Тема: Современные методы диагностики электроприводных систем
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
1 Аналитический обзор. Алгоритмы управления двигателем постоянного
тока 11
1.1 Общие понятия 11
1.2 Прямое изменение коэффициента заполнения 12
1.3 Контроль коммутации коллекторных пластин 17
1.4 Прямое измерение противо-ЭДС 23
1.5 Контроль напряжения 29
1.6 Измерение скорости вращения аналоговым датчиком 39
1.7 Фазовая автоподстройка частоты вращения 42
1.8 Положительная обратная связь по силе тока якоря 44
1.9 Наблюдатель противо-ЭДС 47
1.10 Системы подчиненного регулирования 57
1.11 Выводы 83
2 Существующие способы диагностики неисправностей в регуляторах 84
2.1. Проверка электронных компонентов по отдельности 84
2.2. Проверка функционирования всей панели 87
2.3 Выводы 89
3 Разработка диагностического стенда 90
3.1 Разработка алгоритма работы стенда 90
3.2 Разработка усилителя напряжения 93
3.3 Разработка принципиальной схемы 101
Заключение 104
Список использованных источников
📖 Введение
Организационные мероприятия по замене устаревших электроприводов ДПТ, кроме НИОКР, пуско-наладки, утилизации, включают еще аффинаж драгоценных металлов содержащихся в электронном блоке. Драгоценными металлами являются: платина, осмий, иридий, рутений, палладий, родий, серебро, золото. Все эти металлы используются как химически пассивные проводники. Металлы платиновой группы (платина, осмий, иридий, рутений, палладий, родий) используются в приборах, где требуется прочность или высокая температура плавления: контакты, переключатели, реле, термопары, резисторы, микросхемы, конденсаторы, оси приборов с настраиваемыми параметрами. Золото используется там, где кроме химической пассивности требуется еще пластичность. Его можно найти почти в любых типах электронных компонентах. Серебру отдают предпочтение за его дешевизну относительно других пассивных металлов. Поэтому используется в любых типах электронных компонентов и еще в качестве антикоррозионного покрытия проводов, металлических корпусов, охладителей и экранов. Аффинаж регулируются инструкцией, утвержденной приказом Минфина [2]. Нарушение правил аффинажа наказывается по статье 192 УК РФ и может привести к 5 годам лишения свободы [1].
Так же электронные блоки содержат чрезвычайно опасные вещества:
• бериллий и кадмия оксид в контактах;
• ртуть в малогабаритных реле;
• трихлордифенил и пентахлордифенил в мощных неполярных конденсаторах;
• свинец, оксид свинца и другие его неорганические соединения, литий
в припое;
• кадмия стеарат и трикрезилфосфат в пропитке изоляции проводов для гибкости;
• теллур в термопарах;
• мышьяк и селен в полупроводниковых приборах;
• никель в покрытии медных шин;
• стеклоэмаль в проволочных резисторах;
• оксид ванадия в термисторах;
• кадмий в краске, припое, золотистых винтах, контактах;
• оксид хрома в проволочных резисторах и варисторах;
• оксид вандия в полупроводниковых резисторах;
• гидроцианида соли в литиевых батарейках.
Список веществ составлен по трем нормативным документам: ГН 2.2.5.1313-03 [6], СанПиН 2.1.4.1074-01 [5], ГОСТ 12.1.005-88 [57]. Нарушение оборота таких веществ наказывается по статье 247 УК РФ, санкции по которой предусматривают лишение свободы до 8 лет [1].
Жизненный цикл новой системы управления будет значительно меньше. Это вызвано несколькими причинами.
1. Замена металлического корпуса на пластмассовый. Прогресс в области сигнальной и информационной электронике, привёл к уменьшению размера плат устройства управления. В результате вместо дорогого, но надёжного крепления плат резьбовыми соединениями к металлическим стойкам и корпусу в старых блоках, используется крепление при помощи защёлок к пластмассовому корпусу который, через несколько лет эксплуатации, рассыпается в труху из-за нагрева. В результате платы, просто вываливаются из корпуса. В некоторых случаях пластмассовый корпус блока может одновременно являться несущей конструкцией пускателя на ток в несколько сотен ампер, как в блоке плавного пуска siemens sirius 3rw40. Что приводит к необходимости выкидывать блок в случае деградации контактов пускателя.
2. Увеличение температуры внутри системы управления электроприводом, которая негативно влияет на платы, пластмассу и электронные компоненты. Прогресс производства электронных компонентов приводит к росту их допустимой температуры. Например, электролитические конденсаторы использовались только с максимальной допустимой температурой 85 градусов Цельсия, теперь они в основном производятся с предельно допустимой температурой 105 градусов. Тоже самое происходит с силовыми модулям: новые серии полупроводниковых силовых модулей допускают предельную температуру кристалла (Tj) в 175 градусов, что на 25-50 градусов больше, чем было допустимо в полупроводниковых приборах 20 лет назад. В будущем этот процесс продолжится, ибо начался переход на полупроводниковые приборы на основе карбида кремния, который теоретически допускает поднятие температуры кристалла до 500.
3. Увеличение плотности монтажа. Увеличение плотности монтажа приводит к уменьшению расстояния между выводами элементов электронного устройства, что приводит к их замыканию в случае попадания токопроводящего мусора, например металлической стружки возникающей при металлообработке. Если такое замыкание произошло в цепи измерения напряжения или формирователя управляющих сигналов на силовой модуль, то произойдёт выгорание связанных элементов схемы.
4. Использование электронных компонентов недостаточной мощности. Часто используют резисторы с номинальной мощностью меньше рассеиваемой им при работе, что приводит к превращению в труху платы в области пайки резистора.
5. Уменьшение долговечности электронных компонентов. Например, использование дешёвого порошкового железа вместо дорого феррита приводит к ускорению деградации электронных компонентов.
6. Использование бессвинцовых припоев. Характеристики шва бессвинцовых припоев, возникающие при длительной эксплуатации также хуже, чем у припоев, содержащих свинец. То есть со временем, после нескольких тысяч циклов нагревания-остывания, что неизбежно при перерывах в работе оборудования, так как при работе блок нагревается на несколько десятков градусов, компоненты отваливаются от места пайки.
Все это можно назвать «планируемым устареванием».
Из-за всего выше перечисленного (материальных затрат, аффинажа драгметаллов, утилизации особо опасных отходов и планируемого устаревания новых блоков) имеет смысл восстанавливать системы управления ДПТ. Тем более они будут полностью восстанавливаемыми ещё длительное время, так как в них используются малой степени интеграции и дискретные компоненты.
Задача диагностики неисправностей системы управления электроприводом ДПТ является важной и актуальной.
Цель и задачи исследования
Электропривод, смонтированный в промышленном предприятии, является действующей электроустановкой, то есть совокупностью машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования, предназначенного для преобразования электрической энергии в другой вид энергии, которая находится под напряжением, либо на которую напряжение может быть подано включением коммутационных аппаратов. В большинстве случаев, напряжение электроустановки ниже 220 кВ. Поэтому эксплуатация, а значит и ремонт их, должно выполняться в соответствии с ПТЭЭП [3] и ПОТЭЭУ [4]. Согласно пункту 5.7 ПОТЭЭУ при работах без снятия напряжения с электроустановки должен назначаться ответственный руководитель, поэтому такие работы выполняются по наряду или распоряжению. При работах по наряду или распоряжению должны назначаться еще четыре работника ответственных за безопасное ведение работ:
• выдающий наряд или отдающий распоряжение;
• допускающий;
• производитель работ;
• член бригады.
Таким образом, диагностика системы управления под силовым напряжением может отнимать рабочее время у 5 человек.
Система управления состоит из двух частей: силовой схемы и плат (панелей или блоков) управления ей с питанием напряжением ниже 42В.
Поэтому целью работы является разработка стенда диагностики платы управления силовой схемы, позволяющая тестировать платы управления без подачи силового напряжения, которая позволит сократить расходы на организационные и технические мероприятия по охране труда в несколько раз при ремонте электропривода, так как работы на вторичных цепях допускается выполнять единолично.
Объект и предмет исследования
Объектом исследования являются платы от электроприводов. Они выполняют четыре функции:
• источник вторичного питания;
• сигнализацию и защиту;
• формирователя (усилителя) импульсов управления электронных ключей преобразователя;
• обработка аналоговых сигналов.
Так как теория работы источников вторичного питания, узла сигнализации и защиты и формирователей импульсов не имеет отношения к магистерской программе «Общая теория электромеханического преобразования энергии», то предметом исследования остается только узел обработки (управления) аналоговых сигналов, который для простоты называют регулятором.
Теоретические и методические основы диссертационного исследования
В работе исследуются электрические процессы в электроприводе постоянного тока, общая теория электромеханического преобразования энергии в котором была разработана российскими академиками: Б. С. Якоби и Э. Х. Ленцем. Ими был создан первый в мире, действующий электропривод с двигателем постоянного тока, открыта обратимость электрических машин, реакция якоря, противоЭДС, закон определения направления индукционного тока, связь электрических явлений с тепловыми и, через их посредство, с механическими и т.д. Магнитные свойства ферромагнетиков, то есть материалов, из которых делают двигатели постоянного тока, были исследованы заслуженным профессором Московского университета А. Г. Столетовым. Его именем названа кривая магнитной проницаемости ферромагнетика.
Целью работы является создание стенда симулирующего работу электродвигателя постоянного тока. Это сделать без знания теория автоматизированного управления (ТАУ) невозможно. Основные положения теории были созданы выдающимися российскими учеными 19 и 20 века. Фундаментальные положения ТАУ разработал академик И. А. Вышнеградский. В конце 19 века академик А. М. Ляпунов придумал понятие устойчивости движения. в 1871 году академик П. Л. Чебышев задумался о разработке пассивного регулятора, обеспечивающего наибольшую точность при заданной конструкции регулятора. Электронику с ТАУ связал А.В. Михайлов. Ему принадлежит идея типизации динамических звеньев. Академик В.В. Солодовников впервые использовал преобразование Лапласа для задач ТАУ, то есть записал уравнения системы управления в операторной форме и разработал основы частные методы анализа.
Разработанный стенд создан при помощи интегральных операционных усилителей и дискретных электронных компонентов.
Научная новизна результатов диссертации и их теоретическая и практическая значимость
В результате исследований, описанных в диссертации, был разработана математическая модель двигателя постоянного тока, пригодная для реализации в стенде диагностики регулятора от системы управления электроприводом постоянного тока. Также была разработана оригинальная схема усилителя напряжения. Эти разработки позволяют создать стенд диагностики электронных блоков, входящих состав систем управления электроприводами, которые являются более дешевыми, чем существующие. Стенды подобной конструкции, возможно, применять не только при ремонте систем управления двигателями постоянного тока, но и в вентильных электроприводах, например для диагностики регулятора электроприводов ф. indramat. Достоверность результатов доказывается многочисленными временными диаграммами, приведенными в диссертации.
Положения, выносимые на защиту
1. Задача локализации неисправностей в панелях регуляторов от систем управления с отрицательными обратными связями по скорости и току является наиболее важной и сложной.
2. Устройство диагностики системы управления электроприводом должно иметь в своем составе симулятор ДПТ.
3. Симулятор ДПТ возможно создать используя только дискретные компоненты и микросхемы низкой степени интеграции.
Структура и объем работы
Магистерская квалификационная работа состоит из введения, трех разделов основной части, заключения и библиографического списка, куда входит 89 описаний документов. Основная часть пояснительной записки описана на 113 страниц текста, написанного при помощи ЭВМ. Магистерская диссертация содержит 70 рисунков и 3 таблицы. По тематике диссертации было опубликовано две научные статьи [88, 89].
✅ Заключение
2. Получены упрощенные уравнения двигателя постоянного тока, на основе которых можно создать симулятор ДПТ, пригодный для встраивания в стенд диагностики плат системы управления ДПТ.
3. В усилители постоянного тока повышенного напряжения необязательно использовать 4 высоковольтных транзистора, достаточно двух.
4. МОП-ПТ, в усилителе согласования с входом ТГ, использовать в качестве выходного каскада усиления с общим истоком нельзя.
5. В усилителе постоянного тока, схема которого показана на рисунке 3.4, выходной каскад лучше делать на составных транзисторах, так как в этом случае этот усилитель будет обладать более широкой полосой пропускания при низких нагрузках.
6. Наибольшее влияние на быстродействие усилителя напряжения с дискретными биполярными транзисторами на выходе и микросхемой ОУ на входе оказывает тип микросхемы ОУ, а не тип триодов на выходе.
7. Разработанный усилитель постоянного тока с микросхемой ОУ и двумя триодами на выходе, работает, без заметных линейных искажений, в полосе частот от 0 Гц до 10 кГц.



