УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ И УРОВНЯ ВЛАЖНОСТИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
DEVICE FOR MONITORING TEMPERATURE AND HUMIDITY OF TRACTION MOTORS

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в системах контроля температуры и влажности тяговых электрических машин в процессе эксплуатации, а также для управления диэлектрической прочностью изоляции.
Наибольшее число выходов из строя тяговых двигателей приходится на долю пробоя изоляции. Во многом это определяется сложными условиями эксплуатации машин: перегрузками, коммутационными перенапряжениями, увлажнением и т.д. Чаще всего (до 85%) пробой изоляции наблюдается во влажный период времени года, когда сильно возрастает вероятность увлажнения обмоток из-за попадания влаги в двигатели и снижение ее диэлектрической прочности. Выход из строя тяговых электродвигателей из-за пробоя изоляции вследствие ее недопустимого увлажнения является одной из важнейших проблем эксплуатации электроподвижного состава. Контроль температурно-влажностного процесса тяговых электродвигателей позволяет установить влияние всех стадий эксплуатации электровоза (работа под нагрузкой, выбег, нахождение в ожидании работы) на состояние его изоляции и развитие процессов повреждения изоляции.
Непрерывный контроль температурно-влажностного состояния изоляции позволяет в свою очередь оценить степень старения изоляции и возможность возникновения пробоя, а также планировать мероприятия по обеспечению необходимого уровня ее диэлектрической прочности.
Известно устройство для автоматического регулирования температурно-влажностного режима обмоток тяговой электрической машины постоянного тока с каналом для охлаждающей среды, содержащее вентилятор с управляемым приводом, датчики тока и напряжения электрической машины, датчики падения напряжения на обмотке главных полюсов, на компенсационной обмотке и на обмотке добавочных полюсов, датчики частоты вращения вала электрической машины и частоты вращения вала вентилятора, датчик температуры охлаждающей среды, блоки расчета значений омического сопротивления в горячем состоянии обмотки главных полюсов, компенсационной обмотки и обмотки добавочных полюсов, причем на входы каждого из указанных блоков расчета подают сигналы с выходов датчиков тока и напряжения электрической машины и с соответствующего датчика падения напряжения на обмотке главных полюсов, компенсационной обмотке и обмотке добавочных полюсов, блок измерений значений средней температуры изоляции обмотки главных полюсов, компенсационной обмотки и обмотки добавочных полюсов, причем на входы указанного блока подают сигналы с выходов блоков расчета значений омического сопротивления обмотки главных полюсов, компенсационной обмотки и обмотки добавочных полюсов в горячем состоянии, а также для значения омического сопротивления этих обмоток в холодном состоянии, блок расчета величины мощности электрической машины, причем на входы этого блока подают сигналы с выходов датчиков тока и напряжения электрической машины, и блок вычислений, при этом на соответствующие входы блока вычислений подают выходные сигналы датчиков частоты вращения вала электрической машины и частоты вращения вала вентилятора, датчика температуры охлаждающей среды на выходе из канала охлаждающей среды, датчиков тока и напряжения электрической машины, выходные сигналы указанного блока измерений и блока расчета величины мощности электрической машины, с выхода блока вычислений подают сигнал управляющего воздействия на вход управляемого привода вентилятора охлаждения (RU 2291544, Н02К 9/06, 10.01.07).
Устройство для автоматического регулирования температурно-влажностного режима обмоток тяговых электрических машин обеспечивает поддержание в заданных пределах предельно допустимых значений температуры и влажности изоляции ее обмоток независимо от условий и режимов работы тяговой электрической машины в процессе эксплуатации, позволяет защитить ее от перегрева и переувлажнения обмоток, обеспечить качественные устойчивые процессы регулирования температуры и влажности, повысить долговечность тяговой электрической машины при минимальных затратах электроэнергии на функционирование системы охлаждения и осушения, стабилизировать степень увлажнения изоляции обмоток тяговых электрических машин.
Недостатком известного устройства является отсутствие в нем средств, обеспечивающих в процессе эксплуатации непрерывный сбор и передачу данных о температурном режиме и уровне влажности оборудования для последующей обработки и отображения данных, а также хранение и передачу информативных параметров на сервер предприятия приписки тягового подвижного средства.
В качестве прототипа принято устройство для мониторинга теплового состояния при эксплуатации путем определения наиболее нагретой точки тягового электродвигателя с каналом для охлаждающей среды и с вентилятором с управляемым приводом, содержащее датчик температуры охлаждающей среды, установленный на входе канала для охлаждающей среды, вычислительный блок, содержащий математическую модель двигателя как теплового объекта, на вход которого подают преобразованные сигналы с датчика температуры, установленного на входе канала для охлаждающей среды, в устройство введены датчики температуры, установленные на выходе охлаждающей среды и на корпусе под главным полюсом электродвигателя, соединенные с входом блока преобразования, выход которого присоединен к входу вычислительного блока, содержащего математическую модель, а выход указанного вычислительного блока соединен с системой управления тяговым двигателем, на вход которой по программе вычислительного блока поступают рассчитанные значения максимальных локальных температур самых нагретых точек внутреннего пространства двигателя (RU 79840, B60L 11/02, 20.01.09).
Устройство мониторинга позволяет с достаточной точностью определять установившиеся температуры разных узлов тягового электродвигателя, реализовать на практике определения температур узлов, недоступных в период эксплуатации для непосредственного измерения.
Известное устройство предназначено только для мониторинга теплового состояния тягового электродвигателя и оно не осуществляет контроль уровня влажности, при этом в нем также отсутствуют средства, обеспечивающие в процессе эксплуатации непрерывный сбор и передачу измеренных параметров для последующей обработки и отображения данных, а также хранение и передачу информативных параметров на сервер предприятия приписки тягового подвижного средства.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей за счет непрерывного одновременного контроля температуры и влажности тяговых электрических машин и регистрации этих параметров в процессе эксплуатации в терминале сбора данных.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для мониторинга теплового состояния и уровня влажности тяговых электрических машин, содержащем датчики температуры и блок обработки измерительной информации, согласно изобретению введены датчики влажности, измерительные радиомодули и ретрансляторы сигналов, установленные на корпусе локомотива, при этом измерительный радиомодуль имеет два измерительных канала, один из которых соединен с датчиком температуры, а другой - с датчиком влажности, причем соединение датчиков с измерительными каналами выполнено гибкими проводниками для обеспечения выбора пространственного позиционирования датчика относительно обмотки тяговой электрической машины и корпуса измерительного радиомодуля, выполненного с защитой от воздействия внешней среды и механических воздействий, причем часть корпуса измерительного радиомодуля выполнена из радиопрозрачного материала, блок обработки измерительной информации представляет собой терминал сбора данных, обеспечивающий прием, передачу радиосигналов и обработку и хранение информации, при этом измерительные радиомодули по каналу связи через ретрансляторы сигналов соединены с терминалом сбора данных, который в зоне уверенного приема по каналу связи соединен через приемо-передающее устройство с персональным компьютером автоматизированного рабочего места мастера ремонтного депо.
На чертеже представлена схема размещения элементов устройства для мониторинга теплового состояния и уровня влажности тяговых электрических машин.
Устройство для мониторинга теплового состояния и уровня влажности тяговых электрических машин содержит датчики 1 температуры, датчики 2 влажности, измерительные радиомодули 3 и ретрансляторы 4 сигналов, установленные на корпусе локомотива 5, измерительный радиомодуль 3 имеет два измерительных канала, один из которых соединен с датчиком 1 температуры, а другой - с датчиком 2 влажности, причем соединение датчиков 1 и 2 с измерительными каналами выполнено гибкими проводниками для обеспечения выбора пространственного позиционирования датчика относительно обмотки тяговой электрической машины 6 и корпуса измерительного радиомодуля 3, выполненного с защитой от воздействия внешней среды и механических воздействий, часть корпуса измерительного радиомодуля 3 выполнена из радиопрозрачного материала, блок 7 обработки измерительной информации представляет собой терминал сбора данных, обеспечивающий прием, передачу радиосигналов и обработку и хранение информации, при этом измерительные радиомодули 3 по каналу связи через ретрансляторы 4 сигналов соединены с терминалом сбора данных, который в зоне уверенного приема по каналу связи 8 соединен через приемо-передающее устройство 9 с персональным компьютером 10 автоматизированного рабочего места 11 мастера ремонтного депо.
Устройство для мониторинга теплового состояния и уровня влажности тяговых электрических машин работает следующим образом.
Для осуществления непрерывного контроля температурного режима и уровня влажности оборудования тягового подвижного состава в процессе его эксплуатации датчики 1 температуры и датчики 2 влажности устанавливаются в электрических машинах, где создается соответственно наибольший нагрев и максимальное увлажнение обмоток. Возможность необходимого пространственного позиционирования датчика относительно обмотки тяговой электрической машины обеспечивается за счет соединения датчиков 1 и 2 с измерительными каналами измерительного радиомодуля 3 гибкими проводниками. Такое соединение позволяет также выбрать и реализовать оптимальное расположение измерительного радиомодуля 3, при котором обеспечивается минимальное расстояние от датчиков до радиомодуля, который должен находиться в прямой видимости с установленным на корпусе локомотива 5 ретранслятором 4, для обеспечения надежной связи с радиомодулей 3 и передачи информационного сигнала на приемник терминала сбора данных. Информация, с датчиков 1 и 2 поступает в соответствующие измерительные каналы измерительного радиомодуля 3, в котором эта информация обрабатывается и передается на ретрансляторы 4 сигналов. Измерительный радиомодуль 3 максимально унифицирован и позволяет в случае необходимости подключать к нему два однотипных датчика (температуры или влажности). В связи с тем, что радиомодуль работает в сложных условиях внешней среды и может подвергаться механическим воздействиям в процессе эксплуатации, его корпус выполнен с необходимой степенью защиты от воздействия внешней среды и требуемой стойкостью к механическим воздействиям. Поскольку все элементы радиомодуля находятся внутри корпуса, включая его автономный источник питания и антенну передающего устройства, то для обеспечения устойчивой радиосвязи с ретранслятором часть корпуса измерительного радиомодуля (в зоне расположения антенны) выполнена из радиопрозрачного материала, обеспечивающего радиопрозрачность на уровне не менее 80%. Поступивший от радиомодуля 3 информационный сигнал усиливается в ретрансляторе 4 сигналов, который обеспечивает требуемую дальность передачи сигналов, и передается в приемник блока 7 обработки измерительной информации. Принятая измерительная информация обрабатывается в блоке 7 и записывается в его память (например, в виде базы данных). При желании эта информация может быть отображена на локомотивном дисплее машиниста. Для этого необходимо подключить блок 7 обработки измерительной информации к локомотивному блоку отображения информации (дисплею машиниста). При нахождении подвижного состава в зоне уверенного приема (в местах расположения ремонтного предприятия) с терминала сбора данных по каналу 8 связи может быть передана информация, записанная в процессе движения, через приемопередающее устройство 9 автоматизированного рабочего места 11 мастера ремонтного депо на его персональный компьютер 10. На персональном компьютере 10 полученную информацию подвергают анализу с использованием, например, математической модели температурно-влажностного процесса тяговой электрической машины. Результаты анализа позволяют установить степень и характер влияния эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения изоляции тяговой электрической машины, а также установить влияние всех стадий эксплуатации электровоза (работа под нагрузкой, выбег, нахождение в ожидании работы и т.д.) на состояние его изоляции. Это в свою очередь позволяет заранее определить степень возможного изменения характеристик изоляции эксплуатируемой тяговой электрической машины и сделать вывод о необходимости проведения профилактических или ремонтных работ. И тем самым предотвратить или, по крайней мере, свести к минимуму отказы тяговых электрических машин в процессе эксплуатации из-за снижения диэлектрической прочности изоляции ее обмоток.