Формирование диагностического сигнала
для оценки интенсивности искрения щеток однофазных коллекторных двигателей.
Харламов
Виктор Васильевич,
доктор технических наук, профессор,
Шкодун
Павел Константинович,
кандидат технических наук, доцент,
Ахмедзянов Гаяз Гумарович,
аспирант,
Омский Государственный Университет Путей
Сообщения.
В качестве диагностического
сигнала для оценки интенсивности искрения щеток коллекторных электрических
машин целесообразно использовать напряжение с разнополярных щеток. Данный метод
измерений прост, эффективен в условиях массового производства, не требует
каких-либо первичных преобразователей и позволяет осуществлять оценку интенсивности
искрения раздельно от перекоммутированных и недокоммутированных секций якорной обмотки испытуемой
машины [1].
При испытании однофазных коллекторных
двигателей (ОКД) переменного тока сигнал с разнополярных щеток (рис. 1) помимо
высокочастотных импульсов искрения щеток оборотных, полюсных, зубцовых пульсаций и пульсаций коллекторной частоты, связанных
с работой электрической машины, содержит в себе дополнительно несущую гармонику
питающего напряжения. Поэтому для выделения импульсов искрения из напряжения с
разнополярных щеток ОКД необходимо разработать специальное входное устройство
диагностического оборудования.
Теперь можно ходить в разные детские клубы без ограничений растут.рф Судья Богданова pravda.ru
Рис. 1.
Осциллограмма напряжения на
разнополярных щетках ОКД.
Поскольку напряжение на
разнополярных щетках опережает по фазе ток, протекающий в якорной обмотке
двигателя, а импульсы искрения определяются током, протекающим в коммутируемых
секциях обмотки, то при раздельной оценки интенсивности искрения щеток и
определении фазы коммутации импульсов искрения возникает погрешность. Эта
погрешность связанна со сдвигом фаз напряжения и тока, в результате чего часть
импульсов искрения, вызванных перекоммутированными секциями, распознаются диагностическим
оборудованием как импульсы, вызванные недоммутированными
секциями, и наоборот. Поэтому для уменьшения данной погрешности на выходе
входного устройство должно осуществляться согласование фазы диагностического
сигнала и тока, протекающего в якорной обмотке электрической машины.
В качестве входного устройства
выбран RC-фильтр верхних частот. Схема
подключения входного устройства диагностического оборудования показана на рис. 2.
Рис. 2.
Схема подключения
входного устройства диагностического оборудования к испытуемому двигателю.
Методику определения значений
элементов входного устройства рассмотрим на примере однофазного коллекторного двигателя
АВП-600.
Исследуемый RC-фильтр верхних частот является корректирующим устройством с
опережением по фазе. Его частотная характеристика определяется по формуле:
, (1)
где ω – угловая частота напряжения; R, C
– общие сопротивление резисторов и емкость конденсаторов фильтра.
Фазовая характеристика фильтра:
(2)
На основании уравнения (2) получены
зависимости угла фазового сдвига A от сопротивления R (рис. 3) для нескольких значений
емкости фильтра в случае частоты питающего напряжения 50 Гц. Также на графике отмечено
значение фазового сдвига, который должно реализовывать входное устройство. Значение
угла фазового сдвига для двигателя АВП-600, работающего в номинальном режиме
равняется 4°. Данный угол определяется путем построения векторной диаграммы [2] по
значениям номинальных параметров.
Рис. 3.
График зависимостей А = f(R).
Исследования устройств,
использующих сигнал с разнополярных щеток, [3] показали, что в ходе
коммутационных испытаний при аварийном отключении питания испытуемого двигателя,
в рассматриваемой цепи (рис. 2) могут возникать опасные перенапряжения,
которые способны вывести из строя элементы измерительной схемы. Причем амплитуда импульса перенапряжения на выходе входного
устройства растет пропорционально значению сопротивления входного устройства
(рис. 4) и существует критическое значение емкости входного устройства при
значениях больше которого апериодичный переходный
процесс сменяется колебательным, представляющим большую угрозу для измерительной
схемы. Значение этой емкости определяется соотношением:
, (3)
где Ra, La – сопротивление и индуктивность якорной
обмотки ОКД.
Рис. 4.
Графики зависимости амплитуды импульса
перенапряжения Um от значения
R при C = const.
При определении значений
элементов входного устройства учитываются необходимый фазовый сдвиг и требование
минимально возможного значения амплитуды импульса перенапряжения. Сначала по
формуле (3) определяется критическое значение емкости. Затем из номинального
ряда выбирается значение общей емкости конденсаторов фильтра C наиболее близкое к критическому,
но меньше его. Далее, использую зависимости, показанные на рис. 3, определяется
значение общего сопротивления резисторов фильтра R, которое реализует необходимый фазовый сдвиг на выходе входного
устройства. Использование данной методики для двигателя АВП-600 позволило
определить оптимальные значения параметров входного устройства: С = 2 мкФ и R = 23 кОм.
Предложенная схема входного
устройства диагностического оборудования и методика для определения его
параметров обеспечивают возможность выделения импульсов искрения из
диагностического сигнала, реализуют
необходимый фазовый сдвиг и в то же время соответствуют минимальному значению
импульса перенапряжения. Данная методика может использоваться для любых типов
ОКД.
Литература.
1. Карасев М.Ф.,
Суворов В.П. Оценка искрения и контроль качества коллекторов электрических
машин. // Изв. вузов. Электромеханика. - 1962. - №7.
- С. 818-823.
2. Fujii
T. STUDY OF UNIVERSAL MOTORS WITH LAG ANGLE BRUSHES.// IEEE Trans. Power appl.
and systems. - 1982.- 101, N 6 pp. 1288-1296.
3. Харламов В.В., Шкодун П.К., Ахмедзянов Г.Г.
Защита прибора контроля коммутации электрических машин от перенапряжений/
Электромеханические преобразователи энергии: Материалы международной
науч.- техн. конф.,
17-19 октября
Поступила
в редакцию 19.05.2008 г.