ки, системой контроля изменения свойств акустической нагрузки позволяет создать новый класс УЗ-аппаратов, способных обеспечить максимальную эффективность воздействия при обработке жидких, твердых и газообразных сред.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ультразвуковые преобразователи / Под ред. Е. Кикучи. — М.: МИР, 1972. — 424 с.
2. Хмелев В. Н., Гейне Д. В., Барсуков Р. В. и др. Согласование электронных генераторов с пьезоэлектрическими колебательными системами для повышения эффективности ультразвуковых аппаратов // Известия Томского политехнического университета. — 2010. — Т. 317, № 4. — С. 139—143.
3. Теумин И. И. Введение ультразвуковых колебаний в обрабатываемые среды // Источники мощного ультразвука / Под ред. Л. Д. Розенберга. — М.: Наука, 1967. — Ч. IV. — С. 207—245.
4. Хмелев В. Н., Барсуков Р. В, Генне Д. В. и др. Контроль параметров кавитирующих жидких сред, подвергаемых ультразвуковому воздействию // Ползуновский вестник. — 2012. — № 2/1. — С. 154—159.
5. Хмелев В. Н., Абраменко Д. С., Барсуков Р. В. и др. Способ контроля амплитуды ультразвукового воздействия // Датчики и системы — 2010. — № 12. — С. 43—47.
6. Розенберг Л. Д. Кавитационная область // Мощные ультразвуковые поля / Под ред. Л. Д. Розенберга. — М., Наука, 1968. — Ч. VI. — С. 222—265.
7. Ультразвуковые технологии и аппараты [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://u-sonic.ru/.
8. Джагупов Р. Г., Ерофеев А. А. Пьезоэлектронные устройства вычислительной техники, систем контроля и управления. — СПб.: Политехника, 1994.
Работа выполнена на кафедре "Методы и средства измерений и автоматизации" Бийского технологического института — филиала Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова.
Владимир Николаевич Хмелев — д-р техн. наук, профессор; ® 8 (3854) 43-25-81 E-mail: vnh@bti.secna.ru
Роман Владиславович Барсуков — канд. техн. наук, доцент;
® 8 (3854) 43-25-70
E-mail: roman@bti.secna.ru
Евгений Владимирович Ильченко — аспирант.
® 8 (3854) 43-25-70
E-mail: iev@bti.secna.ru □
УДК 621.313.33.004.58
ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Д. Ю. Пашали
Представлены результаты экспериментальных исследований: получение картины внешнего магнитного поля, оценка возможности его анализа и использования для диагностики электротехнических комплексов на основе электромеханических устройств, а также апробирование устройства диагностирования.
Ключевые слова: магнитное поле, электротехнические комплексы, диагностика, электромеханические устройства.
Одним из важнейших путей решения вопроса повышения эффективности диагностики электрооборудования является разработка новых методов и развитие аппаратных средств контроля текущего технического состояния в условиях непрерывной работы.
В ранних работах по исследованию внешнего магнитного поля (ВМП) асинхронных [1] и параметрических шаговых дви-
гателей [2] оценивалось изменение ВМП как помехонесущего поля при удалении датчиков от корпуса электромеханических устройств (ЭМУ), соотношение основной гармоники результирующего вектора индукции ВМП и радиальной составляющей индукции в рабочем зазоре. Основным вопросом исследований являлась оценка совместимости ЭМУ с аппаратурой, характеризующейся слабой помехоустой-
чивостью. В этих работах ВМП в полной мере не рассматривалось как диагностический признак.
В работе [3] при исследовании ВМП ЭМУ постоянного и переменного тока была установлена возможность его практического использования в качестве диагностического признака, однако в литературе практически отсутствуют описания устройств диагностирования по ВМП.
56
Sensors & Systems • № 6.2013
Рис. 2. Схема приспособления для измерения воздушного зазора
В данной работе исследовались однофазные и трехфазные двигатели мощностью от 0,2 до 4 кВт как наиболее массовые типы исполнения асинхронных двигателей, используемые в промышленности и быту.
Для натурного моделирования эксцентриситета испытуемые образцы двигателей оснащались подшипниковыми щитами специальной конструкции, позволяющей смещать ось ротора параллельно оси статора от нуля до максимального значения.
Такая конструкция [4] имеет три коаксиальные втулки (рис. 1, а). Она содержит сопряженные конусными поверхностями втулку 1 с расточкой, смещенной относительно ее центра А на половину максимально допустимого для данного типа двигателя эксцентриситета е,
втулку 2 с гнездом 3 под подшипник ротора, смещенным относительно ее центра Б также на е/2. Ось гнезда — точка В является осью ротора. На рис. 1, б показаны траектории центров Б и В при повороте базирующих втулок 1 и 2, при этом e¡ = e х cosa. При повороте втулки Б на угол Y = 180° эксцентриситет e¡ изменяется от 0 до е. Подбором углов поворота втулок относительно друг друга смещают ротор в одной плоскости, что позволяет более точно провести измерение.
Положение ротора оценивалось приспособлением (рис. 2), разработанном на основе специального датчика [5], с помощью которого измеряется перемещение конуса 1 относительно базовой поверхности (за нее принимался торец пакета стато-
ра 2) в двух диаметральных точках, расположенных на прямой линии с конусом. Изменение зазора А определялось по измеренному перемещению ^ конуса по соотношению А = £ДеР.
Для исследований была создана установка (рис. 3), включающая датчики ВМП (ДВМП) и силовой сети (ДС), а также систему задания углового положения (СЗУ) в виде жесткого диэлектрического каркаса — части цилиндрической поверхности, повторяющей конфигурацию наружной поверхности статора, на который нанесен ДВМП.
Датчик ДВМП представляет собой пояс Роговского. В плане он имеет форму прямоугольника площадью 11 900 мм2 с намоткой в виде трехслойной плоской спирали виток к витку проводом ПЭЛ-0,18; число витков N = 60, сопротивление обмотки Я = 18,7 Ом. Исследование влияния температуры на параметры ДВМП показало, что при нагреве корпуса двигателя до 90 °С его электрическое сопротивление увеличивалось до 22,1 Ом. Для устранения влияния температуры на результаты измерения перед последующими экспериментами проводился прогрев двигателя в течение 15 мин до достижения практически установившейся температуры, при этом незначительные
изменения параметров не учитывались. Калибровка ДВМП проводилась при помощи тесла-метра ТПУ-02.
Датчик силовой сети (ДС) представляет собой унифицированный трансформатор на 220 В, 50 Гц типа ТПП-214, его вы-
ходное напряжение (и ~ 6,3 В) снималось с отводов № 15—16 вторичной обмотки и поступало на вход канала К2 устройства НапёургоЪе без предварительного усиления и фильтрации (рис. 3). На каркасе выполнены метки, позволяющие устанавливать ДВМП на наружной поверхности статора двигателя с заданной координатой а с точностью ±2°. Двухканальный блок предварительной обработки сигнала БПОС состоит из предварительного усилителя сигнала с ДВМП, источника питания усилителя и режекторного фильтра (на частоту питающей сети 50 Гц), двухканального устройства аналого-цифрового преобразования и ввода данных ИапёургоЪе и персонального компьютера.
Для определения наиболее удобных и информативных зон машин измерения проводились при размещении датчиков на различных поверхностях, включая лобовые части обмоток. Как наиболее информативная из опробованных выбрана наружная цилиндрическая поверхность статора.
В ходе эксперимента данные обоих каналов спектроанализа-тора записывались в файл на жесткий диск компьютера с частотой выборок сигнала 512 и диапазоном частот 500 Гц. Амплитудное значение ЭДС ДВМП автоматически корректировалось в зависимости от изменения данных ДС, что позволило при анализе осциллограмм исключить из рассмотрения сетевые помехи.
Для каждого положения ДВМП с целью уменьшения случайной погрешности измерения и повышения надежности записывалось 16 файлов данных, результаты измерений об-
0,1
0,09
0,08
£ 0,07
с 0,06
« 0,05
«
и 0,04
&
и. я 0,03
К
0,02
0,01
0
1
Ш 1
щ/ ^ ,
I 1 , 1
ч и,],,
0,1
0,09
0,08
£ 0,07
с 0,06
« 0,05
«
и 0,04
'й я 0,03
К
0,02
0,01
0 0,0
0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 450,0 500,0
Частота, Гц а)
50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 450,0 500,0 Частота, Гц б)
Рис. 4. Спектральный состав радиальной составляющей поля для различных значений координаты а при отсутствии эксцентриситета (в); при наличии эксцентриситета (б):
- — а = 45°,----а = 60°,--а = 135°
Рис. 5. Экспериментальные и расчетные значения индукции Вд = /(в) как функции эксцентриситета
58
Эепвогв & Эувгетв • № 6.2013
рабатывались в пакете Microsoft Excel. В результате получали их математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение. Погрешность измерения не превышала 5 %.
Для проверки влияния удаленности ДВМП от поверхности машины измерялось ВМП при различных радиусах расположения датчика. Нами создано программное обеспечение, позволяющее рассчитывать ВМП асинхронных двигателей [6].
Кривые, полученные в результате эксперимента на спек-троанализаторе при характерных значениях а для бескорпусного двигателя приведены на рис. 4. Как следует из сравнения, наличие эксцентриситета проявляется существенным увеличением амплитуд дробных, по отношению к основной, гармоник поля. Это положение может служить диагностическим признаком данного метода.
Для решения вопроса практической реализации диагностики ЭМУ на основе данного метода предложено устройство диагностирования, в котором устройство Handyprobe работает в режиме спектроанализатора.
На экран компьютера оператором выводится в виде маркера спектр сигнала, аналогичный приведенному на рис. 4, б, соответствующий ЭМУ с дефектом, отбраковка производится при совпадении маркера с сигналом ДВМП.
Кривые индукции Br = f(e), полученные экспериментально и рассчитанные для исследуемой модели по уравнениям, взятым из работы [6] для а = 60°, приведены на рис. 5.
Экспериментально установлено, что с возрастанием статического эксцентриситета радиальная составляющая индукции ВМП в плоскости наименьшего зазора возрастает.
Сходимость расчетных и
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.