УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ "ОБРАТИМАЯ СИНХРОННАЯ МАШИНА-МАХОВИК" АГРЕГАТА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ
DEVICE FOR TECHNICAL STATE DIAGNOSTIC OF "REVERSIBLE SYNCHRONOUS MACHINE-FLYWHEEL" SYSTEM OF UNINTERRUPTED POWER UNIT

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для определения технического состояния системы «обратимая синхронная электромашина-маховик» агрегата бесперебойного питания, применяемого в различных системах гарантированного электроснабжения (устройствах гарантированного питания (УГП), системах гарантированного электропитания (СГЭП), агрегатах бесперебойного питания (АБП) и т.п.
Известен магниточувствительный преобразователь [1]. Изобретение позволяет производить контроль и диагностику технического состояния различного электрооборудования, в том числе и электромашин, по состоянию электромагнитного поля. Достоинством данного изобретения является высокая чувствительность и возможность диагностики в условиях непосредственной эксплуатации электромашин. Недостатком изобретения является малое число регистрируемых прямым способом параметров электромашин, что в свою очередь влияет на достоверность и точность диагностики.
Известен способ эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателей [2]. Данным способом измеряют температуру обмоток электродвигателя и получают управляющий сигнал для защиты электродвигателя. Способ предполагает наличие датчика температуры, который помещается в полый болт с резьбой, который ввинчивают в гнездо рым-болта корпуса электродвигателя; получают фактическое значение сигнала температуры нагрева обмотки статора, по которому проводят диагностику электродвигателя.
Недостатками данного способа являются конструктивная сложность его реализации, диагностика технического состояния электродвигателя по малому числу параметров и недостаточная точность результатов диагностики по причине косвенного измерения температуры нагрева обмотки статора.
Известно устройство для обнаружения межвитковых замыканий в обмотках статоров электромашин [3]. Однако оно не позволяет произвести диагностику технического состояния других параметров электромашин.
Известно устройство для диагностики технического состояния асинхронного двигателя, содержащее датчики температуры, электромагнитного поля, вибрации электромашины, датчик выработки часов, микрокомпьютер для обработки данных, поступающих от датчиков, с буфером для хранения результатов, источник опорного питания [4]. Аналогичное устройство раскрыто в [5]. Устройства, раскрытые в приведенных источниках информации [6, 7], не содержат датчика определения величины сопротивления изоляции, датчика температуры подшипниковых узлов, а датчик вибрации не обеспечивает точность и достоверность диагностики электромашины.
Известно использование датчиков температуры подшипниковых узлов наряду с датчиками вибрации подшипниковых узлов для диагностики устройств с подшипниковыми узлами роторных агрегатов и турбин [8].
Известны устройства измерения сопротивления изоляции при диагностике асинхронного двигателя [9, 10]. Известна также архитектура устройства контроля технического состояния сложных технических систем, например, дизельных электрических станций, в котором выходы всех датчиков подключены ко входам микроконтроллера, выход источника опорного питания - к аналоговому входу микроконтроллера, а выход микроконтроллера - к регистру результата [9].
Однако все рассмотренные устройства [1-9] не предусматривают оценку технического состояния по полной совокупности контролируемых параметров с достаточной точностью и достоверностью диагностики.
Наиболее близким по технической сущности является устройство [6], использующее датчики вибрации подшипниковых узлов, но в нем датчик вибрации не обеспечивает точность и достоверность диагностики электромашины. Кроме того в нем не применяется преобразователь акустической эмиссии.
Целью изобретения является повышение точности и достоверности диагностики технического состояния системы «обратимая синхронная электромашина-маховик» агрегата бесперебойного питания, с использованием преобразователя акустической эмиссии и полной совокупности контролируемых параметров системы «обратимая синхронная электромашина-маховик».
Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство диагностики технического состояния системы «обратимая синхронная электромашина-маховик» содержит датчик определения величины сопротивления изоляции электромашины, датчик температуры обмоток электромашины, датчик электромагнитного поля электромашины, датчики температуры подшипниковых узлов, датчик выработки часов, преобразователь акустической эмиссии определения прочности системы, реализованный на основе метода акустико-эмиссионного контроля, причем выходы всех датчиков подключены к входам микроконтроллера; выход источника опорного питания - к аналоговому входу микроконтроллера, а выход микроконтроллера - к регистру результата и системе управления.
На фиг. 1 представлено устройство диагностики технического состояния системы «обратимая синхронная электромашина-маховик», где обозначено:
1 - агрегат бесперебойного питания;
2 - обратимая синхронная электромашина с маховиком;
3 - датчик сопротивления изоляции обратной синхронной электромашины;
4 - датчик температуры обмоток электромашины;
51, 52 - датчики температуры подшипниковых узлов системы «обратимая синхронная электромашина-маховик»;
6 - датчик электромагнитного поля обратимой синхронной электромашины;
7 - преобразователь акустической эмиссии системы «обратимая синхронная электромашина-маховик»;
8 - датчик выработки часов;
9 - микроконтроллер;
10 - источник опорного питания;
11 - регистр результата;
12 - система управления.
Наличие выше перечисленных датчиков и преобразователя в устройстве позволяет осуществлять достоверную диагностику технического состояния по наиболее полной совокупности контролируемых параметров системы «обратимая синхронная электромашина-маховик», а применение преобразователя акустической эмиссии повышает точность контроля механической прочности этой системы.
Устройство диагностики технического состояния обратимой синхронной машины с маховиком агрегата бесперебойного питания работает следующим образом. При включении устройства диагностики (сигнал поступает с системы управления 12) подается питание с источника опорного питания 10, сигналы с блоков 3-8 поступают на входы микроконтроллера 9, после обработки полученные сигналы поступают на регистр результата 11.
В памяти регистра результата содержатся нормируемые параметры контроля системы «обратимая синхронная электромашина-маховик», которые сравниваются с измеряемыми параметрами, по результатам сравнения делается вывод о техническом состоянии системы.
Заявляемое решение отличается от прототипа - введением преобразователя акустической эмиссии системы «обратимая синхронная электромашина-маховик», выход которого связан с входом микроконтроллера.
Следовательно, это отличие позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».
Работа системы «обратимая синхронная электромашина-маховик» агрегата бесперебойного питания поясняется с помощью дополнительной фиг. 2, где обозначено:
13 - обратимая синхронная электромашина (генератор-электродвигатель);
14 - маховик;
15 - подшипники скольжения;
16 - муфта;
17 - дизель.
Обратимая синхронная машина находится на одном валу с маховиком, работает в режиме двигателя и постоянно раскручивает маховик при наличии электросети. При пропадании сети двигатель переходит в режим генератора, который вращается за счет энергии, запасенной маховиком. В это время запускается дизель, выходит на номинальный режим работы и через муфту подсоединяется к валу генератора, продолжая его вращать. Перерыв электроснабжения потребителей практически отсутствует.
Следует отметить, что в системе бесперебойного электроснабжения обратимая машина с маховиком работают постоянно, круглосуточно, а дизель подключается только при отключении сети.
Метод акустической эмиссии относится к акустическим методам неразрушающего контроля и технической диагностике, в основе которых лежит физическое явление излучения волн напряжении при быстрой локальной перестройке структуры материала [10, 11]. Источником акустико-эмиссионной энергии служит переменное поле упругих напряжений от развивающихся дефектов вращающейся системы «обратимая синхронная электромашина-маховик» при нагружении его механическим или тепловым способом. Этот метод обеспечивает обнаружение собственно разрушения и фазовых переходов, дает возможность формировать классификацию дефектов и критерии оценки технического состояния объекта, основанные на реальном влиянии дефекта на прочность и работоспособность объекта. Первым звеном в системах акустико-эмиссионного контроля и диагностики является преобразователь акустической эмиссии [11].
В процессе диагностики технического состояния системы «обратимая синхронная электромашина-маховик» в момент измерения параметры нагрузки должны быть постоянными.
Как показали практические исследования, с ухудшением технического состояния обмоток статора и подшипниковых узлов системы «обратимая синхронная электромашина-маховик» ухудшаются его выходные параметры, количественно увеличивается состояние механического износа системы в результате постоянного длительного режима работы, понижается надежность ее работы. По показаниям датчиков сопротивления изоляции, электромагнитного поля, измерений преобразователя акустической эмиссии, температуры обмоток и подшипниковых узлов, с учетом наработки системы на отказ можно судить о значениях контролируемых параметров, состоянии подшипниковых узлов и механической прочности системы. Показания преобразователя акустической эмиссии позволяют судить о развивающихся скрытых дефектах системы «обратимая синхронная электромашина-маховик». Применение всех датчиков и преобразователя в комплексе позволит так же выявить особенности и взаимосвязи контролируемых параметров, влекущие за собой потенциальную неисправность системы «обратимая синхронная электромашина-маховик».
Источники информации
1. RU 273088, 2008.
2. RU 2409884, 2010.
3. RU 2303789, 2006.
4. US 6297742 В1, 02.10.2001.
5. US 5841255, 24.11.1998.
6. RU 2376564, 2009.
7. RU 2178229, 2002.
8. RU 2428707, 2010.
9. RU 2334208, 2008.
10. ГОСТ P 52727-2007. Акустико-эмиссионная диагностика.
11. Грешников В. А., Дробот Ю. Б. Акустическая эмиссия. - М.: Изд. Стандартов, 1976. - 272 с.