Чорний Олексій Петрович. Теорія і практика моніторингу параметрів електричних двигунів електромеханічних систем

Короткий опис

Чорний Олексій Петрович. Теорія і практика моніторингу параметрів електричних двигунів електромеханічних систем: дис... д-ра техн. наук: 05.09.03 / Національний гірничий ун-т. - Д., 2004

Чорний О.П. Теорія і практика моніторингу параметрів електричних двигунів електромеханічних систем. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 Електротехнічні комплекси і системи. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2004.
Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної проблеми розвитку теорії і створення методології моніторингу електромеханічних перетворювачів систем електроприводу з метою підвищення якості їх ідентифікації шляхом урахування змін і коливань їх електричних, магнітних і механічних параметрів у процесі експлуатації або ремонту. Рішення цієї проблеми здійснено шляхом створення математичного апарата, що дозволяє визначати параметри ЕД і ймовірності їх безвідмовної роботи на підставі інформації про доступні безпосередньому контролю миттєві значення змінних стану електроприводу в процесі експлуатації.
Мета роботи у створенні методології моніторингу електромеханічних перетворювачів систем електроприводу для підвищення якості ідентифікації електромеханічних систем шляхом урахування змін їх електричних і магнітних параметрів в процесі експлуатації або ремонту.
Моніторинг параметрів електричних двигунів електромеханічних систем запропоновано виконувати на основі аналітичних критеріїв і показників якості перетворення енергії, з використанням виміряних у режимі переривчастого струму дискретних значень струмів і напруги при нерухомому роторі. Параметри, характеристики і оцінювання стану електричних двигунів визначаються в автоматизованому комплексі за допомогою методів енергетичного балансу і рівнянь електричної рівноваги при живленні обмоток від тиристорних перетворювальних пристроїв з використанням алгоритмів обробки діагностичної інформації. Розраховані дані використовуються в системах компенсації якості перетворення енергії в електричних двигунах, визначення ресурсу та надійності безвідмовної роботи.

У дисертаційній роботі розв’язана науково-прикладна проблема створення методології моніторингу електромеханічних перетворювачів систем електроприводу з метою підвищення якості ідентифікації їх параметрів шляхом урахування змін і коливань електричних, магнітних і механічних параметрів у процесі експлуатації або ремонту. Розв’язання цієї проблеми здійснено шляхом створення математичного апарата, що дозволяє визначати параметри ЕД і ймовірності їх безвідмовної роботи на підставі інформації про доступні безпосередньому контролю миттєві значення змінних стану електроприводу в процесі експлуатації.
Наведені в дисертаційній роботі дослідження дають можливість зробити наступні висновки.

Надійність функціонування електроприводів з ЕД, які довгий час знаходяться в експлуатації або ремонтувалися, незважаючи на впровадження сучасних перетворювачів енергії та розвитку систем керування, залишається недостатньою з причин відсутності безпосереднього контролю параметрів електромеханічної системи.
Експлуатаційна аварійність і вихід з ладу електричних двигунів промислових електроприводів пов'язані з особливостями процесів перетворення енергії, що обумовлені несиметрією і несинусоїдальністю напруги живлення, електричною, магнітною і механічною несиметрією двигуна, що виникли в ході експлуатації чи ремонтних операцій. Негативним проявом цих особливостей є підвищені втрати і нерівномірний перегрів обмоток електромеханічних перетворювачів, підвищені вібрації електроприводу.
Теоретично доведено і експериментально підтверджено принцип моніторингу параметрів електричних двигунів електромеханічних систем на підставі вимірювання миттєвих значень струмів і напруг їх силових кіл.Доведено, що виміряні значення повинні оброблятися з урахуванням часового зсуву, що вноситься дискретністю опитування АЦП, а також з урахуванням погрішностей, внесених вимірювальним каналом.
Теоретично доведено і експериментально підтверджено доцільність розрахунку параметрів електричних двигунів постійного і змінного струму на підставі миттєвих значень струмів і напруг силових кіл в режимі переривчастого струму при нерухомому роторі (якорі) та кутах управління перетворювачем 135-1450.
Запропоновані критерії оцінки енергетичних втрат, нерівномірності розподілу втрат, струмового завантаження фаз, тепловиділення в обмотках, вібрацій і неякісності перетворення моменту дозволяють здійснювати безперервний моніторинг стану електроприводу і прогнозувати термін безвідмовної роботи ізоляції, підшипникових вузлів і електроприводу в цілому.
Штучне формування пофазної несиметрії сигналів управління керованими перетворювачами систем електроприводу, що розраховується на основі реальних параметрів схеми заміщення двигуна, дозволяє мінімізувати змінні складові миттєвої потужності й електромагнітного моменту електроприводу і тим самим продовжити термін безаварійної експлуатації електромеханічної системи.
Використання у відомих статистичних моделях коефіцієнтів, що враховують викликане несиметрією параметрів силових кіл електричних двигунів перевищення еквівалентного моменту над його середнім значенням дозволяє розраховувати кількісні характеристики зниження довговічності ізоляції таі підшипникових вузлів, а також імовірності безвідмовної роботи електроприводу.
Застосування методів моніторингу і комплексу для їх реалізації дозволяє знизити кількість відмов електричних двигунів і пов'язані з цим енерго- і ресурсозатрати за рахунок своєчасного виводу в ремонт чи створення необхідних режимів експлуатації. Розрахунковий економічний ефект від застосування системи моніторингу на основі запропонованих методів складає 240 тис.грн на рік в умовах ВО Індустріал-Сервіс”.
Експериментальні дослідження апаратного і програмного забезпечення моніторингу параметрів електричних двигунів електромеханічних систем довели коректність та адекватність використаних підходів та можливість їх використання на промислових підприємствах.