УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ
DEVICE FOR DIAGNOSTICS OF ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTORS

Изобретение относится к области диагностики электромеханического оборудования, применяемого на железнодорожном транспорте, а также других отраслях промышленности, в частности к диагностике асинхронных электрических двигателей.
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.
ном
ном
н
iz
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 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. 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, ток номинальный - Iном, номинальное время пуска - t п.н, коэффициент определяемый классом изоляции - b. 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
<mrow><msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mi>z</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>Δ</mi><mi>τ</mi><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><mi>η</mi><mo>+</mo><mi>k</mi><mi>l</mi><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>b</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>η</mi><mo>−</mo><mi>α</mi><mo>⋅</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>τ</mi><mrow><mi>н</mi><mi>о</mi><mi>м</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>k</mi><mi>l</mi><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>b</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>−</mo><mfrac><mi>t</mi><mrow><mi>T</mi><mi>н</mi></mrow></mfrac></mrow></msup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>τ</mi><mrow><mi>о</mi><mi>к</mi><mi>р</mi><mo>.</mo><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub><msup><mi>e</mi><mrow><mo>−</mo><mfrac><mi>t</mi><mrow><msub><mi>T</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></msup></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>;</mo><mtext>             (1)</mtext></mrow>
IZ(b)=e,
iz
где b - 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,
ном
Δτ - начальное превышение температуры обмоток изоляции над номинальной,
t - реальная длительность пуска,
н
Т - постоянная времени нагрева двигателя,
окр.ср
τ - 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).