Классификация методов диагностирования тяговых электродвигателей

 

Техническая диагностика – это отрасль знаний, включающих в себя теорию и методы определения технического состояния объекта диагностирования. Диагноз (от греч. diagnosis) – распознавание, определение. Техническая диагностика решает три типа задач. К первому типу относятся задачи по определению состояния, в котором объект находится в настоящее время – установление диагноза. Задачами второго типа являются задачи по предсказанию состояния, в котором окажется объект в некоторый момент времени – задачи прогноза. К третьему типу относятся задачи определения состояния, в котором находился объект в некоторый момент в прошлом – задачи генеза.

В основные задачи диагностирования входят:

- Контроль технического состояния;

- Поиск места и определение причины отказа (или неисправности);

- Прогнозирование технического состояния на определенный промежуток времени.

Цель технического диагностирования: выявление дефектов, определение их вида, расположения и причин их появления.

Дефект — несоответствие свойств объекта заданным, требуемым или ожидаемым свойствам.

Для проведения диагностики необходимо специальное диагностическое обеспечение. [1]

Диагностическое обеспечение - комплекс взаимоувязанных правил, методов, алгоритмов и средств, необходимых для осуществления диагностирования на всех этапах[2].

Модель тягового электродвигателя постоянного тока электрического подвижного состава как объекта диагностирования включает в себя электроизоляционную конструкцию, коллекторно-щеточный аппарат и механическую часть. Поэтому отказы тяговых двигателей имеют различную природу.

Для оценки технического состояния узлов и деталей ТЭД и выявления дефектов в них применяют следующие виды контроля:

- Магнитопорошковый метод;

- Вихретоковый метод;

- Тепловой метод;

- Виброаккустический метод;

- Ультразвуковая дефектоскопия;

- Визуально-измерительный метод;

- Контроль состояния изоляции.

Магнитопорошковый методоснован на притяжении магнитных частиц силами неоднородных магнитных полей, возникающих над дефектами в намагниченной детали, с образованием в зонах дефектов индикаторных рисунков в виде скоплений магнитных частиц. Для обнаружения дефектов данным методом на контролируемые участки намагниченной детали наносят ферромагнитные частицы, имеющие удлиненную форму. В магнитном поле каждая частица намагничивается и становится диполем с четко выраженными магнитными полюсами на концах. Вдали от дефекта магнитное поле однородно. Это означает, что в каждой его точке напряженность одинакова по величине и направлению и взаимодействие полюсов и каждой частицы с напряженностью поля дефекта образует пару сил, момент которых разворачивает частицу и устанавливает ее ось по направлению.

В зоне дефекта (по обе стороны и над дефектом) поле искажено, оно неоднородно, т. е. напряженность у обращенных к краям дефекта полюсов частицы имеет большее значение, чем у других, поэтому на частицы, кроме вращающих моментов, действуют магнитные силы, стремящиеся втянуть их в область с более высоким значением напряженности, под действием которых происходит перемещение частицы к краям дефекта, где концентрация магнитных линий наибольшая.

Этот вид неразрушающего контроля применяется для дефектоскопии вала якоря (шейки вала под якорные подшипники, конусы вала, а также внутренние кольца роликовых подшипников).

Рис.1. - Магнитопорошковый дефектоскоп [3]

 

Вихретоковый методосновывается на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля (ОК) этим полем. Вихретоковый метод применяется в основном для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов, графита, полупроводников и т. д. Принцип работы указан на рисунке (рис 2.).

 

Рис. 2. Принцип работы вихретокового метода [4]

1 – катушка индуктивности, 2 – вихревые токи,

3 – объект контроля, 4 – приёмный измеритель.

 

Важной особенностью вихретокового метода неразрушающего контроля является то, что его проведение возможно без контакта объекта и преобразователя - их взаимодействие происходит на тех расстояниях, которые необходимы для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметра). Это дает возможность получать качественные результаты контроля даже при очень высоких скоростях исследуемых объектов.

Этот метод пригоден для обнаружения таких дефектов как коррозия, износ, эрозия, питтинг, трещины, повреждения и утончение стенок.Поэтому

этот метод придиагностике ТЭД применяется для выявления зарождающихся дефектов вала якоря, деталей подшипниковых узлов, болтов в двигателе.

Тепловой контроль основан на мониторинге, измерении и анализе изменения температурного фона на поверхности и внутри контролируемых объектов. Процесс отдачи тепловой энергии окружающей среде, выделение или поглощение тепла внутри объекта, перемещение по всему объему объекта, неизменно приводит к медленному изменению температуры относительно окружающего пространства. Характер распределения температурного фона по поверхности контролируемого объекта является важным техническим параметром в методе теплового контроля, так как содержит данные о процессе теплопередачи, постоянном и временном режимах работы объекта, его внешнем и внутреннем устройстве и наличии скрытых внутренних дефектов. Возникновение тепловых потоков в контролируемом объекте обусловлено внешним воздействием и различными внутренними причинами. Этот вид контроля применим к объектам из любых материалов.

Приборами для теплового контроля и тепловизионной диагностики являются: тепловизоры, пирометры, термометры[5].

Вибрационная диагностика — метод диагностирования технических систем и оборудования, основанный на анализе параметров вибрации, либо создаваемой работающим оборудованием, либо являющейся вторичной вибрацией, обусловленной структурой исследуемого объекта.

Диагностика по общему уровню вибрации.

Метод основан на непосредственном измерении параметров вибросмещения, виброскорости или виброускорения исследуемого узла. Критерием наличия и степени развития дефекта по данному методу служат нормативные уровни вибрации, принятые для исследуемого механизма.

Дефектным считается такой узел, величины вибрации которого превысили установленную норму для него.

Данный способ диагностики по своему принципу входит в широко распространенную простейшую оценку технического состояния оборудования по общему уровню вибросигнала, выполняется оперативным обслуживающим персоналом без специальной подготовки[6].

С помощью вибродиагностического метода контроля выявляют дисбаланс ротора, дефекты электродвигателей, такие как неравномерный воздушный зазор между статором и ротором, ослабление крепления обмоток статора и пр. Он показывает несоосность валов, дефекты приводных муфт, дефекты подшипников скольжения и качения, ременных и зубчатых передач, дефекты компрессоров, насосов и вентиляторов. Вибродиагностика позволяет обнаружить даже дефекты смазки.

Ультразвуковая дефектоскопия - метод, позволяющий осуществлять поиск дефектов в материале изделия путём излучения и принятия ультразвуковых колебаний, отраженных от внутренних несплошностей (дефектов), и дальнейшего анализа их амплитуды, времени прихода, формы и других характеристик с помощью специального оборудования - ультразвукового дефектоскопа. Который позволяет не только выявлять скрытые дефекты, но и определять глубину расположения дефекта и его размеры. Является одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля.В диагностике тяговых электродвигателей этот метод применяется для отыскания глубинных и подповерхностных дефектов[7].

Визуально-измерительный метод

Визуальная часть метода заключается в получении информации о тяговом электродвигателе с помощью наблюдения или с помощью оптических приборов. Внешним осмотром проверяют крышки подшипниковых щитов на наличие трещин и вытекшей смазки, так же осматривают состояние коллекторно-щеточного узла и других элементов двигателя на наличие неисправностей. После осмотра проводится заключение о техническом состоянии тягового электродвигателя.

Измерительная часть заключается в проведении измерений как электрических, так и не электрических для оценки состояния тягового двигателя.

Электрические измерения применяются для оценки состояния изоляции ТЭД. Кроме электрических измерений применяются измерения, которые включают в себя определение величины износа или деформации и для сопоставления размеров полученных с измерений с чертежными размерами.

Рис.3. – Оборудование для визуально-измерительного контроля

 

Контроль состояния изоляции.

Для выявления возникающих в изоляции дефектов разработаны и применяются следующие методы неразрушающих испытаний изоляции:

1. измерение тангенса диэлектрических потерь;

2. измерение частичных разрядов в изоляции;

3. измерение емкости;

4. измерение сопротивления изоляции;

5. расчёт коэффициента абсорбции.

Угол диэлектрических потерь δ является в первую очередь показателем наличия в изоляции посторонних включений, в частности увлажнения изоляции. Характер изменения tg δ при периодических измерениях позволяет судить об ухудшении свойств изоляции. Измерение tg δ изоляции осуществляется приборами, в основе которых лежит принцип высоковольтного моста Шеринга.

Недостатком этого метода является низкая помехозащищенность и сложность автоматизации процесса измерения. Измерение частичных разрядов, являющихся основной причиной электрического старения внутренней изоляции, дает более объективную информацию о состоянии изоляции, но такие измерения очень сложны и имеют малую помехозащищенность. Поэтому они в основном применимы лишь в лабораториях и малопригодны для условий депо. Емкость изоляционной конструкции при неизменной температуре и частоте есть величина постоянная. Поэтому изменение емкости свидетельствует о дефектах в изоляции, в том числе и об ее увлажнении. На принципе измерения абсорбционной емкости основаны методы контроля влажности изоляции.

Определение влажности изоляции.

Анализ влияния климатических условий показал, что в период с ноября по март резко возрастает количество отказов электрических машин (в 3, 5 раза по сравнению со средним количеством за год). Довольно часто сопротивление изоляции снижается до предельно допустимых значений 1––1, 5 МОм. Выявление причин снижения величины сопротивления изоляции является актуальной задачей, т.к. неправильное определение причины может привести к ошибочной замене тягового двигателя вместо восстановления его изоляции путем сушки. О влажности изоляции тяговых двигателей судят по величине коэффициента абсорбции, который определяется по формуле:

(1.1)

где R₁₅ и R₆₀ –– сопротивления изоляции, измеренные через 15 и 60 с, МОм.

 

При хорошей и сухой изоляции коэффициент абсорбции составляет 1, 5––2, а для увлажненной приближается к единице. Наименьшим значением коэффициента абсорбции изоляции тяговых двигателей следует считать 1, 1––1, 2 (при температуре окружающего воздуха 20±10 °С). Выпускаются специальные приборы промышленного изготовления, позволяющие с достаточной степенью точности определять сопротивление изоляции и коэффициент абсорбции. Одним из таких приборов является мегомметр Ф4100. Он имеет выходное напряжение на разомкнутых зажимах (2500±250 В). Коэффициент абсорбции определяют с помощью реле с выдержкой времени 15 и 60 с и сигнальной лампы, указывающей моменты отсчета. Погрешность прибора не более ±2, 5 %. Прибор указан на рисунке (рис.4).

 

Рис. 4. Мегомметр Ф4100 [8]

 

Контроль искрения.

Одним из факторов, влияющих на режим работы тяговых двигателей, является точность установки щеток на нейтрали с помощью поворотной траверсы. Смещение щеток с нейтрали приводит к расхождению скоростных характеристик и к повышенному износу щеток и коллекторов, способствует возникновению круговых огней. Так, смещение траверсы на 10 мм вызывает изменение тока двигателя на 21 %; смещение траверсы на 5 мм в режиме, близком к часовому, приводит к увеличению степени искрения на 1 балл.

Установку щеток на нейтрали выполняют несколькими способами.на работающей машине в режиме генератора на холостом ходу нейтральное положение щеток определяют по максимальному напряжению на коллекторе. При другом –– машина работает в режиме двигателя на холостом ходу. Считается, что если при реверсировании частота вращения не изменяется, то щетки установлены на геометрической нейтрали. Также можно использовать специальное переносное устройство А-1938, разработанное ВНИИЖТ и ПКБ ЦТ.

Принцип работы этого устройства основан на наличии трансформаторной связи между обмотками главных полюсов и якоря.

Оценка искрения.

Оценка искрения может осуществляться разными способами, например, визуальным или по переменной составляющей напряжения.

Визуальный способ. Искрение оценивается на глаз в соответствии со шкалой степени искрения, рекомендуемой ГОСТ 183-74 (рис. 5).

 

 

Рис.5. Шкала искрения [9].

а - степень 1; б – степень 1¹/₄; в – степень 1¹/₂;

г – степень 2; д– степень 3.

 

Кроме визуального способа присутствует способ оценки искрения по переменной составляющей напряжения, который основан на измерении переменной составляющей напряжения на выводах тягового двигателя. Это напряжение практически пропорционально степени искрения под щетками.

Испытание изоляции повышенным напряжением.

Этот метод испытаний относится к методам разрушающего контроля. Испытания повышенным напряжением производятся для проверки наличия необходимого запаса электрической прочности изоляции. Так как понижение электрической прочности вызывается, как правило, местными дефектами в изоляции, то указанный способ испытаний служит и для обнаружения в изоляции местных дефектов. Он гарантирует также, что изоляция оборудования имеет нужный уровень прочности по отношению к перенапряжениям, возникающим в эксплуатации.

Испытательное напряжение должно прикладываться к изоляции в течение времени, достаточного для развития частичных разрядов или даже развития разряда до пробоя. Чрезмерно длительное приложение напряжения нежелательно, т.к. ведет к порче органической изоляции ионизационными процессами.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: