×
10.11.2014
216.013.0554

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ И ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к диагностике технического состояния силового электрооборудования. Осуществляют запись зависимостей от времени напряжения и тока, потребляемых электродвигателем, выполняемую с помощью датчиков напряжения. Обрабатывают сигналы фильтром низких частот. Определяют расхождение амплитуд сигналов токов, напряжений и мощности каждой фазы. Рассчитывают коэффициенты несимметрии тока, напряжений, мощности и коэффициенты гармонических колебаний, используя фильтр низких частот. Отфильтровывают спектр исследуемых частот от общего сигнала. Затем определяют уровень влияния качества питающего напряжения в части наличия несимметрии, импульсов перенапряжения и высших гармонических составляющих и на основе получаемых данных с учетом текущего задания выходной координаты определяют техническое состояние электропривода и оценивают остаточный ресурс. Технический результат заключается в повышении эффективности обнаружении неисправности на ранней стадии возникновения. 1 ил.
Основные результаты: Способ диагностики технического состояния силового электрооборудования, включающий запись зависимостей от времени напряжения и тока, потребляемых электродвигателем, выполняемую с помощью датчиков напряжения, обработку сигналов фильтром низких частот с последующей программной обработкой полученных сигналов для диагностики и оценки остаточного ресурса, отличающийся тем, что определяют расхождение амплитуд сигналов токов, напряжений и мощности каждой фазы, рассчитывают коэффициенты несимметрии тока, напряжений, мощности и коэффициенты гармонических колебаний, используя программный фильтр низких частот, отфильтровывают спектр исследуемых частот от общего сигнала, затем определяют уровень влияния качества питающего напряжения в части наличия несимметрии, импульсов перенапряжения и высших гармонических составляющих и при помощи программного обеспечения на основе получаемых данных с учетом текущего задания выходной координаты определяют техническое состояние электропривода и оценивают остаточный ресурс.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к диагностике технического состояния силового электрооборудования и может применяться для диагностики электрических приводов, работающих в тяжелых условиях и размещенных в труднодоступных местах.

Известен способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ним механических устройств (патент РФ №2300116, МПК G01R 31/34), основанный на спектральном анализе потребляемого электродвигателем тока. Недостатком данного способа является то, что в нем не учитывается влияние на спектр сигнала величины и характера нагрузки электропривода, а также влияние показателей качества электроэнергии, особенно при питании электродвигателя от статического силового преобразователя.

Известен способ функциональной диагностики асинхронных двигателей (патент РФ №2351048), согласно которому контролируются две величины - сопротивление изоляции обмоток статора относительно корпуса электродвигателя и отношение полных сопротивлений обмоток для каждой пары обмоток электродвигателя.

Недостатком данного способа является применимость только для отдельных типов повреждений электродвигателя, связанных с возникновением несимметрии сопротивлений обмоток статора, и неприменимость к иным типам повреждений, например к повреждениям обмоток ротора.

Известен способ определения технического состояния (диагностики) электродвигателя, (патент РФ №2213270), при котором регистрируют и анализируют сигнал, порождаемый вибрацией электродвигателя, при этом также регистрируют сигнал от переменной составляющей суммы фазных токов питания, анализируют форму и амплитуду полученного сигнала и, сравнивая со значениями предыдущих измерений, делают вывод от возможности дальнейшей эксплуатации.

Недостатком этого способа является то, что он требует непосредственного доступа к диагностируемому двигателю, а также не позволяет с достаточной достоверностью выявить конкретный вид повреждения.

Известен способ диагностики и прогнозирования остаточного ресурса взрывозащищенного электропривода насосно-компрессорного оборудования нефтехимических производств (патент РФ №2431152). Сущность способа заключается в записи в течение заданного интервала времени значений фазных токов и напряжений электродвигателя, их разложение на гармонические составляющие и измерение амплитуды и фазы гармонических составляющих, при этом производится фильтрация гармонических составляющих, поступающих из сети. По совокупности параметров гармонических составляющих с помощью искусственной нейронной сети производится идентификация технического состояния и прогнозирование ресурса безаварийной работы диагностируемого объекта.

Недостатком данного способа 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.

Известен способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока (патент РФ №2425390), выбранный в качестве прототипа, основанный на записи зависимостей от времени тока и напряжения, потребляемых электродвигателем, выполняемой с помощью датчиков напряжения и тока с последующим пропусканием через фильтр низких частот.

Недостатком указанного способа является то, что он использует фильтр низких частот для преобразования поступающего сигнала.

Технический результат заключается в повышении эффективности обнаружении неисправности на ранней стадии возникновения при помощи программного обеспечения, позволяющего убрать ненужный спектр частот, что приведет к повышению качества обработки полученных данных и более точному определению остаточного ресурса электропривода переменного тока. Также помимо точности системы повышается ее надежность за счет исключения одного функционального узла и переноса его функций в ранее существовавший блок - персональный компьютер.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока, в котором путем записи зависимостей от времени напряжения и тока потребляемых электродвигателем, выполняемой с помощью датчиков напряжения и тока с последующим пропусканием через фильтр низких частот, определяется техническое состояние электропривода и оценивается его остаточный ресурс, в предлагаемом способе определяется расхождение амплитуд сигналов токов, напряжений и мощности каждой фазы, рассчитываются коэффициенты несимметрии тока, напряжений, мощности и коэффициенты гармонических колебаний, с помощью программного обеспечения, используемого в качестве фильтра низких и высоких частот, отфильтровывается спектр исследуемых частот от общего сигнала, затем определяется уровень влияния качества питающего напряжения в части наличия несимметрии, импульсов перенапряжения и высших гармонических составляющих и при помощи программного обеспечения на основе получаемых данных, с учетом текущего задания выходной координаты, определяется техническое состояние электропривода и оценивается остаточный ресурс.

Благодаря пропусканию полученных сигналов тока и напряжения через программный фильтр высоких и низких частот повышается качество обработки полученных данных, точность определения остаточного ресурса электропривода переменного тока, а также надежность системы.

Повышение качества обработки полученных данных и точность определения остаточного ресурса достигается за счет фильтрации полученных сигналов тока и напряжения через программный фильтр низких и высоких частот, поскольку амплитуда гармоник зависит не только от степени проявления дефекта, а также от напряжения питания. Если качество сетевого напряжения невысокое, то спектральный состав фазных напряжений сильно отличается от идеального, в нем появляются высокочастотные гармоники. При этом искажения напряжения питания могут носить нерегулярный характер, что, в свою очередь, приводит к ошибочной оценке остаточного ресурса двигателя переменного тока.

Надежность системы достигается за счет исключения одного функционального узла - «фильтр низких частот» и перенося его функции в ранее существовавший блок - «персональный компьютер», где на языке графического программирования осуществляют фильтрацию полученных сигналов тока и напряжения на низких и высоких частотах.

Согласно изобретению в персональном компьютере на языке графического программирования осуществляют фильтрацию полученных сигналов тока и напряжения на низких и высоких частотах, производят вычисление мгновенных мощностей каждой фазы, производят спектральный анализ полученных сигналов напряжения, тока и мощности, рассчитывают коэффициенты несимметрии (тока, напряжений, мощности) и коэффициенты гармоник (тока и мощности), на основе известной величины отдаваемой мощности электропривода с учетом текущего задания выходной координаты вычисляют величину потерь электрической энергии, определяется техническое состояние электропривода и оценивают остаточный ресурс путем сравнения с эталонными сигналами, полученными на заведомо исправном агрегате.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, где показана принципиальная схема измерительного комплекса, на основе которой реализуется предлагаемый способ. Измерительный комплекс содержит следующие оборудование. 5 - датчик тока; 6 - датчик напряжения; 7 - сумматор сигнала; 8 - устройство сбора данных; 9 - устройство выборки хранения; 10 - аналого-цифровой преобразователь; 11 - портативный компьютер. Также на фиг.1 изображены: 1 - статический силовой преобразователь; 2 - электрический двигатель; 3 - механический преобразователь; 4 - рабочий орган. Символами на фиг.1 обозначены: P0 - мощность на входе статического преобразователя, P1 - мощность питания электродвигателя, P2 - мощность на входе механического преобразователя, Pn - мощность, поступающая на рабочий орган, [u(t)] - измеряемый сигнал фазных напряжений в фазах A, B, C, [i(t)] - измеряемый сигнал фазных токов в фазах A, B, A, уз - сигнал задания (мощности, координаты, момента).

Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока реализуется следующим образом.

На вход статического силового преобразователя 1 из питающей сети поступает мощность P0, который осуществляет в соответствии с введенным в него заданием уз управление координатами скорости, момента и положения электродвигателя 2. С выхода преобразователя 1 сигнал мощности P1 поступает на вход электродвигателя 2, в котором после преобразования мощность на выходе будет равна P2. Сигнал мощности P2 поступает на вход механического преобразователя 3, с выхода которого мощность Pn поступает на рабочий орган 4. Сигналы трехфазного напряжения [u(t)] и трехфазного тока [i(t)] с преобразователя 1 поступают на датчики тока 5 и напряжения 6, аналоговый сигнал с датчиков 5 и 6 поступает в сумматор сигнала 7, также в сумматор 7 от преобразователя 1 поступает сигнал задания уз. Обработанные сигналы с выхода сумматора 7 поступают на вход устройства сбора данных 8, в состав которого входят устройство выборки хранения 9, необходимое для хранения оперативной информации, и аналогово-цифровой преобразователь 10, который преобразует аналоговый сигнал в цифровой и передает его на портативный компьютер 11. Сигналы, поступившие на компьютер 11, обрабатываются программным фильтром частоты, после чего вносятся в базу данных и обрабатываются программой, осуществляющей расчет остаточного ресурса электропривода переменного тока.

Возможность получения технического результата основана на том, что любые неисправности электрических машин и механизмов, сопряженных с ними, в конечном итоге приводят к возникновению электромагнитной несимметрии поля в зазоре машины, а, следовательно, к изменению спектрального состава токов и напряжений. Также в качестве критерия для оценки энергетических процессов в реальной машине, обладающей неравномерным полем в воздушном зазоре и, как следствие, имеющей полигармонический состав спектра токов и напряжений, используют сравнение величины потерь мощности на характерных для определенных повреждений частотах.

Преобразуют полученный сигнал из аналоговой в цифровую форму с помощью аналогово-цифрового преобразователя АЦП, выделяют анализируемые частоты с помощью программного фильтра низких частот на ЭВМ. Также производят анализ качества питающего напряжения в части наличия несимметрии, импульсов перенапряжения и высших гармонических составляющих с целью выявления причин преждевременного выхода из строя оборудования, обусловленных качеством питающего электропривод напряжения. Измерения и анализ производят с определенной периодичностью и создают базу данных измерений и результатов их анализа. В результате сравнения измеренных значений с эталонными и критическими производят контроль развития повреждений и определяют остаточный ресурс электропривода.

Влияние на работоспособность следует оценивать по четырем уровням состояния - отличное, хорошее, удовлетворительное, неудовлетворительное. Результаты обследования заносятся в базу данных, которая предназначена для ввода, хранения, отображения, сортировки и обработки диагностических параметров технологического оборудования. Также база данных обеспечивает возможность анализа данных, осуществление поиска и выборку по различным параметрам, формирование журнала регистрации контроля, вычисление остаточного ресурса оборудования на основе результатов анализа. Величину остаточного ресурса определяют по формуле:

где:

, , - расхождение амплитуд сигналов тока на характерных частотах с уровнем сигнала на частоте питающей сети для фаз A, B, C соответственно;

, , - расхождение амплитуд сигналов напряжения на характерных частотах с уровнем сигнала на частоте питающей сети для фаз А, В, С соответственно;

Kэп - динамический коэффициент мощности;

Kг - коэффициент гармоник (тока и мощности);

, , - расхождение амплитуд сигналов мощности на характерных частотах с уровнем сигнала на частоте питающей сети для фаз A, B, C соответственно;

KнесимU - коэффициент несимметрии напряжения;

KнесимI - коэффициент несимметрии тока;

KнесимP - коэффициент несимметрии мощности;

KΔP - коэффициент потери мощности;

ki - весовой коэффициент, определяемый на основе статистических данных.

Получившееся значение остаточного ресурса сравнивают с предельным значением δпр, определяемым для каждого агрегата на основе статистических баз данных, причем должно выполняться условие δ≤δпр. В случае невыполнения данного условия агрегат выводится из работы.

Регулярный мониторинг электропривода позволяет выявлять неисправности на ранней стадии возникновения, отслеживать динамику их развития, определять остаточный ресурс и планировать рациональные сроки проведения ремонтов.

Аппаратная реализация предлагаемого способа может быть осуществлена с помощью существующих силовых электротехнических, электронных и микропроцессорных устройств при надлежащем выборе и настройке соответствующих параметров.

Способ диагностики технического состояния силового электрооборудования, включающий запись зависимостей от времени напряжения и тока, потребляемых электродвигателем, выполняемую с помощью датчиков напряжения, обработку сигналов фильтром низких частот с последующей программной обработкой полученных сигналов для диагностики и оценки остаточного ресурса, отличающийся тем, что определяют расхождение амплитуд сигналов токов, напряжений и мощности каждой фазы, рассчитывают коэффициенты несимметрии тока, напряжений, мощности и коэффициенты гармонических колебаний, используя программный фильтр низких частот, отфильтровывают спектр исследуемых частот от общего сигнала, затем определяют уровень влияния качества питающего напряжения в части наличия несимметрии, импульсов перенапряжения и высших гармонических составляющих и при помощи программного обеспечения на основе получаемых данных с учетом текущего задания выходной координаты определяют техническое состояние электропривода и оценивают остаточный ресурс.
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ И ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 160 items.
20.05.2013
№216.012.4142

Комплекс для проходки выработки метрополитена круглого поперечного сечения

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проходки горных выработок. Техническим результатом является повышение надежности работы комплекса, исключение возможности скопления у забоя горной массы, образующейся при проходке выработки, уменьшение трудоемкости обслуживания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482276
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.09.2013
№216.012.6716

Способ снятия остаточных напряжений в сварных соединениях трубопроводов

Способ включает наложение вибрационными устройствами низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону металла в процессе сварки. Наложение низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону осуществляют с частотой, равной частоте собственных колебаний участка трубопровода со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492037
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6c8a

Система управления турбоагрегатом

Изобретение относится к области управления турбоагрегатами и направлено на обеспечение их работы с максимально возможным коэффициентом полезного действия не зависимо от изменения характеристики трубопровода. Система управления включает центробежный насос, электродвигатель, блок изменения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493437
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.11.2013
№216.012.7e8e

Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью

Изобретение относится к горному делу и предназначено для проведения выработок в неустойчивых породах при строительстве метрополитенов с обеспечением сохранности поверхностных сооружений. Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью в слабоустойчивых породах содержит рабочий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498071
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.8038

Высокодинамичный бездатчиковый асинхронный электропривод с непосредственным управлением моментом

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах различного отраслевого применения, построенных на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя. Технический результат заключается в снижении пульсаций электромагнитного момента за счет обеспечения плавного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498497
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.01.2014
№216.012.981a

Коронка для направленного механического бурения льда

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для искусственного искривления с отбором керна скважины, пробуренной в ледовых массивах Арктики и Антарктики. Обеспечивает расширение возможностей устройства и повышение надежности проведения ствола скважины в проектном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504637
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.9852

Электроприводная перекачивающая станция на морской платформе

Изобретение относится к транспортировке многофазной углеводородной смеси по трубопроводам, проложенным по морскому дну. Перекачивающая станция на морской платформе содержит контейнер. Контейнер разделен на три отсека. Во втором отсеке установлен электродвигатель, ротор которого установлен на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504693
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c98

Стенд для исследования энергообмена при разрушении

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд для исследования энергообмена при разрушении содержит корпус, установленные на нем захваты образца, механизм нагружения, включающий две гибкие тяги, одним концом связанные с захватами, привод вращения, возбудитель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505794
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c99

Стенд для ударных испытаний образцов

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд содержит основание, закрепленную на основании направляющую трубу, выполненную с двумя параллельными вертикальными участками, соединенными в нижней части между собой коленом, шаровой ударник, размещенный в первом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505795
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9d13

Система автономного электроснабжения

Изобретение относится к области энергообеспечения и электроэнергетики и может быть использовано для электроснабжения потребителей, как при наличии, так и отсутствии централизованной системы энергообеспечения. Технический результат заключается в осуществлении управления режимами напряжения при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505917
Дата охранного документа: 27.01.2014
Showing 1-10 of 201 items.
20.05.2013
№216.012.4142

Комплекс для проходки выработки метрополитена круглого поперечного сечения

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проходки горных выработок. Техническим результатом является повышение надежности работы комплекса, исключение возможности скопления у забоя горной массы, образующейся при проходке выработки, уменьшение трудоемкости обслуживания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482276
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.09.2013
№216.012.6677

Способ оценки склонности к риску

Изобретение относится к области медицины, а именно к оценке психофизиологических качеств горноспасателей, и может быть использовано в отраслях, связанных с опасным производством. Перед началом операций определяют силу электрокожного раздражения индивидуально для каждого испытуемого по реакции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491878
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.6716

Способ снятия остаточных напряжений в сварных соединениях трубопроводов

Способ включает наложение вибрационными устройствами низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону металла в процессе сварки. Наложение низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону осуществляют с частотой, равной частоте собственных колебаний участка трубопровода со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492037
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6c8a

Система управления турбоагрегатом

Изобретение относится к области управления турбоагрегатами и направлено на обеспечение их работы с максимально возможным коэффициентом полезного действия не зависимо от изменения характеристики трубопровода. Система управления включает центробежный насос, электродвигатель, блок изменения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493437
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.10.2013
№216.012.726b

Ленточно-канатный конвейер с промежуточными приводами

Конвейер содержит ленту и размещенный внутри ее контура тяговый контур из двух канатов (3, 4), опирающийся на грузонесущей ветви (1) ленты на ролики (5,6) с ребордами. Борта грузонесущей ветви ленты опираются на наклонные ролики (7, 8) с формированием желобчатого профиля ленты. Канаты нижней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494948
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.10.2013
№216.012.7ab6

Способ определения астрономического азимута и широты по неизвестным звездам

Изобретение относится к области астрономо-геодезических измерений и может быть использовано для определения по звездам астрономических азимутов направлений на земные ориентиры для решения разнообразных задач инженерной геодезии. Способ определения астрономического азимута и широты по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497076
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7d44

Головной однобарабанный привод ленточного конвейера с прижимной лентой

Привод содержит огибаемый конвейерной лентой (1) приводной барабан (2) с разгрузочной воронкой (3) и прижимную ленту (4), контур которой размещен под приводным барабаном с размещением отклоняющего барабана (5) в зоне сбегания конвейерной ленты с приводного барабана. Корпусы (6) подшипников...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497741
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7e88

Способ разработки пластов полезных ископаемых

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке пластов полезных ископаемых лавами, оборудованными очистными механизированными комплексами. Способ разработки пластов полезных ископаемых включает разделение отрабатываемого участка шахтного поля на столбы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498065
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7e8e

Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью

Изобретение относится к горному делу и предназначено для проведения выработок в неустойчивых породах при строительстве метрополитенов с обеспечением сохранности поверхностных сооружений. Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью в слабоустойчивых породах содержит рабочий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498071
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7e8f

Способ комбинированной забутовки закрепного пространства

Изобретение относится к области строительства горных выработок в сложных инженерно-геологических условиях с повышенными смещениями массива или со значительным горным давлением, а также тоннелей различного назначения в аналогичных условиях. Технический результат направлен на повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498072
Дата охранного документа: 10.11.2013
+ добавить свой РИД