автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Модели, методы и средства для оценки механического состояния скользящего контакта электрических машин

На правах рукописи 003457334

Саблуков Виталий Юрьевич

МОДЕЛИ, МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ДЛЯ ОЦЕНКИ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

МАШИН

Специальности 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

12

Томск-2008 0

003457334

Работа выполнена на кафедре электропривода и электрооборудования Томского политехнического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Качин С. И.

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Боровиков Ю. С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Плохое И. В.

Ведущая организация: ООО Научно-производственное предприятие «Томская электронная компания», г. Томск

Защита диссертации состоится «26» декабря 2008 года в 15-00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.11 при Томском политехническом университете в ауд. 217 8-го учебного корпуса по адресу: 634034, г. Томск, ул. Усова, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского политехнического университета, по адресу: 634034, ул. Белинского, 55 или на сайте: vvvvvv.lib.lDu.ru

Автореферат разослан «¿У» ноября 2008 года.

Ученый секретарь

совета по защите докторских и

кандидат технических наук, доцент Орлов Ю. А.

кандидатских диссертаций, K.'i.ii.. доцент

Ю. Н. Дементьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы. Коллекторные электродвигатели являются широко-регулируемыми машинами и используются современной промышленностью там, где необходимы большая перегрузочная способность и регулирование частоты вращения. Основной проблемой эксплуатации этого типа машин является проблема обеспечения коммутационной устойчивости.

Существенное влияние на процесс коммутации и на коммутационную устойчивость оказывает механическое состояние скользящего контакта (СК). Однако существующим методам и приборам для оценки этого параметра присущ ряд недостатков, которые значительно искажают действительные данные.

Более 30 % отказов в эксплуатации машин постоянного тока общепромышленного применения происходят из-за неисправностей коллекторно-щеточного узла (КЩУ), а в крупных прокатных двигателях 44...46%. В малых коллекторных машинах выходы из строя КЩУ составляют 34...48 % от общего числа отказов машин. Па долю щеточно-контактного аппарата турбогенераторов от 200 до 800 МВт приходится до 20% отказов, а применение бесщеточных систем возбуждения не позволяет снять остроту проблемы, поскольку частота отказов у них не меньше.

Мониторинг и диагностика состояния узла токосъема электрической машины (ЭМ) позволяют проводить ремонт исходя из текущего состояния объекта контроля, что существенно снижает эксплуатационные расходы и повышает надежность работы.

По проблеме диагностики СК и надежности ЭМ выполнено множество экспериментальных и теоретических исследований. Большой вклад в изучение данных проблем внесен рядом ведущих специалистов и научных коллективов: В. Д. Авиловым, Р. Ф. Бекишсвым, М. Л. Дридзо, В. 11. Забойным, Л. Я. Зшшсром, С. И. Качиным, А.А.Козловым, В.И. Нэллиным, И.В. Плоховым, А. И. Скороснешкипым, И.И. Туктаевым, В. В. Харламовым и многими другими.

Разработка новых конструкций коллекторных ЭМ, высокие скорости их вращения, воздействие внешних механических факторов и работа машин при критических параметрах ставят задачу объективной оценки механических факторов, обуславливающих качество коммутации.

Поддержание требуемого уровня функционирования электрических машин в процессе эксплуатации возможно путем совершенствования систем технического обслуживания па основе проведения мероприятий по контролю текущего состояния ответственных узлов, прежде всего-КЩУ.

Таким образом, разработка более совершенных методов, приборов контроля и диагностики механического состояния СК ЭМ является актуальной проблемой.

Цель и задачи исследования. Целыо работы является разработка комплекса расчетных моделей и практических устройств для оценки механического состояния СК ЭМ.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- разработать метод восстановления ирофиля коллектора по перемещениям щетки в колодце щеткодержателя;

- разработать метод выделения из измеренного сигаала истинного профиля коллектора и вибрации вала двигателя в радиальном направлении;

- разработать метод оценки состояния CK ЭМ в неустановившихся режимах работы, основанный на анализе нестационарных сигналов;

- разработать автоматизированный двухканальный диагностический комплекс нового поколения для оценки механического состояния CK и подшипниковых узлов ЭМ в динамических режимах работы;

- разработать роулируемый электропривод разгонной установки диагностического комплекса с адаптивным регулятором;

- провести экспериментальные исследования с целью подтверждения предложенных методов и математических моделей на модельных установках и реальных ЭМ.

Методы исследования. Поставленные задачи решались с применением методов математического и компьютерного моделирования, регрессионного и спектрального анализов, вейвлет преобразования, дифференциального и инте-фальпого исчислений. В процессе расчетов, имитационного моделирования и анализа математических зависимостей применялись специализированные пакеты программ MATI.AB/Simulink, MathCAD 14, электронные таблицы Excel. Разработка оригинальных программных продуктов осуществлялась в средах Atmcl AVR Studio 4 и Borland Delphi 7.0. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных установках и реальных ЭМ. Паучкам новизна.

- предложен метод восстановления профиля коллектора по перемещениям щетки в колодце щеткодержателя и определения механических параметров узла скользящего токосъема на основе интегрального уравнения Вольтера;

- предложен метод разделения сигнала бесконтактного нрофиломсгра на профиль коллектора и паразитные вибрации, основанный на спектральном анализе измеренного сигнала и последующей идентификации составляющих по их частотам в спектре;

разработаны структура и модель регулируемого электропривода разгонной установки диагностического комплекса с адаптивным регулятором, реализующие обратную связь по скорости на основе сигнала профило-метра;

- получен специальный вейвлет, позволяющий с наибольшей эффективностью анализировать состояние CK на основе профилометрических данных в различных режимах работы ЭМ.

Ирак I ичсскаи значимость.

разработаны алгоритмы и созданы компьютерные пренраммы аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений аппарат-

но-программного комплекса для диагностирования механического состояния СК ЭМ в различных режимах работы;

- разработан регулируемый электропривод разгонной установки диагностического комплекса с адаптивным регулятором, позволяющий расширить функциональные возможности комплекса в части передачи данных в режиме реального времени;

- создан автоматизированный двухканальный диагностический комплекс с расширенными функциональными возможностями для оценки механического состояния СК ЭМ;

- разработана компьютерная программа, позволяющая восстанавливать профиль коллектора по перемещениям щетки в колодце щеткодержателя;

- разработаны алгоритмы и создана компьютерная программа, позволяющая проводить идентификацию компонент спектрограммы по их частотам.

Основные положения, выносимые на защиту.

- математическая модель для восстановления профиля коллектора по перемещениям щетки в колодце щеткодержателя и определения механических параметров узла скользящего токосъема;

- метод разделения сигнала бесконтактного профилометра на профиль коллектора и паразитные вибрации, основанный на спектральном анализе измеренного сигнала и последующей идентификации составляющих по их частотам в спектре;

- специально синтезированный вейвлет, позволяющий анализировать колебания СК на основе профилометрических данных в различных режимах работы ЭМ;

- автоматизированный двухканальный диагностический комплекс с расширенными функциональными возможностями для оценки механического состояния СК ЭМ.

Реализация результатов работы. Выполнение ряда задач диссертационной работы осуществлялось в соответствии с государственным контрактом № 02.442.11.7107 от 26 октября 2005 г. в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» на 2002-2006 годы».

Диагностический комплекс для бесконтактного контроля профиля вращающихся частей машин в статических и динамических режимах их работы внедрен в АО «Устькаменогорская ТЭЦ» (г. Усть-Каменогорск, Казахстан) и прошел испытания в ОАО «Бурейская ГЭС» (п. Талакан, Амурская область).

Двухканальный аппаратно-программный диагностический комплекс «Микрокон М» внедрен на Автозаводской ТЭЦ (г. Нижний Новгород), имеющей установленную мощность 580 МВт.

Использование материалов диссертационной работы предприятиями подтверждено актами о внедрении и испытании, представленными в приложении.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на международном научном симпозиуме «The 8th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology» (Tomsk, 2004); на XI, XIII и XIV международных научно-практических конференциях «Современные

техника и технологии» (Томск, 2005, 2007 и 2008); на второй научно-технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» (Новосибирск, 2005); на международных научно-технических конференциях «Электромеханические преобразователи энергии» (Томск, 2005, 2007); на V международной конференции «Автоматизированный электропривод» (Санкт-Петербург, 2007); на XVII научно-технической конференции «Электронные и электромеханические системы и устройства» (Томск, 2006); на научных семинарах кафедр «Электропривода и электрооборудования» и «Электрические машины и аппараты» Томского политехнического университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах по списку ВАК, 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ и 1 отчет по НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех основных разделов, заключения, выполнена на 135 страницах машинописного текста, содержит 63 страницы иллюстраций, список литературы из 144 наименований на 18 страницах и приложений на 3 страницах. Общий объем диссертации составляет 159 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель работы, основные задачи, научная новизна и практическая ценность исследований.

В первой главе проведен обзор современного состояния работ в области оценки механического состояния СК.

Для динамического контроля профиля коллекторов применимы оптический. радиолокационный, емкостный, электростатический и вихретоковый методы бесконтактного измерения перемещений. Наиболее широкое признание получил метод вихретокового контроля, который характеризуется высокой стабильностью результатов измерений, помехоустойчивостью к магнитным и электрическим полям машины, простотой реализации, надежностью и сравнительно низкой стоимостью аппаратуры.

Основным недостатком вихретокового датчика является зависимость его показаний от температурных изменений здектропронодностн материала коллектора и недостаточная разрешающая способность. В целях улучшения разрешающей способности датчика, повышения его чувствительности к зазору, уменьшения чувствительности к колебаниям электропроводности материала коллектора необходимо использовать термостабильные марки ферритов и увеличивать рабочую частоту до 5 МГц и выше.

Помимо указанных погрешностей существуют температурная погрешность. погрешности, обусловленные неидентичностью установки датчика и различием удельных сопротивлений коллекторных пластин, которые могут бьпь устранены при использовании метода базовой коррекции результатов измерений. основанного на допущении линейности выходной характеристики

профилометра в заданном диапазоне изменений температуры окружающей среды и удельного электрического сопротивления контролируемых поверхностей.

К недостаткам рассмотренных диагностических комплексов для оценки механического состояния СК можно отнести: наличие лишь одного измерительного канала, в связи с чем в сигнале присутствуют погрешности, обусловленные вибрациями в направлении коллектора; отсутствие возможности передавать результаты измерений в режиме реального времени; невозможность хранить в памяти профилограммы за несколько оборотов; необходимость размещения на исследуемой электрической машине датчика синхронизации для реализации методики базовой коррекции измерений, что усложняет применение диагностической системы.

Главным образом механические условия контактирования щетки с коллекторным» пластинами определяют радиальные и тангенциальные колебания щетки. Радиальные колебания щеток описываются дифференциальным уравнением, с различными способами учета профиля коллектора, силы трения, контактной жесткости и др. Общим недостатком рассмотренных математических моделей является то, что описание КЩУ имеет допущение в виде единичного щеточного перекрытия.

До настоящего времени не проводились теоретические исследования, в которых по перемещениям щеток производится оценка профиля коллектора и качества работы КЩУ в целом, позволяющие подтвердить использование колебаний щеток, как диагностического сигнала для оценки качества работы КЩУ и определения уровня искрения щеток машины.

Одной из главных причин вибраций вала в направлении коллектора являются дефекты подшипников качения. Для оценки состояния подшипникового узла применяют различные методы, наиболее широкое применение получили спектральные методы анализа, позволяющие определять тин дефекта подшипника и этап его развития.

На основе проведенного анализа поставлены задачи диссертационных исследований.

Вторая глава посвящена разработке модели, описывающей колебательный процесс КЩУ с любым щеточным перекрытием; созданию метода выделения из измеренного сигнала профиля коллектора и вибраций в его направлении, основанного на спектральном анализе, а также синтезу оптимального вейвлета для анализа колебаний СК в различных режимах работы, включая нестационарные, на основе профилометрических данных.

В колебательной системе КЩУ (рис. 1) источниками возбуждения колебаний являются вибрация коллектора вместе с якорем, вибрации корпуса электрической машины и внешние возмущения со стороны объекта носителя.

Система описывается нелинейным дифференциальным уравнением:

где т - масса электрощетки; к, - жесткость пружины; к2 - жесткость контактного слоя; //sign f .у) - сила трения; у - смещение электрощетки, s(t) - профиль

Решение нелинейного уравнения (1) наиболее часто используемой модели (рис. 1), как правило, находят в линейном приближении

i"y+CHy+(kt + кг)у = k2s(t),

где Сн - коэффициент, определяемый по функции распределения полигармонического процесса.

Уравнение (2) позволяет решить «прямую» (определение смещения щетки у) и «обратную» (определение профиля коллектора s(t)) задачи при единичном щеточном перекрытии. Однако

при определении у и у возникают трудности, связанные с присутствием в экспериментально определяемом профиле коллектора s(t) шумов. Автором предложен способ решения уравнения (2), который позволяет избавиться от данного недостатка.

Используя принцип Дюамеля дифференциальное уравнение (2) можно записать в виде интегрального уравнения Вольтера при любой форме внешнего воздействия s(t) на динамическую систему:

y(t) = \s(z)-í-h(t-x)dz, (3)

о dT

где h(t) - переходная функция, определяемая при единичном внешнем воздействии í(/) = 1. В переходной функции h(i) содержится вся информация о коэффициентах т,С1Пк,,к2 уравнения (2). Величины y(t) или s(i) всегда можно измерить экспериментально с определенной степенью точности. Следовательно, интегральное уравнение позволяет решить несколько задач:

- определить переходную функцию h(t) при известных функциях y(t) и 5(0, с последующим определением коэффициентов т, С„, к,, кг;

- определить функцию колебания щеток у(0 при известных функции профиля коллектора s(í) и переходной функции h(t) - «прямая» задача.

- определить профиль коллектора s(t) при известных функции колебания щетки 1(0 и переходной функции А(0 - «обратная» задача;

Алгоритм решения включает следующие этапы:

1) Запишем интегральное уравнение (3) относительно переходной функции h(t). считая, что функции у(1) и s(t) известны из эксперимента:

коллектора.

* ^

Рис. 1. Колебательная система КЩУ

I ¿т

2) Определим аналитический вид переходной функции А(г) системы и ее

производной ^^, а также соотношения, связывающие переходную функцию и <Л

коэффициенты т,Сн, кг

Л(') = 4 ехМО + 4 ехрСЛО + в > гдеЛьЛ2) В - коэффициенты уравнения регрессии.

3)Из функциональной зависимости Щг)=—определяем Л,, А^в, ис-

т

пользуя уравнения нелинейной регрессии на дискретном множестве точек.

4) Решение системы нелинейных уравнений регрессии дает величины А,, Л2, Л„ Аг, с помощью которых определяются коэффициенты т, С„, к„

Для определения и .у при известном щеточном перекрытии Рщ>1, автором предложен следующий алгоритм. При решении «прямой» задачи в статическом режиме: положение щетки в данный конкретный момент определяется, как значение профиля коллектора максимально выступающей ламели, из находящихся под щеткой (рис. 2, а). Допуская, что жесткость контактного слоя постоянна, в динамическом режиме определяем у из уравнения (3), принимая в качестве полученную при помощи алгоритма характеристику 2 (рис. 2, а).

у 5 икм у * ыьм

Рис. 2. Определениечу при известном щеточном перекрытии рщ>1: а) решение «прямой» задачи; б) решение «обратной» задачи; I - профиль коллектора; 2 - возмущение на щетку; 3 - восстановленный профиль коллектора

При решении «обратной» задачи в статическом режиме, подъем щетки будем интерпретировать, как подъем передней грани щетки на ламель, а опускание щетки как сход ее заднего края с ламели (рис. 2, б). В динамическом режиме после определения ¿(0 из уравнения (3), восстанавливаем профиль коллектора согласно предложенному алгоритму.

Автором предложен метод разделения сигнала бесконтактного профило-метра на профиль коллектора и паразитные вибрации. Метод основан на спектральном анализе измеренного сигнала и последующей идентификации составляющих по их частотам в спектре.

На первом этапе получаем сигнал профилометра и определяем вершины коллекторных пластин в соответствии с заданными параметрами: количество оборотов, количество точек, частота дискретизации, частота вращения.

Для получения сигнала профилометра необходимо определить параметры измерения - частоту дискретизации /д и количество выборок N. Частота дискретизации определяется по выражению: /д где И0 ~ количество выборок, приходящееся на один оборот коллектора, /0 - частота вращения. Количество выборок определяется по выражению: N = , где Ион - количество оборотов. В свою очередь Ы0 вычисляется, как = Млпл, где Ыл - количество ламе-лей коллектора, пл - количество точек необходимое для определения вершины ламели.

На втором этапе, воспользовавшись прямым преобразованием Фурье, получаем матрицу коэффициентов Фурье ск , при записи ряда в комплексной форме или при записи в простой форме: ак, Ьк - коэффициенты косинуса и синуса соответственно, где к - номер коэффициента. Для получения спектрограммы необходимо воспользоваться соотношениями, связывающими относительные единицы коэффициентов с амплитудами Ак и частотами

и

2

\

N N.

На рис. 3 представлен пример спектра.

;м На третьем этапе проводим

идентификацию составляющих сигнала по их частоте. Как видно из рис. 3 в спектре присутствуют / компоненты сигнала 1 на частотах,

/ / кратных оборотной частоте:

/,«. = ¥о ■ Амплитуды этих частот характеризуют геометрию коллек-. . .'¡4 1 ( тора: к = 1 - эксцентриситет, к = 2

200 1 1 ' Гц - овальность, к = 3 - трехгран-

„ , „ ностьит.д.

Рис. 3. Спектр измеренного сигнала

Составляющие 2 появляются в спектре вследствие вибраций в направлении коллектора. Если из измеренного сигнала убрать эти компоненты спектра, то получится сигнал, соответствующий реальному профилю коллектора. Для этого необходимо воспользоваться обратным преобразованием Фурье, предварительно исключив из спектра паразитные частоты. Некоторые из частот 2 составляющих спектра соответствуют подшипниковым частотам.

На последнем этапе профилограмму коллектора получаем восстанавливая сигнал по всем компонентам с частотами /,„,,. Биение коллектора вычисляется как разность между максимальной и минимальной высотами ламелей.

11ри определении перепадов между соседними ламелями из такой профи-лограммы возникает погрешность, связанная с геометрией коллектора, которая может в несколько раз превышать реальные перепады. Поэтому вычисление разности высо! коллекторных пластин следует проводить по профилограмме.

полученной путем восстановления из спектра но составляющим с частотами /ко„, при к>3, тем самым устраняя влияние эксцентриситета и овальности. Таким образом, разработанный метод позволяет:

- сепарировать измеренный сигнал на профиль коллектора и паразитные вибрации;

- проводить оценку того, как меняется относительный вклац той или иной гармоники при изменении условий измерений (скорости вращения, температуры и т.п.);

- определять тип дефекта подшипникового узла, а также этап его развития, на основе существующих статистических данных о дефектах.

В динамических режимах работы ЭМ существуют моменты неустановившейся работы, связанные с изменением частоты вращения или внешнего воздействия (например, временные вибрации, или моменты сверления дрели и ударов перфоратора). Оценка механического состояния СК в этих режимах существующими методами спектрального анализа невозможна, т.к. сигнал является нестационарным.

Для анализа нестационарных сигналов, в отличие от традиционно применяемого преобразования Фурье, предпочтительным является использование вейвлет-разложения. Локальные свойства вейвлет-разложения обеспечивают двумерную развертку исследуемого сигнала и позволяют увидеть динамику изменения частоты и амплитуды во времени. Интегральное вейвлет-преобразование:

[--^(ОД/У/, (4)

4 >/4

где IV р) - коэффициенты вейвлет-преобразовапия, ч>,М)=

\ $

вейвлет, 1/(1) - функция-прототип, 5 - масштабный коэффициент, р - параметр сдвига,/(У - раскладываемая функция.

Для разложения сигнала в вейвлет-базис необходимо синтезировать оптимальный вейвлет. При этом воспользуемся двумя критериями:

1. Критерий локализации, который отражает сосредоточенность вейвлета в частотно-временном пространстве:

ДхАА- > —, А^И^-*?* (5)

2 \\у/(х)\ ей 4к

2. Энтропийный кри терий, который отражает некий принцип «похожести» приближаемой и приближающей функций.

¿• = -ЕЫг1ое(К|2),Я->т1п (6)

Для анализа сигнала удобнее конструировать биортогональный вейвлет, т. к. ортогональные вейвлеты обладают меньшей гладкостью и являются не симметричными. Воспользовавшись одной из технологий синтеза вейвлстов автором была получена группа биортогопальпых вейвлстов. Из полученной фуп-пы, был выбран вейвлеч (рис. 4), который наилучшим образом подходит для

анализа профилей коллекторов ЭМ, полученных в ходе экспериментов и удовлетворяет кри териям (5) и (6).

у .. 0.5 >'■<51. { V " 4 2 у. ел.

0 -0.5 \ 1 / ......................... 0 У . 1_ ^ у.ед.

X X

а) 6)

Рис. 4. Синтезированный биортогонадьный вейвлет: а) вейвлет разложения сигнала; б) вейвлет восстановления сигнала

На рис. 5, б приведена частотно-временная картина распределения абсолютных значений коэффициентов вейвлет-разложеиия для профиля коллектора, снятого за несколько оборотов (рис. 5, а), на которой виден нестационарный режим работы коллектора.

Представленные характеристики позволяют оцепить не только то, как изменилась скорость вращения, но и проследить относительный вклад (амплитуду) той или иной частоты 1! любой момент времени, что невозможно при оценке с помощью спектрального анализа, дающего усредненные характеристики на рассматриваемом временном интервале.

Основным ограничением при реализации предложенных методов является невозможность существующих диагностических систем, предназначенных для контроля состояния профиля коллектора, получать профилограмму непрерывно на заданном временном интервале. В связи с этим, является актуальной разработка аппаратно-программного комплекса, позволяющего проводить измерения за заданное оператором количество оборотов.

1$ третьей главе рассматриваются принципы проектирования аппаратно-программного комплекса с учетом требований, предъявляемых для реализации разработанных моделей и методов, а также вспомогательного оборудования и способов для тестирования метрологических характеристик измерительных устройств. Описаны разработанные бесконтактный ирофилометр, микропроцессорный модуль для оцифровки измеренного сигнала и коммуникации, а

6)

Рис. 5. Профиль коллектора ЭМ: а) изменение во времени; б) вейвлет-разложепие

также программное обеспечение для управления процессом измерения и обработки данных.

В состав современных аппаратно-программных комплексов для оценки механического состояния СК ЭМ, как правило, входят:

- один или несколько бесконтактных профилометров;

- устройства, позволяющие оцифровывать сигналы и передавать данные в персональный компьютер (ПК);

- ПК для хранения и анализа измеренных данных.

В случае испытательного комплекса, система должна быть дополнена разгонной установкой для проверки диагностируемого объекта в динамических режимах. Кроме того, необходимо наличие электроприводов (ЭП) перемещения измерительного датчика и регулируемог о ЭП разгонной установки.

Па рис. 6 представлен внешний вид одноканального аппаратно-программного комплекса, разработанного при участии автора.

Проверка метрологических характеристик профилометра является неотъемлемым этапом перед его использованием. Тестирование прибора можно разделить на несколько э тапов:

- проверка линейности выходной характеристики при различных температурах контролируемого объекта;

- проверка показаний в статическом режиме (сравнение с данными, полученными при помощи микрометрических головок или других средств измерений);

- проверка диаграммы направленности (локальности элек- Рис. 6. Общий вид диагностического тромагнитного поля); комплекса

- проверка прибора в динамическом режиме работы. Представленный комплекс позволяет проводить проверку метрологических характеристик профилометра - снимать выходную характеристику всего за несколько секунд, т.к. датчик перемещается при помощи шагового двигателя (ШД). Такой способ является хорошей альтернативой использования тариро-вочпой установки и позволяет сэкономить время при настройке прибора.

На рис. 7 представлена функциональная схема бесконтактного профилометра, где Г - генератор импульсов, К - буфер, ИД измерительный датчик, АД амплитудный детектор, УС1, УС2 - усилители сигнала.

ИД представляет собой

—----- | АД11---------

--УС2

-Г'

'КС.

—52 |—ид ]—^ Адг|—>| ус1

7. Функциональная схема профилометра

щелевой вихретоковыи датчик с узколокальным полем и магни-тонроводом из тсрмостабилыю-10, высокочастотного феррита. Данный датчик относится к

трансформаторному тину, вторичной обмоткой которого является контролируемая нонсрхность из электропроводящего материала.

Исследование динамических характеристик бесконтактного профиломет-ра проводилось на разгонной установке. В качестве объекта исследования использовались тестовые медные кольца с заданным профилем. На рис. 8, а приведены осциллограммы профиля кольца с заданной высотой пластин. Для проверки диаграммы направленности (рис. 8, б) было изготовлено кольцо с пластинами одинаковой высоты и различной ширины (от 2 мм до 5 мм).

lek Jl, ©stop мгммок measure

..............^ ........... СЧ1

Max

sm

CHI Min 7.02V CHI P1--PÜ 2,28 V CH2 Ma< S.60V CH2 Min

4 O.DOV

CH1+50ttuV СИ2 5Ш M 5.00ms ' CHI / 3«V 23-Jun-07 12:00 <10H!

. a) 6)

Рис. 8. Осциллограммы тестовых колец: а) кольцо с заданной высотой пластин; б) кольцо с пластинами различной ширины

Представленные диаграммы подтверждают метрологические характеристики нрофилометра. Исходя из диаграммы на рис. 8, б бесконтактный профи-ломстр применим для контроля поверхности коллекторов с шириной ламели не менее 2 мм.

Одной из ответственных частей аппаратно-программного комплекса является микропроцессорный модуль (рис. 9), который обеспечивает организацию измерений но заданным параметрам и передает экспериментальные данные в ПК для последующей обработки. Основные технические и функциональные характерис тики диагностического комплекса:

- прием и передача данных но интерфейсу RS-232 со скоростью до 120 Кбит/с, по ин терфейсу USH со скоростью до 6 Мбит/с;

- 14-разрядное аналогово-цифровое преобразование с частотой дискретизации до 1 МГц;

- хранение в ОЗУ до 15000 значений выборок;

- определение частоты вращения но сигналу синхронизации и но сигналу нрофилометра;

Рис. 9. Функциональная схема микропроцессорного модуля

А-„

«в Stop

J.

М Pos: 0.000s

MEASURE ' CHI Mean -6,58V

(äff /-160mV <10Hz

- измерения за заданное количество оборотов и количество выборок (автоматическая развертка сигнала);

- непрерывная оцифровка сигнала (данные с АЦП пересылаются по USB интерфейсу в режиме реального времени на расстоянии до 5 метров);

- возможность работы со сторонними микропроцессорными устройствами посредством интерфейсов USART, SPI, TWI;

- возможность организации параллельной работы двух и более модулей. Рассмотрим основные режимы измерений и работы модуля. Основным является динамический режим измерений. В разработанном

алгоритме микропрограммы есть несколько отличительных особенностей.

Первой из них является автоматическая развертка сигнала, когда измерения проводятся при заданном количестве выборок и за определенное количество оборотов. Частота дискретизации fa определяется следующим выражением:

Л = —/0, где NB - количество выборок; N0 - количество оборотов;^ - частота вращения.

Автором был предложен алгоритм определения скорости вращения коллектора по сигналу с профилометра. Суть алгоритма заключается в следующем. Сначала производится измерение профиля коллектора с заданной частотой дискретизации /э и определенным количеством выборок. Далее выполняется подпрограмма определения вершин ламелей, причем определяется и номер выборки х„ являющейся вершиной.

Ламельная частота/./ определяется следующим выражением:

/„ =--, где к - количество вершин ламелей.

С этой целью был предложен способ определения вершин коллекторных пластин, не требующий сложных вычислений. Сначала массив выборок усредняется при помощи скользящего среднего так, чтобы для любых четырех подряд идущих значений (у„у, ь у,з, у,и), выполнялось условие - наличие только вершины или впадины.

У, < У,* < У,<2 < У,., У, < Уы < У< у„г

Вершина точкау, ,: < у, < у, <>•„,; вершина у, 2,-У,<У^<Уы<У„2 У,.* < У,*1 <У,< У,*I У,*-* <У,< У,-,I < У,*г

Следующей особенностью является алгоритм реализации аналогово-цифрового преобразования. Обычно работа микроконтроллера с АЦП происходит следующим образом: частота дискретизации задается таймером, а сохранение значений в памяти и проверка на завершение в обработчике прерывания для используемого таймера. В качестве условия завершения измерений используется проверка количества сохраненных в памяти выборок. Рассмотренный алгоритм в микроконтроллере ATmega 128 выполняется за 17 тактов и более для сохранения одного значения. Автором предложен алгоритм, который выполняется за 11 тактов. Для реализации этого алгоритма необходимо задействовать два таймер-счетчика: один для формирования сигнала ШИМ для АЦП, второй

для остановки измерений. Обработка по прерыванию была заменена последовательным опросом линии ШИМ в цикле. Таким образом, примененное оригинальное программное решение позволило повысить максимальную частоту дискретизации более чем в 1,5 раза, что улучшает точность измерения профиля коллектора на высоких скоростях вращения.

Одной из главных особенностей микропроцессорного модуля является возможность организации измерений в 2-х канальном режиме. В этом случае для синхронизации измерений первого и второго модулей используется одна из линий ввода-вывода микроконтроллера.

Персональный компьютер в аппаратно-программном комплексе предназначен для управления работой микропроцессорного модуля, приема результатов измерений и их математической обработки. Обменивается ПК с контроллером по интерфейсам RS-232 и USB посредством программы «Диагностирование скользящего контакта электрических машин» реализованной в среде разработки Borland Delphi 7.0.

Для реализации ранее предложенного [1] метода базовой коррекции результатов измерений необходимо в процессе измерений выполнить эталонное перемещение датчика. В связи с тем, что перемещение необходимо осуществлять каждый раз при изменении факторов, влияющих на выходную характеристику (температура, скорость вращения и др.), целесообразно применять перемещение при помощи позиционного ЭП.

Для перемещения измерительного преобразователя бесконтактного про-филометра наиболее подходящими являются ЭП на основе ШД и электромагнитный привод, благодаря невысокому рабочему напряжению, простоте управления, высокой точности и разрешающей способности. В разработанной при участии автора разгонной установке для перемещения датчика используется микрометрический винт, вал которого приводится в движение при помощи ШД ПБМГ-200-265. Линейное перемещение за один шаг составляет 2,5 мкм при шаговом режиме работы ШД и 1,25 мкм при полушаговом режиме работы. При этом точностью позиционирования ± 5 % или 0,125 мкм.

Проведенные исследования показали необходимость при имеющихся в диагностическом комплексе ограничениях (дискретность сигнала скорости, получаемого с профилометра) разработки регулируемого коллекторного ЭП с адаптивным регулятором. Функциональная схема адаптивного ЭП представлена на рис. 10.

Приняты следующие обозначения: ЗС - задатчик скорости; АРС - адаптивный регулятор скорости; СРН -симисторный регулятор напряжения; Д - коллекторный двигатель; ТВД - токовихре-вой датчик; АП - аналоговый преобразователь; ИВЛ - индикатор вершин ламелей; БРС

зс

АРС

СРН

<Di

ФСОС

БРС

ИВЛ

АИ

ТВД

Рис. 10. Функциональная схема адаптивного ЭП

- блок расчета скорости; Ф - фильтр сигнала обратной связи; ФСОС - формирователь сигнала обратной связи.

Созданный регулируемый ЭП разгонной установки позволяет стабилизировать частоту вращения ЭД в широком диапазоне скоростей, что значительно расширяет функциональные возможности диагностического комплекса:

- уменьшается объем передаваемых данных в десятки раз, в связи с уменьшением частоты дискретизации аналого-цифрового преобразования сигнала профилометра (одно измерение на одну коллекторную пластину);

- за счет уменьшения загрузки микроконтроллера микропроцессорного модуля (рис. 9) появляется возможность передачи данных в режиме реального времени по интерфейсу 118-232;

- позволяет удалить автоматизированное рабочее место оператора от исследуемого объекта на расстояние до 100 м (при передаче данных по 118-232), что является одним из требований при работе в производственных условиях.

В четвертой главе в целях подтверждения созданных математических моделей и методов обработки измеряемой информации проведены экспериментальные исследования при помощи разработанного аппаратно-программного комплекса, включающего в себя два бесконтактных профилометра, два модуля оцифровки сигналов, ПК и программное обеспечение для обработки измеряемой информации, разработанное в МАТЬАВ Р.2007а и МаШсас! 14.

Для проверки адекватности математической модели КЩУ был проведен следующий эксперимент. Датчик первого профилометра установлен над коллектором, датчик второго профилометра расположен над одной из щеток таким образом, чтобы фиксировать ее радиальные перемещения. В качестве объекта исследования использовался преобразователь П0-550АФ.

Измерения производились в двухканальном режиме с запуском измерений по фронту сигнала модуля синхронизации и последующей передачей одновременно оцифрованных сигналов с бесконтактных профилометров в ПК (рис. 11). Проведенный эксперимент показал, что микроперемещения щетки могут использоваться в качестве диагностического сигнала для оценки состояния профиля коллектора в случае безотрывного движения. Причем такой сигнал

может быть получен контакт-

Биение. Макс периыяд между «мелями мя»

(Ч -.о: U 9

2Ь, К 104

в N 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 4

Рис. 11. Профиль коллектора П0-550АФ: 1 - измеренный; 2 - восстановленный из перемещений щетки

ным способом, например, при помощи акселерометров, что в некоторых случаях значительно упрощает процесс измерений.

В связи с тем, что подшипниковые дефекты существенно проявляются на высоких скоростях вращения, были проведены экспериментальные исследования профиля коллектора двигателя LG Electronics VCE280E02 на скоростях вра-

щсния до 30000 об/мин. 11о спектру измеренного сигнала (рис. 12, а) видно, что для данного двигателя амплитуда вибраций в направлении коллектора, возникающих из-за дефекта подшипника (частота 230 Гц), соизмерима с эксцентриситетом коллектора (частота 500 I ц). Вели из измеренного сигнала не убрать подшипниковую составляющую, истинный профиль коллектора будет искажен, что н последующем скажется на выводе о состоянии КЩУ. Па рис. 12, б показаны измеренные профили коллектора: на частоте вращения 500 Гц, с вычетом подшипниковой составляющей (1) и в статическом режиме (2).

Рис. 12. Двигатель VCK280H02: а) спектрограмма профиля коллектора; б) профиль коллектора; 1 на частоте вращения 500 Гц, с вычетом подшипниковой составляющей; 2 ■ измеренный в статическом режиме;

В динамических режимах работы электрической машины существуют моменты неустановившейся работы связанные с изменением частоты вращения или внешнего воздействия. Оценка механического состояния СК в этих режимах существующими методами спектрального анализа невозможна, т.к. сигнал является нестационарным. В связи с этим проведены экспериментальные исследования работы ЭД в нестационарных режимах: изменение скорости, сверление и удар перфоратора. Па рис. 13 представлено вейвлет-разложение сигнала, снятого с коллектора перфоратора.

Увеличение скорости вращения электродвигателя перфоратора сопровождается постепенным уменьшением амплитуды на всех частотах до перехода в установившийся (стационарный) режим работы.

При работе перфоратора в режиме удара более чем в 2 раза возрастает рябо« перфоратора амплитуда биения, в то время

как амплитуда высокочастотных составляющих увеличивается более чем в 5 раз.

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования показали адекватность разработанного математического аппарата. По Рис. 13. Вейилст-разложснис профиля коллектора перемещениям щетки в ко-перфоратора лодце щеткодержателя можно

оценивать механическое состояние СК в случае безотрывного движения. Но спектрам измеренного сигна-

(иоппрпый режим

ла можно оценить относительный вклад той или иной составляющей при изменении условий работы ЭМ. Оценка состояния СК в неустановившихся режимах работы ЭМ может проводиться по картинам коэффициентов разложения, полученных при помощи синтезированного вейвлета.

Заключение

В работе получены следующие результаты:

1. Предложен метод определения перемещения щетки по механическому состоянию профиля коллектора и восстановления профиля коллектора ЭМ по микроперемещениям щетки. На основе интегрального уравнения Вольтера получен алгоритм, позволяющий определить переходную функцию динамической системы - КЩУ, содержащую информацию о механических параметрах СК -т, кь к2, Н.

2. Разработан и изготовлен автоматизированный двухканальный диагностический комплекс для дистанционного контроля механического состояния КЩУ, отличающийся высокой точностью измерений благодаря применению оригинальных конструкций токовихревых датчиков, цифровой обработке измеряемых сигналов и использованию метода поламельной базовой коррекции.

3. Разработаны структура, модель и опытный образец регулируемого электропривода разгонной установки диагностического комплекса с адаптивным регулятором и обратной связью по скорости на основе сигнала профило-метра, позволяющие расширить функциональные возможности комплекса в части передачи данных в режиме реального времени.

4. Предложен метод разделения сигнала бесконтактного профилометра на профиль коллектора и паразитные вибрации, основанный на спектральном анализе измеренного сигнала и последующей идентификации составляющих по их частотам в спектре, позволяющий по наличию и уровню подшипниковых частот в спектре измеренного сигнала проводить оценку технического состояния подшипниковых узлов ЭМ.

5. Разработана методика и на ее основе синтезирован вейвлет, позволяющий по вейвлет-разложению оценить состояние СК в различных режимах работы ЭМ.

6. Проведены экспериментальные исследования, доказавшие правомерность использования микроперемещений щетки в качестве диагностического сигнала для оценки состояния профиля коллектора, а также состоятельность предложенного метода сепарирования сигнала бесконтактного профилометра на основе спектрального анализа.

Основное результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Боровиков, Ю. С. Методика базовой коррекции измерений профилей коллекторов электрических машин / Ю. С. Боровиков, С. И. Качин, В. К>. Саблуков // Известия Томского политехнического университета. -2007. - Т. 310. - № 3. - С. 99-102.

2. Саблуков, В. Ю. Определение параметров электрощетки колебательной системы коллекторно-щеточного узла электрической машины / В.Ю. Саблуков, Ю.С. Боровиков, Ю.Н. Исаев // Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2008. - №7-8/1. - С. 24-28.

3. Исаев, Ю. Н. Вейвлет обработка и интерпретация измерений профиля коллектора электрической машины / Ю.Н. Исаев, Ю.С. Боровиков, В.Ю. Саблуков // Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2008. -№9-10/2.-С. 34-39.

4. Саблуков, В. Ю. Диагностирование механического состояния скользящего контакта электрических машин / В. Ю. Саблуков // Современные техника и технологии СТТ2005: Труды XI международной науч.-практ. конф.. - Томск, 2005. - С. 89-91.

5. Саблуков, В. Ю. Методика оценки технического состояния скользящих контактов и подшипниковых узлов электрических машин /

B. Ю. Саблуков // Электромеханические преобразователи энергии: Труды международной науч.-технич. конф.. - Томск, 2007. - С. 82-84.

6. Качин, С. И. Программа управления бесконтактным профилометром /

C. И. Качин, Ю. С. Боровиков, М. А. Нечаев, В. Ю. Саблуков // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006610838.

7. Саблуков, В. Ю. Исследование вибраций коллекторно-щеточного узла электрических машин с применением средств микропроцессорной техники / В. Ю. Саблуков, Ю. С. Боровиков, С. И. Качин // Электротехника, электромеханика и электротехнологии: Труды второй науч.-техн. конф.. с международным участием. - Новосибирск, 2005.-С. 10-13.

8. Боровиков, Ю. С. Комплекс дистанционного контроля механического состояния формы и размеров ответственных элементов машин и механизмов / Ю. С. Боровиков, В. Ю. Саблуков, О. С. Качин // Оборудование. Регион. - 2005. - № 2 (10). - С. 16-17.

9. Саблуков, В.Ю. Анализ методик расчета виброакустических характеристик профилей коллекторов, подшипниковых и щеточных узлов электрических машин в процессе эксплуатации / В. Ю. Саблуков, Ю. С. Боровиков, С. И. Качин // Электромеханические преобразователи энергии: Труды международной науч.-техн. конф.. - Томск, 2005. - С. 104-105.

Ю.Боровиков, Ю. С. Технические и программные средства для контроля и диагностирования скользящего контакта электрических машин электроприводов / Ю. С. Боровиков, В. Ю. Саблуков // Автоматизированный

электропривод: Труды V международной конференции - СПб. - 2007. ■ С.493-495

11.Колесников, С. В. Электропривод перемещения преобразователя измерительной системы / С. В. Колесников, В. Ю. Саблуков // Электромеханические преобразователи энергии: Труды международной науч.-технич. конф.. - Томск: 2007 г. - С. 65-67.

12. Боровиков, 10. С. Многофункциональный измерительный комплекс для оценки механического состояния элементов электрических машин / Ю. С. Боровиков, В. Ю. Саблуков, Д. П. Упадышев, Л. С. Васильев // Электромеханические преобразователи энергии: Труды международной науч.-технич. конф.. - Томск: 2007 г. - С. 84-87.

13. Разработка интеллектуального измерительного комплекса для дистанционного контроля микронеремещений элементов машин и механизмов, их теплового состояния и электрических свойств: отчет о НИР (заюиоч.): 0602/ Томский политехнический университет; рук. Ю. С. Боровиков -Томск, 2005. - 43 с. - Исполн.: С. И. Качин, М.А.Нечаев, В. Ю. Саблуков, О. С. Качин, К. Н. Клыжко - Библиогр.: с. 40^42. - № ГР 01200511676. - Инв. № 04534333842.

14.Качип, О. С. Разработка высокоточного многофункционального измерительного комплекса для бесконтактного контроля механического состояния элементов машин / О. С. Качин, В. Ю. Саблуков // Современные техника и технологии: Труды XIII международной науч.-практ. конф.. • • Томск: ТПУ, 2007. - Т. 1. С. 428-430.

15.Васильев, А. С. Рекомендации но совершенствованию электропривода разгонной установки диагностического комплекса «МИКРОКОН» / А. С. Васильев, В. Ю. Саблуков // Современные техника и технологии: Груды XIV международной науч.-нрактич. конф.. Томск, 2008. -- С. 124-126.

Личный вклад автора.

Две работы написаны автором единолично. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежит: разработка блоков управления профиломстром и обработки измеренных данных [1, 7, 14]; разработка математической модели для определения параметров узла скользящего токосъема [2, 6, 8]; синтез вейв-лета для анализа состояния СК [3]; разработка алгори тмов и микропрограммы для модуля оцифровки и коммуникации |9, 10, 12); разработка алгоритма определения максимумов и минимумов измеренного сигнала с повышенным быстродействием |10]; оценка пофешности, возникающей вследствие неточности перемещения измерительного преобразователя [111; разработка структур и алгоритмов управления ЭП |11, 15]; разработка метода автоматизированного тестирования выходной характеристики бесконтактного нрофилометра 113].

^Графике

Подписано в печать 21 11 2008» Формат 60x84/8 Бумага офсетная

Печать RICOH Уел печ ч 1.2 V4-иза U Тираж 100 экземпляров Заказ №8

Отпечатано ООО "СПЬ Графике

Ллрсс 6340S0 1 Томск, ул Усова-4а т (3822)224-789

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ УСТРОЙСТВ, МЕТОДОВ И ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН В ПРОЦЕССЕ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

1.1. Устройства, методы и программные продукты для исследования механического состояния скользящего контакта.

1.2. Исследование механических колебаний щеток электрических машин.

1.3. Оценка вибрационных характеристик подшипниковых узлов.

1.4. Выводы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН.

2.1. Модель колебательной системы коллекторно-щеточного узла.

2.2 Определение профиля коллектора по колебаниям щетки в колодце щеткодержателя электрической машины.

2.3. Модель выделения профиля коллектора из измеренного сигнала.

2.4. Моделирование вибрационных характеристик скользящего контакта и подшипниковых узлов во времени.

2.5. Оценка состояния скользящего контакта в нестационарных режимах работы.

2.6 Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН С РАСШИРЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ.

3.1. Принципы проектирования диагностического комплекса и вспомогательного оборудования для его тестирования.

3.2. Бесконтактный профилометр для измерения формы поверхности коллекторов, контактных колец и вибраций щеток.

3.3. Микропроцессорный модуль оцифровки сигналов и коммуникации.

3.4. Программное обеспечение для управления процессом измерения и обработки данных.

3.5. Регулируемый коллекторный электропривод разгонной установки диагностического комплекса.

3.6. Электропривод перемещения преобразователя измерительной системы.

3.7. Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.

4.1. Экспериментальные исследования колебаний щеток.

4.2. Экспериментальные исследования профиля коллектора.

4.3. Исследование состояния профиля коллектора в нестационарных режимах работы.

4.4. Выводы.

Двигатели постоянного тока являются широкорегулируемыми машинами и используются современной промышленностью там, где необходимы большая перегрузочная способность и регулирование частоты вращения. Основной проблемой эксплуатации этого типа машин является проблема обеспечения коммутационной устойчивости.

Существенное влияние на процесс коммутации и на коммутационную устойчивость оказывает механическое состояние скользящего контакта. Однако существующим методам и приборам для оценки этого параметра присущ ряд недостатков, которые значительно искажают действительные данные.

Системы токосъема с контактными кольцами являются одним из важнейших элементов конструкции мощных электрических машин различного назначения, включая турбо- и гидрогенераторы. От надежности работы этих систем во многом зависит эксплуатационная надежность машин в целом. На долю щеточно-контактного аппарата турбогенераторов от 200 до 800 МВт приходится до 20% отказов, а применение бесщеточных систем возбуждения не позволяет снять остроту проблемы, поскольку частота отказов у них не меньше.

Мониторинг и диагностирование текущего состояния узла токосъема электрической машины позволяют проводить ремонт исходя из настоящего состояния объекта контроля, что существенно снижает эксплуатационные расходы и повышает надежность работы.

По проблеме диагностики скользящего контакта и надежности электрических машин выполнено много экспериментальных и теоретических исследований. Большой вклад в изучение данных проблем внесен рядом ведущих специалистов и научных коллективов: В. Д. Авиловым, Р. Ф. Бекишевым, О. Г. Вегнером, М. JI. Дридзо, В. Н. Забойным, JL Я. Зиннером, М. Ф. Карасевым, С. И. Качиным, А. А. Козловым,

И.В. Плоховым, Г. А. Сипайловым, А. И. Скороспешкиным, В. П. Толкуновым, В. В. Харламовым, В. С. Хвостовым и многими другими.

Разработка новых конструкций коллекторных электрических машин, высокие скорости вращения их роторов, воздействие внешних механических факторов и работа машин при критических параметрах ставят задачу объективной оценки механических факторов, обусловливающих коммутацию. Причем не вызывает сомнения то, что эту оценку необходимо производить в динамических режимах работы электрических машин.

Повышение качества функционирования электрических машин в процессе эксплуатации возможно путем совершенствования систем технического обслуживания на основе проведения мероприятий по контролю текущего состояния ответственных узлов, прежде всего - щеточно-контактного аппарата.

Таким образом, разработка более совершенных методов, приборов контроля и диагностики механического состояния скользящего контакта электрических машин является актуальной проблемой.

Цель работы. Разработка комплекса расчетных моделей и практических устройств для объективной оценки механического состояния скользящего контакта электрических машин в динамических режимах работы.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- разработать модель для восстановления профиля коллектора по перемещениям щетки в колодце щеткодержателя;

- разработать метод выделения из измеренного сигнала истинного профиля коллектора и вибрации вала двигателя в радиальном направлении;

- разработать метод оценки состояния СК ЭМ в неустановившихся режимах работы, основанный на анализе нестационарных сигналов;

- разработать автоматизированный двухканальный диагностический комплекс нового поколения для оценки механического состояния СК и подшипниковых узлов ЭМ в динамических режимах работы;

- разработать регулируемый электропривод разгонной установки диагностического комплекса с адаптивным регулятором;

- провести экспериментальные исследования с целью подтверждения предложенных методов и математических моделей на модельных установках и реальных ЭМ.

Основные методы научных исследований. Теоретические и экспериментальные исследования механического состояния скользящего контакта и подшипниковых узлов электрических машин проводились с применением методов математического моделирования, регрессионного и спектрального анализов, вейвлет преобразования, дифференциального и интегрального исчислений. В процессе расчетов и анализа математических зависимостей применялись специализированные пакеты программ MATLAB R2007a, Mathcad 14, электронные таблицы Excel. Разработка оригинальных программных продуктов осуществлялась в средах Atmel AVR Studio 4 и Borland Delphi 7.0. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных установках и реальных электрических машинах малой мощности.

Научная новизна.

- предложен метод восстановления профиля коллектора по перемещениям щетки в колодце щеткодержателя и определения механических параметров узла скользящего токосъема на основе интегрального уравнения Вольтера;

- предложен метод разделения сигнала бесконтактного профилометра на профиль коллектора и паразитные вибрации, основанный на спектральном анализе измеренного сигнала и последующей идентификации составляющих по их частотам в спектре;

- разработаны структура и модель регулируемого электропривода разгонной установки диагностического комплекса с адаптивным регулятором, реализующие обратную связь по скорости на основе сигнала профилометра;

- получен специальный вейвлет, позволяющий с наибольшей эффективностью анализировать состояние СК на основе профилометрических данных в различных режимах работы ЭМ.

Практическая ценность работы.

- разработаны алгоритмы и созданы компьютерные программы аналого-цифрового преобразования и обработки результатов измерений аппаратно-программного комплекса для диагностирования механического состояния СК ЭМ в различных режимах работы;

- разработан регулируемый электропривод разгонной установки диагностического комплекса с адаптивным регулятором, позволяющий расширить функциональные возможности комплекса в части передачи данных в режиме реального времени;

- создан автоматизированный двухканальный диагностический комплекс с расширенными функциональными возможностями для оценки механического состояния СК ЭМ;

- разработана компьютерная программа, позволяющая восстанавливать профиль коллектора по перемещениям щетки в колодце щеткодержателя;

- разработаны алгоритмы и создана компьютерная программа, позволяющая проводить идентификацию компонент спектрограммы по их частотам.

Реализация результатов работы. Выполнение ряда задач диссертационной работы осуществлялось в соответствии с государственным контрактом № 02.442.11.7107 от 26 октября 2005 г. в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» на 2002-2006 годы».

Диагностический комплекс для бесконтактного контроля профиля вращающихся частей машин в статических и динамических режимах их работы внедрен в АО «УК ТЭЦ» (г. Усть-Каменогорск, Казахстан) и прошел испытания в ОАО «Бурейская ГЭС».

Двухканальный аппаратно-программный диагностический комплекс «Микрокон М» внедрен на Автозаводской ТЭЦ (г. Нижний Новгород), имеющей установленную мощность 580 МВт.

Использование материалов диссертационной работы предприятиями подтверждено актами о внедрении и испытании, представленными в приложении.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на the 8th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology (Tomsk, 2004); на международных научно-практических конференциях «Современные техника и технологии» (Томск, 2005, 2007); на международных научно-технических конференциях «Электромеханические преобразователи энергии» (Томск, 2005,2007); на второй научно-технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» (Новосибирск, 2005); на XVII научно-технической конференции «Электронные и электромеханические системы и устройства» (Томск, 2006); на V международной конференции «Автоматизированный электропривод» (Санкт-Петербург, 2007); на Всероссийской научно-технической конференции "Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования" (Томск, 2008); на научных семинарах кафедр «Электропривод и электрооборудование» и «Электрические машины и аппараты» Томского политехнического университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах по списку ВАК, 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ и 1 отчет по НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех основных разделов, заключения, выполнена на 135 страницах машинописного текста, содержит 63 страницы иллюстраций, список литературы из 144 наименований на 18 страницах и приложения на 3 страницах. Общий объем диссертации составляет 159 страниц.

4.4. Выводы

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования показали: 1) Адекватность разработанного математического аппарата. Микроперемещения щетки могут использоваться в качестве диагностического сигнала для оценки состояния профиля коллектора в случае безотрывного движения. Причем такой сигнал может быть получен контактным способом, например, при помощи акселерометров, что в некоторых случаях значительно упрощает процесс измерений.

2) Состоятельность предложенного метода сепарирования сигнала на основе спектрального анализа. По спектрам измеренного сигнала можно оценить относительный вклад той или иной составляющей при изменении условий измерения.

3) Оценка состояния СК в неустановившихся режимах работы электрической машины, связанных с изменением частоты вращения или внешнего воздействия, проводится по картинам коэффициентов разложения, полученных при помощи синтезированного во второй главе вейвлета.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в диссертационной работе теоретических исследований, подтвержденных экспериментальными данными, по оценке механического состояния скользящих контактов электрических машин, можно сделать следующие основные выводы.

1) На основе интегрального уравнения описана колебательная система КЩУ. Полученная модель позволяет определять перемещения щетки по профилю коллектора («прямая» задача), профиль коллектора по перемещениям щетки («обратная» задача), а также переходную функцию динамической системы - КЩУ. Определяемая переходная функция содержит всю информацию о параметрах системы, таких как жесткость пружин, масса щетки и коэффициент силы сухого трения щетки о стенки щеткодержателя. При решении интегрального уравнения учитываются особенности решения некорректных задач - высокая чувствительность решения к шумам экспериментальных данных.

2) Разработан метод, позволяющий восстанавливать профиль коллектора по перемещениям щетки в колодце щеткодержателя при любом щеточном перекрытии.

3) Разработан метод, позволяющий сепарировать измеренный сигнал и выделять профиль коллектора, в котором отсутствуют паразитные вибрации. По наличию и уровню подшипниковых частот в спектре измеренного сигнала можно проводить оценку технического состояния подшипниковых узлов.

4) Оценка механического состояния профиля коллектора ЭМ при работе в нестационарном режиме может быть осуществлена при помощи вейвлет анализа. На основании двух критериев синтезирован оптимальный вейвлет для оценки механического состояния КЩУ в нестационарных режимах работы ЭД и проведена интерпретация картины коэффициентов вейвлет разложения с его помощью.

5) Разработанный аппаратно-программный комплекс в сочетании с разгонной установкой способен, помимо контроля состояния поверхности коллекторов, проводить проверку метрологических характеристик профилометра (линейность выходной характеристики, локальность электромагнитного поля датчика, разрешающая способность и др.). Для перемещения измерительного преобразователя бесконтактного профилометра наиболее подходящими являются электропривод ШД и электромагнитный привод, благодаря невысокому рабочему напряжению, простоте управления, высокой точности и разрешению. Относительная погрешность, обусловленная неточностью перемещения датчика разработанного электропривода ШД при расчете межламельных перепадов и биения коллектора, составляет не более 1,5%.

6) Разработанный микропроцессорный модуль обладает расширенными функциональными возможностями: определение частоты вращения по сигналу с профилометра; измерения за заданное количество оборотов и количество выборок (автоматическая развертка сигнала); непрерывная оцифровка сигнала (данные с АЦП пересылаются по USB интерфейсу в режиме реального времени); возможность работы со сторонними микропроцессорными устройствами посредством интерфейсов USART, SPI, TWI; возможность организации параллельной работы двух и более модулей. Примененные оригинальные программные и схемные решения позволяют повысить максимальную частоту дискретизации более чем в 1,5 раза, существенно упростить вычисления при определении вершин ламелей в микроконтроллере, осуществлять измерения в режиме реального времени с частотой дискретизации до 400кГц.

7) Проведенные экспериментальные исследования показали адекватность разработанного математического аппарата. Микроперемещения щетки могут использоваться в качестве диагностического сигнала для оценки состояния профиля коллектора в случае безотрывного движения. Причем такой сигнал может быть получен контактным способом, например, при помощи акселерометров. Результаты расчета профиля коллектора по перемещениям щетки в колодце щеткодержателя при помощи разработанной программы являются удовлетворительными. Предложенный метод сепарирования сигнала на основе спектрального анализа позволяет по спектрам измеренного сигнала оценить относительный вклад той или иной составляющей при изменении условий измерения. Оценка состояния СК в неустановившихся режимах работы электрической машины, связанных с изменением частоты вращения или внешнего воздействия, проводится по картинам коэффициентов разложения, полученных при помощи синтезированного во второй главе вейвлета.

1. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий Текст. / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. М.: Наука, 1976.-278 с.

2. Аристов, А.В. Рабочие характеристики электропривода колебательного движения с машиной двойного питания Текст. / А.В. Аристов // Известия ТПУ. Томск: Изд. ТПУ, 2003. - Т. 306. - № 3. - С. 101-107.

3. Бекишев, Р.Ф. Совершенствование коллекторных электрических машин систем электроприводов Текст. / Р.Ф. Бекишев, С.И. Качин, Ю.С. Боровиков // Известия ТПУ. Томск: Изд. ТПУ, 2003. - Т. 306. - № 3. -С. 107-113.

4. Бесконтактный профилометр для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин Текст. : а.с. 1397714 СССР: МКИ4 G 01 В 7/12 / В.В. Харламов, Ю.Я. Безбородов, В.Н. Козлов. (СССР). № 4170615/2428, заявл. 30.12.86, опубл. 23.05.88, Бюл. №19.

5. Бесконтактный профилометр для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин Текст. : а.с. 1538035 СССР: МКИ5 G 01 В 7/28 / В.В. Харламов, Ю.Я. Безбородов, В.Н. Козлов. (СССР). № 4428407/24-ы28, заявл. 23.05.88, опубл. 23.01.90, Бюл. №3.

6. Битюцкий, И. Б. Компьютерная диагностика качества коммутации Текст. / И. Б. Битюцкий, А. И. Котов, М. Ю. Рогов // Известия вузов. Электромеханика. 2001. - № 1. - С. 40-44.

7. Болдырев, В. Т. Плоский токовихревой преобразователь перемещений Текст. / В. Т. Болдырев // Известия вузов. Электромеханика. 1999. - № 2.-С. 79.

8. П.Боровиков, Ю. С. Методика базовой коррекции измерений профилей коллекторов электрических машин Текст. / Ю.С. Боровиков, С.И. Качин, В.Ю. Саблуков // Известия Томского политехнического университета. — 2007.-Т. 310. -№3. С. 99-102.

9. Боровиков, Ю. С. Комплекс дистанционного контроля механического состояния формы и размеров ответственных элементов машин и механизмов Текст. / Ю.С. Боровиков, В.Ю. Саблуков, О.С. Качин // Оборудование. Регион. 2005. - № 2 (10). - С. 16-17.

10. Боровиков, Ю. С. Программно-аппаратные средства для оценки коммутационной напряженности коллекторных электрических машин Текст. : дисс. . канд. техн. наук: 05.09.01 / Юрий Сергеевич Боровиков. -Томск, 2003.- 155 с.

11. Н.Бромберг, Э.М. Тестовые методы повышения точности измерений Текст. / Э.М. Бромберг, K.JI. Куликовский М.: Энергия, 1978. - 176 с.

12. Букреев, В.Г. Параметрический синтез регуляторов электромеханических систем Текст. / В.Г. Букреев, А.А. Старых // Известия Вузов. Электромеханика, 2006. № 3. - С. 69-71.

13. Веселка, Ф. Новые подходы к улучшению коммутационных свойств электрических машин с коллектором Текст. // Электричество. 1995. -№ 4. - С. 34-36.

14. Виглеб, Г. Датчики Текст.: / Г. Виглеб; перевод с нем. М. А. Хацернова. М.: Мир, 1989. - 196 с.

15. Воробьев, В. П. Теория и практика вейвлет-преобразования Текст. / В. П. Воробьев, В. Г. Грибунин. СПб.: ВУС, 1999. - 204 с.

16. Воронкин, В. А. Вопросы прогнозирования эксплуатационного состояния подшипниковых узлов судовых электромашин с дефектом типа износа Текст. / В. А. Воронкин, В. В. Евланов // Электротехника. 1994. - № 4. - С. 22-27.

17. Вэйвлеты в вибрационной динамике машин Электронный ресурс. / авт. Прыгунов А. И. — Электрон, дан. Н. Новгород. — Режим доступа: http://www.vibration.ru/wavelet.shtml, свободный. - Загл. с экрана.

18. Гарганеев, А.Г. Опыт разработки преобразователя частоты для асинхронного электропривода общепромышленного применения Текст. / А.Г. Гарганеев, А.С. Каракулов, С.В. Ланграф, М.А. Нечаев // Электротехника. Москва, 2005. - № 9. - С. 23-26.

19. Гемке, Р. Г. Неисправности электрических машин Текст. / Р. Г. Гемке. -Л.: Энергия, 1969. 272 с.

20. Герасимов, В.Г. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий Текст. / В.Г. Герасимов, В.В.Клюев, Шатерников В.Е. -М.: Энергоатомиздат, 1983. 271 с.

21. ГОСТ 10159-79. Машины электрические вращающиеся коллекторные. Методы испытаний Текст. Введ. 1980-07-01. — М.: Изд-во стандартов, 1999.

22. ГОСТ 16264.3-85 Двигатели коллекторные. Общие технические условия Текст. -Введ. 1986-01-01. М.: Изд-во стандартов, 1992.

23. ГОСТ 27660-88 Пластины для коллекторов электрических машин Текст. Введ. 1989-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1989.

24. ГОСТ 28295-89 Коллекторы электрических вращающихся машин. Общие технические условия Текст. Введ. 1990-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1990.

25. ГОСТ Р 51194-98 Щетки электрических машин. Методы контроля размеров Текст. Введ. 1999-07-01. -М.: Изд-во стандартов, 1999.

26. ГОСТ Р 51667-2000 Щетки электрических машин. Методы определения коллекторных характеристик Текст. Введ. 2001-07-01. — М.: Изд-во стандартов, 2001.

27. ГОСТ Р 52157-2003 Щетки электрических машин. Общие технические условия Текст. Введ. - 2004-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 2004.

28. ГОСТ 8.051-81 Государственная система обеспечения единства измерений. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм Текст. Введ. - 1982-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1987.

29. Готра, 3. Ю. Датчики Текст.: справочник / 3. Ю. Готра, Л. Я. Ильницкий, Е. С. Полищук и др.; под ред. 3. Ю. Готры и Л. Я. Ильницкого. Львов: Каменяр, 1995. - 312 с.

30. Гребнев, В. В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel / В. В. Гребнев. М.: ИП Радиософт, 2002. - 176 с.

31. Григорьев, А. В. Диагностика в технике. Понятия, цели, задачи Текст. / А. В. Григорьев, В. Н. Осотов // Электротехника. 2003. - № 4. - С. 4651.

32. Давидович, Я. Г. О критериях механически устойчивой работы электрощеток Текст. / Я. Г. Давидович, М. Л. Дридзо // Известия вузов. Электромеханика. 1970. - № 2. - С. 173-176.

33. Денисов, В. А. Бесконтактный пробник для контроля биений поверхности коллекторов Текст. / В. А. Денисов, В. Е. Шатерников, В. В. Куликов, П. А. Лелеков // Известия вузов. Электромеханика. 1970. - № 2. - С. 228-230.

34. Денисов, В. А. Устройства для контроля механических факторов коммутации коллекторных электрических машин Текст. / В. А. Денисов, В. Е. Шатерников // Электротехника. 1971. - № 5. - С. 29-32.

35. Дербенев, В. А. Некоторые аспекты разработки новых конструктивных исполнений щеток электрических машин Текст. / В. А. Дербенев, В. П. Степанов, И. К. Вороха // Электротехника. 2002. - № 8. - С. 55

36. Добеши, И. Десять лекций по вейвлетам Текст. / И. Добеши; пер. с англ. Е.В. Мищенко под ред. А.П. Петухова. М.: РХД, 2001.

37. Долгих, В. В. Вихретоковый измеритель расстояний Текст. / В. В. Долгих, В. А. Буняев, В. Т. Болдырев // Известия вузов. Электромеханика. 1997. - № 1-2. - С. 76-77.

38. Ересько, Ю. Н. Пакетное вэйвлет-преобразование сигналов на базе автокорреляционных функций Уолша Текст. / Ю. Н. Ересько // Информационные технологии: Ежемесячный научно-технический и научно-производственный журнал — 2004. — № 1. — С. 54-60.

39. Ермолин, Н. П. Надежность электрических машин Текст. / Н. П. Ермолин, И. Л. Жерихин. Л.: Энергия, 1976. - 248 с.

40. Иванов, О. В. Техническая диагностика подшипников качения Текст. / О. В. Иванов, В. П. Лянзберг // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2002. - № 3. - С. 3-6.

41. Исаев, Ю. Н. Синтез вэйвлет-базиса для анализа оптических сигналов Часть I. Ортогональный вэйвлет базис Текст. / Ю.Н. Исаев // Оптика атмосферы и океана. 2002. - Т. 15 - №11. - С. 974-981.

42. Исаев, Ю. Н. Синтез вэйвлет-базиса для анализа оптических сигналов Часть II. Биотогональный и комплексный вэйвлет базисы Текст. / Ю.Н. Исаев // Оптика атмосферы и океана. 2003. - Т. 16 - №4. - С. 329-336.

43. Казаков, Л. А. Электромагнитные устройства РЭА: Справочник Текст. / Л. А. Казаков. -М.: Радио и связь, 1991. 352 е.: ил.

44. Казаков, Ю. Б. Комплексная автоматизированная система исследования двигателей постоянного тока Текст. / Ю. Б. Казаков, А. И. Тихонов // Электротехника. 1995. - № 4. - С. 21-24.

45. Казаков, Ю. Б. Автоматизированный комплекс КАМАК-ПЭВМ для экспериментальных исследований двигателей постоянного тока Текст. / Ю. Б. Казаков, А. И. Тихонов // Электротехника. 1994. - № 5-6. - С. 4749.

46. Качин, С. И. Высокоиспользованные коллекторные электрические машины малой мощности Текст. : дисс. . докт. техн. наук: 05.09.01 / Сергей Ильич Качин. Томск, 2002. - 438 с.

47. Качин, С. И. Повышение ресурсных характеристик скользящего контакта коллекторных машин электроприводов Текст. / С.И. Качин, Ю.С. Боровиков, О.С. Качин // Известия вузов. Электромеханика. 2006. -№ 3. - С. 8-13.

48. Качин, С. И. Программа управления бесконтактным профилометром / С. И. Качин, Ю. С. Боровиков, М. А. Нечаев, В. Ю. Саблуков // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006610838.

49. Качин, С. И. Улучшение эксплуатационных характеристик коллекторных машин малой мощности Текст. / С. И. Качин // Электричество. 1997. - № 6. - С. 28-32.

50. Коз лов, А. А. Исследование радиальных колебаний электрощеток Текст. / А. А. Козлов, JI. Я. Зиннер, А. И. Скороспешкин // Электромеханика. — 1973. -№ 12.-С. 51-54.

51. Козлов, А. А. Статистическое исследование механического состояния рабочей поверхности коллекторов электрических машин Текст. /

52. A. А. Козлов, А. И. Скороспешкин, С. М. Воронин // Электротехника. — 1981.-№8.-С. 22-26.

53. Козлов, А.А. Колебания щеток электрических машин при полигармонических возмущениях Текст. / А. А. Козлов // Известия вузов. Электромеханика. 1985. - № 6. - С. 37^43.

54. Козлов, А. А. Динамический контроль профиля коллекторов электрических машин Текст. / А. А. Козлов, А. И. Скороспешкин // Электротехника. 1977. - № 7. - С. 36-39.

55. Копылов, И. П. Справочник по электрическим машинам Текст. В 2 т. Т. 1. / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. С. Малышев и др.; под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.

56. Копылов, И. П. Справочник по электрическим машинам Текст. В 2 т. Т. 2. / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, М. П. Дорохин и др.; под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 688 с.

57. Коршунов, Г. М. К вопросу обеспечения надежной работы узла токосъема электрических машин Текст. / Г. М. Коршунов,

58. B. А. Дербенев, В. П. Степанов // Электротехника. 2001. - № 8. - С. 31— 32.

59. Коськин, Ю. П. Системный подход при оценке виброактивности электрических машин Текст. / Ю. П. Коськин, Ю. И. Сепп // Электротехника. 1995. - № 3. - С. 36-38.

60. Кояин, Н.В. Оптимизация контура регулирования с инерционными звеньями по симметричному оптимуму Текст. / Н.В. Кояин, О.П. Мальцева, JI.C. Удут // Известия высших учебных заведений, "Электромеханика". 2006. -№3. - С.64-68.

61. Кузнецов, В. А. Применение локальных рядов Фурье для расчета электромагнитных переходных процессов в синхронных электрических машинах Текст. / В. А. Кузнецов, А. И. Федотов // Электротехника. -1997,-№4.-С. 34-37.

62. Кулик, Ю.А. Электрические машины Текст. / Ю.А. Кулик. — М.: Высшая школа, 1971. 456 с.

63. Ландау, Л. Д. Механика Текст. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. -М.: Наука, 1988.-215 с.

64. Лившиц, П. С. Скользящий контакт электрических машин (свойства, характеристики, эксплуатация) Текст. / П. С. Лившиц. М.: Энергия, 1974.-272 с.

65. Лукас, В.А. Теория автоматического управления Текст. / В.А. Лукас. — М.: Недра, 1990.-416 с.

66. Малафеев, С. И. Идентификация механических потерь в подшипниках электрических машин в режиме колебаний Текст. / С. И. Малафеев, А. И. Копейкин // Электротехника. 2006. - № 4. - С. 57-60.

67. Маслов, П. Ф. Исследование и расчет колебаний щеток тяговых двигателей относительно коллектора Текст. / П. Ф. Маслов, И. И. Туктаев, М. Ф. Хлыстов // Электромеханика. 1971. - №10 - С. 1123-1130.

68. Маслов, П. Ф. Исследование колебаний электрощеток относительно коллектора Текст. / П. Ф. Маслов, И. И. Туктаев, М. Ф. Хлыстов // Электротехника. 1973. - № 4. - С. 31-33.

69. Мезинов, В. В. Метод расчета щеточно-коллекторного узла электрических машин на виброустойчивость Текст. / В. В. Мезинов,

70. Б. А. Глускин, И. Ю. Глебова, А. М. Бордаченков // Электротехника. -1987.-№8.-С. 22-23.

71. Меркушева, А. В. Время-частотные и время-масштабные преобразования нестационарного сигнала в информационно-измерительных системах Текст. / А. В. Меркушева // Измерительная техника: Научно-технический журнал — 2004. — № 2. — С. 3-7.

72. Намитоков, К. К. Прибор для исследования динамических изменений формы поверхности коллекторов электрических машин Текст. / К. К. Намитков, В. Ф. Чепура, В. Г. Брезинский // Известия вузов. Электромеханика. 1968. - № 1. - С. 111-114.

73. Нечаев, М. А. Система управления электроприводами программно-аппаратного комплекса для диагностики деталей машин Текст. : труды науч.-техн. конф. / М. А. Нечаев // Электромеханические преобразователи энергии. Томск. - 2005. - С. 256-259.

74. Новиков, И. Я. Основы теории всплесков Текст. / И. Я. Новиков, С. Б. Стечкин // Успехи математических наук. 1998. - Т. 53. - № 6. — С. 53-128.

75. Новиков, JI. В. Основы вейвлет-анализа сигналов Текст.: учеб. Пособие / Л. В. Новиков СПб.: Изд-во ООО "МОДУС+", 1999. - 152 с.

76. Нэллин, В. И. Механика скользящего контакта Текст. / В. И. Нэллин, Н.Я.Богатырев, Л. В. Ложкин, И. И. Туктаев, В. П. Михеев. М. : Транспорт, 1966. - 256 с.

77. Основы измерения вибрации Электронный ресурс. / по материалам фирмы DLI; ред. Смирнов В.А. — Электрон, дан. Н. Новгород. - Режим доступа: http://www.vibration.ru/osnvibracii.shtml, свободный. - Загл. с экрана.

78. Павелко, Н. А. О вибрации щеточного узла Текст. / Н. А. Павленко // Вестник электропромышленности. 1962. - № 7. — С. 54-57.

79. Петухов, А. П. Введение в теорию базисов всплесков Текст.: учеб. пособие / А. П. Петухов. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. - 132 с.

80. Плохое И. В. Комплексная диагностика и прогнозирование технического состояния узлов скользящего токосъема турбогенераторов Текст. : автореф. дис. . докт. техн. наук : 05.09.01 / Игорь Владимирович Плохов. СПб., 2001. - 36 с.

81. Плохое, И. В. Модель динамики токопередачи через скользящий контакт Текст. / И. В. Плохов // Электротехника. 2005. - № 2. - С. 28-33.

82. Преобразование Фурье и классический цифровой спектральный анализ Электронный ресурс. / авт. Медведев С.Ю. — Электрон, дан. Н. Новгород. - Режим доступа: http://www.vibration.ru/preobrazfur.shtml, свободный. - Загл. с экрана.

83. Прошин, А. И. Токовихревой датчик для измерения профиля коллекторов электрических машин Текст. / А. И. Прошин, J1. Я. Зиннер, А. И. Скороспешкин // Известия ТПИ. 1968. - Т. 190. - С. 240-246.

84. Родионов, Ю. А. Оценка качества работы щеточного аппарата электрических машин приборами диагностического комплекса ДИАКОР Текст. / Ю. А. Родионов, И. В. Плохов, В. Е. Егоров, И. Е. Савраев,

85. A. М. Марков // Электротехника. 1995. - № 3. - С. 16-19.

86. Ротач, В.Я. Теория автоматического управления Текст. / В.Я. Ротач. М.: Издательство МЭИ, 2004. - 439 с.

87. Русов, В. А. Спектральная вибродиагностика Текст. / В. А. Русов. 1 вып. - Пермь : [б. и.], 1996. - 176 с.

88. Саблуков, В. Ю. Диагностирование механического состояния скользящего контакта электрических машин Текст. / В.Ю. Саблуков // Современные техника и технологии СТТ'2005: Труды XI международной науч.-практ. конф. Томск: 28 марта-2005 г.

89. Саблуков, В. Ю. Аппаратно-программный комплекс для контроля и диагностирования скользящего контакта электрических машин Текст. /

90. B.Ю. Саблуков, Ю.С. Боровиков // Современные техника и технологии: Труды XIII международной науч.-практ. конф. Томск: ТПУ, 2007. - Т. 1.- С. 456-458.

91. Саблуков, В.Ю. Анализ методик расчета виброакустических характеристик профилей коллекторов, подшипниковых и щеточных узлов электрических машин в процессе эксплуатации Текст. / В.Ю. Саблуков,

92. Ю.С. Боровиков, С.И. Качин // Электромеханические преобразователи энергии: Труды международной науч.-техн. конф. Томск: 20 — 22 октября 2005.-С. 104-105.

93. Скороспешкин, А. И. Прибор для исследования динамического состояния поверхности коллекторов и вибрации щеток Текст. / А. И. Скороспешкин, JI. Я. Зиннер, А. А. Козлов // Известия вузов. Электромеханика. 1970. - № 9. - С. 983-987.

94. Скороспешкин, А. И. Прибор для исследования механических факторов в коллекторных электрических машинах Текст. /

95. A. И. Скороспешкин, JI. Я. Зиннер, А. И. Прошин // Известия ТЛИ. -1966.-Т. 160.-С. 162-167.

96. Смирнов, А. Б. Мехатроника и робототехника. Системы микроперемещений с пьезоэлектрическими приводами: Учебное пособие Текст. / А. Б. Смирнов. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. - 160 с.

97. Спиридонов, А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов Текст. / А. А. Спиридонов. М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.

98. Степанов, В. П. Некоторые аспекты использования щеток в щеткодержателях с рулонными нажимными пружинами постоянного давления Текст. / В. П. Степанов, Ю. И. Семенов // Электротехника. — 2002. -№ 8.-С. 58-61.

99. Стрельбицкий, Э. К. Статистическая обработка профилограмм коллектора машин постоянного тока Текст. / Э. К. Стрельбицкий,

100. B. С. Стукач, А. Я. Цирулик // Известия ТПИ. 1966. - Т. 160. - С. 102105.

101. Тихонов, А. Н. Методы решения некорректно поставленных задач Текст. / А.Н. Тихонов, В.Я. Арсенин. М.: Наука, 1986. - 286 с.

102. Трофимов, Р. Г. Исследование вибраций щеток коллекторных электрических машин малой мощности Текст. / Р. Г. Трофимов // Известия вузов. Электромеханика. 1977. - №3. - С. 229-231.

103. Туктаев, И. И. Влияние некоторых механических факторов на работу скользящего контакта Текст. / И. И. Туктаев, П. Т. Мальцев // Известия вузов. Электромеханика. 1962. - № 7. - С. 824-834.

104. Туктаев, И. И. Динамика скользящего контакта Текст. / И. И. Туктаев // Известия вузов. Электромеханика. 1959. - №11. - С. 47-53.

105. Устройство для исследования механической устойчивости скользящих контактов узлов скользящего токосъема Текст. : а.с. 1536464 СССР: МКИ5 Н 01 R 39/40 / И. В. Плохов (СССР). №4394351/24-07; заявл. 21.03.88; опубл. 15.01.90, Бюл. № 2.

106. Федюков, Ю. А. Особенности применения рядов Фурье в экспериментальных исследованиях Текст. / Ю. А. Федюков, С. В. Фошкина // Известия вузов. Электромеханика. 2006. - № 5. - С. 74-79.

107. Фрайден, Дж. Современные датчики Текст.: справочник / Дж. Фрайден. М.: Техносфера, 2006. - 592 с.

108. Харламов, В.В. Методы и средства диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока Текст. /В.В. Харламов,

109. Омск: ОмГУПС, 2002. 233 с.

110. Хуторецкий, Г. М. Диагностический комплекс «Диакор» для контроля за работой щеточного аппарата турбогенераторов Текст. / Г. М. Хуторецкий, Р. К. Шабаев, И. В. Плохов, Ю. А. Родионов, В. Е. Егоров // Электрические станции. 1993. - № 12. - С. 29-32.

111. Шаговые двигатели. Управление шаговым двигателем Электронный ресурс. / авт. JI. Ридико. — Электрон, дан. М. - Режим доступа: http://stepmotor.ru/articles/stat2.php, свободный. - Загл. с экрана.

112. Шимберев, В. Б. Исследование вибрации электрических машин с применением трехмерных конечно-элементных моделей Текст. / В. Б. Шимберев // Электротехника. — 1995. — №5. — С. 5-8.

113. Burridge, М. J. An improved nonlinear control design for series DC motors / M. J. Burridge, Z. Qu Text. // Computers & Electrical Engineering. -2003.-№2.-P. 273-288.

114. Chak, С. K. Multirate adaptive optimal control with application to DC motor Text. / С. K. Chak, G. Feng, T. Hesketh // Computers & Electrical Engineering. 1997. - № 2. - P. 65-79.

115. Claycomb, James Ronald Theory and application of high temperature superconducting eddy current probes for nondestructive evaluation Text.: Dissertation Abstracts International / Claycomb, James Ronald. 1999.

116. Jerry Alan, Stefani Multifrequency eddy current diagnostics of axial and radial thermal profiles during silicon crystal growth Text.: Dissertation Abstracts International / Stefani, Jerry Alan. 1990.

117. Jiang, S. P. Effect of contact between electrode and current collector on the performance of solid oxide fuel cells Text. / S. P. Jiang, J. G. Love, L. Apateanu // Solid State Ionics. 2003. - № 1-2. - P. 15-26.

118. John Haojiang, Yuan Experimental investigation of large spring-supported thrust bearings used in hydroelectric generators Text.: Dissertation Abstracts International / Yuan, John Haojiang. 2001.

119. Myers, Jerome L. Research design and statistical analysis Text. / Jerome L. Myers, Arnold D. Well New Jersey: LEA Publishers, 2003. - 781 P

120. Pradeep Kumar, Jella Automated compensation and classification algorithms for array probe eddy current nondestructive evaluation Text. : Masters Abstracts International / Jella, Pradeep Kumar. 2002.

121. Preitl, S. An extension of turning relations after symmetrical optimum method for PI and PID controllers Text. / Preitl S., Precup R.E. // Automatica. 1999. -V. 35. -№10. - P. 1731-1736.

122. Ramasamy, Palanisamy Finite-element modeling of eddy current nondestructive testing phenomena Text.: Dissertation Abstracts International / Palanisamy, Ramasamy. 1981.

123. Saflzadeh, M. S. Time-Frequency Analysis of Pulsed Eddy Current Signals / M. S. Safizadeh, B. A. Lepine, D. S. Forsyth, A. Fahr // Journal of Nondestructive Evaluation. 2001. - № 2. - P. 73-86.

124. Sharma, Sarit Application of finite element models to eddy current probe design for aircraft inspection Text. / Sharma Sarit // Dissertation Abstracts International. 1999.

125. Singh, R. DC Motor Control Predictive Models Text. / R. Singh, G., Onwubolu, K. Singh, Ram R // American Journal of Applied Sciences. 2006.

126. Uzal, Erol Theory of eddy current inspection of layered metals Text.: Dissertation Abstracts International / Uzal, Erol. 1994.

127. Watson, Carlton C. The design, fabrication and applications of a microfabricated microwave eddy current probe Text. : Dissertation Abstracts International / Watson, Carlton C. 2002.