УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ И ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
DEVICE FOR DIAGNOSTICS AND EVALUATION OF RESIDUAL LIFE OF ELECTRIC MOTORS

Изобретение относится к области диагностики электрооборудования и позволяет производить оценку технического состояния и остаточного ресурса электродвигателя и сопряженного с ним механического оборудования, путем регистрации мгновенных значений вибраций, шума, температуры посредствам датчиков с последующей диагностикой и прогнозированием технического состояния и оценкой остаточного ресурса электродвигателя реализованной программно с беспроводной передачей диагностических данных на сервер при этом с установкой устройства на корпус электродвигателя и обеспечением автономности его питания.
Известно устройство диагностики технического состояния силового электрооборудования (патент РФ №2532762 опубл. 10.11.2014), состоящее из датчиков тока и напряжения, с помощью которых производится запись зависимостей от времени напряжения и тока, потребляемых электродвигателем, так же включающее обработку сигналов с использованием фильтра низких частот и с последующей программной обработкой полученных сигналов для диагностики технического состояния и оценки остаточного ресурса.
Недостатком данного устройства является сложность и отсутствие автономности схемы подключения и питания датчиков и аналогово-цифрового преобразователя.
Известно устройство диагностики электродвигателей переменного тока (патент РФ №2339049 опубл. 20.11.2008.), состоящее из датчиков тока и напряжения, имеющих линейную амплитудно-частотную характеристику с допустимым отклонением от линейности не более ±3 дБ, с помощью которых производят в трех фазах запись зависимостей от времени напряжения и тока, потребляемых электродвигателем; аналого-цифрового преобразователя, с помощью которого полученные сигналы преобразуют из аналоговой в цифровую форму, и формируют с помощью вычислительных средств спектры модуля вектора Парка тока и модуля вектора Парка напряжения.
Недостатками указанного устройства является то, что он не учитывает переменный характер нагрузки электродвигателя, оказывающий влияние на амплитуду обобщенного вектора тока, полигармонический состав питающего напряжения, наблюдаемый при питании электродвигателя от статического силового преобразователя. Также данный способ практически не применим для регулируемого электропривода, так как не учитывает изменение режимов при регулировании выходной координаты (положения, скорости, момента) электропривода.
Известно устройство диагностики механизмов и систем с электрическим приводом (патент РФ №2431152 опубл. 10.10.2011.), включающее запись значений фазных токов и напряжений электродвигателя в течение заданного интервала времени и с заданной периодичностью, измерение амплитуды и фазы гармонических составляющих, фильтрацию гармонических составляющих, преобразование полученного сигнала из аналоговой в цифровую форму, идентификацию технического состояния и прогнозирования ресурса безаварийной работы диагностируемого объекта по совокупности параметров гармонических составляющих фазных токов и напряжений, генерируемых электродвигателем, и динамики их изменения.
Недостатками устройства является то, что при определении остаточного ресурса анализируются только гармонические составляющие напряжения, генерируемые только двигателем электропривода, а составляющие, генерируемые сетью питающего напряжения, отфильтровываются и не рассматриваются. Однако значительные искажения питающего напряжения, которые имеют нерегулярный характер, обусловленный изменением режима работы двигателя, непостоянством нагрузки, наличием статических преобразователей, а также характеристиками питающей сети, негативно сказываются на изоляции диагностируемого оборудования, вызывая ее преждевременное старение, что, в свою очередь, может привести к пробою изоляции и выходу из строя оборудования.
Известно устройство диагностики электродвигателей переменного тока и связанного с ними механического оборудования (патент РФ №90199 опубл. 27.12.2009), состоящее из корпуса с внешними разъемами для датчиков измерения вибрации, излучаемой электродвигателем по трем осям, и размещенными внутри корпуса измерительным блоком с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и персональным компьютером, причем корпус устройства выполнен герметичным, а аналого-цифровой преобразователь соединен с выходами датчиков через мультиплексор.
Недостатками устройства является ограниченное количество измеряемых параметров, что снижает точность процесса диагностирования.
Известно устройство диагностирования и оценки технического состояния мехатронных приводов (патент РФ №2578044 опубл. 20.03.2016.) принятое за прототип, которое содержит мехатронный модуль, включающий в себя узел точной механики с подключенными к нему электрическим двигателем и блоком управления. При этом устройство дополнительно содержит датчики сопротивления и силы тока, входы которых подключены к обмоткам электрического двигателя, а также датчики вибрации и температуры, установленные в корпусе мехатронного модуля. Выход датчика сопротивления подключен к блоку тестовой диагностики, а выходы датчиков силы тока, вибрации и температуры подключены к блоку расчета тренда и блоку функциональной диагностики. Выходы упомянутых блоков подключены к блоку расчета остаточного ресурса, выход которого подключен к блоку индикации. Блок расчета остаточного ресурса может быть выполнен на основе микропроцессорной системы, а блок индикации - на основе матричного LCD-индикатора.
Недостатками данного устройства является отсутствие средств записи и хранения статистических данных по результатам диагностики, что снижает точность прогноза относительно срока службы диагностируемого объекта.
Техническим результатом является повышение технологической совместимости системы диагностики за счет возможности производить диагностику электромеханических систем и обеспечение сбора информации о фактическом состоянии электродвигателя и сопряженного с ним механического оборудования, хранения и обработки статистической информации на сервере при минимальной элементной базе и отсутствия силовых и коммуникационных проводов.
Технический результат достигается тем, что блок обработки информации состоит из блока функциональной диагностики, блока прогнозирования, блока расчета остаточного ресурса и не менее двух дополнительных датчиков шума выходы которых соединены с входами блока функциональной диагностики и блока прогнозирования, выходы которых подключены к входу блоку расчета остаточного ресурса, выход которого соединен со входом передатчика, что соединен по беспроводному каналу связи с сервером и через него с мобильным устройством, блока системы связи, который включает в себя сервер и мобильное устройство, при этом блок обработки информации подключен к блоку системы подачи электроэнергии, через соединительный разъем под кабель питания от аккумуляторной батареи или блока автономного питания, блок обработки информации, блок системы подачи электроэнергии и блок системы связи установлены в корпусе выполненном в форме прямоугольника, который закреплен на электродвигателе при помощи элементов крепления.
Устройство диагностики электродвигателей и передаточных устройств поясняется следующей фигурой: фиг. 1 - общая схема устройства, где:
1 - датчики температуры;
2 - датчики шума;
3 - датчики вибрации;
4 - блок прогнозирования;
5 - блок функциональной диагностики;
6 - блок расчета остаточного ресурса;
7 - блок обработки информации;
8 - аккумуляторная батарея;
9 - соединительный разъем под кабель питания;
10 - блок автономного питания;
11 - блок системы подачи электроэнергии;
12 - передатчик;
13 - сервер;
14 - мобильное устройство;
15 - блок система связи;
16 - корпус;
17 - элемент крепления.
Устройство диагностики и оценки остаточного ресурса электродвигателей и передаточных устройств (фиг. 1) содержит блок обработки информации 7, состоящий не менее чем двух датчиков температуры 1, датчиков шума 2 и датчиков вибрации 3, подключенных параллельно к блоку функциональной диагностики 5 и блоку прогнозирования 4, а соответственно выходы блоков прогнозирования 4 и функциональной диагностики 5 подключены к блоку расчета остаточного ресурса 6. Блок системы связи 15 включающий передатчик 12, вход которого соединен с выходом блока расчета остаточного ресурса 6, передатчик 12 подключен по беспроводному каналу к серверу 13 и через него с мобильным устройством 14. Блок обработки информации 7 подключен к блоку системы подачи электроэнергии 11, через соединительный разъем под кабель питания 9 от аккумуляторной батареи 8 или блока автономного питания 10.
Блок обработки информации 7, блок системы подачи электроэнергии 11 и блок системы связи 15 установлены в корпусе 16, который выполнен в форме прямоугольника. Корпус 16 закреплен на электродвигателе при помощи элементов крепления 17.
Устройство работает следующим образом. При помощи датчиков температуры 1, датчиков шума 2 и датчиков вибрации 3 измеряются температура и вибрации на корпусе и шумовой эффект работы электродвигателя. На основе данных, полученных от датчиков температуры 1, датчиков шума 2 и датчиков вибрации 3 блок функциональной диагностики 5 определяет фактическое техническое состояние объекта, а блок прогнозирования 4 рассчитывает ожидаемое изменение измеряемых параметров, а затем блок расчета остаточного ресурса 6 производит на основании данных поступивших из блока прогнозирования 4 и блока функциональной диагностики 5 расчет ожидаемого срока службы объекта диагностирования. Блок обработки информации 7, который передает по средствам блока системы связи 15 данные на сервер 13, а через него на мобильное устройство 14 при помощи передатчика 12. Электропитание осуществляется от блока системы подачи электроэнергии 11, через разъем под кабель питания 9, который передает электроэнергиюот аккумуляторной батареи 8 или от блока автономного питания 10.
Таким образом обеспечивается повышение технологической совместимости системы диагностики за счет возможности производить диагностику, как электродвигателя, так и механических систем, а также за счет универсальности блока питания устройства и передатчика исключить коммуникационные и силовые кабели, что позволит сбор информации о фактическом состоянии электродвигателя и сопряженного с ним механического оборудования, хранение и обработку статистической информации на сервере при минимальном элементной базе, но при этом обеспечить высокую точность диагностики и оценки остаточного ресурса.