автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Методы идентификации дефектов щеточно-коллекторного узла и магнитной системы электрических машин

4845493

Ларченко Алексей Владимирович

/

МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЕФЕКТОВ ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНОГО УЗЛА И МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

МАШИН

Специальность: 05.09.01 - «Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

,1 2 МАЙ 2011

Москва 2011

4845493

Работа выполнена на кафедре «Электрические машины» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ).

Научный руководитель -

доктор технических наук, доцент Глущенко Михаил Дмитриевич (МИИТ)

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, Захаренко Андрей Борисович (ФГУП «НЛП ВНИИЭМ»)

кандидат технических наук, доцент Литовченко Виктор Васильевич (МИИТ)

Ведущая организация -

ГОУВПО Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС)

Защита диссертации состоится <ф> июня 2011 г. в 13'5 час. на заседании диссертационного совета Д218.005.02 при Московском государственном университете путей сообщения (МИШ), по адресу: 127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 4210

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ)

Автореферат разослан «/9» апреля 2011 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу совета университета

Ученый секретарь

диссертационного совета Д218.005.02 Д.Т.Н., с.н.с.

Н.Н Сидорова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Электрические машины обеспечивают эффективность электропривода технических устройств, поэтому их надёжность определяет работоспособность устройств в целом. В особенности это актуально для электрических машин транспортных устройств, которые имеют, как конструктивные особенности, так и особенности условий функционирования, и поэтому к ним предъявляются повышенные требования надёжности для обеспечения бесперебойного процесса перевозок и безопасности движения. На железнодорожном транспорте таковыми являются генераторы локомотивов, тяговые электродвигатели (ТЭД) электровозов, тепловозов, моторных вагонов и дизель поездов, а также вспомогательные электрические машины подвижного состава, путевых машин и устройств верхнего строения пути.

Однако в реальных условиях требуемый уровень надёжности электрических машин, в том числе и ТЭД, не обеспечивается. Анализируя неисправности подвижного состава, возникающие в процессе эксплуатации, можно убедиться, что ТЭД являются наименее надежными узлами, поэтому на ремонтных заводах и в депо производится их демонтаж и разборка для определения степени износа и выполнения ремонтно-восстановительных работ, а также для выявления причин неисправностей. В результате ремонтно-восстановительных работ электрических машин в некоторых случаях происходит снижение их надёжности. В особенности это относится к магнитной цепи и щёточно-коллекторному узлу ТЭД. Так, например, у ТЭД электровозов после ремонта встречаются повреждения в виде повышенного износа щёток и коллектора из-за искрения и нарушения нормальной коммутации, а также из-за переброса электрической дуги по коллектору, или круговых огней. Результатом этого являются остановки движения на перегоне, нарушение безопасности движения, повышение количества неплановых ремонтов и соответственно экономических затрат. Вследствие этого существует проблема обеспечения эффективности ремонтно-восстановительных работ электрических машин, заключительным этапом которых, как правило, является испытание и диагностика. При этом необходимые средства диагностирования не всегда используются из-за сложностей их применения, или отсутствуют из-за их дефицита, хотя одним из важных условий диагностирования технических устройств является избыточность информации о техническом состоянии.

Несмотря на то, что существует множество методов диагностики электрических машин, которые позволяют выявить их неисправности, представляет интерес задача разработки новых научно обоснованных методов, с учётом возможностей применения современных измерительных систем и способов анализа информации. Актуальность такой задачи также объясняется стремлением повысить вероятность правильного и точного диагноза при различных неисправностях электрических машин.

В этой связи тема диссертации актуальна и её заключительным этапом является разработка методики и контрольно-измерительного комплекса для определения и идентификации дефектов электрических машин.

Целью работы является научное обоснование и совершенствование методики диагностирования коллекторных электрических машин, позволяющей определять дефекты, влияющие на качество коммутации и токосъема. При этом за основу принята система тестового диагностирования в виде пуска электрической машины на

холостом ходу.

В соответствии с поставленной целью необходимо было установить физический, аппаратный и информационный аспекты диагностики, а именно:

- исследовать причины, влияющие на появление дефектов, связанных с коммутацией в электрических машинах и, в особенности, у тяговых электродвигателей;

- определить параметры электрических машин, характеристики которых содержат диагностическую информацию о наличии неисправностей или дефектов;

- установить особенности характеристик диагностической информации и методов их математической обработки;

- разработать методику по определению типа дефектов;

- произвести выбор оптимальных технические средств для определения типа дефектов, используя диагностический тест в виде процесса пуска электрической машины на холостом ходу.

Объект исследований: тяговые и вспомогательные электрические машины подвижного состава, путевые электрические машины железнодорожного транспорта.

Предмет исследований: расчётные и экспериментальные переходные функции напряжения между щётками различной полярности, ток и частота вращения якоря электрических машин, эквипотенциальные линии векторного магнитного потенциала магнитной цепи электрических машин.

Методика исследований.

Теоретические и экспериментальные исследования пусковых диаграмм электрических машин при работе на холостом ходу с использованием:

- методов численного решения нелинейных дифференциальных уравнений переходных процессов и дифференциальных уравнений в частных производных для анализа магнитного поля электрических машин;

- методов статистического анализа стационарных и случайных процессов;

- методов гармонического анализа;

- вейвлет-анализа;

- метода планирования эксперимента и многофакторного анализа;

- современного программного обеспечения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- научно обоснован тестовый метод диагностирования электрических машин в виде их пуска на холостом ходу;

- разработаны математические модели функционирования электрической машины при проведении диагностического теста, как объекта с сосредоточенными и распределёнными параметрами;

-установлена взаимосвязь конструктивных особенностей электрических машин с технологическими факторами и дефектами, которая в итоге определяет диагностическую информацию, получаемую при тестовых испытаниях;

- исследованы особенности статистических, спектральных и корреляционных характеристик диагностической информации исправных и неисправных электрических машин;

- научно обоснован метод применения вейвлет-анализа для оценки параметров переходных функций и пусковых диаграмм при тестовом диагностировании электрических машин;

- определены качественные и количественные характеристики пульсаций не-

балансной электродвижущей силы в зоне коммутации, а также пульсации магнитного поля, обусловленные наличием дефектов;

- установлено, что дефекты механического и электромагнитного характера в различной степени влияют на пусковые диаграммы электрических машин;

- предложен диагностический параметр, позволяющий при проведении тестовых испытаний установить разновидности дефектов электрических машин и, в том числе, разделить их на дефекты механического или электромагнитного характера.

Достоверность научных результатов и выводов подтверждена строгостью теоретического обоснования, корректностью применения математического аппарата и результатами экспериментальных исследований, как в лабораторных условиях, так и в условиях локомотивного депо на электрических машинах МСП-0,25, ДМК-1 и ТЭД НБ-418К6 в период 2005-2010 гг.

Практическую ценность представляют следующие результаты работы:

1. Создан и внедрен опытный образец контрольно-измерительного комплекса по определению типа дефекта тяговых электрических машин НБ-418К6.

2. Разработана прикладная программа цифровой и компьютерной обработки осциллограмм пульсаций напряжения между щётками различной полярности и тока якоря электрических машин постоянного и пульсирующего тока с использованием вейвлет-анализа.

3. Разработано приложение, предназначенное для целей исследования электромагнитных полей применительно к электрическим машинам в процессе тестовых испытаний.

Публикации.

По результатам проведенных исследований опубликовано 15 печатных работ, из них 3 - в журналах, рецензируемых ВАК. Апробация работы.

Основные положения работы и результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на IX международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: дорога в будущее» (Чита, ЗабИЖТ, 2005 г.), X международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: культура здоровья - здоровое общество» (Чита, ЧГМА, 2006 г.), «Всероссийской научно-практической конференции ученых транспорта, вузов, НИИ, инженерных работников и представителей академической науки, Чита, 22-24 ноября 2006 г.», Пятой международной научной конференции творческой молодежи «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке.», Хабаровск, ДВГУПС 17-19 апреля 2007 г. «45-й Международной научно-практической конференции ученых транспорта вузов, инженерных работников и представителей академической науки» 7-9 ноября 2007 г. ДВГУПС, Хабаровск, XII международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: перспектива развития края», г. Чита, 10-11 апреля 2008 г., Международной научно-практической конференции «Развитие транспортной инфраструктуры - основа роста экономики Забайкальского края», г. Чита, 1-4 октября 2008 г., на заседаниях кафедры «Электроподвижной состав» ЗабИЖТ (ИрГУПС), (2005 - 2010) г., на заседании Научно-технического совета ЗабИЖТ (ИрГУПС), на заседаниях кафедры «Электрические машины» МИИТа, (2009-2010 г.), на совместном заседании кафедр «Электрические машины» и «Электрическая тяга» МИИТа 20.11.2008 г. Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из 189 страниц, 83 рисунков, 25 таблиц и

имеет следующие разделы: введете, 5 глав, заключение, список литературы из 175 наименования и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследований, обозначены пути решения главных задач.

В первой главе представлены результаты анализа отказов и основных показателей надёжности электрических машин на примере тягового электродвигателя НБ-418К6. При этом определены наименее надежные элементы конструкции ТЭД, из-за которых происходит наибольшее количество отказов. Значительная часть неисправностей вызвана нарушениями процессов коммутации и потенциальных условий на коллекторе из-за электромагнитных или механических факторов, которые обусловлены, как недостаточным качеством ремонта, так и отсутствием доступных и эффективных методов диагностирования.

Приведен обзор работ учёных по исследованиям свойств электрических машин постоянного тока и, в том числе, по методам оценки их технического состояния и методам диагностирования, таких как: Исаев И.П., Карасев М.Ф, Авилов В.Д. Дурандин Г.Б., Серебряков А.С., Гордеев И.П., Глущенко М.Д., Феоктистов В.П., Попов Д.А., Козлов Л.Г., Матвеевичев А.П., Курбасов А.С., Курбасов Б.А., Волков В.К. Суворов А.Г., Скворцов А.В., Сенкевич И.В., Протасов А.И., Осяев А.Т., Овсейчик С.З., Некрасов О.Н., Титов Н.А., Харламов В.В., Худоногов А.М., Смирнов В.П. и других учёных.

На основании проведенного анализа сделан вывод о том, что задача совершенствования методов диагностики электрических машин представляет интерес. Во- первых, это вызвано актуальностью, во-вторых - стремлением повысить вероятность правильного и точного определения диагноза при различных неисправностях двигателя, а также усовершенствовать методы диагностики за счет применения современной микропроцессорной техники и программного обеспечения. При этом за основу предложена система тестового диагностирования в виде пуска электрической машины на холостом ходу. Такая система диагностирования является общедоступной и не требуегг значительных капиталовложений на eg внедрение, однако теоретическое обоснование предложенной системы отсутствует.

Во второй главе проведены теоретические исследования, процессов пуска электрических машин на холостом ходу, как диагностического теста (рисунок 1). Диагностический тест заключается в формировании воздействия X, которое вызывает переходной процесс пуска электрической машины и который характеризуется множеством нестационарных выходных функций Z(t). В качестве множества Z(t) наиболее эффективно использовать графики изменения тока якоря /(t), напряжения между разнополярными щёткодержателями U(t) и частоты вращения якоря n(t). Множество Z(t) определяется путём регистрации его мгновенных значений в устройстве памяти измерительного комплекса с шагом квантования dt. Заключение о техническом состоянии электрической машины определяется по соотношению

" W)-Z{t)ZDg, (1)

где Z(t) - эталон сравнения; Dg -критерии сравнения. Эксперименты показали, что особенность пусковых характеристик - наличие пульсаций тока и напряжения между щетками различной полярности (рисунок 2). Вследствие этого зависимости Z(t) могут быть представлены в виде двух составляющих, например, U (t) имеет вид:

у(0= 1/.С0+ ад (2)

Первая из них - Ух(0 характеризует переходную функцию в электрической цепи от источника напряжения к напряжению между разнополярными щетками. Эта составляющая низкочастотная и, как правило, монотонная функция. Вторая составляющая собственно пульсации, высокочастотная определяется техническим состоянием и особенностями электрической машины и поэтому является источником диагностической информации.

Рисунок 1 - Функциональная схема системы тестового диагностирования электрических машин, реализующая процесс пуска на холостом ходу

Рисунок 2 - Характерный вид пусковых диаграмм, получаемых при реализации диагностического теста в виде пуска электрической машины

Эксперименты также показали, что характер пульсаций или их интенсивность различны у исправных и неисправных электрических машин. Это вызвало необходимость классифицировать дефекты электрических машин в соответствии с диаграммой, представленной на рисунке 3. При этом учитывались литературные источники и мнения специалистов по обслуживанию и ремонту ТЭД.

Повышенная плотность токе, нестабильность (неточного контвкта (=Бп, М2п, Неравномерное распределение имл

Рисунок 3 - Дефекты ТЭД

Источники пульсаций Z„(t) (для тока и напряжения) могут быть обусловлены:

• пульсациями магнитного потока;

• переменными индуктивными сопротивлениями обмоток;

• изменяющейся проводимостью параллельных цепей обмотки якоря;

• временной и пространственной несимметрией электрических и магнитных цепей.

Пульсации магнитного потока возникают из-за искажений электромагнитного поля, неравномерности воздушного зазора между якорем и главными полюсами, наличия пазов (зубцов), колебания якоря в подшипниках и т.д.

Дефекты узла токосъема, также вызывают пульсации напряжения между щетками и тока якоря. Так, например, выступающие коллекторные пластины или миканит вызывают появление пульсаций при прохождении каждого щеткодержателя. Частота появления пульсаций при неровности коллектора /ик составит:

/нк=Кщ-п-Мн,Тя (3)

где п - частота вращения двигателя, об/с, Кщ - количество щеткодержателей, Ии - количество неровностей коллектора

Биение коллектора может вызывать появление пульсаций напряжения с частотой равной:

/бк = 2п-Кщ, Гц. (4)

Распайка петушков коллектора может приводить к появлению пульсаций напряжения с частотой

/рп = пКщ, Гц. (5)

Формулы (3-5) не в полной мере отражают физический аспект диагностического теста, поэтому были разработаны необходимые математические модели, позволяющие установить причины появления пульсаций. Поскольку пуск электрической машины, как диагностический тест, является переходным процессом, следовательно, исходным положением для определения его математической модели являются методы исследования переходных процессов, в электрических машинах предложенные в работах Тостина К., Иоффе А.Б., Ермолина Н.П., Жица М.З., Шапиро О.Н., Захарченко Д.Д, Некрасова О.Н., Овсейчик С.З. и других учёных. При этом электрическая машина рассматривалась, прежде всего, как электромеханический преобразователь и поэтому не в полной мере учитывалось влияние дефектов и неисправностей. Поэтому в работе предложена уточнённая математическая модель пуска электрической машины, позволяющая учитывать, как наличие неисправностей, так и вихревых токов, обусловленных продольной и поперечной реакцией якоря, пульсациями магнитного потока, обусловленные основной и высшими гармониками. Итоговое влияние дефектов на пульсации напряжения оценивалось по величине небалансной (нескомпенсированной) ЭДС в коммутируемых секциях

¿е = е„+е,-ер, (6)

где ек- коммутирующая ЭДС, обусловленная магнитным полем дополнительных полюсов; е, - трансформаторная ЭДС, наводимая вследствие нестационарного магнитного поля главных полюсов; ер - реактивная ЭДС, обусловленная индуктивностью и взаимной индуктивностью коммутируемых секции, которая вычислялась согласно формуле Рихтера-Цорна.

Математическая модель представляет собой систему дифференциальных уравнений. При её решении методом Рунге-Кутга 4-го порядка производилось моделирование неисправностей, что позволило анализировать графики изменения во времени тока и угловой скорости вращения якоря, магнитных потоков по поперечной и продольной осям, а также значения реактивной, коммутационной, трансформаторной и нескомпенсированной ЭДС электрической машины.

Характерный вид графиков, характеризующих динамику изменения небалансной ЭДС в процессе диагностического теста, представлен на рисунке 4. Как следует из графиков, в начальный момент времени реактивная и коммутационная ЭДС практически равны, а небалансная ЭДС обусловлена в основном трансформаторной ЭДС. При разгоне двигателя (переходе в стационарный режим) трансформаторная ЭДС уменьшается, но расхоясдение между реактивной и коммутирующей ЭДС возрастают, что приводит к наличию небалансной ЭДС. При этом даже незначительный сдвиг щёток с нейтрали (6 мм) приводит к тому, что некомпенсированная ЭДС возрастает почти вдвое выше по отношению к этой же ЭДС исправного двигателя.

ег, ек> е„ Ле,В

г-

А)

1

6

еГ, ек, е,, Де, В

2

Б)

1

а

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 I, с

ег, еь е„ Де, В

2

В)

1

о

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1, С

Рисунок 4 - Графики изменения значений реактивной, коммутационной, трансформаторной и нескомпенсированной ЭДС при пуске исправного ТЭД А), ТЭД со сдвигом щеток относительно нейтрали на 5 мм Б), ТЭД со сдвигом щеток относительно нейтрали на 10 мм В)

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,с

Кроме этого, в данном разделе проводилось исследование особенностей магнитного поля в электрических машинах, пульсации которого, в итоге, приводят к пульсациям напряжения между разнополярными щёткодержателями. Исследования выполнены путём численного решения уравнения Пуассона применительно к векторному магнитному потенциалу - А. В элементах конструкции электрической машины магнитное поле создаётся, как за счёт токов, протекающих в обмотках, так и вихревыми токами, поэтому окончательное уравнение магнитного поля в активном сечении электрической машины было представлено в виде

.дА

. д2А . .

r(x,y)—~j(x,y)

(7)

где - ц(х,у), у(х, у), j(x, у) - магнитная проницаемость, электропроводность, плотность тока в обмотках полюсов и якоря, как распределённые функции.

Для решения уравнения (7) автор принимал участие в разработке приложения "FIELD" (поле), работающего на основе модифицированного метода конечных разностей, позволяющего учитывать нестационарность процессов коммутации, т.е. изменения плотностей тока в коммутируемых секциях, изменения взаимного положения якоря относительно неподвижных частей. Кроме этого, приложение позволяет моделировать неисправности, такие как, смещения зоны коммутации относительно нейтрали, асимметрия воздушных зазоров между якорем и полюсами, и даёт возможность определить параметры магнитного поля в любой точке электрической машины. Приложение используется на кафедре «Электрические машины» МИИТ. Выборки полученных результатов представлены на рисунках 5,6.

Оценки пульсаций магнитного поля производились путем анализа распределений индукции в воздушном зазоре. При этом учитывалась нормальное значение индукции - перпендикулярное дуге, проведённой в центре воздушного зазора

Ввиду наличия зубцов и пазов на вращающемся якоре, а также из-за зубцов и пазов компенсационной обмотки магнитная индукция в каждой точке электрической машины пульсирует (рисунок 7).

Дефекты и неисправности также приводят к искажениям магнитного поля, что представлено на рисунке 8.

Коммутационный процесс во многом определяется значением индукции в воздушном зазоре под дополнительными полюсам. Для определения типа дефектов, наиболее значимых для этого параметра, производились расчёты магнитного поля, в ходе которых производилось моделирование неисправностей согласно плану полного факторного эксперимента, представленному в таблице 1.

Таблица 1

Факторы Воздушный зазор под главным полюсом, мм. Воздушный зазор под дополнительным полюсом, мм. Сдвиг щеток относительно нейтрали, мм. Неравномерное расположите главных полюсов по окружности, мм.

XI Х2 ХЗ Х4

Xmin (-1) 2 6 -6 -5

Хшах (+1) 6 14 6 5

Выполненные расчеты показали, что наиболее значимым фактором, влияющим на пульсации индукции в воздушном зазоре под дополнительными полюса-

ми, является фактор XI. Например, при уменьшении воздушного зазора под главным полюсом до 2 мм происходит снижение индукции в воздушном зазоре под дополнительным полюсом до величины, составляющей 71,2 % от соответствующего значения при исправном состоянии, поскольку в этом случае магнитная цепь главного полюса «шунтирует» магнитную цепь дополнительного полюса Влияние других дефектов значительно ниже и составляет 5-6%.

Обмотка дополнительного полюса Сердечник дополнительного полюса

Распределение индукции в воздушном зазоре

Рисунок 5 - Магнитное поле исправного ТЭД

Главный полюс

Компенсационная обмотк?

Обмотка главного полюса

Обмотка якоря

Остов

Обмотка дополнительного полюса

Сердечник дополнительного полюса

Рисунок 6 - Магнитное поле ТЭД со сдвигом щеток относительно нейтрали

Распределение индукции в воздушном зазоре

Главный полюс

Компенсационная обмотка

Обмотка главного полюса

Обмотка якоря

Остов

Полюсное деление

Рисунок 7 - Пульсации магнитной индукции при вращении якоря (1 - нечетное число пазов якоря под главным полюсом, 2 - четное число пазов якоря под

главным полюсом)

Рисунок 8 - Распределение индукции в воздушном зазоре под главным полюсом 1 - Исправный ТЭД; 2 - ТЭД с неравномерным воздушным зазором под главным полюсом; 3 - ТЭД с пониженной магнитной проницаемостью ферромагнитных элементов конструкции; 4 - ТЭД с креплением дополнительных полюсов к остову без второго немагнитного зазора; 5 - ТЭД при неравномерном распределении токов в параллельных ветвях обмотки якоря.

Третья глава посвящена анализу особенностей фильтрации экспериментальных данных и определения значимое™ их расхождений у исправных и неисправных электрических машин, используя статистические критерии (Б- критерий и Ь критерий) и вероятностные характеристики.

Выборки осциллограмм, характеризующих диагностические параметры, и, в том числе, пульсации напряжения между щётками у исправных и неисправных электрических машин, представлен на рисунках 9-13. Установлено, что мгновенные значения пульсаций напряжения между щётками распределены по нормальному закону, а дисперсии могут существенно различаться в зависимости от наличия и характера неисправностей.

Так, у исправных и неисправных электрических машин малой мощности (ДМЮ) различие осциллограмм пульсаций напряжения между щётками на 95% носит неслучайный характер, а зависит от дефекта двигателя, У тягового электродвигателя НБ-418К6 аналогичная вероятность меньше и составила 76%.

На основании этого можно утверждать, что наличие неисправностей можно определять путем вероятностного и статистического анализа результатов диагностического теста. В особенности это приемлемо для электрических машин малой мощности. Применительно к тяговым электрическим машинам статистический анализ результатов теста также необходим, но этого недостаточно, поскольку процесс пульсаций не является стационарным эргодическим процессом. Тем не менее, результаты статистического анализа можно охарактеризовать в виде избыточной информации результатов диагностического теста, а это является одним из необходимых условий диагностирования технических объектов, поэтому результаты его анализа представляют практический интерес.

Рисунок 9 - Осциллограммы переменной составляющей напряжения на щетках разной полярности и тока исправного двигателя ДМК -1, полученные при его пуске

Рисунок 10 - Осциллограммы переменной составляющей напряжения на щетках разной полярности и тока двигателя ДМК- 1 со сдвигом щеток относительно нейтрали, полученные при его пуске

ЦцВ

Рисунок 11 - Осциллограмма переменной составляющей напряжения, полученной со щеток различной полярности исправного ТЭД НБ-418К6

со щеток различной полярности неисправного ТЭД НБ-418К6 (сдвиг щеток с ней-

тпятто ш О мм Ъ

ЦщВ,-,

! !

-1,5-------—------'

Рисунок 13 - Осциллограмма переменной составляющей напряжения, полученной со щеток различной полярности неисправного ТЭД НБ-418К6 (неровность коллектора)

Четвертая глава посвящена методам идентификации дефектов электрических машин на основе спектрального, корреляционного анализа и вейвлет-преобразования.

Применение преобразования Фурье применительно к осциллограммам пульсации напряжения между щётками у исправных и неисправных электрических машин показало на их очевидное различие, в особенности по амплитудам пульсаций (рисунок 14,15). Частота пульсаций, на которых наблюдаются максимальные значения, зависит и от типа электрической машины.

^ Гц

Рисунок 14 - Спектрограмма переменной составляющей напряжения на щетках различной полярности исправного ТЭД НБ-418К6

А.В

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 О

1 1 1 \ 1

1 < 1 1 , 1 1м 1, .,.1.1 II. || ^^.лЬи

К ммштм^мтттт:

« и « « СМ 10 во

т и) ь- о»

МЧГШОООСОШГ^

имимплпп

т ш ю <о

о ^ чг

1(1*

Рисунок 15 - Спектрограмма переменной составляющей напряжения на щетках различной полярности неисправного ТЭД НБ-418К6

Например, для ТЭД НБ-418К6 на спектрах выделяются частоты кратные /т=646 Гц. Эта частота соответствует частоте коммутации проводников паза якоря.

N

Лг—п, Гц, (12)

2 р

где N=696 количество проводников якоря, 2р=6 количество полюсов (количество одновременно коммутируемых проводников якоря), п=5,57 об/с - частота вращения якоря.

Для характеристики динамики изменения диагностических сигналов во времени проведен автокорреляционный анализ. Автокорреляционные функции сигналов напряжения исправных и неисправных тяговых электродвигателей при работе в стационарном режиме периодичны, но во всех случаях наличие неисправностей снижает автокорреляцию при С -» по.

Однако попытка идентифицировать дефекты по спектрограммам или по автокорреляционным функциям может оказаться затруднительной, поскольку рассматриваемые в работе диагностические фупкции не являются стационарными, и не обладают эргодичностью. Этот факт неоднократно подтверждался на осциллограммах пульсаций напряжения определённого между разнополярными щетками ТЭД НБ-418К6, полученных при проведении диагностического теста (рисунки 16, 17). Из рисунка 16 («механический» дефект) следует, что амплитуда пульсаций напряжения, полученного со щеток различной полярности больше в зоне высокой скорости вращения (II область) и меньше при низкой скорости вращения двигателя (I область). Из рисунка 17 (электромагнитный дефект) видна обратная картина: амплитуда пульсаций напряжения на коллекторе меньше в зоне высокой скорости вращения и больше при низкой скорости вращения двигателя. Применение дисперсионного анализа для сравнения дисперсий пульсаций I и II области показывает на их значимое различие с вероятностью более 95 %.

личной полярности Ц- при пуске неисправного тягового электродвигателя НБ-418К6 («механический» дефект) на холостом ходу

личной полярности и. при пуске неисправного тягового электродвигателя НБ-418К6 (сдвиг щеток относительно нейтрали) на холостом ходу

Данный факт позволяет проводить разделение дефектов тягового электродвигателя на «механические» и «электромагнитные» используя методы вейвлет -преобразований. В работе использован вейвлет «мексиканская шляпа», формула которого имеет вид:

ИГ(а.ьл) = /0Т|иДО1аГ1/2

е-К^) -0,5е~^г) Л Л (13)

где: / - время; Ь - величина смещения вейвлета по оси времени; а - масштаб (величина растяжения вейвлета); Т-длительность теста; (/_(£) - исследуемый сигнал.

На рисунках 18, 19 показаны вейвлет-преобразования пульсаций напряжения между щётками. По горизонтальной оси отложена величина смещения, а по вертикальной - масштаб (частота). Серая шкала имеет 256 уровней. Черный цвет соответствует минимальному значению, которое принимают вейвлет-коэффициенты, белый - максимальному. Промежуточные значения соответствуют оттенкам серого различной интенсивности. На спектре отчетливо различаются несколько компонентов сигнала. В верхней части видны колебания интенсивности, вызванные высокочастотной составляющей сигнала, в то время как низкочастотная компонента образует различимую структуру в средней части спектра. Визуальная оценка состояния электрической машины по виду вейвлет-преобразования субъективна, поэтому для количественной оценки результатов предложено использовать диагностические коэффициенты

где /(0, ш (с) - мгновенные значения тока и частоты вращения якоря, соответственно; ЛГ-количество отсчётов сигнала за период Т.

Первый из них - К/ «•усиливает» значения вейвлет преобразований, определённые в первой области, т.е когда в процессе пуска ток якоря имеет наибольшие значения, а небалансные ЭДС в коммутируемых секциях могут достигать значительной величины. Поэтому этот коэффициент характеризует наличие электромагнитных дефектов.

Второй диагностический коэффициент Ку зависит от скорости. Поэтому он характеризует в основном наличие механических дефектов, которые проявляются во второй области, когда частота вращения якоря стремится к максимальному установившемуся значению.

Используя результаты диагностических тестов на исправных и неисправных тяговых электродвигателях НБ-418К6 (140 опытов) установлено, что они случайны и распределены по нормальному закону, что подтверждает проверка их распределений по критерию согласия - рисунки 20, 21. При этом важно отметить, что чисто электромагнитные дефекты изменяют только коэффициент К], а значения Ку при этом практически не изменяются, и наоборот при наличии только механических дефектов Ку изменяется, но АГ/ изменяется незначительно. При диагностировании электрической машины данным методом возможна ошибка в разделении дефектов, однако вероятность таких ошибок незначительна: при механическом типе дефекта не превышает 7,5 %, при электромагнитном типе дефекта не превышает

Из этого следует, что значения диагностических коэффициентов К, и Ку являются критерием, позволяющим установить наличие неисправностей электрических машин и, кроме того, произвести их идентификацию.

К, = ЙМОИЧаЛО, Ку = 2? <и(0ЩаЛ0,

(14)

(15)

10%.

........................

* ' П1 ЩИ -------------"1 . ----------- • икп<и' *3 -

!! # «ад» С СМ» ( ! # «ив» I !Г---Щ I В

* : ~ " 3№*Ш> I ! <5 цвет ' *....................; ! .....-

Рисунок 18 - Массив значений вейвлет-преобразования \¥(а, Ь, О сигнала напряжения на щётках исправного ТЭД НБ-418К6 (частота дискретизации 0,1 мс)

Рисунок 19 - Массив значений вейвлет-преобразования И'{а, Ь, О сигнала напряжения на щётках неисправного ТЭД НБ-418К6 (частота дискретизации 0,1 мс)

Рисунок 20 - Графики и гистограммы плотности вероятности распределения диагностического коэффициента К) исправных и неисправных ТЭД НБ-418К6

ч(к„),

1/(В-рад/с) 0,006

□ исправное состояние ■ механические дефекты

Ку, В-рад/с

Рисунок 21 - Графики и гистограммы плотности вероятности распределения диагностического коэффициента К у исправных и неисправных ТЭД НБ-418К6

!/(В'А) 0,005 0,0045 0,004 0,0035 0,003 0,0025 0,002 0,0015 0,001 0,0005 0

□ исправное состояние ■ электромагнитный дефект

ОООООООООООООО^-г, Ои101/"10ЬЛ01ЛО^П01Л01Л 1М, £3 J ГО ГГ) ** ^ 1Л1ЛУЭ(СГ*Г-~СОЧ0О1СП

Пятая глава посвящена разработке функциональных схем, алгоритмов работы и описанию устройства созданных технических средств по определению вида дефекта двигателя.

Проведенные исследования привели к созданию контрольно-измерительного комплекса (КИК) по определению дефектов приводящих к искрению.

В измерительную часть КИК входят следующие основные элементы и блоки:

• персональный компьютер;

• плата АЦП -ЦАПЕ-440;

• датчик напряжения ДНХ 600;

• датчик тока ДТХ 300;

• тахогенератор;

• блок питания ДТХ и ДНХ;

• соединительные провода.

Схема стенда приведена на рисунке 22.

циллограмм тока, напряжения и скорости при пуске двигателя

Программное обеспечение комплекса выполнено на языке Delphi с применением объектно-ориентированного программирования.

Также в пятой главе проведен расчет экономической эффективности от внедрения контрольно-измерительной системы, по определению типа дефектов. Положительный эффект от внедрения комплекса в локомотивном депо Чита складывается из снижения случаев неплановых ремонтов и сокращения времени на поиск причины и устранение дефектов двигателя, вызывающих неудовлетворительное качество коммутации ТЭД во время его испытаний.

Расчетный срок окупаемости от внедрения разработанного комплекса для депо ст. Чита-1 составил 1,24 года

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате анализа отказов тяговых электродвигателей в эксплуатационных условиях, причин их появления и проведённых исследований установлено:

1. Отказы тяговых электродвигателей по причине нарушения коммутации составляют около 20%, причём наиболее вероятная причина их появления недостаточное качество ремонта и отсутствие необходимых диагностических средств и методик.

2. Причины отказов ТЭД обусловлены в основном дефектами электромагнитного и механического характера. При этом наибольшую долю составляют дефекты электромагнитного характера, что в основном вызвано неточностью установки нейтрали, асимметрией магнитной цепи, неравномерностью воздушных зазоров главных и дополнительных полюсов. Дефекты механического характера обусловлены нарушением требуемых сил нажатия на щётки, неровностями и овальностью коллектора и др.

3. Дефекты электромагнитного и механического характера целесообразно идентифицировать во время проведения ремонта в условиях депо, путем диагностического теста, заключающегося в пуске тягового электродвигателя на

холостом ходу при пониженном напряжении и при независимом возбуждении.

4. У исправных и неисправных тяговых электродвигателей на разнополярных щеткодержателях возникают пульсации напряжения. Максимумы спектра пульсаций напряжения наблюдаются на частотах, соответствующих зубцам якоря и компенсационной обмотки, межламельным расстояниям, овально-стям и неровностям коллектора, нарушениям центровки якоря, разрушениям якорных подшипников и др.

5. Численное моделирование магнитного поля тягового электродвигателя позволило установить, что наиболее значимым фактором, влияющим на характер распределения индукции под полюсами и в зоне коммутации, являются неравномерности воздушного зазора, что и приводит в итоге к появлению пульсаций напряжения на разнополярных щётках.

6. Процесс пульсации напряжений на разнополярных щётках является случайным, в особенности в условиях массового производства (ремонта). Сравнение процесса пульсаций у исправных и неисправных электрических машин, в том числе у тяговых электродвигателей, с помощью известных статистических критериев показывает на его значимое различие. У неисправных электрических машин дисперсия процесса пульсаций значительно выше.

7. Корреляционные и спектральные характеристики процесса пульсаций также существенно отличаются у исправных и неисправных электрических машин и тяговых электродвигателей.

8. Анализ осциллограмм пульсаций напряжения, полученного после проведения теста, показывает, что характеристики пульсаций напряжения во время разгона якоря и в установившемся режиме имеют различие. При этом дефекты электромагнитного и механического характера различным образом влияют на появление пульсаций. Вследствие этого процесс пульсаций напряжения не является эргодическим и поэтому статистический, корреляционный и спектральный анализ процесса пульсаций является необходимым, но недостаточным.

9. В качестве специального метода обработки сигналов пульсации напряжения, как диагностической информации, целесообразно использовать методы вейвлегг-анализа. При этом достаточно использовать преобразование типа «сомбреро». Используя указанное преобразование, определяются соответствующие диагностические коэффициенты, указывающие не только на наличие дефектов, но и позволяющие их разделять на дефекты электромагнитного и механического характера.

10.Результатом работы также является разработка программно-технического комплекса для проведения диагностического теста в соответствии с разработанной методикой.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: Научные публикации по теме диссертации в изданиях, рекомендованных

ВАК РФ

1. Ларченко A.B. Методика и контрольно-измерительный комплекс для определения дефектов тяговых электродвигателей НБ-418К6./ Журнал «Транспорт Урала». № 3,2008. С. 69-72.

2. Ларченко A.B. Определение типа дефекта ТЭД, влияющего на коммутацию двигателя./ Журнал «Естественные н технические науки» №2, 2008. С. 515519.

3. Ларченко A.B. Определение типа дефектов коллекторных тяговых электродвигателей элекгроподвижного состава. Журнал «Электроника и электрооборудование транспорта», №2-3,2009. С. 41-43.

Другие научные публикации по теме диссертации

1. Ларченко A.B. Применение вейвлегг-анализа к обработке сигналов полученных при пуске двигателя. Молодежь Забайкалья: дорога в будущее: Материалы IX международной молодежной научно-практической конференции, Чита, 20-21 апреля 2005 г. Ч. 2. - Тез. Докл. - Чита: ЗабИЖТ, 2005. - Ч. 2. С 242-245.

2. Шойванов Ю.Р., Луконин A.A., Ларченко A.B. Методы контроля изоляции тяговых электродвигателей./ Проблемы модернизации инфраструктуры Транссибирской магистрали: Сборник научных трудов. - Чита: ЗабИЖТ, 2005. С. 182-187.

3. Ларченко A.B. Использование пульсаций кривых тока и напряжения, полученных при пуске двигателя для его диагностики. Молодежь Забайкалья: культура здоровья - здоровое общество: Материалы X международной молодежной научно-практической конференции, Чита, 13-14 апреля 2006 г. Ч. 2. - Тез. Докл. -Чита: ИИЦ ЧГМА, 2006. С. 116-119.

4. Ларченко A.B., Кучеров C.B. Алгоритм реализации снятия кривых I, U, V с помощью контрольно-измерительной системы. Проблемы и перспективы развития Транссибирской магистрали в XXI веке: труды всероссийской научно-практической конференции ученых транспорта, вузов, НИИ, инженерных работников и представителей академической науки, Чита, 22-24 ноября 2006 г. Ч. 1. - Чита: ЗабИЖТ, 2006. -4.1. - С. 267-270.

5. Ларченко A.B., Шойванов Ю.Р. Контрольно-измерительная система для получения кривых тока, напряжения и скорости. Проблемы и перспективы развития Транссибирской магистрали в XXI веке: труды всероссийской научно-практической конференции ученых транспорта, вузов, НИИ, инженерных работников и представителей академической науки, Чита, 22-24 ноября 2006 г. Ч. 1. - Чита: ЗабИЖТ, 2006. - Ч. 1. - С. 270-275.

6. Ларченко A.B. О результатах экспериментов с двигателями ДМК-1 имеющих неудовлетворительную коммутацию./ Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. Труды Пятой международной научной конференции творческой молодежи 17-19 апреля 2007. Том 2. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007. С 67-69.

7. Ларченко A.B., Овсейчик С.З. Методика определения причин неудовлетворительной коммутации./ Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. Труды Пятой международной научной конференции творческой молодежи 17-19 апреля 2007. Том 2. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007. С 6972.

8. Ларченко A.B. Влияние дефектов электродвигателей на пульсации напряжения./ Вестник института тяги и подвижного состава: труды 45-й Международной научно-практической конференции ученых транспорта вузов, инженерных работников и представителей академической науки 7-9 ноября 2007 г. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007. С 205-207.

VA

9. Ларченко A.B. Алгоритм выполнения вейвлет-преобразования осциллограмм напряжения полученных с разнополярных щеток при пуске ТЭДУ Ресурсосберегающие технологии на транспорте и в промышленности: сборник научных трудов, ЗабИЖТ, г. Чита, 2007. С. 115-120.

10. Ларченко A.B. Математическая модель ТЭД для определения нескомпен-сированной ЭДС в коммутируемых секциях./ Молодежь Забайкалья: перспектива развития края: материалы XII международной молодежной научно-практической конференции, г. Чита, 10-11 апреля 2008 г. - Ч. II. - тез. докл. - Чета: ЗабИЖТ, 2008. С. 232-236.

11. Ларченко A.B. О диагностировании тяговых электродвигателей электровозов./ Развитие транспортной инфраструктуры - основа роста экономики Забайкальского края. Материалы международной научно-практической конференции, г. Чита, 1-4 октября 2008 г. Т. I. - Чита: ЗабИЖТ, 2008. С. 170-174.

12. Ларченко A.B. Определение значимости влияния дефектов тягового электрического двигателя на значение коммутационной ЭДС. Управление, эксплуатация и ремонт железнодорожных агрегатов: межвузовский сборник научных трудов/ под. ред. Д.В. Железнова; сост. С.З. Овсейчик. -Чита: ЗабИЖТ, 2009. С. 112-119.

Личный вклад автора. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежат: в работе [2] - обоснование целесообразности диагностики тяговых электрических машин; в работе [4]-разработка алгоритма; в работе [5]-обоснование принципиальных электрических схем; в работе [7]- обоснование способов обработки диагностических сигналов.

Ларченко Алексей Владимирович

МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЕФЕКТОВ ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНОГО УЗЛА И МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

МАШИН

Специальность 05.09.01 -«Электромеханика и электрические аппараты»

Подписано к печати /3, Ос/.ЛО// Формат бумаги60x84/16 Объем 1,5 п.л. Заказ № М'/ Тираж 80 экз.

УПЦ ГИ МИИТ 127994, Москва, ул. Образцова, д.9, стр. 9.

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ, ВЫБОР ЦЕЛИ И НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Состояние вопроса

1.2 Характеристики системы послеремонтных испытаний тяговых электрических машин подвижного состава

1.3 Обзор существующих методов определения качества коммутации тяговых электрических машин

1.4 Направление развития средств и методов технического диагностирования двигателей постоянного тока 28 Выводы по разделу

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСККИХ МАШИН ПРИ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ В РЕЖИМЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ТЕСТА

2.1 Общая характеристика диагностического теста

2.2 Причины появления пульсаций напряжения на щётках и тока якоря

2.3 Математическая модель электрической машины, как объекта диагностики с сосредоточенными параметрами

2.4 Диагностическая модель электрической машины, как объекта с распределёнными параметрами 50 Выводы по разделу

3. ОСОБЕННОСТИ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И

МЕТОДОВ ИХ АНАЛИЗА

3.1 Общие характеристики диагностических сигналов при проведении тестовых испытаний электрических машин.

3.2 Фильтрация сигналов

3.3 Результаты экспериментов

3.4 Статистический анализ результатов экспериментов 85 Выводы по разделу

4. МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЕФЕКТОВ

4.1 Спектральный анализ пульсаций напряжения на щётках электрических машин

4.2 Корреляционный анализ диагностических сигналов

4.3 Применение вейвлет - преобразования для анализа напряжения полученного со щеток различной полярности

4.4 Методика определения диагностических коэффициентов 119 Выводы по разделу

5. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ТЕСТА

5.1 Особенности контроля мгновенных значений напряжения на щетках, тока тягового электродвигателя и скорости его вращения

5.2 Алгоритм получения осциллограмм тока, напряжения на коллекторе и скорости с помощью контрольно-измерительного комплекса

5.3 Ожидаемые технико-экономические результаты использования разработанного программно-измерительного комплекса

Электрические машины обеспечивают эффективность электропривода технических устройств, поэтому их надёжность определяет работоспособность устройств в целом. В особенности это актуально для электрических машин транспортных устройств, которые имеют как конструктивные особенности, так и особенности условий функционирования, и поэтому к ним предъявляются повышенные требования надёжности для обеспечения бесперебойного процесса перевозок и безопасности движения. На железнодорожном транспорте таковыми являются генераторы локомотивов, тяговые электродвигатели (ТЭД) электровозов, тепловозов, моторных вагонов и дизель поездов, а также вспомогательные электрические машины подвижного состава, путевых машин и устройств верхнего строения пути.

Однако в реальных условиях требуемая надёжность электрических машин железнодорожного транспорта не обеспечивается. Анализируя неисправности подвижного состава, возникающие в процессе эксплуатации, можно убедиться, что тяговые электродвигатели являются одними из наименее надежных узлов, поэтому на ремонтных заводах и в депо производится их демонтаж и разборка для определения степени износа и выполнения ремонтно-восстановительных работ, а также для выявления причин неисправностей. В результате ремонтно-восстановительных работ электрических машин в некоторых случаях происходит снижение их надёжности. В особенности это относится к магнитной цепи и щёточно-коллекторному узлу тяговых электрических машин постоянного и пульсирующего тока. Так, например, у тяговых электродвигателей грузовых электровозов после ремонта часто встречаются повреждения в виде повышенного износа щёток и коллектора из-за искрения и нарушения нормальной коммутации, а также перебросы электрической дуги по коллектору или круговые огни. Результатом этого являются остановки движения на перегоне, нарушение безопасности движения, повышение количества неплановых ремонтов и соответственно экономических затрат. Вследствие этого существует проблема обеспечения эффективности ремонтно-восстановительных работ электрических машин, заключительным этапом которых, как правило, является испытание и диагностика. При этом необходимые средства диагностирования не всегда используются из-за сложностей их применения, или отсутствуют из-за их дефицита, хотя одним из важных условий диагностирования технических устройств является избыточность информации о техническом состоянии.

В современных условиях происходит бурное развитие и внедрение на практике микропроцессорных систем управления, измерения и обработки информации. Однако применение таких систем при проведении диагностики электрических машин требует учёта физических процессов, которые выявляют наличие дефектов. Несмотря на то, что существуют множество методов диагностики электрических машин, которые позволяют выявить различные неисправности двигателей, представляет интерес задача разработки новых методов, основанных на применении современных измерительных систем и способов анализа информации. Актуальность такой задачи объясняется стремлением повысить вероятность правильного и точного диагноза при различных неисправностях электрических машин.

В этой связи разработка методики и контрольно-измерительного комплекса для определения дефектов электрических машин и их идентификации является актуальной и этому посвящена данная работа.

В области железнодорожного транспорта разработки методов и средств диагностирования электрических машин используемых в качестве тяговых электродвигателей выполнялись учеными и специалистами ВНИИЖТа и учебных ВУЗов железнодорожного транспорта, а также силами специалистов локомотиворемонтных заводов и депо. Значительное внимание этому вопросу уделяли Исаев И.П., Карасев М.Ф, Авилов В.Д. Дурандин Г.Б., Серебряков A.C., Гордеев И.П., Глущенко М.Д., Феоктистов В.П., Попов Д.А., Козлов Л.Г., Матвеевичев А.П., Курбасов A.C., Курбасов Б.А., Волков В.К. Суворов А.Г., Скворцов A.B., Сенкевич И.В., Протасов А.И., ОсяевА.Т., ОвсейчикС.З., Некрасов О.Н., Титов H.A., Харламов В.В., Худоногов A.M., Смирнов В.П. и многие другие. В области авиационного, морского и речного транспорта, известны исследования в разработке методов и средств диагностирования электрических машин постоянного тока таких авторов как Потапов В.Н., Васильев В.И., Шаш-ков Д.И., Николаев Д.С., Веклич В.Ф., Буковецкий А.И., Калошкин A.M., Алиев-ский Б.Л., Ковалев Л.К. и др.

Целью работы является научное обоснование и совершенствование методики диагностирования коллекторных электрических машин, позволяющей определять дефекты, влияющие на качество коммутации и токосъема. При этом за основу принята система тестового диагностирования в виде пуска электрической машины на холостом ходу.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать причины, влияющие на появление дефектов ТЭД;

- исследовать и выявить взаимосвязь дефектов ТЭД и параметров пульсаций напряжения на щетках разной полярности;

- определить качественные и количественные характеристики пульсаций магнитного поля, вызывающие пульсации напряжения на разнополярных щёткодержателях;

- разработать методику для определения типа дефекта ТЭД;

- разработать технические средства, для определения типа дефекта ТЭД используя процесс пуска тягового двигателя.

Объект исследований: тяговые и вспомогательные электрические машины подвижного состава, путевые электрические машины железнодорожного транспорта.

Предмет исследований: расчётные и экспериментальные переходные функции напряжения между щеками различной полярности, ток и частота вращения электрических машин, эквипотенциальные линии векторного магнитного потенциала магнитной цепи электрических машин.

Методика исследований.

Теоретические и экспериментальные исследования пусковых диаграмм электрических машин при работе на холостом ходу с использованием:

- методов численного решения нелинейных дифференциальных уравнений переходных процессов и дифференциальных уравнений в частных производных для анализа магнитного поля электрических машин;

- методов статистического анализа стационарных и случайных процессов;

- методов гармонического анализа;

- вейвлет-анализа;

- метода планирования эксперимента и многофакторного анализа;

- современного программного обеспечения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- научно обоснован тестовый метод диагностирования электрических машин в виде их пуска на холостом ходу;

- разработаны математические модели функционирования электрической машины при проведении диагностического теста как объекта с сосредоточенными и распределёнными параметрами;

- установлена взаимосвязь конструктивных особенностей электрических машин с технологические факторами и дефектами, которые в итоге определяют диагностическую информацию, получаемую при тестовых испытаниях;

- исследованы особенности статистических, спектральных и корреляционных характеристик диагностической информации исправных и неисправных электрических машин;

- научно обоснован метод применения вейвлет-анализа для оценки параметров переходных функций и пусковых диаграмм при тестовом диагностировании электрических машин;

- определены качественные и количественные характеристики пульсаций небалансной электродвижущей силы в зоне коммутации, а также пульсации магнитного поля, обусловленные наличием дефектов;

- установлено, что дефекты механического и электромагнитного характера в различной степени влияют на пусковые диаграммы электрических машин;

- предложен диагностический параметр, позволяющий при проведении тестовых испытаний установить разновидности дефектов электрических машин и в том числе разделить их на дефекты механического или электромагнитного характера.

Достоверность научных результатов и выводов подтверждена строгостью теоретического обоснования, корректностью применения математического аппарата и результатами экспериментальных исследований, как в лабораторных условиях, так и в условиях локомотивного депо на электрических машинах МСП-0,25, ДМК-1 и ТЭД НБ418К6 в период 2005.2010 г.г.

Практическую ценность представляют следующие результаты исследовательской работы:

1. Создан и внедрен опытный образец контрольно-измерительного комплекса по определению типа дефекта тяговых электродвигателей НБ418К6.

2. Разработана прикладная программа цифровой и компьютерной обработки осциллограмм пульсаций напряжения на щетках и тока электрических машин постоянного и пульсирующего тока с использованием вейвлет-анализа.

3. Разработано приложение, предназначенное для целей исследования электромагнитных полей применительно к электрическим машинам в процессе тестовых испытаний.

Основные положения, выносимые на защиту: обоснование использования пуска электрической машины на холостом ходу, как диагностического теста; обоснование использования параметров пульсаций напряжения на коллекторе электрических машин в качестве диагностической информации; существование взаимосвязи дефектов электрических машин и параметров пульсаций напряжения на коллекторе; моделирование и исследование магнитных полей электрических машин, как метода определения дефектов магнитной системы электродвигателей; метод применения вейвлет-анализа для анализа переменной составляющей пульсаций напряжения на щетках различной полярности электрических машин, как неэргодического процесса; методика определения типа дефектов коллекторных тяговых электродвигателей постоянного тока, влияющих на качество токосъема.

Публикации.

По результатам проведенных исследований опубликовано 15 печатных работ из них 3 в журналах рецензируемых ВАК. Апробация работы.

Основные положения работы и результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на IX международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: дорога в будущее» (Чита, ЗабИЖТ, 2005 г.), X международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: культура здоровья - здоровое общество» (Чита, ЧГМА, 2006 г.), «Всероссийской научно-практической конференции ученых транспорта, вузов, НИИ, инженерных работников и представителей академической науки, Чита, 22-24 ноября 2006 г.», Пятой международной научной конференции творческой молодежи «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке.», Хабаровск, ДВГУПС 17-19 апреля 2007 г., «45-й Международной научно-практической конференции ученых транспорта вузов, инженерных работников и представителей академической науки» 7-9 ноября 2007 г. ДВГУПС, Хабаровск, XII международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: перспектива развития края», г. Чита, 10-11 апреля 2008 г., на заседаниях кафедры «Электроподвижной состав» ЗабИЖТ (ИрГУПС), (2005 - 2010) г., на заседании НТС ЗабИЖТ (ИрГУПС), на заседаниях кафедры «Электрические машины» МГУПС (МИИТ), (2009-2010 г.), на совместном заседании кафедр «Электрические машины» и «Электрическая тяга» МГУПС (МИИТ) 20.11.2008 г.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из 189 страниц, 83 рисунков, 25 таблиц и имеет следующие разделы: введение, 5 глав, заключение, список литературы из 175 наименования и 5 приложений.

Выводы по разделу 4

1. Статистический, корреляционный и спектральный анализ диагностической информации в виде пульсаций напряжения на щётках эффективно применять при диагностировании электрических машин малой мощности. При этом в качестве признака неисправности может быть принято повышенное значение дисперсии пульсаций напряжения.

2. При диагностировании тяговых электрических машин в качестве метода позволяющего анализировать пульсации напряжения на щётках как нестационарного псевдослучайного процесса наиболее эффективно применение вейвлет-преобразований.

3. Диагностические коэффициенты, характеризующие различные виды неисправностей, определяются путём перемножения вейлвет-преобразования пульсации напряжения на щётках на соответствующие значения тока якоря и частоты его вращения. Это позволяет по значениям диагностического коэффициента производить идентификацию неисправностей и определять наличие дефектов механического или электромагнитного характера.

4. В результате анализа полученных экспериментальных данных установлено, что вероятность неправильного определения состояния тяговых электрических машин при наличии механических дефектов не превышает 7,5 %, а при наличии электромагнитных дефектов не превышает 10%. Применительно условиям проведения ремонта это допустимо, а поэтому предложенные методы определения дефектов могут быть рекомендованы для практического применения.

5. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ТЕСТА

5.1. Особенности контроля мгновенных значений напряжения на щетках, тока тягового электродвигателя и частоты его вращения

Для получения мгновенных значений напряжения на якоре или щетках, тока тягового электродвигателя и частоты его вращения для проведения диагностического теста с учётом исследований представленных в предыдущих разделах, был создан специальный стенд [92, 98, 100], в который входят следующие элементы и блоки:

• персональный компьютер;

• плата АЦП;

• датчик напряжения ДНХ 600;

• датчик тока ДТХ 300;

• тахогенератор;

• блок питания ДТХ и ДНХ;

• соединительные провода;

• тиристор и блок управления тиристором.

Схема стенда приведена на рисунке 5.1.

Так как при измерениях диагностических сигналов 7,(1) необходимо исключить пульсаций напряжения источников питания наиболее оптимально использовать 3х фазные выпрямительные установки. В особенности это важно для питания обмотки возбуждения. В этом случае можно обеспечить минимальные пульсации тока обмотки возбуждения и, следовательно исключить пульсации магнитного потока при проведении диагностического теста.

Рисунок 5.1

- Схема стенда для получения кривых тока, напряжения и скорости при пуске двигателя с независимым возбуждением и питанием обмотки возбуждения от трех фазной сети

В предлагаемой установке питание обмотки возбуждения осуществляется от трехфазной сети переменного тока через понижающий трансформатор Т2 и трехфазную мостовую схему выпрямления (диоды \D1-VD6). Напряжение холостого хода выпрямителя - 25 В. Обмотка возбуждения двигателя подключается к выпрямителю через резистор Я. Величина сопротивления-этого резистора определяет ток в цепи обмотки возбуждения, поскольку ^»Гов, где гов - сопротивление обмотки возбуждения. В качестве такого резистора может быть использована одна из секций резистора ослабления возбуждения тяговых двигателей электровоза ВЛ80С - ОПС-438. Величина тока возбуждения испытуемого двигателя составляет 100А. Первичная обмотка трансформатора подключена к питающей сети через трехфазный магнитный пускатель К1. В качестве вентилей выпрямительной установки (УБ1-\Т>6) использованы диоды ВЛ200 в комплекте со штатными радиаторами, без принудительного охлаждения. Аналогичный диод используется и в качестве вентиля \Т)7, назначение которого - облегчение условий разрыва тока контактами магнитного пускателя.

Для питания цепи якоря двигателя необходим более мощный источник питания по сравнению с источником питания обмотки возбуждения. Объясняется это необходимостью питания якоря гораздо большим напряжением при вполне соразмерных потребляемых токах.

Напряжение питания цепи якоря двигателя имеет два ограничения. Минимальное напряжение источника питания должно обеспечивать создание такого пускового тока, который достаточен для начала вращения якоря при наибольшем возможном моменте сопротивления вращению в режиме условного холостого хода, определяемом состоянием якорных подшипников и трением в коллекторно-щеточном аппарате. Наибольшее значение напряжения питания цепи якоря должно быть ограничено величиной максимального пускового тока, способного привести к подгару коллекторных пластин и щеток испытуемого двигателя.

Вариант использования в качестве источника питания цепи якоря двигателя многопостового сварочного агрегата депо имеет следующее положительное качество: отпадает необходимость во введении в состав установки отдельного, специализированного, мощного источника питания, что облегчает создание передвижной установки и снижает ее стоимость. Вместе с тем, такие многопостовые сварочные агрегаты широко распространены в локомотивных депо. В связи с приведенными выше обстоятельствами, можно считать вполне оправданным использование в качестве источника питания цепи якоря двигателя деповского многопостового сварочного агрегата типа ВКСМ2000 или аналогичного. Источник питания подключен к цепи якоря через электромагнитный контактор. Запуск ТЭД осуществляется отпиранием тиристора УТ с использованием персонального компьютера.

Датчик тока, работающий на основе эффекта Холла, одевается на токо-ведущий кабель в цепи якоря. Схема подключения датчика приведена на рисунке 5.2, а его технические характеристики в таблице 5.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате анализа отказов тяговых электродвигателей в эксплуатационных условиях, причин их появления и проведённых исследований установлено:

1. Отказы тяговых тяговых электрических машин по причине нарушения коммутации составляют около 20%, причём наиболее вероятная причина их появления недостаточное качество ремонта и отсутствие необходимых диагностических средств и методик.

2. Отказы по причине нарушения коммутации обусловлены дефектами электромагнитного и механического характера. При этом наибольшую долю составляют дефекты электромагнитного характера, что вызвано многочисленными причинами и в том числе неточностью установки нейтрали, ассиметрией магнитной цепи, неравномерностью воздушных зазоров главных и дополнительных полюсов. Дефекты механического характера обусловлены нарушением требуемых сил нажатия на щётки, неровностями и овальностью коллектора и др.

3. Дефекты электромагнитного и механического характера целесообразно идентифицировать во время проведения ремонта в условиях депо, путем диагностического теста, заключающегося в пуске тягового электродвигателя на холостом ходу при пониженном напряжении и при независимом возбуждении.

4. У исправных и неисправных электрических машин между разнополярными щёткодержателями возникают пульсации напряжения. Параметры пульсаций зависят от мощности машины и от технического состояния. У машин малой мощности максимумы спектра пульсаций напряжения могут наблюдаются на частотах вращения якоря. У мощных электрических машин — тяговых электродвигателей — максимумы спектра пульсаций напряжения возникают в основном на частотах, соответствующих периоду коммутации секций одного паза. Кроме этого у любых электрических машин пульсации происходят на частотах соответствующих зубцам якоря и компенсационной обмотки, полюсной дуги, межламельным расстояниям, овальностям и неровностям коллектора, нарушениям центровки якоря, разрушениям якорных подшипников и др.

5. Численное моделирование магнитного поля тягового электродвигателя позволило установить, что наиболее значимым фактором, влияющим на характер распределения индукции под полюсами и в зоне коммутации, являются неравномерности воздушного зазора, что и приводит в итоге к появлению пульсаций напряжения на разнополярных щётках.

6. Процесс пульсации напряжений между разнополярными щёткодержателями является псевдослучайным и неэргодическим процессом. Несмотря на это сравнение осциллограмм пульсаций у исправных и неисправных электрических машин и в том числе у тяговых электродвигателей с помощью известных статистических критериев показывает на его различие. У неисправных электрических машин дисперсия процесса пульсаций значительно выше.

7. Корреляционные и спектральные характеристики процесса пульсаций также существенно отличаются у исправных и неисправных электрических машин и тяговых электродвигателей.

8. Анализ процессов пульсации напряжения полученных после проведении теста показывает, что характеристики пульсаций напряжения во время разгона якоря и в установившемся режиме имеют различие. При этом дефекты электромагнитного и механического характера различным образом влияют на появление пульсаций. Вследствие этого статистический, корреляционный и спектральный анализ процесса пульсаций является необходимым, но недостаточным.

9. В качестве специального метода обработки сигналов пульсации напряжения между разнополярными щёткодержателями, как диагностической информации, целесообразно использовать методы вйльвет-анализа. При этом достаточно использовать преобразование типа «сомбреро». Используя указанное преобразование, определяются соответствующие диагностические коэффициенты, указывающие не только на наличие дефектов, но и позволяющие их разделять на дефекты электромагнитного и механического характера.

Ю.Результатом работы также является программно-технический комплекс для проведения диагностического теста в соответствии с разработанной методикой.

1. A.c. 1000949 СССР, МКИ G01R 31/34. Способ диагностирования электрической машины / В.Н. Потапов, B.C. Ватагин // Открытия. Изобретения. 1983. №8.

2. A.c. 100961 СССР, МКИ Н02К 13/14. Способ объективной оценки интенсивности искрения под щеткой электрической коллекторной машины / JI.JI. Лав-ринович, И.А. Барсуков.//Бюллетень изобретений. 1955. №7.

3. A.c. 1035742 СССР, МКИ Н02К 23/12. Способ контроля коммутации машин постоянного тока / Б.А. Курбасов //Открытия. Изобретения. 1983. №30.

4. A.c. 1067455 СССР, МКИ G01R 31/34. Устройства контроля скользящего контакта электродвигателя постоянного тока / В.Н. Потапов, В.Ф. Герман, А.Н. Антипов и др. // Открытия. Изобретения. 1984. №2.

5. A.c. 1077019 СССР, МКИ Н02К13/14. Устройство для измерения интенсивности искрения на коллекторе электрической машины / Б.Е. Сире //Открытия. Изобретения. 1984. №8.

6. A.c. 1100961 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство для исследования коммутации коллекторных электрических машин / В.В. Трошин, Э.Г. Чеботков, В.Е. Антропов и др.// Открытия. Изобретения. 1986. №45.

7. A.c. 1112495 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин с волновой обмоткой якоря / Л .Я. Ма-каровский, А.Б. Немнонов, В.А. Прудников И.А. Скоробогатов // Открытия. Изобретения. 1984. №83.

8. A.c. 1150593 СССР, МКИ G01R 31/34. Устройство контроля скользящего контакта электродвигателя / В.Ф. Герман, И.Б. Малинский, В.Н. Потапов, Ю.Г. Салиенко // Открытия. Изобретения. 1985. №14.

9. A.c. 1182283 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство контроля коммутации электрических машин постоянного тока / A.B. Сазонов, В.Н. Козлов, В.В. Харламов, В.М. Лузин // Открытия. Изобретения. 1984. №6.

10. A.c. 1182283 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство контроля коммутации электрических машин постоянного тока / A.B. Сазонов, В.Н. Козлов, В.М. Лузин, В.В. Харламов // Открытия. Изобретения. 1985. №36.

11. A.c. 1192046 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство контроля коммутации электрических машин постоянного тока / A.B. Сазонов, В.Н. Козлов, В.М. Лузин, В.В. Харламов // Открытия. Изобретения. 1985. №42.

12. A.c. 1193610 СССР, МКИ G01R 31/34. Устройство для диагностирования коллекторных электрических машин / И.В. Кабашкин, В.Н. Потапов, В.Д. Гаври-лов // Открытия. Изобретения. 1985. №43.

13. A.c. 1275659 СССР, МКИ Н02К 13/14. Коллекторная электрическая машина с устройством улучшения коммутации / А.И. Скороспешкин, В.В. Трошин, А.Б. Немнонов и др.// Открытия. Изобретения. 1986. №45.

14. A.c. 409342 СССР, МКИ Н02К 15/00. Способ определения энергии искрения под щеткой коллекторной электрической машины / М.Ф. Карасев, И.В. Сен-кевич, В.П. Парамзин и др // Бюллетень изобретений. 1973. №48.

15. A.c. 505090 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство для анализа коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока / М.Ф. Карасев, И.В. Сенкевич, В.П. Парамзин // Бюллетень изобретений. 1976. №8.

16. A.c. 522535 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство для измерения интенсивности искрения на коллекторе электрической машины / З.Ф. Индрисов, А .Я. Цирулик, Г.П. Трофимов, B.C. Стукач // Бюллетень изобретений. 1976. №27.

17. A.c. 532921 СССР, МКИ G01R 39/58. Устройство для диагностики и определения уровня искрения щеток электрических машин постоянного тока / В.Д. Авилов, М.Ф. Карасев, В.Ф. Клятченко и др.// Бюллетень изобретений. 1976. №39.

18. A.c. 752636 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство для анализа коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока / В.Д. Авилов, Ю.Я. Безбородов, М.Ф. Карасев, .И. Тимошина//Бюллетень изобретений. 1980. №28.

19. A.c. 771808 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство улучшения коммутации коллекторных электрических машин с волновой обмоткой якоря / А.И. Скороспешкин, Э.Г. Чеботков, В.А. Прудников и др.// Бюллетень изобретений. 1980. №38.

20. A.c. 855873 СССР, МКИ Н02К 15/00. Устройство для объективной оценки коммутации электрической машины / A.C. Курбасов, АВ.В. Шумейко, В.К. Волков, Б.Г. Максимов // Открытия. Изобретения. 1981. №30.

21. A.c. 907476 СССР, МКИ G01R 31/34. Устройство для контроля коммутации электрической машины / Е.А. Горбунов, В.Б. Волонцевич // Открытия. Изобретения. 1982. №7.

22. A.c. 951204 СССР, МКИ G01R 31/34. Способ диагностирования скользящего контакта электродвигателя / В.Н. Потапов, В.Ф. Герман // Открытия. Изобретения. 1982. №30.

23. A.c. 968878 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство для анализа коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока / Ю.Я. Безбородов, В.Ф. Шкреба, В.В. Харламов и др. // Открытия. Изобретения. 1982. №39.

24. A.c. 970570 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство контроля работы ще-точно-коллекторного узла электрической машины / Ю.Я. Безбородов, В.И. Тимошина, B.C. Стукач // Открытия. Изобретения. 1982. №40.

25. A.c. 970571 СССР, МКИ Н02К 13/14. Устройство для анализа коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока / В.Ф. Шкреба, Ю.Я. Безбородов, В.В. Харламов // Открытия. Изобретения. 1982. №40.

26. A.c. 987733 СССР, МКИ HOIR 39/58. Устройство для диагностики и определения уровня искрения щеток электрических машин постоянного тока / Э.С. Ушаков, А.Х. Газиев, Ф.А. Муракаев, В.И. Жидков // Открытия. Изобретения. 1983. №1.

27. A.c. 987747 СССР, МКИ Н02К13/14. Устройство для измерения интенсивности искрения на коллекторе электрической машины / Б.Е. Сире, JI.B. Ложкин, Ю.Я. Лапенко //Открытия. Изобретения. 1983. №1.

28. Авилов В.Д. Методы анализа и настройки коммутации машин постоянного тока Текст./ В.Д. Авилов. М.: Энергоатомиздат. 1995. — 237 с.

29. Авилов В.Д., Петров И.Г., Моисеенок Е.М. К вопросу о повышении коммутационной устойчивости коллекторных машин постоянного тока. Научно-технический журнал «Известия Транссиба», №2 Омск: ОмГУПС, 2010.- С. 2 -7.

30. Автоматизация электроподвижного состава Текст. : учебник для студентов вузов по спец. ж. д. трансп. / А. Н. Савоськин [и др.] ; ред. А. Н. Савоськин. -М.: Транспорт, 1990. - 311 с.

31. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.

32. Анализ отказов технических средств по службе локомотивного хозяйства за 12 месяцев 2008 г. Забжд. 2009 г.

33. Анализ статистической совокупности в программе MS Excel : методические указания и задание к лабораторной работе № 1 / сост. А. Н. Акжигитова, Н. С. Циндин, Н. Ф. Разуваева. Пенза : Информационно-издательский центр ПГУ, 2007. - 52 с.

34. Арнольд Э., Ла-Кур И.Л. Машины постоянного тока. М.: Гостехиздат, 1931.496 с.

35. Бахвалов Н.С. Численные методы. М: Наука, 1975.

36. Бекишев Р.Ф., Селяев А.И. Исследование уровня радиопомех при работе коллекторных электрических машин постоянного тока // Электротехника. 1980. №4. С. 44-46.

37. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. М., «Высш. Школа», 1986. — 263 с.

38. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчет электрических и магнитных полей. М.: Энергия , 1970. — 376 с.

39. Бойко O.A. Наладка коммутации машин постоянного тока. М.-Л., изд-во «Энергия», 1966.-48 с.

40. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. — 13-е изд. исправленное. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.-544 с.

41. Буковецкий А.И. Исследование и разработка системы диагностики многосекционных обмоток электрических машин автомобилей и тракторов в процессе производства и ремонта. Дисс. на соискание степени к.т.н., М: 1976

42. Веклич В.Ф. Диагностирование технического состояния троллейбусов. , М: Транспорт, 1990 г.

43. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб.для вузов.- 6-е изд. стер. -М.: Высш. шк., 1999. - 576 с.

44. Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования. А.А.Александров, А.В.Барков, Н.А.Баркова, В.А.Шафранский.Л.: Судостроение, 1986, 276с.

45. Винокуров В.А., Попов Д.А. Электрические машины железнодорожного транспорта. М: Транспорт, 1986

46. Власьевский C.B., Овсейчик С.З. Патент РФ№ 2074479 Способ определения установки щеток двигателя постоянного тока на нейтрали., 1997г.

47. Волков В.К. Об испытаниях тяговых двигателей// Локомотив, № 3, 1993 г.

48. Волков В.К. Устройство для контроля установки щеток коллекторных электродвигателей на нейтраль, а.с. 1161905.

49. Волков В.К.,Суворов. Повышение эксплуатационной надежности тяговых двигателей., М: Транспорт, 1988.

50. Воробьев В.И. Грибунин В.Г. Теория и практика вейвлет-преобразования. С-Пб.: Военный университет связи, 1999. 203 с.

51. Гемке Р.Г. Неисправности электрических машин. -Л.: Энергия, 1975, с.128

52. Глущенко М.Д. Проблемы эксплуатационной диагностики тяговых электродвигателей подвижного состава и пути их решения. Диссертация на соискание уч. степени д.т.н., М.: 1999. 329 с.

53. Глущенко М.Д. Диагностические комплексы электроподвижного состава. Учебное пособие. М.: МИИТ., 2004. 96 с.

54. ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика. Термины и определения.

55. ГОСТ 26656-85 Техническая диагностика. Контролепригодность. Общие требования.

56. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М.: Энергия. 1968.

57. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. - 288 с.

58. Дерябин Л.И., Рунов Ю.А. Наладка коммутации тяговых двигателей электровозов постоянного и переменного тока. М.: Транспорт, 1969. 76 с.

59. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М.: Мир, 1980. 610 с.

60. Дубинин А.Е. Устройство измеряет нажатие щеток//ЭТТ, №6, 1985.

61. Дудырев А.К. К вопросу объективной оценки коммутации машин постоянного тока // Материалы V всесоюзной конф. По коммутации электрических машин/Омский ин-т инж. Ж.-д. трансп. Омск, 1976. С. 144-146.

62. Дьяконова В.П. "Вейвлеты. От теории к практике". М.: Солон-Р, 2002.448 с.

63. Дятлов В.А. Кабанов А.Н., Милов JI.T. Контроль динамических систем JI: Энергия, 1978. 88с.

64. Ермолин Н.П., Переходные процессы в машинах постоянного тока, М-Л.,Госэнергоиздат, 1951

65. Жерве Г.К. Обмотки электрических машин, Л:Энергоатомиздат.1989.

66. Жиц М.З. Переходные процессы в машинах постоянного тока. М. Энергия 1974.-112 с.

67. Жиц М.З. Расчет переходных процессов в электрических машинах постоянного тока. «Вестник электропромышленности», 1960, №11, с. 33-38.

68. Захаренко А.Б. Исследование вентельной машины для привода электромобиля // Электротехника. 2002. - №7. - с. 2-10.

69. Захаренко А.Б. Расчет магнитной проводимости пазового рассеяния // Электротехника. 2009. - №5. - с. 28-33.

70. Захарченко Д.Д., Ротанов H.A., Тяговые электрические машины, М: Транспорт, 1991

71. Зенкевич О.С. Метод конечных элементов в технике. Пер. с англ. - М.: "Мир", 1975.-543 с.

72. Иванов Смоленский A.B., Электрические машины. М: Энергия, 1980

73. Ильин В.П. Методы конечных разностей и конечных объемов для эллиптических уравнений. Новосибирск: Изд-во Ин-та математики, 2000. 345 с.

74. Индрисов З.Ф., Сипайлов Г.А., Цирулик А.Я. К вопросу оценки интенсивности искрения коллекторных машин постоянного тока // Материалы V всесоюзной конф. по коммутации машин постоянного тока / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1976. С. 104, 105.

75. Интерфейсы систем обработки данных: Справочник /А.А.Мячев, В.Н.Степанов, В.К. Щербо; Под ред. А.А.Мячева М: Радио и связь, 1989.

76. Иоффе А.Б.Тяговые электрические машины. М.-Л.:Энергия,1965.232 с.

77. Исследование связи длительностей дуговых разрядов на коллекторе со степенью искрения в баллах / Безбородов Ю.Я., Клюка В.П., Стукач B.C., Тимошина В.И.; Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1982. - 18с.-Деп. в ЦНИИТЭИ МПС 23.06.82, № 1684.

78. Калошкин А.М.Исследование надежности тяговых электродвигателей постоянного тока большегрузных автомобилей. Дисс. на соискание степени к.т.н., М: МЭИ, 1982.

79. Камаев В.А., Гришин В.А. Математическое моделирование изделий и технологий -ВолгоградгВПИ, 1986, 193с.

80. Карасев М.Ф. , Суворов В.П. Анализ искрения коллекторных машин II Электричество. 1959. №12. С. 50-54.

81. Карасев М.Ф. Коммутация коллекторных машин постоянного тока. М.: -JL: Госэнергоиздат, 1961. 224 с.

82. Карасев М.Ф., Суворов В.П. Метод оценки искрения // Вестник электропромышленности. 1962. №1. С. 76-78.

83. Киселев В.И. Разработка методов расчета на ЦВМ и исследование установившихся и переходных режимов машин постоянного тока. Дисс.на соискание степени к.т.н., М:, 1978.

84. Коварский Е.М., Янко Ю.И., Испытание электрических машин. М: Энер-гоатомиздат, 1990.

85. Козловский В.Н. Обеспечение качества и надежности системы электрооборудования автомобилей. Диссертация на соискание уч. степени д.т.н., Тольятти: 2010. 428 с.

86. Кононенко Е. В. и др. Электрические машины (спец. курс). Учеб. пособие для вузов. М., «Высш. школа», 1975. 279 с.

87. Контроль качества коммутации тяговых электродвигателей подвижного состава / JI.B. Ющенко, В.Д. Авилов, A.A. Рябцун, Р.Х. Сайфутдинов // Науч. тр./ Хабаров, ин-т инж. ж.-д. трансп. Хабаровск, 1984. № 49. С. 33-37.

88. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. Учеб. для вузов по спец. «Электрические машины». М.: Высш. шк., 1987. — 248 с.

89. Костенко М.П.,Пиотровский JI.M. Электрические машины. Часть 1.М.-JI. ¡Энергия, 1965.

90. Кудрявцев Е. М. KOMTIAC-3D VIO. Максимально полное руководство. В 2-х томах. Т. 2. М.: Издат.: ДМК Пресс, 2008. 1184 с.

91. Курбасов A.C. Приборы для контроля коммутации тяговых электродвигателей//Вестник электропромышленности. 1963. №6. С. 53-56.

92. Курбасов Б.А. Исследование и разработка методов контроля состояния тяговых электродвигателей вагонов метрополитена при ремонте. Автореф. дисс.на соискание степени к.т.н., М:, 1983 г.

93. Лавринович Л.Л. Настройка коммутации при помощи измерительных приборов // Вестник электропромышленности. 1959. №4. С. 33-35.

94. Лавринович Л.Л. Эксперементальные исследования в скользящем контакте//Вестник электропромышленности. 1956. №11. С. 45-50.

95. Ландкоф Н.С. Об одном типе иррегулярных точек // Теория функций, функциональный анализ и их приложения: Респ. науч. сб. / Харьковский государственный университет им. A.M. Горького.- X. : Изд-во Харьк. ун-та, 1966. Вып. 2. - С. 138-141.

96. Ларченко A.B. Методика и контрольно-измерительный комплекс для определения дефектов тяговых электродвигателей НБ-418К6 Транспорт Урала. 2008. № 3. С. 69-72.

97. Ларченко A.B. Определение типа дефекта ТЭД, влияющего на коммутацию двигателя./ Журнал «Естественные и технические науки» №2, г. Москва, 2008. С. 515-519.

98. Ларченко A.B. Определение типа дефектов коллекторных тяговых электродвигателей электроподвижного состава. Журнал «Электроника и электрооборудование транспорта», 2009. №2-3. С. 41-43.

99. Ломакин В.А. Прибор для интегральной оценки интенсивности искрения коллекторных машин постоянного тока // Известия вузов. Приборостроение. 1967. №10. С. 18-21.

100. Марчук Г. И., Агошков В. И. Введение в проекционно-сеточные методы -М.: Наука, 1981.-416 с.

101. Надежность судовых электроэнергетических установок и электрического движения //Сб. научн. трудов под ред. В.В. Тихонова, JI: ЛИВТ, 1979 г.

102. Нейкирхен К. Угольные щетки и причины непостоянства условий коммутации машин постоянного тока / ОКТИ НКТТ СССР. М., 1937. 163 с.

103. Некрасов О.Н., Испытание тяговых электрических двигателей по методу исскуственной толчковой нагрузки. Дисс. к.т.н. М: МЭИ, 1948

104. Никитенко А.Г. и др. Математическое моделирование динамики электровозов. М: Высшая школа, 1998

105. Николаев Д.С. Определение технического состояния изоляции якорных обмоток гребных электрических машин по характеристикам частичных разрядов. Дисс.на соискание степени к.т.н., Владивосток: ,1983.

106. Новик Я.А. Численный расчет магнитного поля методом конечных элементов в электрических машинах с учетом насыщения стали // Изв. АН Латв. ССР. Сер.физ. и тех. наук. 1974. №6. С. 17-22.

107. Овсейчик С.З. Использование электромеханического процесса пуска тягового электродвигателя для установки щеток на нейтраль. Дисс. к.т.н. ДВГУПС, 2003.

108. Основы технической диагностики. 4.1// Под ред. П.П. Пархоменко,М.: Энергия, 1976,464с.

109. Осяев А.Т. Способы определения витковых замыканий.// ЭТТ, №3, 1978.

110. Осяев А.Т. Средства и методы диагностики электрического оборудования электровозов постоянного тока в эксплуатации. Дисс.на соискание степени к.т.н., Р-н-Д: РИИЖТ, 1986 г.

111. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики. М.: Энергия, 1881, 320с.

112. Патент 3727133 США, МКИ G01R 31/02/ Détection of commutation defects / J.A. Marvin, F.D. Mars, J.B. Weichbrodt// General Electric Company, 1973.

113. Патент 4451786 США, МКИ G01R 31/02. High sensitiviy brush arcing monitor for a dynamoelectric machine / F.H. Sawada, J.S. Bishop, L.A. Blaize // General Electric Company, 1984

114. Перспективы разработки устройств по измерению энергии коммутационного искрения / В.Д. Авилов, JI.B. Ющенко, A.A. Рябцун, Ю.С. Лельский // Материалы республиканской науч.-техн. конф. / Украинский заочный политехи, ин-т. Харьков, 1984. 4.1. С. 32, 32.

115. Плющ В.М., Ломакин В.А. Об измерении интенсивности искрения в машинах постоянного тока // Известия вузов. Электромеханика. 1969. №4. С. 385390.

116. Попов Д.А. Методы и средства оценки коммутационной устойчивости тяговых электродвигателей локомотивов. Дисс. на соискание степени к.т.н., М: МИИТ,1984.

117. Потапов В.Н. Диагностирование авиационных электрических машин., М: Транспорт, 1989 г.

118. Потапов В.Н. Исследование и разработка методов диагностирования авиационных электродвигателей постоянного тока.: Дисс.на соискание степени к.т.н., Рига:РИИГА, 1980 г.

119. Правила ремонта тяговых и вспомогательных электрических машин электроподвижного состава. ЦТ/2931/ МПС СССР. М.Транспорт, 1972, 365с.

120. Прибор для диагностики и определения уровня искрения машин постоянного тока по сигналу с разнополярных щеток / М.Ф. Карасев, A.B. Сазонов, В.А. Серегин, В.И. Тимошина // Науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1975. Т. 164. С. 34-37.

121. Прибор контроля качества коммутации / Ю.Я. Безбородов, В.Н. Козлов, В.И. Тимошина, В.В. Харламов // Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1981. С. 44-50.

122. Прибор контроля коммутации ПКК-0У4 и исследования областей его применения. / М.Ф. Карасев, В.Д. Авилов, A.B. Сазонов и др.// Электротехническая промышленность. 1979. Вып. 6 (100). С. 16, 17.

123. Проектирование тяговых электрических машин. Под ред. М.Д.Находкина, М: Транспорт, 1976

124. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах.: В.В. Сташин, A.B. Урусов, О.Ф. Мологонцева М: Энергоатомиздат, 1990.

125. Ремонт электровозов и электропоездов: Уч. для техникумов ж.-д. трансп. / Под ред. В.М. Находкина 2е изд., перераб. и доп. - М: Транспорт, 1981.

126. Сазонов A.B. Модернизация индикатора искрения с применением полупроводниковых линейно-импульсных микросхем // Материалы V всесоюзной конф. по коммутации электрических машин / Омский ин-т инж. Ж.-д. трансп. Омск, 1976. С. 12, 13.

127. Самарский A.A. Введение в численные методы М: Наука, 1982.

128. Самарский A.A. Теория разностных схем. 3-е изд., испр. М.: Наука. 1989.-616 с.

129. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов.— Пер. с англ.— М.: Мир, 1979.—392 с.

130. Сенкевич И.В. Исследование методов оценки качества коммутации коллекторных электрических машин., Автореф. дисс. на соискание степени к.т.н.,Омск: ОмИИТ, 1972.

131. Серебряков A.C. Электротехническое материаловедение. Электроизоляционные материалы. М.: Маршрут, 2005 — 280 с.

132. Сипайлов Г.А. и др. Электрические машины (спец. курс). М: Высшая школа, 1975

133. Сипайлов Г.А., JIooc A.B. Математическое моделирование электрических машин. М: Высшая школа, 1980 174с.

134. Скобелев В.Е. Двигатели пульсирующего тока. М.: Энергоатоиздат, 1985, 208с.

135. Смоленцев Н.К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB. М.: Из-дат.: ДМК-Пресс, 2005. 304 с.

136. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем, М: Высшая школа, 2001,343с.

137. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ./ Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М: Мир, 1992.

138. Спиридонов A.A. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов.М.: Машиностроение, 1981.

139. Статистическая обработка результатов экспериментов на микро-ЭВМ и программируемых калькуляторах / A.A. Костылев, П.В. Миляев и др.: Л: Энерго-атомиздат. Ленингр.отд-ние, 1991.

140. Статистическая обработка результатов экспериментов на микро-ЭВМ и программируемых калькуляторах / A.A. Костылев, П.В. Миляев, Ю.Д. Дорский и др.: Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. 304 с.

141. Стрельбицкий Э.К., Стукач B.C., Цирулик А.Я. Износ коллекторов машин постоянного тока коммутационным искрением и расчет долговечности коллекторов // Известия Томского политехи. Ин-та. Томск, 1970. Т. 211. С. 111-115.

142. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов. — Пер. с англ.— М.: «Мир», 1977. 351 с.

143. Стукач B.C., Цирулик А .Я. Способ осциллографирования напряжений на сбегающих краях щетки коллекторных электрических машин // Известия Томского политех, ин-та. Томск, 1970. Т. 242. С. 240-242.

144. Сызранцев В.Н., Сызранцева К.В. Расчет напряженно-деформированного состояния деталей методами конечных и граничных элементов: Монография.-Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2000.-111с.

145. Технические средства диагностирования: Справочник./ В.В. Клюев, П.П.Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; Под общ.ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1989. - 672с.

146. Тиунов А.Ф., Шелест A.M. Как измерить индуктивность на электровозах.//ЭТТ №12, 1981.

147. Токарев Б.Ф. Электрические машины. М:Энергоатомиздат, 1989

148. Устройство АСК 1 для анализа состояния коммутации коллекторных электрических машин / В.Д. Авилов, Ю.Я. Безбородов, В.И. Тимошина, В.Ф. Шкреба // Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1980. С. 43-50.

149. Фалеев В.А. Контроль искрения щеток с помощью фотоэлектрического индикатора // Науч. Тр. / Томский электромех. Ин-т инж. Ж.-д. трансп. Томск, 1957. Т. 24. С. 13, 14.166. Харламов

150. Хаушильд В., Мош В. Статистика для электротехников в приложениях к технике высоких напряжений/Пер. с нем. JI.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1989.-312 с.

151. Шашков Д.И. Метод диагностики обмоток судовых электрических машин постоянного тока // Сборник трудов молодых научных работников, Л: ЛИВТ, с. 78-81 1984 г.

152. Шойванов Ю.Р., Луконин A.A., Ларченко A.B. Методы контроля изоляции тяговых электродвигателей./ Проблемы модернизации инфраструктуры Транссибирской магистрали: Сборник научных трудов. Чита: ЗабИЖТ, 2005. С. 182-187.

153. Development of a collector ringmonitor for sparking detection on generators. M.Yoshhiro, T.Satoshi //IEEE Power Eng. Rev. 1983. №4. P.34

154. ELCUT. Комплекс программ моделирования двумерных физических полей с помощью метода конечных элементов. Версия 3.4. Руководство пользователя. СПб.: НПКК "ТОР", 1995. 212 с.

155. Holm P. Theory of the Sparking during Commutation on dunames // Power ap-poratus and systems. 1962. № 63. P. 588-590.

156. Roumanis S.J. The null point method of commutation adjustment // Trans. AIEE. 1956. P. III.V.75.

157. Shobert E. J. Diehl J.E. A new method of investigation commutation as applied to automotive generators // Trans. AIEE. 1957. V.73

158. Trettin С. Das Schalten grosser Gleichstrommotoren ohno Vorchaltwiders-tande. ETZ, H.32, 1912, s.759; ETZ.H.32, 1912, s.822.

159. Диаграмма ЭДС секций петлевой обмотки якоря 92.

160. Рис. 3-34. Развернутая схсма простой ПетлевоЛ равпосекцион-ной обмотки: 2р = 4; 6' — К = = 28; и — 2; I = 14

161. Рис. 3-35. Диаграмма э. д. с. секции, звезда и многоугольник э. д. с. обмотки на рис. 3-34

162. Диаграмма компенсации реактивной ЭДС добавочным полюсом

163. Рис. 2.7. Диаграммы компенсации реактивной ЭДС добавочным полюсом: в — при и-соа^; 6 — при (демШ

164. Параметры для расчёта реактивной ЭДС. (Метод Рихтера-Цорна 138.Тяговый электродвигатель НБ418К6)

165. N п/п Наименование параметра Обозначение Ед. измерения Значение

166. Диаметр коллектора м 0,52

167. Число витков в секции якорной обмотки Юс 676

168. Безразмерный коэффициент дающийся для ряда (ию ек. Yi) и учитывающий влияние вихревых токов 4и' 10,9

169. Длина сердечника якоря la м 0,385

170. И магнитная проницаемость воздуха АО Г/м 4тс10"712 ширина паза в штампе Ъп=Ьп +0,15 м 0,0101513 высота паза hi м 0,0214 высота паза h3 м 0,0115 ширина паза Ъп м 0,011. Продолжение приложения 2

171. ОСЦИЛЛОГРАММЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

172. Рис. П1 Осциллограммы пульсаций напряжения на щётках исправного ТЭД НБ418К6 в установившемся режиме (эксперимент 1, частота дискретизации1. ОД мс)

173. Рис. ГО Осциллограммы пульсаций напряжения на щётках исправного ТЭД НБ418К6 в установившемся режиме (эксперимент 2, частота дискретизации1. ОД мс)

174. Рис. ПЗ Осциллограммы пульсаций напряжения на щётках исправного ТЭД НБ418К6 в установившемся режиме (эксперимент 3, частота дискретизации1. ОД мс)

175. Рис. П4 Осциллограммы пульсаций напряжения на щётках исправного ТЭД НБ418К6 в установившемся режиме (эксперимент 4, частота дискретизации1. ОД мс)ищ, В-1,51 мс)ищ, В-1,5 -1-1

176. Рис. П6 Осциллограммы пульсаций напряжения на щётках исправного ТЭД НБ418К6 в установившемся режиме (эксперимент 6, частота дискретизации1 мс)-1 -1,5

177. Рис. П7 Осциллограммы пульсаций напряжения на щётках исправного ТЭД НБ418К6 в установившемся режиме (эксперимент 7, частота дискретизации1 мс)

178. Рис. П8 Осциллограммы пульсаций напряжения на щётках ТЭД НБ418К6 со сдвигом щеток с нейтрали на 9 мм в установившемся режиме (эксперимент 8,частота дискретизации ОД мс)- го 11 " " 1 ' П П1 ' if " П П9 ппч i п П4 ' " ' ' ппч ® I ' I П ПК t с

179. Рис. П9 Осциллограммы пульсаций напряжения на щётках ТЭД НБ418К6 со сдвигом щеток с нейтрали на 9 мм в установившемся режиме (эксперимент 9,частота дискретизации ОД мс)1. В!---- к flLMi Mi ШЩП iuM1.' 1 ' d.oi U, Uz1 1 0,00 1 H,0b t, С 1

180. Рис. П10 Осциллограммы пульсаций напряжения на щётках ТЭД НБ418К6 с одиночной неровностью коллектора в установившемся режиме (эксперимент10, частота дискретизации 0,1 мс)

181. Рис. П11 Осциллограммы пульсаций напряжения на щётках ТЭД НБ418К6 с одиночной неровностью коллектора в установившемся режиме (эксперимент11, частота дискретизации 1 мс)

182. Рис. П12 Осциллограммы пульсаций напряжения на щётках ТЭД НБ418К6 с одиночной неровностью коллектора в установившемся режиме (эксперимент12, частота дискретизации 0,1 мс)

183. Рис П13 Осциллограммы напряжения на щётках и тока исправного ТЭД НБ418К6 в режиме пуска (эксперимент 13, частота дискретизации 2 мс)

184. Рис П14 Осциллограммы напряжения на щётках и тока исправного ТЭД НБ418К6 в режиме пуска (эксперимент 14, частота дискретизации 2 мс)

185. Рис П15 Осциллограммы напряжения на щётках и тока исправного ТЭД НБ418К6 в режиме пуска (эксперимент 15, частота дискретизации 3 мс)

186. Рис П16 Осциллограммы напряжения на щётках и тока исправного ТЭД НБ418К6 в режиме пуска (эксперимент 16, частота дискретизации 5 мс)

187. Рис П17 Осциллограммы напряжения на щётках и тока исправного ТЭД НБ418К6 в режиме пуска (эксперимент 17, частота дискретизации 5 мс)

188. Рис П18 Осциллограммы напряжения на щётках и тока неисправного ТЭД НБ418К6 в режиме пуска (сдвиг щеток с нейтрали на 9 мм), (эксперимент 18,частота дискретизации 5 мс).

189. О 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 с

190. Рис П19 Осциллограммы напряжения на щётках и тока неисправного ТЭД НБ418К6 в режиме пуска (одиночная неровность коллектора), (эксперимент 19,частота дискретизации 3 мс).

191. Рис П20 Осциллограммы напряжения на щётках и тока неисправного ТЭД НБ418К6 в режиме пуска (одиночная неровность коллектора), (эксперимент 20,частота дискретизации 5 мс).

192. ЗНАЧЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ Ку И Кт ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ТИПЕ ДЕФЕКТА