Особенности использования методов анализа частотных составляющих токового сигнала ЭПА

УДК 621.039

ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ЧАСТОТНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКОВОГО СИГНАЛА ЭПА

П.В. Синельщиков, А.В. Чернов

Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»

Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI»

Приводится экспериментальное исследование частотных составляющих токовых сигналов, снятых с электродвигателя экспериментальной установки с внесенным дефектом в червячную передачу. Указываются ограничения Фурье - преобразования, которые не позволяют точно определить место дефекта. Приводятся результаты анализа токового сигнала при помощи непрерывного вейвлет - преобразования.

Ключевые слова: диагностика,электроприводное оборудование, вейвлет -преобразование, Фурье - преобразование.

An experimental research of the frequency components of current signals, taken from the engine of experimental installation with defect in the screw-gear is presented. Specifies limits of Fourier such as transformations which do not let determine the defect location accurately are presented. The results of the current signal analysis with the help of continuous wavelet - transformation are given.

Keywords: diagnostics, electro driving equipment, wavelet - transformation, Fourier -transformation.

На сегодняшний день широкое распространение получили методы диагностирования ЭПА с использованием токового сигнала, который регистрируется со статорных обмоток электродвигателя при работе привода. Мобильность данного подхода и относительная оперативность выдаваемых ею результатов контроля позволяют производить измерения дистанционно, вдали от исследуемого оборудования, когда доступ к объекту контроля затруднен или невозможен, например, ввиду наличия высокой температуры, и не требует прокладки дополнительных, помехозащищенных линий связи.

Спектральный анализ сигналов - наиболее распространённый способ анализа сигналов. В подавляющем большинстве случаев используется преобразование Фурье (или его развитие - оконное преобразование Фурье) для получения спектра частот сигнала.

Следует отметить, что практическое применение преобразования Фурье для экспериментальных данных, зачастую, сталкивается с рядом трудностей: увеличение отношения сигнал-шум, которое образуется из-за усреднения и синхронного накопления; малая разрешающая способность анализа в высокочастотной области, что требует применения процедур детектирования (анализ огибающей). Кроме того, традиционный спектральный анализ не эффективен для нестационарных сигналов с

№ 1 (2) (2012) Глобальная ядерная безопасность

временным масштабом нестационарности, много меньшим продолжительности сигнала, подлежащего анализу.

Данные трудности могут быть преодолены за счет использования свойства локальности непрерывного вейвлет-преобразования, что позволяет анализировать и обрабатывать нестационарные (во времени) или неоднородные (в пространстве) сигналы.

Непрерывное вейвлет-преобразование так же, как и Фурье-преобразование, состоит в разложении исходной функции по базису. Однако, в случаи вейвлет-преобразования базис конструируется из, обладающей определенными свойствами, солитоноподобной функции (вейвлет) посредством масштабных изменений и переносов. Каждая из функций этого базиса характеризует как определенную частоту, так и её локализацию во времени.

В статье [1] показано, что при помощи непрерывного вейвлет-преобразования (НВП) можно производить анализ частотных составляющих токового сигнала. Так же в статье указывается, каким образом может быть использовано НВП при ограничениях, накладываемых дискретностью токового сигнала.

Экспериментальная оценка предлагаемогометода диагностирования ЭПА была выполнена на испытательной установке, показанной на рисункеунок1.

Рисунок 1- Испытательная установка

Установка представляет собой станину, на которой смонтированы червячный редуктор, нагрузочный тормоз, приводной электродвигатель и пульт управления.

Проводимый эксперимент состоял в последовательном увеличении зазора между зубом червячного колеса и витками червяка. Это достигалось путем уменьшения толщины зуба червячного колеса посредством его периодического механического стачивания. Для каждого опыта производилась запись токового сигналапри различных

вариантах нагрузок, создаваемых электромагнитным тормозом (ЭТ): отсутствие, половина максимальной, максимальная.

Обработанная боковаяповер хность зуба

Рисунок2 - Внешний вид червячного колеса

РисунокЗ - Внешний вид подпиленной контактной поверхностизуба червячного колеса

Рассмотрим пример использования предлагаемой методики определения технического состояния для опыта, при создаваемой ЭТ максимальной нагрузке, когда ширина зуба червячного колеса была уменьшена на 1,2 мм и составила 3,6мм.

Воспользовавшись записанным токовым сигналом, построим его Фурье-спектр (рис.4) и вейвлет-спектр (рис.унок5).

А, Дб

0г

-20

-40

-60^

-80^

мм Л , ааЛЛЛ^

У иЛ7 /V у\л

20

40

60

80

100 120 Гц

Рисунок4- Фурье-спектр токового сигнала

В полученном вейвлет-спектре обнаружены характерные участки, три из которых отображены на рисункеунок5. Следует отметить, что участки имеют измененные частотные и амплитудные характеристики выделенных составляющих токового сигнала выше 50 Гц. Это произошло в результате увеличения зазора между зубом червячного колеса и витками червяка. В результате появления данного дефекта, в спектре, построенном при помощи преобразования - Фурье (рис. 4), происходит «размытие» частотных составляющих и сделать однозначный вывод о виде дефекта не представляется возможным.

0.5 1 15 2 2.5

с

Рисунок5- Вейвлет-спектр на интервале 2.5 секунд

Использование НВП позволяет не только отслеживать изменения частотных составляющих токового сигнала, но и так же контролировать их амплитуду. Применение данного метода на практике подтвердило его хорошую чувствительность к определению дефектов. Выполненные эксперименты позволили однозначно определитьналичие в токовом сигнале частот характерных для дефекта зуба червячной передачи.

Литература

1. Синельщиков П.В., Новожилов А.С. Использование непрерывного вейвлет-преобразования для диагностирования электроприводной арматуры. [Электронный источник] -http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2009/109/

Чернов Александр Викторович - доктор технических наук, профессор, проректор по развитию и координации деятельности филиалов НИЯУ МИФИ в г. Волгодонске, Волгодонский инженерно-технического институт-филиал Национального исследовательского университета «МИФИ». E-mail: viti@mephi.ru

Синельщиков Павел Владимирович - младший научный сотрудник, Научно-исследовательский институт атомного энергетического машиностроения Волгодонского инженерно-технического института-филиала Национального исследовательского университета «МИФИ». E-mail: sin@list.ru

Chernov Alexandre V. - Doctor of Technical science, Professor, Prorector for Development and coordination of affiliates of NRNU «MEPhI» in Volgodonsk, Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI». E-mail: viti@mephi.ru

Sinelshchikov Pavel V. - junior scientist, Research Institute of Nuclear Power Mechanical Engineering, Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI». E-mail: sin@list.ru