автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Диагностическое обеспечение гребной электрической установки переменного тока

На правах рукописи

Нгуен Ван Чьен

ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГРЕБНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Специальность: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-1 ДЕК 2011

Санкт-Петербург - 2011

005002824

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина), на кафедре систем автоматического управления

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Калявин Владимир Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, Самосейко Вениамин Франдевич, Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций, профессор кафедры электропривода и электрооборудования береговых установок

кандидат технических наук, доцент, Шеховцов Олег Иванович, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ», доцент кафедры автоматизированных систем обработки информации и управления.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный морской технический университет.

Защита состоится «21 » декабря 2011 г. в 14:00 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.238.05 при Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В .И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, улица Профессора Попова, дом 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « 18 » ноября 2011 г.

Ученый секретарь

совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.238.05

кандидат технических наук / М.П.Белов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Возрастающие требования безопасности, безотказности и долговечности делают весьма важной оценку технического состояния различных устройств судового оборудования, и в частности гребной электрической установки (ГЭУ). Целью технической диагностики является поддержание безотказности и повышение ресурса судового оборудования. Наиболее важным показателем надежности ГЭУ является отсутствие отказов во время его функционирования, так как отказ ГЭУ может привести к тяжелым последствиям. Техническая диагностика, благодаря раннему обнаружению дефектов, позволяет устранить подобные отказы путем технического обслуживания и ремонта, что повышает эффективность эксплуатации ГЭУ. Обеспечить требуемый уровень контролепригодности ГЭУ можно только на этапе проектирования. Это становится возможным, если в процессе проектирования объекта будет разработано диагностическое обеспечение. Разработка диагностического обеспечения обычно начинается на втором этапе проектирования системы диагностирования оборудования. Таким образом, задачи, связанные с повышением контролепригодности, являются актуальными и решаются в данной работе в рамках электроприводов, гребных электрических установок и технической диагностики, получивших в последнее время значительное теоретическое и прикладное развитие в отечественной и зарубежной научно-технической литературе усилиями российских и зарубежных ученых, в числе которых в библиографии к диссертации названы по электроприводу Самосейко В.Ф., Соколовский Г.Г., по гребным электрическим установкам Воскобович В.Ю., Полонский В.И., Рукавишников С.Б., Ясаков Г.С. и по технической диагностике Калявин В.П., Мозгалевский A.B., Е. Моек и X. Штриккет.

Цель диссертационной работы - Повышение контролепригодности гребной электрической установки при использовании судна по назначению за счет обоснования совокупности диагностических параметров и построения алгоритма поиска дефектов при снижении ее степени работоспособности.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие основные задачн:

• Анализ и обоснование актуальности диагностирования ГЭУ переменного тока;

• Обоснование классов степени работоспособности ГЭУ;

• Разработка и анализ диагностической модели (ДМ) ГЭУ с целью обоснования контрольных точек, наиболее чувствительных к изменению ее степени работоспособности;

• Построение алгоритма поиска причины снижения степени работоспособности

ГЭУ;

• Апробация методов путем разработки диагностической модели ГЭУ переменного тока в ORCAD;

• Исследование влияния дефектов компонентов ГЭУ на степень ее работоспособности.

Методы исследования. Основные теоретические и экспериментальные результаты работы получены в рамках применения методов теории графов; теории чувствительности; алгебраических методов теории систем; компьютерных методов исследования на базе стандартных программных продуктов.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1. Характеристика ГЭУ переменного тока как объекта диагностирования.

2. Аналитические зависимости и характеристики степени работоспособности

ГЭУ.

3. Диагностическая модель ГЭУ переменного тока в виде диаграммы прохождения сигналов и метод ее анализа с использованием теории чувствительности функции передачи.

4. Алгоритм поиска причины снижения степени работоспособности ГЭУ.

5. Диагностические модели дизель-генератора, преобразователя частоты и исполнительного устройства ГЭУ переменного тока в ОЯСАО.

6. Метод исследования влияния дефектов на работоспособность ГЭУ переменного тока с применением системы (ЖСАБ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана диагностическая модель ГЭУ переменного тока в виде диаграммы прохождения сигналов (ДПС) на основе ее структурной схемы. Модель позволяет судить о возможности оценки и нахождения причин снижении степени работоспособности ГЭУ.

2. Разработан метод и алгоритм вычисления чувствительности операторов диаграммы прохождения сигналов ГЭУ для определения их степени влияния на работоспособность при наличии возможных дефектов в ГЭУ, позволяющие выбрать контрольные точки для оценивания состояния ГЭУ и составлять алгоритм поиска причины снижения ее степени работоспособности, что является частью при решении задачи разработки диагностического обеспечения.

3. Разработана процедура построения ДМ ГЭУ переменного тока, состоящей из трех основных частей: дизель-генератора; статического преобразователя частоты и исполнительного устройства в системе ОИСАБ. Диагностическая модель ГЭУ позволяет изменять состояние ее элементов в области работоспособности и также в области неработоспособности путем изменения значений параметров модели ее компонентов.

4. Предложен метод исследования влияния дефектов на работоспособность ГЭУ переменного тока с использованием системы (ЖСАО, позволяющий исследовать влияние различных дефектов, приводящих к снижению степени работоспособности ГЭУ или ее отказу. При этом глубина поиска дефектов может быть увеличена за счет детализации компонентов модели ГЭУ на этапе проектирования.

• 5. Разработан и реализован метод имитации дефектов ГЭУ путем моделирования, снятия необходимых характеристик на основе выбранных контрольных точек и их анализа на основе полученных результатов.

Достоверность научных и практических результатов. Достоверность научных положений, результатов и выводов диссертации подтверждается тем, что выдвинутые в работе положения и предложенные метод и модели находятся в ходе современных информационных технологий, многочисленными литературными данными и обуславливается корректным использованием указанных выше методов исследования; применением современных компьютерных средств и программных комплексов.

Практическая ценность состоит в следующем:

• создание полезных в инженерном проектировании алгоритма и программы расчета чувствительности функции передачи (ФП) для анализа объектов, ДМ которых описывается в виде диаграммы прохождения сигналов;

• применение метода имитации и исследования дефектов для ГЭУ компьютерными программами в учебном процессе.

Реализация результатов работы. Теоретические положения, методики расчета и конкретные структуры семейства адаптивных и интеллектуальных систем использованы в:

• рабочем проектировании системы автоматизации электропитания универсального атомного ледокола судов;

• программе вычисления чувствительности функции передачи по критерию частотных характеристик (2011 г.). № гос. регистрации - №2011614870;

• методических указаниях к лабораторным работам по дисциплине "Надежность и техническая диагностика технических систем" с названием "Исследование влияния дефектов на работоспособность ГЭУ".

Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 6 международных и всероссийских научно-технических конференциях: на XXV международной межвузовской школе-семинаре «Методы и средства технической диагностики» (2008 г., г. Йошкар-Ола), XXVI, XXVII международных межвузовских школах-семинарах «Методы и средства диагностики в технике и социуме» (2009, 2011 годы, г. Ивано-Франковск, Украина), VIII всероссийской межвузовской конференции молодых ученных (2011 г., г. Санкт-Петербург), на научно-технических конференциях в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2010 и 2011 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, из них - 5 статей (2 статьи включены в перечень изданий, рекомендованных ВАК) и 6 работ в материалах международных и всероссийских научно-технических конференций. Одна статья находится в печати журнала, входящего в перечень, рекомендованный ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 80 наименований, и трех приложений. Основная часть работы изложена на 150 страницах машинописного текста. Работа содержит 122 рисунка и 11 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определена область исследований, сформулированы цель и задачи диссертации, изложены основные результаты, выносимые на защиту, их теоретическая и практическая значимость, отражены сведения о реализации и апробации работы.

В первой главе выполнен анализ гребной электрической установки как объекта диагностирования, осуществлена классификация ГЭУ, на основе которой выбрана ГЭУ переменного тока в качестве объекта исследования. Рассмотрены два основных свойства надежности ГЭУ: безотказность и ремонтопригодность. Проанализированы причины снижения работоспособности ГЭУ и их распределение для ГЭУ. Рассмотрены различные дефекты, приводящие к отказу ГЭУ. Рассмотрены и сформулированы структура и характеристика гребной электрической установки переменного тока, состоящей из основных частей: дизель-генератора, статического преобразователя и исполнительного устройства как объекта диагностирования.

Возможными путями повышения контролепригодности ГЭУ в настоящее время являются:

- разработка новых схем устройств и элементов ГЭУ,

- создание новых конструкций ГЭУ, исходя из особенностей ее эксплуатации и места на судне,

- правильный выбор режима работы элементов ГЭУ,

- автоматизация изготовления элементов массового использования с целью снижения влияния субъективных факторов в производстве,

- разработка диагностического обеспечения ГЭУ.

Установлено, что перспективным направлением для решения общей задачи исследования работоспособности ГЭУ является сочетание метода теоретического анализа диагностической модели ГЭУ с методом экспериментального исследования

диагностических моделей ГЭУ в системе ОКСАО. Общее формирование этой задачи может быть представлено в виде схемы, которая приведена на рис. 1.

Разработка диагностического обеспечения ГЭУ

Выбор объекта и построение диагностической модели —* Анализ ДМ: - выбор диагностических параметров - методы их оценки - условие работоспособности - признаки наличия дефектов - Построение алгоритма диагностировани я

Теоретические ,, методы ,, Экспериментальны е методы Теоретические эксперименталь-методы ,, ные методы

Диаграммы прохождения сигналов В программе Oread Функции чувствительное ти Моделирование дефектов в Oread

Рис.1. Решение задачи разработки диагностического обеспечения ГЭУ

Во второй главе обоснована степень работоспособности ГЭУ, разработана диагностическая модель ГЭУ в виде диаграммы прохождения сигналов на основе ее структурной и функциональной схем. Осуществлен анализ ДМ методом чувствительности функции передачи, выбраны ко1Гтрольные точки (диагностические параметры), разработаны алгоритм и программа вычисления чувствительности ФП по частотным характеристикам, с помощью которых построен алгоритм поиска причины снижения степени работоспособности ГЭУ.

Под степенью работоспособности ГЭУ понимается соотношение между значением совокупности диагностических параметров (ДП) ГЭУ и скорости судна, которая получается от его силы отталкивания.

На рис.2.6а, б, приведены характеристика ГЭУ и график формирования классов степени работоспособности ГЭУ. На рис.2.6а, показана зависимость момента сопротивления судна Мс от частоты вращения пгв вала гребного винта (ГВ). На рис.2.66, представлены соответственно номинальные значения скорости судна vHj, vH2 ПРИ «Hl.

а) б)

Рис.2. Характеристика ГВ (а) и классы степени работоспособности ГЭУ (б) «н2- Если с частотой вращения ГВ пн\ скорость судна достигает значений уц, V)3, которые меньше ун] и не в допустимых пределах, то можно сказать ГВ не выполняет

свою функцию и система находится в неработоспособном состоянии.

При рассмотрении типов диагностических моделей, которые могут быть использованы для ГЭУ, установлено, что диагностическая модель в виде диаграммы прохождения сигналов по сравнению с другими обладает лучшими достоинствами.

Диаграмма прохождения сигналов представляет собой ориентированный граф -графическое изображение соотношений между несколькими переменными. Для построения диагностической модели ГЭУ в виде ДПС на основе функциональной схемы принято:

- вершины диаграммы соответствуют переменным (параметрам ГЭУ) и обозначаются индексом соответствующего сигнала Щ;

- ветви имеют операторы (функции передачи), обозначенные соответствующей зависимостью с указанием направления сигнала уу,- и а,-.

Диагностическая модель ГЭУ в виде ДПС с учетом изложенного правила выше представлена на рис.3.

Рис.3. Диагностическая модель ГЭУ в виде ДПС.

Анализ показывает, что операторы в разной степени влияют на работоспособность системы в зависимости от их места расположения в диаграмме. Степень влияния можно оценивать функцией абсолютной и относительной чувствительности передачи ГЭУ к ФП оператора.

Абсолютная чувствительность определяется по формуле: рт _ дТок _ д . \ т" 81] дТ Д на практике чаще применяется функции относительной чувствительности:

= д\пТ0к = дТ0к т.. ^ .7; п гыт щ ти •

Выбор необходимых контрольных точек осуществляется методом анализа таблиц функции чувствительности вида табл. 1.

Анализ таблицы сводится к сравнению чувствительностей нахождению функции передачи, которая является наилучшей по правилу: функция передачи Ты важнее Т^; если чувствительность больше и так

Ты >- ... У ... >- Тш,если -8\[- > ... > ^ > ... >

В результате анализа таблиц чувствительности ФП ГЭУ были выбраны 4 контрольной точки как показано на рис.4(точки обозначены I, II, III, IV).

Функции передачи Диагностические параметры

ri Га ri

To, STm

Tu I: T

T„m sir sTr-: sir

Контрольные точки определяют порядок проверок соответствуют параметрам: напряжению ПЧ {/пч, потокосцеплению у/2, току статора ГЭД /д и частоте вращения ГВ лгв. При этом совокупность диагностических признаков для ГЭУ выглядит следующим образом:

"геу — {ипч > Vг > 'д' пгё ) • Для составления алгоритма поиска причины снижения степени работоспособности ГЭУ применяется метод чувствительности ФП к изменениям отдельных операторов в разных контрольных точках по частотным характеристикам.

Заменив оператор интеграла р в каждой ФП на ]<х>, молено определить (на фиксированных частотах) логарифмические чувствительности:

d\nA(<o) dA(w) А, (со) 8 In ср(а) dtp(co) (р,(а)

din А, (со) дА,(со) А(Ф) ' 31пср,(со) дер^т)' ср(т)

где А (со), <р(ш), и А[ (со), <р1 (со) - частотные характеристики соответственно ГЭУ и 1-го оператора.

В этом случае применяется критерий:

_ дА(со:) А,(с-о,)

д(р(со,) <р,((о,)

(2)

еЦ(а),) А(со,)

где / - номер оператора, для которого вычисляется щ.

В зависимости от расположения оператора в диаграмме значение и, будет определяться различными выражениями.

Алгоритм вычислений чувствительности функции передачи ГЭУ по частотным характеристикам

Алгоритм вычислений щ приведен на рис.4. По данному алгоритму была создана программа вычисления значения чувствительности по критерию (2) на основе программы языка visual С. По результатам, полученным в расчете, были построены таблицы чувствительности ГЭУ по частотным характеристикам и проведен анализ чувствительности ГЭУ к изменению состояния отдельных операторов.

По критерию (2) последовательности проверки операторов в ГЭУ для различных контрольных точек следующие:

+ для контрольной точки I: w3, wt, w,, w2. + для контрольной точки II: w3, w4, w6, wt, w2, ws, w7. + для контрольной точки III: a4, w3, as, w4, wf, wu alt a2, w2, w5, a3, a6, w7, a„. + для контрольной точки IV: a4, w3, as, w4, ws, w,, a,, a7, a2, w2, ws, a3, a6, w7, a„

at.

Рис.4. Алгоритм вычисления щ для нахождения причины снижения степени работоспособности ГЭУ. При этом видно, что операторы в разной степени влияют на работу системы в зависимости от их места расположения в диаграмме и от места контрольных точек, в котором выполняется контроль работоспособности. Результат показал, что блоки, входящие в прямой путь в большей степени влияют, чем операторы обратной связи. Поэтому для системы данного типа при контроле работоспособности сначала выполняется проверка операторов в прямом пути, потом в обратной связи.

В результате можно сформировать алгоритм поиска причины снижения степени работоспособности ГЭУ (в зависимости от контрольной точки). Для этой системы

проверка выполняется по правилу от конца к началу (для операторов

Рис.5. Алгоритм поиска причины снижения степени работоспособности ГЭУ В соответствии с предлагаемым алгоритмом и с учетом результата при анализе чувствительностей ФП ГЭУ, можно установить порядок проверки операторов ГЭУ.

В третьей главе излагается метод построения ДМ ГЭУ переменного тока и осуществлено ее моделирование на ЭВМ с использованием системы СЖСАЕ).

Процесс построения и моделирования ДМ ГЭУ согласно предлагаемому методу разделяется на несколько этапов. На первом этапе схема ГЭУ переменного тока разбивается на компоненты. На втором этапе разрабатываются диагностические модели (иерархические символы) этих компонентов на основе либо математических моделей, либо принципиальных схем. На конечном этапе, на базе разработанных диагностических иерархических символов компонентов осуществляется моделирование ГЭУ.

ГЭУ переменного тока (рис.6) включает три основные части: дизель-генератор,

Рис.6. Структурная схема ГЭУ переменного тока В соответствии со схемой, приведенной на рис.7, ГЭУ может быть разбита на следующие компоненты: дизель, синхронный генератор в фазных координатах и система возбуждения для СГ, а ПЧ состоит из трехфазного неуправляемого выпрямителя, фильтра постоянного тока и автономного инвертора напряжения. В ИУ присутствуют гребной асинхронный электродвигатель (ГЭД) и гребной винт.

Диагностическая модель дизеля. При построении ДМ рассмотрим дизель как объект, частота вращения для которого может находиться в допустимых пределах, т.е. при изменении количества топлива в насосе дизеля частота вращения на валу не превышает 3% от номинального значения №д = 314 рад/с. Уравнение дизеля имеет следующий вид:

где со - частота вращения вала дизеля; сор - регулируемая частота вращения дизеля; Т - постоянная времени дизеля;/? - оператор интегрирования.

Принципиальную схему дизеля можно представить в виде, представленном на рис.7, а его модель показана на рис.8

-

<V<1>*Vrt>-Vi3»'e.01

-1| Vs^ac ...... R1î

B.SUde II •" ' ■ pVl VON • IV TT * VOFF - 0.OV 1—-m-■

ООО "

Diezel кор

Diczel

Рис.8. Диагностическая модель дизеля

Диагностическая модель синхронного генератора. Схема замещения синхронного генератора, реализуемая в фазных координатах, приведена на рис.9, а его ДМ приведена на рис.10.

На зависимых источниках управляемых напряжений El, Е2 и ЕЗ, решаются алгебраические уравнения относительно напряжений на выходе Ua, Ue, Uc.

На рис.10 введены обозначения: Uj- - вход, на который подается напряжение возбуждения СГ от автоматического регулятора напряжения; W - вход, на который подается частота вращения дизеля; 21а, 22с, 23Ь - напряжения, трехфазное переменное

Рис.7. Схема исследования дизеля

напряжение СГ соответственно; КОР - нейтральное соединение.

GENERATOR

КОР

Рис.9. Схема СГ в фазных координатах

Рис.10. Диагностическая модель СГ

Диагностическая модель системы возбуждения СГ. При построении ДМ системы возбуждения СГ принято допущение о том, напряжении может изменяться в пределах [720;880] В. Номинальное напряжение возбуждение при номинальной мощности СГ составляется 800У.

Уравнение для системы возбуждения СГ:

и „

и ,(/») = ■

Тр + г

где и^ф) - напряжение обмотки возбуждения СГ; 1!р - регулируемое напряжение обмотки возбуждения; Т- постоянная времени возбуждения СГ.

Диагностическая модель системы возбуждения СГ представлена на рис. 11.

ш-

Vozbuzenie

Рис. 11. Диагностическая модель системы возбуждения СГ Диагностическая модель преобразователя частоты. Принципиальная схема ПЧ со звеном постоянного тока Представлена на рис.12, схема включает в себя неуправляемый выпрямитель (НУВ), фильтр (Ф) и автономный инвертор напряжения (АИН) с системой управления инвертора (СУИ).

Рис.12. Принципиальная схема ПЧ со звеном постоянного тока

После разработки ДМ НУВ и АМН можно построить схему ПЧ, которая представлена на рис.13, а его диагностическая модель показана на рис.14.

Рис.13. Схема исследования ПЧ

Рис.14. Диагностическая модель ПЧ

На рис.14 введены обозначения: РОСН - название ПЧ; В - ДМ неуправляемого выпрямителя, AIN - ДМ автономного инвертора напряжения, А, В, С - трехфазные напряжения СГ; Uy], Uy2i..., Uy6 - управляющие сигналы транзисторов АМН; АА, ВВ, СС - трехфазное напряжение с регулируемой частотой/вых, подаваемое на ГЭД.

Диагностическая модель гребного асинхронного двигателя. В связи с высоким уровнем высших гармоник в выходном напряжении трехфазного автономного инвертора, питающего ГЭД, а также с необходимостью исследования его дефектов (фазное короткое замыкание, обрыв фазы), его математическую модель необходимо записывать в фазных координатах.

В работе была построена полная структурная схема ГЭД в фазных координатах, а его ДМ представлена на рис. 15.

21а MC _О

22Ь

23с

Wa -и

ADjnotor

Wc КОР —а

Рис.15. Диагностическая модель ГЭД в иерархической форме На рис.23 введены обозначения: 21а, 22Ь, 23с - трехфазное переменное напряжение ГЭД; КОР - нейтральное соединение; Мс - момент сопротивление; Wc - частота напряжения питания ГЭД; W& - частота вращения вала ГЭД;

Диагностическая модель гребного винта. Для удобства набора модели в ORCAD уравнение моментов гребного винта представлены в виде

Мс = M сн + 1,7-Wg .

Схема решения этих уравнений приведена на рис.16, а его ДМ представлена на рис.17

ЕЮ иэ

-j IN*OUT+ I-

--1 IN- ГП1Т- I-

W,

EVALUE 0 2'Mcn*0.e7*V(Wa)'V(W»)

-< КС

PARAMETERS: £ R1 Mcn »65000 < 1h

Рис.16. Схема построения ДМ гребного винта

Рис.17.-Диагностическая модель гребного винта

На рис, 17 введены обозначения: МС - момент сопротивления; - частота вращения ГВ; КОР - нейтральное соединение.

Диагностическая модель ГЭУ на основе СЖСАО

После разработки всех компонентов ГЭУ можно построить полную схему, которая приведена на рис.18.

Рис.18. Диагностическая модель ГЭУ переменного тока. На рис.18, 8УА1Ы - система управления АИН, в работе считается, что она находится в работоспособном состоянии.

В третьем главе построена ДМ ГЭУ переменного тока (рис.18), которая реалирует структурную схему ГЭУ (рис.6). Такая ДМ отличается от других моделей и дает возможность имитировать различные виды дефектов, приводящих к отказу ГЭУ, например уменьшение или увеличение напряжения возбуждения СГ, КЗ или обрыв фазы СГ, КЗ или обрыв одного диода ПЧ в одном или в разных каналах, обрыв или КЗ фазы ГЭД и т. п.

В четвертой главе предложен метод исследования работоспособности ГЭУ переменного тока с использованием системы СЖСАГ), позволяющий имитировать дефекты ГЭУ при снижении ее степени работоспособности путем снятия и анализа необходимых характеристик. Рассмотрено влияние на работоспособность ГЭУ изменения напряжения дизель-генератора, напряжения преобразователя частоты, токов и электромагнитного момента ГЭД, момента сопротивления и частоты вращения ГВ.

1. Формирование характеристик ГЭУ в предельном состоянии

Характер и диапазон возможного изменения частоты вращения гребного вала зависят от режима работы судна. Здесь можно выделить два режима:

+ относительно медленное её изменение при движении судна в свободной воде вследствие перехода от одной скорости движения к другой, например, при переходе от режима экономического хода к полному;

+ резкое и внезапное изменение частоты вращения гребного вала в результате изменений внешних условий (оголение лопастей гребного винта в штормовых условиях, заклинивание гребного винта в ледовых условиях и др.).

В работе рассматривается первый режим работы ГЭУ.

Система возбуждения СГ обеспечивает напряжение возбуждения в диапазоне ±10% от номинального значения 800В и область изменения напряжения возбуждения составляет 800 ± 80В. Область работоспособности СГ составляет около 10% от номинального напряжения и„ = 400В, т.е. область работоспособности СГ составляет [360;440]В. Параметры преобразователя частоты составляют: напряжение 380 - 500В; выходная частота 0,5 - 200Гц; мощность до 500 кВт. Для ГЭД приняты следующие номинальные значения параметров: ток ГЭД 1Л = 400А; частота вращения ГВ лгв = 290об./мин.

Изменение напряжения возбуждения до границы области работоспособности [720;880]В (соответственно в 10% от номинального значения 11/ = 800В) представлено на рис.19 и 20.

Рис.19. Напряжение возбуждения увеличивается (10% от номинального) с 0.1с -0.2с и уменьшается (10% от номинального) с 0.3 - 0.4с

Рис.20. Изменение напряжения СГ в предельном состоянии При этом параметры, характеризующие ГЭУ, представлены на рис.21.

а)

б)

11В...!

шш

тф:

Рис.21. Характеристики ГЭУ в предельном состоянии, а - напряжение НУВ, б -напряжение ПЧ, в - частота вращения ГВ На рис.21 показано изменение параметров ГЭУ во время уменьшения (0.1с - 0.2с) и увеличения (0.3с - 0.4с) напряжения СГ на 10% от номинального значения. 2. Исследование изменения состояния ГЭУ при наличии отказа ее элементов

Характеристики ГЭУ при обрыве одной, двух и трех фаз СГ представлены на рис.22.

а)

б)

в)

" .....IV ■; ;

ъ

Швам

Рис.22. Характеристики ГЭУ при обрыве фаз СГ, а - напряжение выпрямителя, I ток ГЭД, в - частота вращения ГВ

Результаты моделирования показывают, что на работоспособность ГЭУ наибольшее влияние оказывает дефект типа обрыв фаз СГ. При обрыве фаз напряжение СГ падает до нуля и приводит к отказу ГЭУ в целом. При уменьшении тока, момента ГЭД и частоты вращения ГВ до нуля, судно не поддерживает свою заданную скорость, теряет ход в свободной воде, а ГЭУ отказывает и не удовлетворяет условию работоспособности (отказ).

Характеристики ГЭУ при КЗ двух диодов в первом канале (01, 03) представлены на рис.23. а)

яа

И $41 ft f« I

б)

Рис.23. Характеристики ГЭУ при КЗ двух диодов в первом канале (0.1с - 0.3с), а -

напряжение ПЧ, б - частота вращения ГВ На рис.236 показано, что значение частоты вращения ГВ ягв уменьшается до нуля, а ее характеристика находится в области неработоспособности ГВ (отказ).

Из результатов, полученных в процессе исследования различных дефектов ПЧ, показано, что КЗ или обрыв одного диода влияют на работоспособность ГЭУ и приводят к ее отказу, а КЗ или обрыв цепи двух диодов приводят к полному отказу ГЭУ, частота ГВ падает до нуля и судно теряет ход (отказ).

Характеристики ГЭУ при КЗ двух фаз ГЭД представлены на рис.24. а)

II-И: 1! i

б)

Рис.24, Характеристики ГЭУ при КЗ двух фаз (фазы А и В) а - напряжение ПЧ, б - частота вращения Г Как видно из рис.246 частота вращения ГВ птъ уменьшается почти в два раза и находится вне области работоспособности (отказ).

На основе результатов моделирования дефектов ДГ, ПЧ и ИУ показано, что дефекты типы КЗ и обрыва наиболее сильно влияют на работоспособность ГЭУ. КЗ

или обрыв фаз СГ, КЗ или обрыв диодов, транзисторов ПЧ, КЗ или обрыв фаз ГЭД приводят к отказу ГЭУ, вызывают срабатывание защиты, в результате чего судно теряет скорость хода.

С учетом достоинства системы СЖСЛИ при разработке диагностического обеспечения и при исследовании работоспособности ГЭУ переменного тока, в работе доказано, что предложенная диагностическая модель позволяет исследовать влияние различных дефектов, приводящих к отказу ГЭУ или снижению ее степени работоспособности. При этом глубина поиска дефектов может быть увеличена за счет детализации структуры ГЭУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании исследования структуры ГЭУ, условий эксплуатации и особенностей ГЭУ как объекта диагностирования установлено, что наименее надежными при использовании судна по назначению являются ГЭУ, отказ которых приносит наибольший ущерб среди объектов судового электрооборудования.

2. Оценка фактического состояния ГЭУ возможна при помощи предложенного метода, последовательно решающего задачи контроля работоспособности и поиска дефектов, обладающего достаточной точностью и достоверностью выявления дефектов на ранней стадии их развития.

3. Теоретические и экспериментальные исследования позволили создать диагностическое обеспечение ГЭУ, включающее в себя диагностическую модель, перечень наиболее информативных диагностических признаков, условия работоспособности (область и степень работоспособности) и признают снижения степени работоспособности в ГЭУ.

4. Построена диагностическая модель ГЭУ в виде диаграммы прохождения сигналов, позволяющей судить о состоянии ГЭУ при снижении ее степени работоспособности и оценить степень влияния отказа различных элементов на работоспособность ГЭУ.

5. Предложены метод анализа ДМ ГЭУ в виде ДПС с применением теории чувствительности функции передачи, который позволяет определить необходимые ДП для проверки работоспособности ГЭУ, алгоритм и программа расчета чувствительности ФП по частотным характеристикам, с помощью которых возможно определить степень влияния отдельных элементов на работоспособность ГЭУ. Разработан алгоритм поиска причины снижении степени работоспособности ГЭУ.

6. Построена зависимость скорости судна от частоты вращения гребного винта для оценки степени работоспособности ГЭУ, введены различные уровни изменения состояние ГЭУ.

7. Разработаны диагностические модели элементов и ГЭУ в системе САПР ОКСАО, позволяющие имитировать отказы элементов ГЭУ, и дают возможность исследовать изменение диагностических параметров ГЭУ при этом.

8. Предложен метод исследования работоспособности ГЭУ с использованием системы ОЯСАБ, разработан и реализован метод имитации дефектов ГЭУ при снижении ее степени работоспособности методом моделирования, позволяющие подтвердить правильность решения поставленной задачи.

9. Все решенные вопросы направлены на практическое приложение полученных в диссертации результатов к разработке нового перспективного направления при решении задачи технического диагностирования судового электрооборудования в целом и гребной электрической установки в частности.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в изданиях, включенных в перечень ВАК:

1. Нгуен Ван Чьен. Диагностическая модель дизель-генератора гребной электрической установки переменного тока [Текст] / Нгуен Ван Чьен, Нгуен Тиен Тханг// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - СПб., 2010. - Вып.5. - С.85-92.

2. Нгуен Ван Чьен. Диагностическая модель исполнительного устройства гребной электрической установки постоянного тока [Текст] / В.П. Калявин, Нгуен Ван Чьен, и др.// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - СПб., 2011. -Вып.6. - С.56-61.

Другие публикации:

3. Нгуен Ван Чьен. Диагностическая модель дизель-генератора гребной электрической установки [Текст] / Воскобович В.Ю., Калявин В.П., HiyeH Ван Чьен. // Материалы XXV международ, межвуз. школы-семинара. «Методы и средства технической диагностики», 27 июня - 4 июля 2008 г. - Йошкар-Ола., 2008 г. Сб. научн. статей. Вып. XXV. С. 11-21.

4. Нгуен Ван Чьен. Диагностическая модель управляемого выпрямителя гребной электрической установки [Текст] / Воскобович В.Ю., Калявин В.П., Нгуен Ван Чьен. // Материалы XXV международ, межвуз. школы-семинара. «Методы и средства технической диагностики», 27 июня - 4 июля 2008 г. - Йошкар-Ола., 2008 г. Сб. научн. статей. Вып. XXV. С. 22-29.

5. Нгуен Ван Чьен. Диагностическая модель исполнительного устройства гребной электрической установки [Текст] / Воскобович В.Ю., Калявин В.П., №уен Ван Чьен. // Материалы XXV международ, межвуз. школы-семинара. «Методы и средства технической диагностики», 27 июня - 4 июля 2008 г. - Йошкар-Ола., 2008 г. Сб. научн. статей. Вып. XXV. С. 29-34.

6. Нгуен Ван Чьен. Влияние дефектов на работоспособность гребной электрической установки (ГЭУ). [Текст] / Воскобович В.Ю., Калявин В.П., Нгуен Ван Чьен // Сб. научн. статей. Вып. 1(15) / Галиц. Акад. - Ивано-франковск, 2008. С. 94102.

7. Нгуен Ван Чьен. Влияние дефектов на работоспособность гребной электрической установки (ГЭУ) [Текст] / Воскобович В.Ю., Калявин В.П., Нгуен Ван Чьен // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (Известия государственного электротехнического университета), Сер. Автоматизация и управление. - СПб., 2008. - Вып. 10. С. 33-38.

8. Нгуен Ван Чьен. Диагностическая модель преобразователя частоты со звеном постоянного тока для управления гребным асинхронным двигателем. [Текст] / Воскобович В.Ю., Калявин B.II., Нгуен Ван Чьен // Сб. научн. статей. Вып. 1(15) / Галиц. Акад. - Ивано-франковск, 2009. С. 79-84.

9. Нгуен Ван Чьен. Анализ диагностической модели гребной электрической установки методом чувствительности функции передачи [Текст] / Нгуен Ван Чьен // Материалы VIII всерос. межвуз. кон. мол. учен. «ИТМО», Сек. Электротехнические системы и средства управления ими. - СПб., 2011,- Вып.2. - С.245-246.

10. Нгуен Ван Чьен. Исследование влияния дефектов преобразователя частоты на работоспособность гребной электрической установки переменного тока [Текст] / Калявин В.П., Нгуен Ван Чьен, Нгуен Тиен Тханг. // Материалы XXVIII международ, межвуз. школы-семшгара. «Методы и средства диагностики в технике и социуме», 3 -8 октября. Ивано-франковск, 2011.

11. Нгуен Ван Чьен. Анализ гребной электрической установки как объекта диагностирования [Текст] / Нгуен Ван Чьен. // Материалы XXVIII международ, межвуз. школы-семинара. «Методы и средства диагностики в технике и социуме», 3 -8 октября. Ивано-франковск, 2011.

Подписано в печать 16.11.11. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Гарнитура «Times New Roman». Тираж 100 экз. Заказ 126.

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

Список условных сокращений.

Введение.

1. Анализ гребной электрической установки как объекта диагностирования.

1.1. Обоснование и выбор гребной электрической установки как объекта исследования.

1.2. Оценка надежности гребной электрической установки переменного тока при использовании судна по назначению.

1.3. Анализ причин снижения степени работоспособности гребной электрической установки переменного тока.

1.4. Характеристика гребной электрической установки как объекта диагностирования.

1.5. Основные результаты первой главы.

2. Разработка и анализ диагностической модели гребной электрической установки переменного гока.

2.1. Обоснование области и степени работоспособности гребной электрической установки.

2.1.1. Введение понятия запаса и степени работоспособности.

2.1.2. Область и степень работоспособноеги гребной электрической установки.

2.2. Анализ диагностической модели и обоснование выбора диаграммы прохождения сигналов при разработке диагностической модели гребной электрической установки переменного тока.

2.2.1. Классификация диагностических моделей.

2.2.2. Диагностическая модель в виде диаграммы прохождения сигналов.

2.3. Построение диагностической модели гребной электрической установки переменного тока в виде диаграммы прохождения сигналов.

2.3.1. Структурная схема гребной электрической установки переменного тока.

2.3.2 Функциональная схема гребной электрической установки переменного тока.

2.3.3. Диагностическая модель гребной электрической установки в виде диаграммы прохождения сигналов.

2.4. Анализ диагностической модели гребной электрической установки переменного тока на основе теории чувствительности функции передачи

2.4.1. Чувствительность функции передачи.

2.4.2 Обоснование контрольных точек гребной электрической установки переменного тока.

2.4.3. Разработка алгоритма поиска причины снижения степени работоспособности гребной электрической установки переменного тока.

2.5. Основные результаты второй главы.

3. Разработка диагностической модели гребной электрической установки переменного тока в ORCAD.

3.1. Выбор математических моделей компонентов гребной электрической установки.

3.1.1. Математическая модель дизеля.

3.1.2. Математическая модель синхронного генератора.

3.1.3. Математическая модель ПЧ со звеном постоянного тока.

3.1.4. Математическая модель асинхронного гребного электродвигателя.

3.1.5. Математическая модель гребного винта.

3.2. Процедура построения диагностической модели в ORCAD.

3.3. Разработка диагностической модели дизель-генератора.

3.3.1. Диагностическая модель дизеля.

3.3.2. Диагностическая модель синхронного генератора.

3.3.3. Диагностическая модель системы возбуждения синхронного генератора.

3.4. Разработка диагностической модели преобразователя частоты.

3.4.1. Диагностическая модель неуправляемого выпрямителя.

3.4.2. Диагностическая модель автономного инвертора напряжения.

3.4.3. Диагностическая модель преобразователя частоты.

3.5. Разработка диагностической модели исполнительного устройства.

3.5.1. Диагностическая модель гребного асинхронного двигателя.

3.5.2. Диагностическая модель гребного винта.

3.5.3. Диагностическая модель гребной электрической установки переменного тока на основе ORCAD.

3.6. Основные результаты третьей главы.

4. Исследование влияния дефектов компонентов на работоспособность гребной электрической установки переменного тока.

4.1. Формирование характеристик гребной электрической установки в работоспособном состоянии.

4.1.1. Характеристики дизель-генератора в работоспособном состоянии

4.1.2. Характеристики преобразователя частоты в работоспособном состоянии.

4.1.3. Характеристики исполнительного устройства в работоспособном состоянии.

4.1.4. Характеристики гребной электрической установки в предельном состоянии.

4.2. Исследование изменения состояния гребной электрической установки при наличии отказа элементов дизель-генератора.

4.2.1. Влияние дефектов системы возбуждения синхронного генератора на работоспособность гребной электрической установки.

4.2.2. Влияние дефектов синхронного генератора на,работоспособность гребной электрической установки.

4.3. Исследование изменения состояния гребной электрической установки при наличии отказа элементов преобразователя частоты.

4.3.1. Влияние дефектов выпрямителя.

4.3.2. Влияние дефектов инвертора.

4.4. Исследование изменения состояния гребной электрической установки при наличии отказа элементов исполнительного устройства.

4.5. Основные результаты четвертой главы.

Актуальность темы и подход к ее решению. Возрастающие требования безопасности, безотказности и долговечности делают весьма важной оценку технического состояния различных устройств судового оборудования, и в частности гребной электрической установки (ГЭУ). Целью технической диагностики является поддержание безотказности и повышение ресурса судового оборудования. Наиболее важным показателем надежности ГЭУ является отсутствие отказов во время его функционирования (безотказность), 1ак как отказ ГЭУ может привести к тяжелым последствиям. Техническая диагностика, благодаря раннему обнаружению дефектов, позволяет ус гранить подобные отказы путем технического обслуживания и ремонта, что повышает эффективность эксплуатации ГЭУ [28]. Непрерывное усложнение ГЭУ, обусловленное требованием повышения эффективности использования, и рост степени автоматизации управления ГЭУ, выдвигают на первый план проблему оптимальной организации эксплуатации, как отдельных систем, так и судна в целом. Важная роль отводится при этом определению состояния ГЭУ, которое вследствие воздействия внешних и внутренних факторов изменяется с течением времени. Знание сосюяния ГЭУ в любой момент времени позволяет персоналу использовать ее оптимальным образом.

Меньше чем за 50 лет в рамках технической диагностики было решено много практических задач и получено много существенных теоретических результатов. Но, несмотря на значительный прогресс в теории и практике автоматизации обнаружения дефектов судовых машин и механизмов, оценка технического состояния судового оборудования на большинстве российских судов выполняется на основе субъективного метода оценки высококвалифицированными специалистами, получившими опыт ориентирования во внешних признаках изменения технического состояния. Последние достижения науки предопределяют необходимость перехода от субъективных методов оценки сосюяния к объективным методам.

Обеспечить требуемый уровень контролепригодносш ГЭУ можно только на этапе проектирования. Это становится возможным, если в процессе проектирования объекта будет разработано диагностическое обеспечение. Разработка диагностического обеспечения обычно начинается на втором этапе проектирования системы диагностирования оборудования [48].

Теоретический анализ объекта диагностирования при решении задач диагностирования предполагает некоторую идеализацию, которая абстрагирует подходящим образом выбранные существенные свойства объекта. Реальный объект при этом заменяется диагностической моделью (ДМ) [47]. Для получения диагностического обеспечения применяют и анализируют диагностическую модель -формальное описание объекта, учитывающее возможность изменения его состояния. ДМ могут быть непрерывными, дискретными и специальными. Описание может быть представлено в аналитической, табличной, векторной, графической или другой форме [47, 48, 49]. Оценка состояния технического объекта осуществляется по диагностическим признакам (параметрам и характеристикам). Обычно в качестве диагностических парамегров принимаются параметры ДМ. В'этом случае выбор или посгроение адекватной ДМ имеет существенное значение для оценивания состояния объекта [30].

Высокая техническая культура современного производства немыслима без постоянного совершенствования методов для контроля технического состояния ГЭУ. Отсутствие технических средств диагностирования, их малая эффективность приводят к возникновению аварийных ситуаций, низкой эффективное! и эксплуатации, дополнительным затратам на ремонт. В настоящее время диагностическое обеспечение, направленное на решение актуальных задач контроля и регулирования технического состояния судового оборудования, и в частности ГЭУ, отстает от потребностей потребителя.

Усложнение ГЭУ и широкое внедрение комплексных средств автоматизации на судах приводит, как правило, к увеличению интенсивности отказов. Вследствие этого простои судов, вызванные ремонюм оборудования, и связанные с ними убытки существенно возрастают. В этой ситуации задачи диагностирования мощного судового электронного оборудования выступают на передний план, так как отказ мощных полупроводниковых приборов во время ведения промысла может привести к значительным экономическим потерям, а в случае отказа систем управления ответственными энергетическими процессами - к потере безопасности мореплавания.

ГЭУ, как и все судовое электрооборудование, должна обладать высокой безотказностью, т. е. безотказностью действия в условиях эксплуатации, а также иметь простое устройство и быть безопасной для обслуживания [28, 29, 60]. Поэтому актуальность задачи поддержания высокой безотказности и повышение ремонтопригодности, в том числе путем систематического контроля технического состояния ГЭУ, а также их периодического регулирования - давно привлекает к себе внимание специалистов. Снизить интенсивность отказов ГЭУ при эксплуатации можно за счет регулярного оценивания состояния и своевременного восстановления работоспособности. Решить эти задачи позволяет своевременное и рациональное применение методов и средств диагностирования с последующей настройкой основных параметров систем.

Таким образом, задачи, связанные с повышением контролепригодности, являются актуальными и решаются в данной работе в рамках электроприводов, гребных электрических установок и технической диагностики, получивших в последнее время значительное теоретическое и прикладное развитие в отечественной и зарубежной научно-технической литературе усилиями российских и зарубежных ученых, в числе которых в библиографии к диссертации названы по электроприводу Самосейко В.Ф., Соколовский Г.Г., по гребным электрическим установкам Воскобович В.Ю., Полонский В.И., Рукавишников С.Б., Ясаков Г.С. и по технической диагностике Калявин В.П., Мозгалевский A.B., Е. Моек и X. Штриккет.

В настоящее время для ГЭУ применяются методы как тестового, так и рабочего диагностирования. Но они разработаны и применены для отдельных частей,ГЭУ. Для поиска дефектов часто применяются диагностические словари наиболее вероятных I отказов ГЭУ и их частей. Отсутствуют методы построения и анализа диагностической модели ГЭУ, поиска дефектов до требуемой глубины, определения« контролепригодности, которые учитывают особенности их диагностирования. Поэтому разработка диагностической модели, обоснование диагностических параметров, построение алгоритма поиска дефекта и исследование влияния дефектов на работоспособность ГЭУ в!настоящее время являются актуальными.

Цель и задачи работы. Повышение контролепригодности гребной электрической установки при использовании судна по назначению за счет обоснования совокупности диагностических параметров и построения алгоритма поиска дефектов при снижении ее степени работоспособности.

Отсутствие объективной оценки степени работоспособности в зависимости от условий эксплуатации, режимов работы ГЭУ и возникающих отказов диктует необходимость и актуальность постановки и решения следующих задач исследования:

- Анализ и обоснование актуальности диагностирования ГЭУ переменного тока;

- Обоснование классов степени работоспособности ГЭУ;

- Разработка и анализ ДМ ГЭУ с целью обоснования контрольных точек, наиболее чувствительных к изменению ее степени работоспособности;

- Построение алгоритма поиска причины снижения степени работоспособности

ГЭУ.

- Апробация методов путем разработки ДМ ГЭУ переменного тока в ОКСАБ.

- Исследование влияния дефектов компонентов ГЭУ на степень ее работоспособности.

Методы исследования. Основные теоретические и экспериментальные результаты работы получены в рамках применения методов теории графов; теории чувствительности; алгебраических методов теории систем; компьютерных методов исследования на базе стандартных программных продуктов.

Научные результаты, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие результаты, вытекающие из поставленной цели и решения сформулированных задач:

1. Характеристика ГЭУ переменного тока как объекта диагностирования.

2. Аналитические зависимости и характеристики степени работоспособности

ГЭУ.

3. Диагностическая модель ГЭУ в виде диаграммы прохождения сигналов и метод ее анализа с использованием теории чувствительности функции передачи.

4. Алгоритм поиска причины снижения степени работоспособности ГЭУ.

5. Диагностические модели дизель-генератора, преобразователя частоты и исполнительного устройства ГЭУ переменного тока в ОЯСАБ.

6. Метод исследования влияния дефектов на работоспособность ГЭУ переменного тока с применением системы ОЯСАГ).

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана диагностическая модель ГЭУ переменного тока в виде ДПС на основе ее структурной схемы. Модель позволяет судить о возможности оценки и нахождения причин снижении степени работоспособности ГЭУ.

2; Разработан метод и, алгоритм вычисления чувствительности операторов диаграммы прохождения сигналов ГЭУ для. определения их степени влияния на работоспособность при наличии возможных дефектов в; ГЭУ, позволяющие выбрать, контрольные точки для .оценивания состояния ГЭУ и составлять алгоритм; поиска причины снижения ее степени работоспособности, что является частью при решении; задачи разработки диагностического обеспечения.

3. Разработаны процедура построения ДМ»ГЭУ переменного тока, состоящей; из трех основных частей: дизель-генератора;, статического преобразователя частоты и исполнительного устройства в системе ОКСАН). Диагностическая модель ГЭУ позволяет изменять состояние ее .элементов в, области работоспособности и также: в области неработоспособности путем, изменения значений параметров модели ее компонентов.,

4. Предложен метод исследования влияния - дефектов на работоспособность ГЭУ переменного» • тока с; использованием системы СЖСАЭ, позволяющий-исследовать влияние. дефектов,1 приводящих к снижению- степени; работоспособности: ГЭУ или ее отказу .При этом глубина поиска, дефектов может быть увеличена за счет детализации компонентов модели ГЭУ на этапе; проектирования^

5. Разработан и реализован . метод -имитации/, дефектов; ГЭУ . , путем: моделирования, снятия необходимых характеристик на основе выбранных контрольных точек и их анализа на основе полученных результатов.

Достоверность научных и практических результатов. Достоверность научных положений, результатов и выводов диссертации подтверждается ■ тем, что выдвинутые в работе положения, и предложенные метод и модели находятся в ходе современных информационных технологий, многочисленными литературными данными; и обуславливается корректным использованием указанных выше методов исследования; применением современных компьютерных средств, и программных комплексов; а также результатами исследования построенных диагностических моделей ГЭУ в лабораторных работах.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что:

- создание полезных в инженерном проектировании алгоритма и программы расчета чувствительности функции передачи для анализа объектов, ДМ которых описывается в виде диаграммы прохождения сигналов.

- применение метода имитации и исследования дефектов для ГЭУ компьютерными программами в учебном процессе.

Реализация результатов работы. Теоретические положения, алгоритм и метод расчета чувствительности функции передачи ГЭУ реализованы в: рабочем проектировании системы автоматизации электропитания универсального атомного ледокола судов;

- программе вычисления чувствительности функции передачи по критерию частотных характеристик (2011 г.). № гос. регистрации - №2011614870; методических указаниях к лабораторным работам по дисциплине "Надежность и техническая диагностика технических систем" с названием "Исследование влияния дефектов на работоспособность ГЭУ".

Результаты диссертационной работы использованы в учебной дисциплине "Надежность и техническая диагностика технических систем".

Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 6 международных и всероссийских научно-технических конференциях: на XXV международной межвузовской школе-семинаре «Методы и средства технической диагностики» (2008 г., г. Йошкар-Ола), XXVI, XXVII международных межвузовских школах-семинарах «Методы и средства диагностики в технике и социуме» (2009, 2011 годы, г. Ивано-Франковск, Украина), VIII всероссийской межвузовской конференции молодых ученных (2011 г., г. Санкт-Петербург), на научно-технических конференциях в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2010 и 2011 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, из них -5 статей (2 статьи включены в перечень изданий, рекомендованных ВАК) и 6 работ в материалах международных и всероссийских научно-технических конференций. Одна статья находится в печати журнала, входящего в перечень, рекомендованный ВАК.

4.5 Основные результаты четвертой главы:

1. Предложен метод исследования работоспособности ГЭУ переменного тока с использованием системы автоматизированного проектирования СЖСАО, позволяющий имитировать дефекты ГЭУ при снижении ее степени работоспособности путем снятия и анализа необходимых характеристик.

3. Рассмотрено влияние на работоспособность * ГЭУ изменения напряжения дизель-генератора, напряжения преобразователя частоты, токов и электромагнитного момента ГЭД, момента сопротивления и частоты вращения ГВ. Полученные результаты подтвердили правильность выводов, сделанных в п.2.5 и п.3.6.

4. На основе результатов моделирования дефектов ДГ, ПЧ и ИУ показано, что дефекты типы КЗ и обрыва наиболее сильно влияют на работоспособность ГЭУ. КЗ или обрыв фаз СГ, КЗ или обрыв диодов, транзисторов ПЧ, КЗ или обрыв фаз ГЭД приводят к отказу ГЭУ, вызывают срабатывание защиты, в результате чего судно теряет скорость хода.

5. С учетом достоинства системы (ЖСАО при разработке диагностического обеспечения и при исследовании работоспособности ГЭУ переменного тока, в работе доказано, что предложенная диагностическая модель позволяет исследовать-влияние различных дефектов, приводящих к отказу ГЭУ или снижению ее степени работоспособности. При этом глубина поиска дефектов может быть увеличена за счет детализации структуры ГЭУ.

ЖСАБ, позволяющие имитировать отказы элементов ГЭУ, и дают возможность исследовать изменение диагностических параметров ГЭУ при этом.

8. Предложен метод исследования работоспособности ГЭУ с использованием системы (ЖСАО, разработан и реализован метод имитации дефектов ГЭУ при снижении ее степени работоспособности методом моделирования, позволяющие подтвердить правильность решения поставленной задачи.

9. Все решенные вопросы направлены на ближайшее практическое приложение полученных в диссертации результатов к разработке нового перспективного направления при решении задачи технического диагностирования судового электрооборудования в целом и гребной электрической установки в частности.

1. Айзенштадт Е.Б., Гилерович Ю.М., Горбунов Б.А., Сержантов В.В. Гребные электрические установки: Справочник/ 2-е изд., перераб. и доп. - JL: Судостроение, 1985.

2. Алиев И.И. Электротехнический справочник. 4-е изд., испр. - М.: ИП РадиоСофт, 2002.

3. Баранов А.П., Раимов М.М. Моделирование судового электрооборудования и средств автоматизации: Учебник для вузов. СПБ.: Элмор, 1997.

4. Басин A.M., Миниович И.Я. Теория и расчет гребных винтов. Л: Изд-во судостроительной промышленности, 1963.

5. Башарин A.B., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. Л.: Энегроизат. Ленингр. Отд-ние, 1982.

6. Богомолов B.C. Судовые электроэнергетические установки подчиненного управления. /Ред .С.А. Горбунова. Калининград.: Кн. Изд-во. 1996.

7. Болдырев О.Н. Судовые энергетические установки./ Часть I: Дизельные и газотурбинные установки: Учеб. пособие. Северодвинск.: Изд-во Северодвинск, 2003.

8. Воскобович В.Ю. Моделирование гребных электрических установок с использованием системы ORCAD. СПБ.: ЗАО Инсанта/ Изд-во Литера, 2008.

9. Воскобович В.Ю., Калявин В.П., Нгуен Ван Чьен. Диагностическая модель дизель-генератора гребной электрической установки // Сб. научн. статей. Map. гос. ун-т. -Йошкар-Ола, 2008. Вып. XXV. с. 11-21.

10. Воскобович В.Ю., Калявин В.П., Нгуен Ван Чьен. Диагностическая модель исполнительного устройства гребной электрической установки // Сб. научн. статей. Map. гос. ун-т. Йошкар-Ола, 2008. Вып. XXV. с. 22-29.

11. Воскобович В.Ю., Калявин В.П., Нгуен Ван Чьен. Диагностическая модель управляемого выпрямителя гребной электрической установки // Сб. научн. статей. Map. гос. ун-т. Йошкар-Ола, 2008. Вып. XXV. с. 29-34.

12. Воскобович В.Ю., Калявин В.П., Нгуен Ван Чьен. Влияние дефектов оборудования на работоспособность гребной электрической установки (ГЭУ) // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". СПБ, 2008. - Вып. 10. с. 33-38.

13. Воскобович В.Ю., Калявин В.П., Нгуен Ван Чьен. Влияние дефектов на работоспособность гребной электрической установки // Сб. научн. статей. Вып. 1(13) / Галиц. Акад. Ивано-франковск, 2008. с. 94-102

14. Воскобович В.Ю., Калявин В.П., Нгуен Ван Чьен. Диагностическая модель преобразователя частоты со звеном постоянного тока для управления гребным асинхронным двигателем. Сб. научн. статей. Вып. 1(15) / Галиц. Акад. Ивано-франковск, 2009. с. 79-84

15. Воскобович В.Ю., Королева Т.Н., Павлова В. А. Электроэнергетические установки и силовая электроника транспортных средств./ Под ред. Ю.А. Лукомского.// Учебное издание. СПБ.: Элмор, 2001.

16. Гаврилов. B.C., Камкин C.B., Шмелев В.П. Техническая эксплуатация судовых дизельных установок. Учебное пособие для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Транспорт, 1985.

17. Гогин А.Ф., Кивалеин Е.Ф., Боданов A.A. Судовые дизели: основы теории, устройство и эксплуатация: Учебник для речных училищ и техникумов водного транспорт: 4-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1988.

18. Горбунов Б.А., Савин A.C., Сержантов В.В. Современные гребные электрические установки судов. Л.: Судостроение, 1979.

19. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1990.

20. ГОСТ 20911-89. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1990.

21. ГОСТ 24029-79. Техническая диагностика. Контролепригодность объектов диагностирования. М.: Изд-во стандартов, 1979.

22. ГОСТ 24029-80. Техническая диагностика. Категории контролепригодности объектов диагностирования. М.: Изд-во стандартов, 1980.

23. Ермолин Н.П. и Жерихин И.П. Надежность электрических машин. JL: Энергия, 1976.

24. Калявин В.П. Основы теории надежности и диагностики: Учебник. СПБ.: Элмор, 1998.

25. Калявин В.П., Рыбаков JI.M. Надежность и диагностика элементов электроустановок: Учебное пособие. СПБ.: Элмор, 2009.

26. Калявин В.П., Мозгалевский A.B., Галка B.JI. Надежность и техническая диагностика судового электрооборудования и автоматики: Учебник. — СПБ.: Элмор, 1996.

27. Калявин В.П., Мозгалевский A.B. Технические средства диагностирования. JL: Судостроение, 1984.

28. Калявин В.П., Нгуен Ван Чьен, Та Тхань Хай, Нгуен Тиен Тханг, Нгуен Хыу Тинь. Диагностическая модель дизель-генератора гребной электрической установки переменного тока // Изв. "СПбГЭТУ".Вып. 6-2011. С. 56-61.

29. Кеоун Дж. OrCAD Pspice. Анализ электрических цепей/ М.: ДМК Пресс; СПБ.: Питер, 2008.

30. Клемперт А.Н. Надежность и техническая диагностика электроустановок. — Екатеринбург. : Изд-во Екатеринбург. — 2007.

31. Климанов О.Н., Терещенко В.В., Фрейдзон Е.З. Расчет переходных процессов асинхронного двигателя в фазных координатах./ТВопросы судостроения, сер. Судовая электроника и связь, 1976г., вып. 13

32. Климов E.H., Попов С.А., Сахаров В.В. Идентификация и диагностика судовых технических систем. JL: Изд-во Судостроение, 1978.

33. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. — 2-е изд. Перераб. и доп. — М.: Энергоатомизд, 2001.

34. Кончаков Е.И. Техническая диагностика судовых энергетических установок: учеб. пособие. Владивосток.: Изд-во ДВГТУ, 2007.

35. Королева Т.Н. Настройка и испытания судовоно электрооборудования. СПБ.: Изд-во СПБГЭТУ, 2006.

36. Коршунов Л.П. Энергетические установки промысловых судов: Учебник. — Л.: Судостроение. 1991.

37. Кузнецов В.А. Судовые ядерные энергетические установки: Учебник. — Л.: Судостроение, 1989.

38. Лабзин М.Д. Судовые электроприводы с шаговыми электродвигателями. Л.: Изд-во Судостроение, 1971.

39. Лотоцкий КВ. Электрические машины и основы электропривода. М.: Изд-во Колос, 1964.

40. Мирошников А.Н., Румянцев С.Н. Моделирование систем управления технических средств транспорта. Учебное изд-ние. ГЭТУ. СПБ.: Элмор, 1999.

41. Мозгалевский A.B., Калявин В.П. Системы диагностирования судового оборудования: учеб. пособие. Л.: Судостроение, 1987.

42. Мозгалевский A.B., Калявин В.П., Костанди Г.Г. Диагностирование электронных систем/ Под ред. A.B. Мозгалевского. Л.: Судостроение, 1984.

43. Мозгалевский A.B., Койда А.Н. Вопросы проектирования систем диагностирования. -Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. Отд-ние, 1985.

44. Мэзон С. и Циммерман Г. Электронные цепи, сигналы и системы: Перевод с английского — Канд. техн. наук A.A. Соколова и И. В. Соловьева. М.: Изд-во Иностранная литература 1963.

45. Мясников Ю.Н. Надежность и техническая диагностика судовых энергомеханических систем (НТДИКА). СПБ.: ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 2008.

46. Нгуен Ван Чьен. Анализ диагностической модели ГЭУ методом чувствительности функции передачи // Сборн. Труд. «СПбИТМО». Вып. 4/2011. С.245-246.

47. Нгуен Ван Чьен, Нгуен Тиен Тханг. Диагностическая модель дизель-генератора гребной электрической установки переменного тока // Изв. "СПбГЭТУ".Вып. 52010. С.85-92.

48. Нгуен Ван Чьен. Анализ ГЭУ как объекта диагностирования // Материалы XXVIII меж. межвуз. школы-семинара. «Методы и средства диагностики в технике и социуме», 3-8 октября. Ивано-франковск, 2011.

49. Полонский В.И. Гребные электрические установки. Л.: Изд-во Морской транспорт, 1958.

50. Портнягин H.H., Пкжке Г.А. Теория и методы диагностики судовых электрических средств автоматизации. — Петропавловск — Камчатский.: Камчат ГТУ, 2003.

51. Правила классификации и постройки морских судов. Российский Морской Регистр Судоходства, Т. 1-2, 1999.

52. Преобразователи частоты для асинхронных двигателей Altivar 71, Каталог 05, Telemecanique.

53. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств Designlap 8.0. -М.: Изд-во Солон-Р, 2000.

54. Ремезовский В.М., Токарев Л.Н. Переходные процессы в электроэнергетических сисгемах промысловых судов: Учеб. пособие для спец. 180900 " Электрооборудование и автоматика судов (эксплуатация)". — Мурманск, 1996.

55. Розенвассер E.H., Юсупов P.M. Методы теории чувствительности в автоматическом управлении. Л.: Изд-во Энергия, Ленингр. отд., 1971.

56. Розенвассер E.H. Периодически нестационарные системы управления. М.: изд-во Наука, 1973.

57. Розенвассер E.H. Чувствительность систем управления. Розенвассер E.H., Юсупов P.M.-М.: Наука, 1981.

58. Рукавишников С.Б. Автоматизированные гребные электрические установки: Учебник. 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1983.

59. Сазонов Г.Г. Идентификация и диагностика систем. Учебное пособие для студентов специальности 210100 Управление и информатика в технических системах. — М.: Изд-во МГОУ, 2005.

60. Самосейко В.Ф. Теоретические основы управления электроприводом: Учебное пособие. СПБ.: Элмор, 2007.

61. Свиридеинко П.А., Шмелев А.Н. Основы автоматизированного электропривода. Учеб. пособие для вузов по спец. «Автоматизация и комплексная механизация процессов легкой и текстильной промышленности». М.: Высш. школа, 1970.

62. Соколовский .Г. Г. Теория и системы электропривода (электроприводы переменного тока): Учеб. Пособие. СПБ.: Изд-во СПБГЭТУ, 1999.

63. Сюбаев М.А., Хайкин А.Б., Шеинцев Е.А. Аварии и неисправности в судовых электроустановках. 2-е изд., перераб. и доп. — JL: Судостроение, 1980.

64. Ткаченко А.Н. Судовые системы автоматического управления и регулирования. Учебное пособие. — JL: Судостроение, 1984.

65. Токарев JI.H. Математическое описание машин и регуляторов судовой электроэнергетической системы переменного тока. Учебное пособие. Д.: Береста, 1990.

66. Токарев JI.H. Синхронные генераторы "Теория и практика расчетов переходных процессов и статических характеристик". СПБ.: Береста 2002.

67. Токарев JI.H. Судовая электротехника и электромеханика/ Токарев Л.П. — СПБ.: Береста, 2006.

68. Толшин В.И., Сизых В.А. Автоматизация судовых энергетических установок: Учебник. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Рконсульт, 2003.

69. Туганов М.С. Судовой бесконтактный электропривод./ Издание второе, дополненное и перераб. Л.: Судостроение, 1978.

70. Туганов М.С. Гребные электрические установки./ Справочник. Л.: Судостроение, 1975.

71. Уваров Ю.Н., Андрезен В.А., Голдберг М.Э., Городущенко B.II. Автоматизация судовых энергетических. 2-е изд., перераб. и доп. - СПБ.: Судостроение, 1993.

72. Фираго Б.И. Теория электропривода: Учеб. пособие/ Б.И Фираго, Л.Б. Павлячик. -Мн.: ЗАО Техноперспектива, 2004.

73. Черноруцкий И.Г. Методы оптимизации в теории управления: Учебное пособие. -СПБ.: Питер, 2004.

74. Чиликин М.Г., Сандлер A.C. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. 6-е изд., доп. и перераб. - М.: Энергоиздат, 1981.

75. Чиликин М.Г., и др. Теория автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов/ Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер A.C. М.: Энергия, 1979.

76. Хайкин А.Б. Автоматизированные гребные электрические установки. — М.: Транспорт, 1968.

77. Ясаков Г.С. Корабельные электроэнергетические системы. СПБ.: BMA, 1999