автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Влияние технического состояния асинхронного двигателя на показатели его надежности на примере технологического процесса навозоудаления

На правах рукописи

Логинов Александр Юрьевич

ВЛИЯНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ЕГО НАДЕЖНОСТИ НА ПРИМЕРЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ІІАВОЗОУДАЛЕНИЯ

Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск 2013

10 ':'■:!! ¿¿ІЗ

005062177

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО "Иркутская государственная сельскохозяйственная академия".

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Боннет Вячеслав Владимирович

Официальные оппоненты: Худоногов Анатолий Михайлович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения», кафедра «Электроподвижной состав», профессор

Кожухов Владимир Афанасьевич,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», кафедра «Теоретические основы электротехники», заведующий

Ведущая организация ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный

университет»

Защита диссертации состоится «5» июля 2013 года в 14.00 на выездном заседании диссертационного совета ДМ 220.037.01 при ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 664038, Иркутская область, Иркутский район, пос. Молодежный, ИрГСХА, ауд. 429.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просьба направлять по адресу: 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 90, КрасГАУ, учёному секретарю диссертационного совета ДМ 220.037.01 Бастрону Андрею Владимировичу.

Тел./факс 8(391)227-36-09, e-mail: dissovet@kgau.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «_» июня 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета д в. Бастрон

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в электроприводе большинства технологических процессов, как в промышленности, так и в сельском хозяйстве, широко используются асинхронные двигатели (АД). Это объясняется простотой конструкции, относительно низкой стоимостью, а также высокой надежностью при условии их правильной эксплуатации. Стоит отметить, что в более 90% всех электроприводов используются АД. Они обычно рассчитаны на срок службы 15-20 лет без капитального ремонта при условии их правильной эксплуатации.

В практике эксплуатации срок службы электродвигателей и их узлов значительно меньше заводского. Основной причиной выхода из строя является низкий уровень технического обслуживания и текущего ремонта, малоэффективность существующих способов и средств диагностического контроля, а также сложные условия эксплуатации в сельском хозяйстве.

Технологические процессы постоянно усложняются, поэтому простои оборудования приводят к большим экономическим потерям. В связи с этим остро встает вопрос повышения надежности и эффективности работы асинхронных двигателей.

Существующие методы в основном дают качественную оценку технического состояния отдельных узлов электрической машины, что не позволяет в целом оценить состояние машины. Количественная оценка надежности работы технических объектов проводится чаще всего путем определения показателей надежности. На практике количественная оценка технического состояния осуществляется на основе статистических данных количества отказов или времени наработки на отказ, что не позволяет спрогнозировать работу оборудования перед началом эксплуатации.

В связи с вышеизложенным возникает необходимость разработки такой методики диагностирования асинхронных двигателей, которая позволила бы количественно, без больших затрат времени и труда оценить техническое состояние асинхронного двигателя и готовность его к работе на предстоящий период эксплуатации.

Работа выполнялась в соответствии с планом НИР Иркутской государственной сельскохозяйственной академии «Разработка, совершенствование эксплуатации электрооборудования производственных процессов в агропромышленном комплексе» (тема 29К, номер государственной регистрации j\r^01201355871).

Степень разработанности темы. Предпосылками определения цели и постановки задач исследования являются: развитие электрифицированных технологических процессов с использованием асинхронных электродвигателей, разработанность способов диагностики асинхронных электродвигателей в условиях сельского хозяйства.

Цель работы - исследование влияния технического состояния асинхронного двигателя на показатели его надежности в технологическом процессе навозоудаления для повышения эффективности использования

асинхронных двигателей за счет его комплексной оценки и прогнозирования работы на предстоящий период.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- провести анализ методов оценки технического состояния асинхронных двигателей;

- математически обосновать определение уровня технического состояния асинхронных двигателей по комплексному показателю;

- разработать методику определения уровня технического состояния асинхронных двигателей по параметрам технического состояния его отдельных частей;

- установить связь уровня технического состояния с показателями надежности асинхронного .двигателя в технологическом процессе навозоудаления;

- оценить экономическую эффективность использования комплексного показателя для прогнозирования надежности асинхронных двигателей.

Объект исследования. Параметры диагностирования технического состояния асинхронного двигателя и формирование уровня технического состояния.

Предмет исследования. Зависимость уровня технического состояния асинхронного двигателя, факторов, влияющих на процесс его формирования, с показателями надежности.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории электрических машин, теории вероятностей, надежности, опыт эксплуатации и экспериментально-статистический анализ показателей надежности, пакеты прикладных программ Word, Excel, Statistica. Экспериментальные исследования по определению уровня технического состояния и показателей надежности асинхронных двигателей проведены в СХ ОАО «Белореченское».

Научная новизна исследований:

- модель формирования комплексного показателя технического состояния асинхронного двигателя;

- методика количественной оценки уровня технического состояния асинхронного двигателя по комплексному показателю;

- метод постановки диагноза по форме диаграммы изменения частоты вращения асинхронного двигателя;

- полученные закономерности для определения оптимального уровня технического состояния асинхронных двигателей;

- взаимосвязи уровня асинхронного двигателя технического состояния с показателями его надежности.

Практическая значимость и реализация работы. Результаты исследований и выявленные связи уровня технического состояния асинхронного двигателя с его показателями надежности могут быть использованы в хозяйствах, эксплуатирующих их, а также на предприятиях для послеремонтных испытаний асинхронных электродвигателей.

Производственная проверка результатов исследований осуществлялась в СХ ОАО «Белореченское» (Усольский район Иркутской области) и ООО «Тулунское хлебоприемное предприятие» (Тулунский район Иркутской области), ОАО «Родники» (Иркутский район Иркутской области). Результаты исследований используются в учебном процессе кафедры электрооборудования и физики ИрГСХА.

Основные положения, выносимые на защиту:

-математическое описание формирования комплексного показателя технического состояния асинхронного двигателя;

- комплексный показатель оценки уровня технического состояния АД;

- зависимости динамических показателей АД от технического состояния;

- методика расчета оптимального уровня технического состояния АД;

-зависимости основных показателей надежности АД от уровня его

технического состояния.

Достоверность результатов работы подтверждена экспериментальными и производственными исследованиями, адекватностью полученных математических моделей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических семинарах ИрГСХА «Чтения И.П. Терских» (Иркутск, 2010-2012), международной научно-практической конференции «Рациональное природопользование и энергосберегающие технологии в агропромышленном комплексе» ИрГСХА (Иркутск, 2010), региональной научно-практической конференции молодых ученых Сибирского федерального округа «Инновационные технологии в АПК» ИрГСХА (Иркутск, 2010), международной конференции «Engineering problems in agriculture and industry» (Ulaanbaatar, Mongolia, 2010), международной научно-практической конференции «Природа и сельскохозяйственная деятельность человека» ИрГСХА (Иркутск, 2011), студенческой научно-практической конференции «Научные исследования студентов в решении актуальных проблем АПК» ИрГСХА (Иркутск, 2011), научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов ВСГУТУ (Улан-Удэ, 2012).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 работы - в изданиях, рекомендованных ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 40 рисунков, список литературы из 127 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, ее научная новизна, сформулированы цель работы, задачи исследования и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ методов и средств определения технического состояния асинхронных двигателей» рассмотрены существующие способы

оценки диагностических параметров асинхронных электродвигателей. Приведены общие сведения о применяемых способах диагностики асинхронных двигателей, их достоинства и недостатки.

Разработке научной базы для решения проблемы оценки технического состояния асинхронных двигателей в процессе эксплуатации и их надежности посвящены работы таких ученых, как: Копылов И.П., Иванов-Смоленский A.B., Ермолин Н.П., Сипайлов Г.А., Скороспешкин А.И., Коськин Ю.П., Гольдберг О.Д., Гемке Р.Г., Жерве Г.К., Овчаров В.В., Котеленец Н.Ф., Кузнецов H.JL, Хелемская С.П., Хорольский В.Я., Пястолов A.A., Таранов М.А., Ерошенко Г.П., Медведько Ю.А., Хомутов О.И. и др.

Анализ исследований показал, что для определения технического состояния асинхронных двигателей нет такой методики, которая позволила бы оценить техническое состояние с учетом состояния всех его узлов.

Во второй главе «Теоретические предпосылки определения уровня технического состояния и его влияния на показатели надежности асинхронных двигателей» выполнен комплекс теоретических исследований по формированию комплексного показателя технического состояния асинхронного двигателя. Определены взаимосвязи уровня технического состояния асинхронного двигателя с диагностическими параметрами и комплексными показателями надежности. Получены выражения, позволяющие определять оптимальное значение уровня технического состояния асинхронного двигателя в зависимости от затрат на его поддержание и убытков от простоев технологического процесса при определенных начальных условиях.

Проведенный анализ существующих методов показал перспективность разработки комплексного показателя технического состояния асинхронного двигателя. В качестве данного показателя нами предлагается «уровень технического состояния» (Утс).

Уровень технического состояния - комплексный показатель технического состояния агрегата (машины), определяемый на основе количественных оценок качественных показателей отдельных узлов, выявленных в ходе диагностирования.

Более подробно суть его можно охарактеризовать следующим образом. Техническое состояние машины определяется посредством диагностирования сборочных единиц, составных частей, определяется качество сборки, регулировки и т.д. При этом каждому оцениваемому показателю (качественной характеристике) присваивается ее количественное значение, установленное на основе справочно-нормативной документации и экспертного опроса специалистов. В целом комплексный показатель складывается из оценок каждого параметра, оцениваемого в ходе диагностирования.

Такое комплексное определение технического состояния позволит выявить готовность асинхронного двигателя к работе непосредственно перед его использованием по назначению и количественно охарактеризовать уровень его технического состояния (степень его работоспособности).

В общем виде техническое состояние машин и ее составных частей характеризуется предельными значениями соответствующих структурных

параметров. В процессе эксплуатации машины эти параметры изменяются вследствие протекания необратимых физико-химических процессов: изнашивания, деформирования, усталости, коррозии и т.п., при этом их изменение носит случайный характер. Параметрами, характеризующими работоспособность узлов, сборочных единиц электродвигателя, являются сопротивления, температура, а также правильность их сборки.

Представим техническую систему (машину), состоящую из множества М={АЬ А,, ..., А„} агрегатов, сборочных узлов (обобщающих факторов), которые в свою очередь состоят из деталей, сборочных единиц и т.д. (определяющих факторов) А;={5Ь Б,, ..., 5Т}. Пусть в соответствии с требуемой глубиной диагностирования техническое состояние определяющего фактора характеризуется множеством С*г{0,, 02, ..., Ок} диагностических параметров. Тогда техническое.состояние обобщающего фактора определяется множеством состояний определяющих факторов, входящих в него У, = {С>ь (}2, ..., СЫ, а общий уровень технического состояния всей машины определяется множеством состояний обобщающих факторов Утс = {Уь У2, ..., Уп}.

На основании вышеизложенного, данные взаимосвязи можно представить в виде отображений соответствующих множеств, а именно:

<3 =/(0), (отображение Э на Б) (1)

((?)> (отображение Я на А) (2)

УТС=У (У), (отображение А на М) (3)

где Б, А и М - сборочные единицы, агрегаты и в целом машина соответственно (рис. /).

Представленная модель формирования уровня технического состояния машины раскрывает суть рассмотренных отображений и указывает последовательность перехода от оценки диагностических параметров к комплексному показателю состояния машины в целом - Утс.

Рисунок 1 - Модель формирования уровня технического состояния машины

При определении уровня технического состояния в качестве определяющих и обобщающих факторов можно использовать не только структурные параметры, но и функции их составных частей или машины в целом.

Для определения уровня технического состояния необходимо качественные показатели определяющих факторов перевести в количественные, т.е. соотнести их с нормативными. Значение определяющего фактора Qi рассчитывается по выражению:

D - D"1'

g,'=- , * , (4)

где DK, Dl'" - значение измеренного показателя k-ro диагностического параметра оцениваемого определяющего фактора и нормативного (базового); D[p - предельно допустимое (браковочное) значение показателя к-го диагностического параметра.

В целом техническое состояние машины можно представить как сложную совокупную функцию технических состояний входящих в него элементов, т. е. как суперпозицию вида:

Уте =у(Ф(ДО))). (5)

Использование данной функциональной зависимости в таком виде для сложных машин не совсем корректно, так как каждый фактор имеет различную значимость (важность) в машине. Поэтому целесообразно воспользоваться коэффициентом значимости ср (важности, весомости) данного фактора среди других по критериям, установленным в зависимости от определяемой характеристики фактора. Нами был применен экспертный метод оценки значимости факторов. Для этого на начальном этапе для каждого обобщающего фактора находим значение весомости ((р,) по данным опроса экспертов:

С - С

.i/i7.t min

где Стах и С„„„ - соответственно сумма рангов наиболее весомого фактора и максимально возможная поу'-му фактору; С, - текущее значение суммы рангов.

Данный порядок определения значимости позволяет при расчетах значительно упростить определение технического состояния машины, так как весомость определяющих факторов будет учтена в значимости обобщающих.

При этом показатель общего технического состояния машины будет определяться:

-• (7)

В качестве испытания при переходных режимах нами предложено использовать время разгона ротора до номинальной частоты вращения при пуске двигателя на холостом ходу. Диагностирование осуществляется путём сравнения полученной величины времени разгона контролируемого двигателя с

заданным теоретическим или эталонным значением (рис. 2). Изучение динамики нарастания частоты вращения ротора позволит не только определить техническое состояние двигателя, но и оценить производительность машины и качество выполняемого процесса.

Эталонное значение кривой разгона в процессе пуска строится для нового двигателя. Фактическая кривая разгона снимается с вала электродвигателя.

Наибольшее влияние на время разгона оказывают активные и индуктивные сопротивления статора и ротора, которые применяются для расчета режима холостого хода, номинальных параметров, рабочих и пусковых характеристик.

Весь процесс разгона АД при пуске разделяют на три этапа:

1) на обмотку статора подают напряжение, ротор неподвижен, в обмотках появляются вынужденные и свободные.токи;

2) ротор приходит во вращение и разгоняется до критического скольжения;

3) ротор разгоняется от критического скольжения до установившейся частоты вращения.

Время 1, с

Рисунок 2 - Динамика разгона асинхронного двигателя

Этап 1. На первом этапе пуска асинхронный двигатель можно рассматривать как аналог трансформатора. В этом случае можно считать, что ток в каждом из них состоит из двух составляющих токов: вынужденного /' и свободного /'" режимов, т. е. /=/' + ;".

Вращающий момент АД при неподвижном роторе в переходном режиме

равен

м = м,+м2+м3 + м4 =

С05(<У,Г - (рк)е"Тл + С05(й>/ - (рк)е1/т'

1 + є

(8)

СО Б (рк

Приближенно максимальное значение вращающего момента при включении АД с заторможенным ротором можно определить:

-Ч,

С05<р.) (9)

Л/. = А/, 1 +

Параметры АД (активные и индуктивные сопротивления) изменяются в течение переходного периода из-за изменения насыщения стали и вытеснения тока в стержнях ротора.

Этап II. Когда ротор приходит во вращение, переходные процессы значительно усложняются. Исследование переходных процессов в АД при его разгоне базируется на совместном рассмотрении электромагнитных и механических условий равновесия.

Условие механического равновесия: (Ю.

^ = (10)

где J - момент инерции системы, приведенной к валу АД; й - угловая частота вращения ротора; Л/ „, - момент сопротивления привода.

Вращающий момент на валу АД представляют суммой моментов, возникающих в результате взаимодействия отдельных составляющих токов, как и в случае неподвижного ротора.

Поля, образованные свободными токами, могут как усиливать, так и ослаблять поле, создаваемое вынужденными токами. Поэтому наряду с пиками, могут иметь место и провалы в кривой результирующего вращающего момента АД.

Этап III. После достижения критического скольжения дальнейший разгон АД происходит при значительном угловом ускорении ротора. С уменьшением скольжения уменьшается ток статора. Однако под влиянием индуктивности обмотки снижение величины тока отстаёт от уменьшения скольжения, причем тем резче, чем меньше момент инерции ротора, а также связанных с ним приводных устройств, и чем больше индуктивность обмотки.

При пуске АД с короткозамкнутой обмоткой ротора время его разбега зависит от величины тормозного момента на валу Мс„„ инерционного момента вращающихся масс М„ и механической характеристики М-/(.<<).

Если пуск АД осуществляется на холостом ходу (Мст=0), при М-М.^согШ из неподвижного состояния (£2 = 0) до синхронной частоты вращения (Д.), при инерционном моменте:

_ ;£Ю_ с1(2т)

Ми = J-= —(П)

Л А ' К '

то время разбега будет равно:

п.

с J Л2„ _

о Л/и М„,

Величина Т,,.. носит название постоянной времени пуска АД в ход, выражается в секундах, если момент инерции вращающихся частей ротора J = во2 /(4- 9,81) Н-м* при вО2, выраженном в кг/м2, £2 - рад/с.

Если пренебречь добавочными и механическими потерями и соответствующим им моментом М0 и принять

м

-~ "-> а М„ ~ I 1 +

(13)

то время разбега двигателя от э=1,0 до заданного значения я будет:

'1-і2 , Г

-+ 1п-

X

Т,„ 2

(14)

На основании этого можно предположить, что время разгона можно считать диагностическим параметром для оценки технического состояния асинхронного двигателя.

Известно, что убытки от простоя технологического процесса (Супр) во многом зависят от надежности функционирования агрегатов, используемых в нем. В свою очередь, надежность каждого отдельного агрегата непосредственно зависит от его технического состояния. В нашем случае количественной характеристикой технического состояния АД выступает комплексный показатель - «уровень технического состояния» (УТс), что позволяет записать:

С.

= /і(Утс)

(15)

Если при определенном уровне технического состояния АД не работоспособен, то убытки от простоя технологического процесса будут максимальными и соответствовать стоимости всех издержек. Соответственно при Утс => шах убытки от простоя технологического процесса будут стремиться к минимуму (рис.3, а).

В другом случае с повышением Утс (рис.5, б) затраты на увеличение уровня технического состояния АД будут возрастать:

С3.уТс=/2(Утс). (16)

с;

V пр

^ хмр ' /і( ^ шсі

а)

У.,

б)

Рисунок 3 - Характер изменения функциональных зависимостей от уровня технического состояния агрегата: а) убытки от простоев технологического процесса; б) затраты на повышение уровня технического

состояния

При анализе полученных в ходе поисковых экспериментов данных было установлено, что Сугф и Сзутс изменяются по степенным зависимостям вида:

/(х)= а-хь, в нашем случае Супр =а1 -У^ и С]утс=а2-Уь^ соответственно.

Значение уровня технического состояния будет оптимальным, если производная суммарной функции в данной точке минимальна:

Ссу,, -К„с +а2-К* (а,,а2,вьв2 > 0, в,>в2) (17)

Дифференцируя (17), получим:

=~Ь> +Ь2а3 -У^ =0; А,а, .у;*" =ьгаг -У^1. (18)

Найдем из этого выражения оптимальный уровень Утс:

'I "1

(19)

- = --У = "! —

У-*-' ^ "" и

тс ^ Т

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований диагностики асинхронного двигателя и определение уровня его технического состояния» описана программа экспериментальных исследований. Методикой экспериментальных исследований предусматривалось проведение лабораторных и производственных работ.

Целью экспериментальных исследований являлось подтверждение ранее проведенных исследований по формированию комплексного показателя технического состояния асинхронного двигателя и динамическому методу оценки параметров электродвигателя.

Работоспособность асинхронного электродвигателя во многом зависит от состояния его сборочных единиц, так и от их взаимодействия в целом. Исходя из этих направлений, был определен ряд уровней, характеризующих их состояние, и создана модель формирования уровня технического состояния АД (рис.-/).

Значимость каждого из них оценивалась отдельными экспертами. Ранги устанавливались ими в порядке значимости того или иного качественного показателя. Значения весов обобщающих факторов установлены на основе анализа мнений экспертов.

Для определения количественной оценки факторов использована обобщенная функция желательности Харрингтона. В основе ее построения лежит идея преобразования натуральных значений частных факторов в безразмерную шкалу желательности, или предпочтительности. Качественные показатели уровней технического состояния электрических машин преобразовали в определенные количественные показатели.

Шкала желательности имеет интервал от нуля до единицы. Значение частного отклика = 0 соответствует абсолютно неприемлемому уровню данного свойства, а значение 0, = 1 - самому лучшему значению свойства. Поэтому началом отсчета по этой шкале выбрано значение 0,20. При оценке ниже этого значения агрегат считается неработоспособным.

Для реализации динамического метода диагностирования асинхронного двигателя было создано диагностическое устройство, позволяющее измерять угловую частоту вращения на валу, а также осуществлять запись и обработку полученных результатов. Существенно снизить трудоемкость диагностирования и повысить достоверность постановки диагноза позволяет ЭВМ. С ее помощью можно измерять, регистрировать, обрабатывать и

анализировать большой объем диагностической информации за короткие промежутки времени. Это было учтено при разработке диагностического устройства.

Рисунок 4 - Модель формирования уровня технического состояния АД

Рисунок 5 - Структурная схема и общий вид диагностического устройства

В четвертой главе «Связь уровня технического состояния асинхронного двигателя с показателями надежности» приведены основные результаты экспериментальных исследований, дан их анализ.

Был проведен анализ надежности работы асинхронных двигателей на сельхозпредприятиях, выявлены технологические процессы с наибольшим количеством отказов. Анализ видов неисправностей показал, что основным видом неисправностей являются межвитковые замыкания. Причин этому несколько: некачественный ремонт, тяжелые условия пуска, агрессивные

Общий вид и схема разработанного диагностического устройства приведен на рисунке 5. Основными элементами устройства на схеме обозначены: 1 - компьютер; 2 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 3 -тахогенератор; 4 — электродвигатель. ______ _ ___

среды, перепады температур. На рисунке б приведено количество АД, вышедших из строя в период исследований.

Ш2011 год N¿012 год

0,25 0,37 0,55 0.75

18,5 22 30 40

Л Іощность эл е ктр од ви гател е П

Рисунок б - Количество асинхронных двигателей вышедших из строя в СХ ОАО «Белореченское» за 2011 - 2012 гг.

В соответствии с разработанной методикой определения уровня технического состояния каждый электродвигатель, находящийся под наолюдением, оценивался перед началом эксплуатации и после его завершения. При этом для установления функциональных зависимостей между изучаемыми показателями за каждым двигателем весь период эксплуатации проводились наблюдения. Значения уровня технического состояния определялись за два года исследований.

0,95

0 0,90 а 0.85

1 0,80 I 0,75

Р

| 0,70

1 0,65

1 060 Г5)

0.55

КГ = 1.2451УТ, - 0.008 ♦ ♦

г =0,76 К," 1,5562У„ - 0,2389

Г= 0.89

і/'І *

0.80

М> 0.55 0,60 0,65 0,70 0.75

Уровень технического состояния АД (У,.)

Рисунок 7 - Зависимость комплексных показателей надежности асинхронного двигателя от уровня его технического состояния

При анализе надежности функционирования технологических процессов была определена зависимость комплексных показателей надежности

(коэффициента готовности Кг и коэффициента технического использования Ктк) (рис. 7) и наработки до капитального ремонта асинхронного двигателя от уровня его технического состояния (рис. £).

Метод испытаний при переходных режимах использовался в ходе эксперимента для определения уровня состояния динамических показателей как во время эксплуатации, так и для послеремонтных испытаний.

Согласно методике оценки уровня технического состояния асинхронного двигателя для определения уровня динамических показателей нами были произведены исследования каждого из них.

Уровень технического СОСТОЯНИЯ АД, У„

Рисунок 8 - Зависимость наработки до капитального ремонта асинхронного двигателя от уровня его технического состояния

Уровень динамических показателей подразумевает определение такой неисправности, как эксцентриситет ротора. В ходе эксперимента сравнивался один и тот же двигатель. В первом случае измерялось время пуска нового двигателя, во втором - с заменой подшипников с осевым зазором 0,2 и 0,3 мм. Результаты его определения представлен на рисунке 9.

При анализе полученных данных можно сделать вывод, что двигатель с эксцентриситетом медленнее выходит на установившуюся частоту вращения, а также во время разгона и после имеет повышенную амплитуду колебаний оборотов и, как следствие, большую виброактивность на валу.

Основным видом неисправностей АД являются повреждения обмотки статора. Рассмотрим процессы, возникающие при изменении активного сопротивления обмотки статора (межвитковые замыкания). Нами был проведен эксперимент по имитации данного вида повреждений. Для этого в ходе эксперимента изменялось сопротивление различных фаз (имитировались межвитковые замыкания) и снимали характеристику пуска электродвигателя. По результатам эксперимента были получены следующие зависимости времени пуска от межвитковых замыканий рисунок 10.

Рисунок 9 - Диаграммы пуска исправного и неисправных двигателей

Анализируя графики пуска при изменении сопротивления обмоток статора, можно сделать вывод, что несимметричное сопротивление фаз обмоток статора приводит к изменению времени пуска. На диаграммах (рис. 9, 10) приведены характеристики для асинхронного двигателя АИР80В4.

1800 1500 >\ Ш ь, ІЩ^У * \МЖг. А лл /'Л!

1?(К) ________ //'Л/ ЦЛ/У'' У\ Л*

900 ! 4 4

/ } 1 ' '' -Исправный

600 1 ! — При изменении сопротивления 1-ой оЗчоткл на 15во

// А— "" Іірв изменения сопротивления 1-ой оозіоікя на 15% 2-ої на 20%

500 - / '' /

0 і ; / ----і Ц

0,04 0,06

Время.с

Рисунок 10 - Диаграммы пуска исправного и неисправных двигателей

На основе производственной проверки был определен оптимальный уровень технического СОСТОЯНИЯ - Утс.опт-

За основу расчетов оптимального значения уровня технического состояния асинхронного двигателя были приняты теоретические предпосылки изложенные в третьей главе, и методика, предусматривающая использование результатов исследований (функциональных зависимостей Утс от эксплуатационных показателей).

Уровень технического состояния асинхронного двигателя будет оптимальным, если дополнительные вложения средств на его повышение в

период подготовки к эксплуатации не будут превышать экономический эффект, полученный за счет снижения простоев.

При практических расчетах затрат использовались данные, полученные при увеличении уровня технического состояния асинхронных двигателей, находящихся под наблюдением на 10 %. Для построения функции за максимальное значение затрат принято 25 % от стоимости асинхронного двигателя (при повышении Утс от 0,2 до 1).

На основе полученных экспериментальных данных нами были выявлены аппроксимирующие функции убытков от простоев технологического процесса /,(СУ пр) и затрат на повышение уровня технического состояния /2(Сзутс).

Супр= 8,2 ■Утс"2'5346 (г =0,821); (20)

Сзухс = 48,08 -Утс2'335 (г =0,763). (21)

Для графического определения оптимального уровня технического состояния (рис. 11) Ухс опт строится кривая функции суммарных затрат (рис. 11, в). Проекция точки минимума суммарных затрат на ось Утс определяет искомую величину. Оптимальный уровень технического состояния АД получился равным примерно 0,71.

С. тыс. руб.

5,5 ■

4,5

3,5 • 2,5 ■ 1,5 0.5 •

Значение уровня технического состояния АД, Рисунок 11 - Определение оптимального уровня технического состояния

Расчетным путем оптимальный уровень технического состояния асинхронного двигателя находится:

У„

- ь. +ь

Ь,а, .. . /2,5346-0,041

— = 2,5346+2,335 -1- = 0,707 (2?)

Л О 11 ї П 0/1П/1 ' У ■>

1]Ь2а2 \ 2,335 -0,2404

Полученное значение уровня технического состояния целесоооразно поддерживать на протяжении всего периода эксплуатации. Увеличение или снижение оптимального значения Утс возможно при изменении определенных начальных условий. Например, снижение стоимости запасных частей или увеличение убытков от простоя будет способствовать увеличению оптимального значения Утс.

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что полученный оптимальный уровень технического состояния АД позволяет определить минимум средств на его поддержание, для обеспечения достаточной раоотослособности АД и технологического процесса.

В пятой главе «Экономическая оценка эффективности внедрения предлагаемого метода определения уровня технического состояния асинхронного двигателя» приведен расчет экономической эффективности исследований.

Суммарный (от своевременного устранения неисправностей асинхронного электродвигателя, контроля качества ремонта и от улучшения функционирования технологического процесса) годовой экономический эффект в расчете на один электродвигатель равен 2383 руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ методов определения технического состояния асинхронных двигателей показал, что применяемые в настоящее время методы в основном дают качественную оценку технического состояния отдельных узлов асинхронного двигателя, что не позволяет в целом оценить его состояние

2. Разработанный комплексный показатель технического состояния асинхронного двигателя, определяемый с помощью количественных оценок качественных показателей технического состояния отдельных узлов и деталей И представляющий собой сложную совокупную функцию технических состоянии входящих в него элементов, стал основой модели формирования уровня технического состояния (Утс).

3. Разработанная методика определения технического состояния асинхронного двигателя по комплексному показателю после ремонта и в процессе эксплуатации в технологическом процессе навозоудаления и других процессов позволяет оценить АД в три этапа. На первом этапе диагностируется каждый параметр АД. На втором этапе полученные диагностические параметры соотносятся с нормативными. На третьем этапе определяется уровень технического состояния АД с учетом весомостей обобщающих факторов. Весомости были определены экспертным методом и составили:

- уровень технического состояния электромагнитных частей асинхронного электродвигателя - <р = 1;

- уровень технического состояния механических частей асинхронного электродвигателя - <? = 0,59;

- уровень технического состояния динамических показателей - с? = 0,82.

4. Разработанный динамический метод диагностирования, реализованный на основе компьютерного диагностического комплекса, позволил получить диаграммы изменения времени пуска от различных технических состояний асинхронного двигателя. При экспериментальных исследованиях были получены следующие результаты:

- при увеличении величины осевого зазора подшипника для асинхронного двигателя АИР80В4 до 0,2 мм, время разгона увеличивается с

0,028 до 0,035 секунд (25 %), при увеличении величины осевого зазора до 0,3 мм время разгона увеличивается до 0,04 секунды (53,5 %).

- при изменении активного сопротивления для асинхронного двигателя АИР80В4 1-ой обмотки на 15 % время разгона увеличивается на 14 %, при изменении активного сопротивления 1-ой обмотки на 15 %, а 2-ой обмотки на 20 % время разгона увеличивается на 78,5 %.

На данный способ получено положительное решение о выдаче патента на изобретение № 2011143004 от 13.12.2013.

5. Установленные связи показателей надежности асинхронного электродвигателя с уровнем его технического состояния показали, что коэффициент готовности (Кг) возрастает с увеличением уровня технического состояния по линейной функции Кг= 1,2451УТС - 0,008 (г = 0,76), а наработка до капитального ремонта изменяется по зависимости Т = 7552,ЗУТС~ - 747,17УТС (г = 0,89). В результате исследований установлено, что наработка до капитального ремонта зависит как от коэффициента готовности, так и от уровня технического состояния, и может быть определена уравнением регрессии:

Т=2,6046+6,5045-Кг-17,4528-Утс+13,9324-Кг-Кг-27,7403-КГ-Утс+31,028-Утс-Утс.

6. Предложенная методика показала, что уровень технического состояния асинхронного двигателя в технологическом процессе навозоудаления изменялся от 1 до 0,3. Полученный оптимальный уровень технического состояния асинхронного двигателя, который составил Утс = 0,71, показал необходимость поддержания его весь период эксплуатации при минимальных суммарных издержках на его поддержание.

7. Технико-экономические расчеты показали, что экономический эффект, полученный за счет снижения отказов асинхронного двигателя, используемого в технологическом процессе навозоудаления, внедрения метода диагностирования и поддержания уровня технического состояния асинхронного двигателя в пределах 0,70...0,71, составил 2383 руб. на один электродвигатель в год.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Логинов, А.Ю. Определение оптимального уровня технического состояния асинхронного двигателя / А.Ю. Логинов, В.В. Боннет, В.В. Потапов // Вестник КрасГАУ. -2012,-№8. -С. 163-166.

2. Логинов, А.Ю. Уровень технического состояния асинхронного двигателя и его влияние на надежность функционирования производственного процесса / А. Ю. Логинов, В.В. Боннет, В.В. Потапов // Вестник КрасГАУ. - 2012. - № 9. - С. 200-204.

3. Логинов, А.Ю. Моделирование процесса пуска асинхронного электродвигателя / А.Ю. Логинов, А.М. Синельников // Вестник ИрГСХА. - 2012. -№ 49. - С. 108-112.

Материалы международных и региональных конференций

4. Логинов, А.Ю. К вопросу оценки технического состояния асинхронного двигателя по комплексному показателю / А.Ю. Логинов, В.В. Боннет // Сб.

л ;

•s j

докл. науч.-практ. конф., посвящ. 65-летию победы в Великой Отечественной войне (13-15 апреля 2010г.) -4.1. - Иркутск: ИрГСХА, 2010. - С. 269 -273.

5. Логинов, А. Ю. Анализ методов количественной оценки качественных показателей / А.Ю. Логинов, В.В. Боннет // Сб. докл. регион, науч.-практ. конф. молодых ученых СФО с междунар. участием посвящ. 65-летию победы в Великой Отечественной войне (12-14 мая 2010г.). - Иркутск- ИрГСХА ">010 -С. 293-298. ' " '

6. Логинов, А.Ю. Оценка состояния асинхронного двигателя по комплексному показателю / В.В. Боннет, А.М. Синельников, А.Ю. Логинов // Engineering problems in agriculture and industiy: сб. докл. междунар. конф. (July 2-4, 2010 Ulaanbaatar, Mongolia). - Улан-Батор, 2010. - С. 101-105.

7. Логинов, А.Ю. Результаты оценки технического состояния асинхронного двигателя динамическим методом / А.Ю. Логинов, В.В. Боннет // Актуальные проблемы энергетики АПК: материалы II междунар. науч-практ конф -Саратов, 2011. - С. 42^4.

8. Логинов, А.Ю. Внедрение методики оценки технического состояния асинхронного двигателя в ООО «Надежда» Осинского района / А.Ю. Логинов, В.В. Боннет, Г.Т. Ертаев // Научные исследования студентов в решении актуальных проблем АПК: сб. докл. студ. науч.-практ. конф. - Иркутск" ИрГСХА, 2011.-С. 376-379.

9. Логинов, А.Ю. Результаты оценки весомостей показателей технического состояния асинхронного двигателя / А.Ю. Логинов, В.В. Боннет // Природа и сельскохозяйственная деятельность человека: материалы междунар. науч -практ. конф. - Иркутск: ИрГСХА, 2011. - С. 183 -186.

Ю.Логинов, А.Ю. Количественная оценка технического состояния асинхронно двигателя по его качественным показателям / А.Ю. Логинов, В.В. Боннет // Научные исследования и разработки к внедрению в АПК: сб. статей междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых. - Иркутск" ИрГСХА 2012 - С 30-33. '

П.Логинов, А.Ю. Количественная оценка уровня технического состояния асинхронного двигателя по его качественным показателям / А.Ю. Логинов, В.В. Боннет // Актуальные вопросы технического, технологического и кадрового ооеспечения АПК: материалы междунар. науч.-практ. конф. и V-ro регион, науч.-производств. семинара, посвящ. 80-летию со дня рождения д.т.н., профессора, заслуженного деятеля науки и техники РФ Терских И П -Иркутск: ИрГСХА, 2012. - С. 228-232.

12. Логинов, А.Ю. Методика определения технического состояния асинхронного двигателя по комплексному показателю / А.Ю. Логинов, В.В. Боннет // Технология и средства механизации в АПК: сб науч трудов - Утан-Удэ: ВСГУТУ, 2012. - С. 14-18.

Подписано в печать 03.06.2013 г. Формат 60x80 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз.

Издательство Иркутской государственной сельскохозяйственной академии 664038, Иркутская область, Иркутский район, пос. Молодежный

ФГБОУ ВПО «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия»

На правах рукописи

04201 З'бО^и'б

ЛОГИНОВ АЛЕКСАНДР ЮРЬЕВИЧ

Влияние технического состояния асинхронного двигателя на показатели его надежности на примере технологического

процесса навозоудаления

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент В.В. Боннет

Иркутск - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................5

Глава 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ....................10

1.1 Техническое обслуживание и эффективность диагностики асинхронных двигателей.......................................................................10

1.2 Методы и средства диагностирования асинхронных двигателей и их классификация........................................................................14

1.2.1 Стандартизация методов определения технического состояния электрических машин...................................................................14

1.2.2 Существующие методы и средства определения технического состояния электрических машин........................................................15

1.3 Методы количественной оценки технического состояния асинхронных двигателей............................................................................28

1.4 Влияние технического состояния асинхронного двигателя на показатели надежности.......................................................................33

Глава 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ЕГО ВЛИЯНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ..............................36

2.1 Теоретические предпосылки формирования комплексного показателя технического состояния асинхронного двигателя.............................36

2.2 Зависимость динамических показателей асинхронного двигателя от его технического состояния............................................................42

2.3 Прогнозирование надежности работы асинхронного двигателя от уровня его технического состояния..................................................56

2.4. Оптимизация уровня технического состояния асинхронного двигателя..........................................................................................57

Глава 3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИАГНОСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ.............................................62

3.1 Методика определения уровня технического состояния асинхронных двигателей.............................................................................62

3.1.1 Факторы, определяющие уровень технического состояния электрической машины и их значимость.................................................62

3.1.2 Количественная оценка качественных показателей факторов.....66

3.1.3 Порядок определения уровня технического состояния асинхронного двигателя..............................................................................67

3.2 Методика определения обобщающих факторов.........................68

3.2.1 Методика определения технического состояния электрических частей электродвигателя..................................................................68

3.2.2 Методика определения технического состояния механических частей электродвигателя..................................................................69

3.2.3 Методика определения динамических показателей..................70

3.3 Технические и метрологические характеристики приборов и оборудования для определения уровня технического состояния асинхронного двигателя.....................................................................................75

3.4 Технологичность метода диагностирования асинхронного двигателя при переходном режиме..................................................................83

3.5 Методика установления функциональных зависимостей между показателями надежности и уровнем технического состояния асинхронного двигателя.....................................................................................88

3.5.1 Методика установления взаимосвязей между различными показателями надежности асинхронного двигателя.........................................88

3.5.2 Методика расчета уровня технического состояния асинхронного двигателя, соответствующего минимуму суммарных затрат на его поддержание..............................................................................................90

Глава 4 СВЯЗЬ УРОВНЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОКАЗАТЕЛЯМИ НАДЕЖНОСТИ...........93

4.1 Анализ надежности работы асинхронных двигателей................93

4.2 Результаты оценки уровня технического состояния асинхронных двигателей..................................................................................96

4.3 Зависимость показателей надежности асинхронных двигателей от уровня его технического состояния..................................................103

4.4 Связь технического состояния асинхронных двигателей с уровнем динамических показателей двигателя.............................................109

4.5 Оптимизация уровня технического состояния асинхронного двигателя.........................................................................................112

Глава 5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.............116

5.1 Экономическая эффективность функционирования технологического процесса от повышения уровня технического состояния асинхронного двигателя..................................................................................116

5.2 Эффективность применения динамического метода оценки технического состояния асинхронного двигателя........................................117

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.........................................................119

ЛИТЕРАТУРА.....................................................................121

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................133

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в электроприводе большинства технологических процессов как в промышленности, так и в сельском хозяйстве широко используются асинхронные двигатели (АД). Это объясняется простотой конструкции, относительно низкой стоимостью, а также высокой надежностью при условии их правильной эксплуатации. Стоит отметить, что в более 90% всех электроприводов используются АД [5]. Они обычно рассчитаны на срок службы 15-20 лет без капитального ремонта при условии их правильной эксплуатации. В практике эксплуатации срок службы электродвигателей и их узлов значительно меньше. Основной причиной выхода из строя является низкий уровень технического обслуживания (ТО) и ремонта, малоэффективность существующих способов и средств диагностического контроля, а также сложные условия эксплуатации в сельском хозяйстве.

Технологические процессы постоянно усложняются, поэтому простои оборудования приводят к большим экономическим потерям. В связи с этим остро встает вопрос повышения надежности и эффективности работы асинхронных двигателей.

Разработке научной базы для решения проблемы оценки технического состояния асинхронных двигателей в процессе эксплуатации и их надежности посвящены работы таких ученых, как: Копылов И.П., Иванов-Смоленский A.B., Ермолин Н.П., Сипайлов Г.А., Скороспешкин А.И., Коськин Ю.П., Гольдберг О.Д., Гемке Р.Г., Жерве Г.К., Овчаров В.В., Котеленец Н.Ф., Кузнецов Н.Л., Хелемская С.П., Хорольский В.Я., Пястолов A.A., Таранов М.А., Ерошенко Г.П., Медведько Ю.А., Хомутов О.И. и др.

Существующие методы [2, 3, 4, 5, 8, 11, 12] в основном дают качественную оценку технического состояния отдельных узлов электрической машины, что не позволяет в целом оценить состояние машины. Количественная оценка надежности работы технических объектов проводится чаще всего путем определения показателей надежности [8, 13, 18, 33]. На практике количественная оценка техническо-

го состояния АД осуществляется на основе статистических данных количества отказов или времени наработки на отказ, что не позволяет спрогнозировать работу оборудования перед началом эксплуатации.

В связи с вышеизложенным возникает необходимость разработки такой методики диагностирования асинхронных двигателей, которая позволила бы количественно, без больших затрат времени и труда, оценить техническое состояние асинхронного двигателя и готовность его к работе на предстоящий период эксплуатации.

Работа выполнялась в соответствии с планом НИР Иркутской государственной сельскохозяйственной академии «Разработка, совершенствование эксплуатации электрооборудования производственных процессов в агропромышленном комплексе» (тема 29К, номер государственной регистрации №01201355871).

Степень разработанности темы. Предпосылками определения цели и постановки задач исследования являются: развитие электрифицированных технологических процессов с использованием асинхронных электродвигателей, разработанность способов диагностики асинхронных электродвигателей в условиях сельского хозяйства.

Цель работы - исследование влияния технического состояния асинхронного двигателя на показатели надежности в технологическом процессе навозоудале-ния для повышения эффективности использования асинхронных двигателей за счет его комплексной оценки и прогнозирования работы на предстоящий период.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- провести анализ методов оценки технического состояния асинхронных двигателей;

- математически обосновать определение уровня технического состояния асинхронных двигателей по комплексному показателю;

- разработать методику определения уровня технического состояния асинхронных двигателей по параметрам технического состояния его отдельных частей;

- установить связь уровня технического состояния с показателями надежности асинхронного двигателя;

- оценить экономическую эффективность использования комплексного показателя для прогнозирования надежности асинхронных двигателей.

Объект исследования. Параметры диагностирования технического состояния асинхронного двигателя и формирование уровня технического состояния.

Предмет исследования. Зависимость уровня технического состояния асинхронного двигателя, факторов, влияющих на процесс его формирования, с показателями надежности.

Научная новизна диссертации.

- модель формирования комплексного показателя технического состояния асинхронного двигателя;

- методика количественной оценки уровня технического состояния асинхронного двигателя по комплексному показателю;

- метод постановки диагноза по форме диаграммы изменения частоты вращения асинхронного двигателя;

- полученные закономерности для определения оптимального уровня технического состояния асинхронных двигателей;

- взаимосвязи уровня асинхронного двигателя технического состояния с показателями его надежности.

Практическая значимость и реализация работы. Результаты исследований и выявленные связи уровня технического состояния асинхронного двигателя с его показателями надежности могут быть использованы в хозяйствах, эксплуатирующих их, а также на предприятиях для послеремонтных испытаний асинхронных электродвигателей.

Производственная проверка результатов исследований осуществлялась в СХ ОАО «Белореченское» (Усольский район Иркутской области) и ООО «Тулун-ское хлебоприемное предприятие» (Тулунский район Иркутской области), ОАО «Родники» (Иркутский район Иркутской области). Результаты исследований ис-

пользуются в учебном процессе кафедры электрооборудования и физики ИрГС-ХА.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории электрических машин, теории вероятностей, надежности, опыт эксплуатации и экспериментально - статистический анализ показателей надежности, пакеты прикладных программ Word, Excel, Statistica. Экспериментальные исследования по определению уровня технического состояния и показателей надежности асинхронных двигателей проведены в СХ ОАО «Белореченское».

Основные положения, выносимые на защиту:

- математическое описание формирования комплексного показателя технического состояния асинхронного двигателя;

- комплексный показатель оценки уровня технического состояния АД;

- зависимости динамических показателей АД от технического состояния;

- методика расчета оптимального уровня технического состояния АД;

- зависимости основных показателей надежности АД от уровня его технического состояния.

Достоверность результатов работы подтверждена экспериментальными и производственными исследованиями, адекватностью полученных математических моделей.

Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических семинарах ИрГСХА «Чтения И.П. Терских» (Иркутск, 2010-2012), международной научно-практической конференции «Рациональное природопользование и энергосберегающие технологии в агропромышленном комплексе» ИрГСХА (Иркутск, 2010), региональной научно-практической конференции молодых ученых Сибирского федерального округа «Инновационные технологии в АПК» ИрГСХА (Иркутск, 2010), международной конференции «Engineering problems in agriculture and indusry» (Ulaanbaatar, Mongolia, 2010), международной научно-практической конференции «природа и сельскохозяйственная деятельность человека» ИрГСХА (Иркутск, 2011), студенческой научно-практической конференции «Научные исследования студентов в

решении актуальных проблем АПК» ИрГСХА (Иркутск, 2011), научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов ВСГУТУ (Улан-Удэ, 2012).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 40 рисунков, список литературы из 127 наименования.

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Асинхронные двигатели в сельском хозяйстве часто работают в тяжелых условиях. Средний срок службы составляет 5 лет, хотя они рассчитаны на работу в течение 15-20 лет. Одним из важнейших показателей качества электрических машин является их надежность, т.е. способность выполнять свои функции в течение заданного срока службы [36, 48, 74]. Для повышения уровня надежности асинхронных двигателей необходимо правильно их эксплуатировать. Под правильной эксплуатацией асинхронного двигателя понимается его работа в соответствии с номинальными параметрами, указанными в паспортных данных электродвигателя, проведение плановых ТО.

1.1 Техническое обслуживание и эффективность диагностики

асинхронных двигателей

Техническое обслуживание является основным решающим профилактическим мероприятием, необходимым для обеспечения надежной работы оборудования между плановыми ремонтами [119].

В общем случае ТО предусматривает уход за электрооборудованием. Оно включает в себя систематическое проведение осмотров; соблюдение правил эксплуатации и инструкций заводов; устранение мелких неисправностей, не требующих отключения оборудования и сетей; регулировку, продувку, смазывание. ТО проводится в соответствии с нормативными документами и инструкциями заводов-изготовителей.

Для уменьшения количества отказов оборудования, при проведении ТО необходимо определять техническое состояние элементов АД, т.е. проводить диагностику.

Техническая диагностика - это теория, методы и средства, с помощью которых делается заключение о техническом состоянии объекта. Цель диагностики -

определение степени работоспособности АД в данный момент времени и выявление дефектов ее отдельных узлов. При этом важно определять характер дефекта и места его нахождения.

По данным, получаемым при диагностических испытаниях, делается вывод о техническом состоянии АД и о тех мероприятиях, необходимых для осуществления ремонтных работ, которые необходимо предпринять.

Вопросы диагностики тесно связаны с критериями работоспособности электрических машин, анализ которых позволяет поставить диагноз о техническом состоянии электрической машины. Сказанное не означает, что все критерии работоспособности являются диагностическими параметрами. Необходимо выявить наиболее информативные (в смысле выявления и обнаружения дефектов и их расположения) из критериев работоспособности и из электромагнитных параметров электрических машин (напряжение, ток, момент и др.). Для каждого типа машин, класса напряжения и мощности, информативность тех или иных параметров работоспособности изменяется, и поэтому критерии работоспособности должны определяться в каждом конкретном случае.

Прогнозирование технического состояния означает определение будущего состояния электрической машины на основании изучения тех факторов, от которых это состояние зависит. Прогнозирование может осуществляться как в процессе разработки, так и в период эксплуатации машины. В последнем случае цель прогнозирования - своевременное обнаружение неблагоприятного состояния машины и разработка рекомендаций по повышению уровня его надежности.

Основополагающим принципом прогнозирования является использование прошлого опыта. Информация о машине (априорная) является базой для процесса прогноза и пол�