляцiї вiдповiдно середнiй температурi циклу визначається:

, (6)

i розраховується коефiцiєнт ступеню зменшення строку служби iзоляцiї () з температурою в порiвняннi з середньою (ср).

; (7)

- коефiцiєнт, що визначає вiдхилення коливань температури в циклi у порiвняннi з постiйною , що враховує енергiю активацiї молекул для номiнальної температури. Пiсля цього визначається значення залишкового строку служби за виразом:

, (8)

де D0 - строк служби iзоляцiї з номiнальною температурою, рокiв;

Dзi - вiдносне значення строку служби;

tцi - час циклу, с.

Iнформацiя про залишковий строк служби зберiгається в пам'ятi мiкропроцесора.

У табл.3 наведенi значення коефiцiєнта та деяких значень коефiцiєнта розмаху коливань у циклi.

У випадку роботи двигуна та його iзоляцiї в повторно-короткочасних режимах з довiльним навантаженням (рис.3), характеристика (t) може бути роздрiбнена на декiлька вiдрiзкiв, для кожного з яких визначаються значення icp, , а значення коефiцiєнта зменшення строку служби iзоляцiї знаходиться як середнє:

, (9)

На пiдставi наведених розрахункiв можна сказати, що для надiйної експлуатацiї машин, у яких має мiсце квазiсталий температурний режим, необхiдно, щоб середнє значення температури циклу не перевищувало допустимої температури для вiдповiдного класу iзоляцiї при невеликому ( < 2 ) розмаху коливань температури циклу.

Коли розмах коливань перевищує допустимий, то температура циклу повинна бути знижена з урахуванням коефiцiєнта :

сру = ср [ 1 - ln], (10)

Третiй роздiл присвячений дослідженню теплових перехідних процесів одержаних за розробленою математичною моделью або експериментально з метою визначення перевищень температури у тривалих режимах роботи (S1).

Безпосередні задачі аналітичних досліджень полягають:

- отриманні конкретних значень перевищень температури в усталеному режимі для всіх основних вузлів двигуна, включно вузли, що недоступні для досліджень (частини що обертаються, повітря), визначати найбільше напружені вузли двигуна;

- отримати закономірності зміни перевищень температури та тривалість теплових перехідних процесів;

- отримати інформацію про тривалість експлуатації з навантаженням, що відрізняється від номінального.

Окрім аналітичних виконані і експериментальні дослідження. Вони дозволяють:

- підтвердити параметри, що отримані аналітично;

- уточнювати закономірності зміни перевищень температури;

- коректувати параметри заступної теплової схеми електродвигуна.

При створеннi систем теплового контролю i прогнозування залишкового строку служби iзоляцiї обмоток електродвигунiв виникає необхiднiсть адекватного моделювання динамiки теплових процесiв.Тому виникає необхiднiсть у визначеннi постiйних часу, вiдносної швидкостi змiни температури рiзних вузлiв ЕТС.

З метою аналiзу теплових перехiдних процесiв використана спецiальна методика, яка дозволяє визначити всi необхiднi параметри.

Її суть полягає в такому.

В результатi виконання аналiтичних розрахункiв та експериментальних дослiджень одержуємо часовi характеристики процесу нагрiву (рис.4) рiзних вузлiв електродвигуна, або охолодження ( рис.5).

Перевищення температур: 1- обмотка якоря ( - - розрахунок, - дослід) ; осердя якоря: 2 ( - - розрахунок, ? - дослід); колектор: 3 (- - розрахунок, - дослід); обмотка збудження: 4 (- - розрахунок, - дослід); корпус: 5 (- - розрахунок, * - дослід).

Тодi рiвняння будь-якої характеристики можна подати у виглядi:

, (11)

де с - стале перевищення температури вiдповiдного вузла, С;

- коефiцiєнти апроксимуючих експонент;

Т1 - бiльша постiйна часу, яка визначає загальне продовження теплових процесiв, с;

Т2 - менша постiйна часу, яка визначає характер теплових процесiв у початковий перiод, с

Для практичних цiлей коефiцiєнти можна одержати побудуванням вiдповiдних характеристик нагрiву (охолодження) в напiвлогарифмiчному масштабi, або з використанням ЕОМ.

Перевищення температур: 1- обмотка якоря ( - - розрахунок, - дослід) ; осердя якоря: 2 ( - - розрахунок, ? - дослід); колектор: 3 (- - розрахунок, - дослід); обмотка збудження: 4 (- - розрахунок, - дослід); корпус: 5 (- - розрахунок, * - дослід).

У четвертому роздiлi подано розробку системи теплового контролю i прогнозування залишкового строку служби iзоляцiї РТД. Якщо в тепловiй моделi формули електричних втрат представити через квадрат струму та опiр, то їх можна використовувати у реальному часi. На пiдставi розроблених вимог створена система теплового контролю, структурна схема якої наведена на рис.6.

До складу структурної схеми входять: ДВ - давач вологостi, ДС - давач струму, ДШ - давач швидкостi, АЦП - аналогово-цифровий перетворювач, МХ - мультиплексор, МПС - мiкропроцесорна система, ЦАП - цифро-аналоговий перетворювач, ПЗО - прилад зв'язку з об'єктом, ПЗС -прилад звукової та свiтлової сигналiзацiї, БКК - блок керування командоконтролером.

Розроблено алгоритм функцiонування системи теплового контролю.

Виконано математичне моделювання роботи системи контролю. Одержанi результати, що дозволяють обирати раціональні параметри системи контролю. Розроблено давач вологостi, принцип дiї якого грунтується на стабiлiзацiї струму, що надходить скрiзь контролюєму дiльницю рейкового шляху для знайденого кондуктометричного дiапазону та наведенi результати його випробувань.

ВИСНОВКИ

У дисертацiйнiй роботi вирiшене актуальне науково-технiчне завдання розробки системи теплового контролю i прогнозування залишкового строку служби iзоляцiї обмоток електродвигунів за рахунок контролю струму , частоти обертання та стану рейкового шляху і використання характеристик теплових перехiдних процесiв розробленої математичної моделі, що дозволяє підвищити ефективність функціонування рудникового тягового електродвигуна. В основу побудови системи покладені характеристики теплових перехідних процесів, що встановлені і одержані за допомогою розробленої математичної моделі та експериментів.

Основнi науковi та практичнi висновки роботи:

1. Розроблена методика діагностування, яка дозволяє визначити залишковий строк служби iзоляцiї обмоток електродвигунiв з урахуванням сучасної теорії течiї хiмiчних реакцiй пiд впливом теплових дiй для повторно-короткочасних режимів роботи електродвигуна. Одержана залежнiсть , що уточнює межi допустимого приросту температури класiв iзоляцiйних матерiалiв, якi використовуються в електромашинобудуваннi, для повторно- короткочасних режимiв роботи двигунiв. За допомогою методу еквiвалентних теплових схем розроблена модель діагностики та узагальнено методи розрахунку її параметрів. Математична модель у вигляді системи диференцiйних рiвнянь дозволяє виконувати дослiдження як перехiдних, так i сталих теплових режимiв рудникового тягового двигуна.

2. На підставі виконаних експериментальних і теоретичних досліджень розроблена структурна схема системи теплового контролю та прогнозування залишкового терміну служби ізоляції обмоток тягових електродвигунів, яка відрізняється від відомих можливістю контролю стану рейкового шляху та частоти обертання електродвигуна.

3. Вперше розроблено алгоритм функціонування системи теплового контролю i прогнозування залишкового строку служби iзоляцiї (РТД) з урахуванням основних впливаючих факторiв (коефiцiєнта зчеплення, профiлю рейкового шляху, маси составiв, що транспортуються за умовами вирушення з мiсця, допустимої швидкостi пересування навантажених та порожнiх составiв, що транспортують з забезпеченням гальмового шляху i т.д.) при функцiонуваннi в реальних умовах експлуатацiї. Моделюванням i одержаними результатами пiдтверджується адекватнiсть теоретичних положень реальним фiзичним процесам.

4. Розроблений мiкропроцесорний модуль для забезпечення функціонування системи теплового контролю і прогнозування, що виконує програму за поданим алгоритмом, є функцiонально закiнченим компактним блоком, який легко встановлюється в iснуючому вибухобезпечному корпусi блоку керування РТД. Модуль виконано на пiдставi однокристальної мiкроЕОМ типу КР1816ВЕ35.

Система теплового контролю та прогнозування залишкового строку служби iзоляцiї обмоток РТД дозволяє обмежити кiлькiсть теплових перевантажень, і цим зменшити кiлькiсть відмов електродвигунів і зупинок локомотивiв.

5. Виконані експериментальні дослідження перехідних опорів дільниць рейкового шляху та теоретичні висновки цих досліджень є основою можливої реалізації способу врахування стану рейкового шляху, та розробки давача вологості принцип дії якого базується на визначенні струму, що надходить скрізь контролюєму дільницю рейкового шляху для знайденого кондуктометричного діапазону

Матерiали дисертацiйної роботи використанi на дiльницi ВШТ шахти “Заперевальна” ш/у “Донбас“ ВО “Донецьквугiлля”.

ОСНОВНI РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦIЙНОЇ РОБОТИ ВIДОБРАЖЕНI В НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Федоров М.М., Рак А.Н. К вопросу о прогнозировании остаточного срока службы изоляции электрических машин // Известия вузов. Электромеханика. - 1997 - №1-2.- С. 6-8.

2. Федоров М.М., Рак А.Н. К вопросу о построении микропроцессорной системы теплового контроля и прогнозирования остаточного срока службы изоляции электродвигателей рудничных электровозов // Сб. научных трудов энергетического факультета ДонГТУ. Серия: Электромеханика и электроэнергетика . - Донецк: ДонГТУ.- 1996.- С. 60-62.

3. Рак А.Н. Выбор устройств получения информации и обработки сигналов в системах непрерывного теплового контроля рудничных тяговых электродвигателей // Сб. научных трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, выпуск 2: - Донецк: ДонГТУ, 1998.- С. 45-46 .

4. Рак А.Н. Реализация принципов моделирования тепловых процессов с помощью тепловых моделей. - ДонГТУ.- Донецк, 1996.- 5 с. Рус.- Деп. в ГНТБ Украины 26.11.96, №2268 - УК- 96.

5. Рак А.Н. Анализ статистики отказов рудничных тяговых электродвигателей (аналитический обзор по результатам эксплуатации).- ДонГТУ.- Донецк, 1996. - 4 с. Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 26.11.96, № 2265 - УК- 96.

6. Рак А.Н. Обзор существующих технических решений в области защиты электрооборудования рудничных электровозов.-ДонГТУ.- Донецк, 1996.- 7 с. Рус.- Деп. в ГНТБ Украины 26.11.96, №2266- УК- 96.

7. Рак А.Н. Выбор и обоснование устройств получения и обработки сигналов в системе теплового контроля // В сб. научных трудов III международной научно-практической конференции "Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини" Каменец-Подольский. Книга 2.- Киев, 1998 - С. 72-75.

8. Рак А.Н. Алгоритм функционирования системы теплового контроля и прогнозирования остаточного срока службы изоляции // В сб. научных трудов III международной научно-практической конференции "Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини" Каменец-Подольский. Книга 2.- Киев, 1998 - С. 59-61.

9. О. Рак Прогнозування залишкового терміну служби ізоляції обмоток електродвигунів // Вісник Державного університету " Львівська політехніка ". Проблеми економії енергії, № 2. - Львів: ДУ "Львівська політехніка ".-1999.- С.73-76.

10. Рак А.Н. Моделирование тепловых переходных процессов с помощью математических моделей // Сб. научных трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, выпуск 4:- Донецк: ДонГТУ, 1999. - С. 146 -150.

11. У /1/ здобувачевi належить визначення допустимого приросту температури та методика прогнозування в повторно-короткочасних режимах.

12. У /2/ - розробка вимог до роботи системи, перевiрка її функцiонування.

Размещено на Allbest.ru

...