Способ оценки технического состояния электропривода
METHOD FOR ASSESSING THE TECHNICAL CONDITION OF THE ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к методам диагностики состояния оборудования, а именно к способу прогнозирования возможности выхода из строя электродвигателей постоянного тока.
Известен способ диагностики и прогнозирования технического состояния машин по вибрации корпуса [патент РФ №2103668], заключающийся в том, что с помощью автоматической системы диагностики измеряют сигналы, характеризующие состояние машин, и в качестве диагностических признаков графически отображают на экране дисплея компьютера и сравнивают их с пороговыми значениями, предварительно введенными в компьютер и отображенными на столбиковых указателях признаков, которые формируют на экране, и дополняют экран схематическим положением машин из соответствующих машинам графических символов, и меню с опциями, по которым путем совмещения с курсором формируют дополнительные экраны, отличающийся тем, что для отображения текущего состояния машин и каналов самой системы в комплексе и комплексного управления процессом диагностики система формирует экран "монитор", строя на упомянутом экране схематичное положение, система устанавливает графические символы подобно и пропорционально реальному положению машин в комплексе, и разделяет каждый символ на участки структурных частей машины, например двигатель и исполнительная часть, измеряемые сигналы с которых система выводит на столбиковые указатели, которые предварительно формирует на экране по признакам виброускорения, виброскорости, виброперемещения, давления, расхода, температуры, напряжения и величины тока с отметкой верхних и нижних пороговых значений признаков на едином зрительно воспринимаемом уровне, в меню экрана "монитор" система формирует опцию "помощь" по вызову экрана пояснений содержания экрана "монитор" и порядка его использования, опции "система" и "тренд" по вызову одноименных вспомогательных экранов, опцию "анализ" по вызову экрана отображения сигнала выбранного канала системы с аппаратными средствами и управления процессом анализа сигнала, опцию "печать" по печатанию текущего содержания экрана на печатающем устройстве, опцию "коррекция" по вызову экрана коррекции величин наработки машин и величин порогов включения/выключения машин, которые система отображает в предварительно формируемом ею экране "монитор", причем опция "коррекция" позволяет вызвать экран определения причин вывода машин в резерв или в ремонт с последующим вызовом соответствующих экранов со списком причин вывода, а также система формирует на экране "монитор" текстовой указатель с номерами машины и ее структурной части, по измеряемым сигналам с которых система выявляет изменение градации технического состояния машины, а затем система сигнализирует на экране изменение стадий градации технического состояния по группам машин, окрашивая соответствующие структурные участки графических символов в различные цвета, причем цветовая зависимость устанавливается отдельно для работающих и отдельно для неработающих машин, находящихся в ремонте или в резерве, одновременно с этим в схематичном положении машин система выделяет из группы машин одной стадии технического состояния графический символ машины наихудшего состояния при помощи светящегося курсора, который система формирует индивидуально для каждой машины по предварительно разработанному порядку обработки измеряемых сигналов, а также система выдает информацию о состоянии выделенной машины на столбиковых указателях признаков, окрашивая их по цветовой зависимости, установленной для работающих машин.
Недостатком известного способа является высокая стоимость оборудования, необходимого для реализации известного способа.
Известен способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств [патент РФ №2300116], при котором в течение заданного интервала времени производят запись значений фазного тока, потребляемого электродвигателем, с помощью датчика тока с линейной амплитудно-частотной характеристикой выделяют анализируемые характерные частоты с помощью фильтра низких частот, преобразуют полученный сигнал из аналоговой в цифровую форму, а затем производят спектральный анализ полученного сигнала и сравнение значений амплитуд на характерных частотах с уровнем сигнала на частоте питающей сети.
Недостатком известного способа является тот факт, что оцениваются только амплитуды колебаний параметров, что не всегда может позволить объективно оценить работоспособность машины, т.к. такие всплески могут быть вызваны колебаниями технологических нагрузок и никак не связаны с выходом оборудования из строя.
Данный способ принят в качестве прототипа.
Очевидно, что наиболее целесообразным вариантом диагностики является вариант, включающий анализ распределения токовых нагрузок в обмотке якоря электродвигателя во времени, так как момент нагрузки на привод прямо пропорционален току якоря электродвигателя постоянного тока.
Задача изобретения - диагностики состояния электродвигателя постоянного тока по уже регистрируемым параметрам работы.
Обозначенная задача достигается тем, что в способе оценки состояния электродвигателя постоянного тока, включающем сбор и анализ данных об изменении величины силы тока якоря электродвигателя, сравнение вида гистограмм плотностей распределения токов якоря электродвигателя и его средних значений при текущем оцениваемом временном периоде работы и периоде работы, при котором заранее было известно, что электродвигатель и все его элементы были в исправном состоянии, и в случае, если гистограммы не совпадают, делают вывод о нарушении технического состояния электродвигателя постоянного тока, кроме того, сравниваются средние квадратические отклонения совокупности значений величин сил токов якоря при текущем оцениваемом временном периоде работы электродвигателя и совокупности значений величин сил токов якоря электродвигателя, при которой известно, что электродвигатель и все его элементы были в исправном состоянии, причем, если отношение квадратов средних квадратических отклонений превышает критическое значение, делают вывод о нарушении технического состояния электродвигателя.
Сущность изобретения заключается в предиктивной оценке состояния электродвигателя постоянного тока, путем сравнения гистограммы плотности распределения регистрируемых значений тока обмотки якоря, средних значений тока обмотки якоря и аналогичных характеристик исправного электродвигателя.
На фигуре 1 (фиг. 1) приведена плотность распределения токов якоря двигателя при устойчивом режиме его работы.
На фигуре 2 (фиг. 2) приведена плотность распределения токов якоря двигателя при переходных процессах (динамические нагрузки).
На фигуре 3 (фиг.3) приведена плотность распределения токов якоря двигателя при изменении технического состояния электродвигателя постоянного тока.
Ниже приведен конкретный пример практической реализации предлагаемого способа.
Установлено, что плотность распределения тока имеет схожую форму в установившемся режиме работы практических для всех двигателей [Кожевников А.В., Платонов Ю.В. Разработка метода оценки состояния электромеханических приводных систем (на примере ролика рольганга) с применением статистического анализа токового сигнала электродвигателя // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2020. Т. 76. №7. С. 728-733], характер распределения представлен на фиг. 1.
Но если появляются первые признаки механических повреждений системы, сопровождающиеся ростом момента нагрузки, то плотность распределения тока смещается в сторону больших значений тока якоря (фиг .2 и 3).
Двигатель продолжает работать на этом токе до своего отказа, так как он ниже номинала и не фиксируется защитой электродвигателя постоянного тока.
Дополнительно оценивают равенство средних квадратических отклонений распределения токов обмотки при работе в устойчивом режиме (фиг. 1) и при рассматриваемом режиме (фиг. 3).
Оценку, например, выполним по известному критерию Фишера, применяемому для сравнения средних квадратических отклонений наборов значений двух величин.
1
2
1
1
2
2
Так, если рассчитанное значение критерия Фишера, определяемое по выражению F=S/S (S - большее среднее квадратическое из наборов значений токов, S - меньшее среднее квадратическое из наборов значений токов), превышает критическое значение, то средние квадратические отклонения неравны и делается вывод о неисправности привода.
1
2=
p
к
p
к
В соответствии с распределением на фиг. 1 среднее квадратическое отклонение составит S’=0,07664, на фиг. 3 - S’’=0,01837, тогда S=0,07664, S0,01837, а расчетное значение критерия Фишера F=17,397, критическое значение критерия Фишера F=5,39. Таким образом, F>F и делаем вывод, что средние квадратические отклонения распределения токов обмотки при работе в устойчивом режиме (фиг. 1) и при рассматриваемом режиме (фиг. 3) неравны, техническое состояние электродвигателя постоянного тока нарушено.
Диагностика по токовому сигналу, являясь альтернативой дорогостоящему виброконтролю, позволяет производить качественную оценку состояния электродвигателя, его креплений и механики исполнительного механизма: муфт, подшипников, редукторов, рабочих колес или винтов.