Тема: РАЗРАБОТКА ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ МОЩНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

В настоящее время электродвигатели широко используются во всех отраслях промышленности, транспорте, сельском хозяйстве и многих других отраслях экономики. К их достоинствам можно отнести простоту конструкции, высокий коэффициент полезного действия, простоту запуска, низкий уровень шума и вибраций, простоту и надежность управления, возможность реверса, а также то, что некоторые типы электродвигателей могут работать в качестве электрогенератора, что позволяет использовать их для рекуперации энергии.
Однако, несмотря на простоту конструкции, электродвигатели, как и любые другие механизмы, со временем изнашиваются и выходят из строя. Своевременная диагностика неисправностей дает возможность их устранения на ранних стадиях, что приводит к повышению экономической эффективности использования оборудования [1]. Назначение диагностики - выявление и предупреждение отказов и неисправностей, поддержание эксплуатационных показателей в установленных пределах, прогнозирование состояния в целях полного использования ресурса [1].
Наиболее распространенным в современной промышленности видом электродвигателей являются короткозамкнутые асинхронные электродвигатели. Оптимальному использованию таких электродвигателей препятствует их высокая повреждаемость. Ежегодно выходят из строя 20-25 % от общего количества установленных электродвигателей [2, 3]. Выход электродвигателя из строя приводит к необходимости замены его на новый или проведения дорогостоящего ремонта, а также к простоям оборудования. Поэтому вопросы повышения надежности и долговечности электродвигателей как наиболее ответственного звена в комплексах технологического оборудования являются наиболее важными [4].
В настоящее время существует множество способов диагностики электродвигателей. Промышленностью выпускается ряд специальных устройств
для выполнения диагностики. Однако, применение многих из них требует остановки работы электродвигателя, что приводит к простою оборудования, или доступа к питающему двигатель кабелю, который имеется не всегда. Наиболее перспективными являются методы, обеспечивающие диагностику электродвигателя в процессе его работы.
В связи с этим актуальной является задача создания устройства, позволяющего выполнять автоматизированную диагностику электродвигателей в процессе их работы.
Целью данной работы является разработка электронного устройства для автоматизированной диагностики технического состояния трехфазных электродвигателей, применение которого не требует остановки работы электродвигателя или доступа к питающему двигатель кабелю.
Научная новизна заключается в разработке нового алгоритма диагностики электродвигателей.
Практическая значимость заключается в том, что применение разрабатываемого устройства позволит обнаруживать и устранять неисправности электродвигателей на ранних стадиях их развития, что снизит затраты на их ремонт и уменьшит время простоя технологического оборудования.
Задачи данной работы:
• изучить конструкцию и принцип работы наиболее распространенных в промышленности видов электродвигателей;
• изучить неисправности, возникающие в электродвигателях при их работе;
• проанализировать существующие методы диагностики технического состояния электродвигателей и выбрать наиболее подходящие;
• изучить методы измерения и первичные измерительные преобразователи величин, используемых для диагностики электродвигателей;
• изучить методы обработки измерительной информации, необходимой для диагностики электродвигателей;
разработать функциональную и принципиальную электрическую схемы опытного образца устройства;
• разработать программу для микроконтроллера, выполняющую получение и обработку данных сенсоров;
• изготовить прототип устройства;
• провести экспериментальные исследования с использованием изготовленного прототипа устройства.

Купить

В результате выполнения выпускной квалификационной работы разработан опытный образец электронного устройства для автоматизированной диагностики технического состояния электродвигателей в процессе их работы, позволяющего выполнять диагностику без остановки технологического процесса и внесения каких-либо изменений в конструкцию электродвигателя и оборудования, на котором он установлен.
Диагностика осуществляется с применением комбинации методов анализа вибраций, создаваемых работающим электродвигателем, вторичных электромагнитных полей машины и температуры отдельных элементов машины. Применение комбинации методов обусловлено тем, что данные методы направлены на обнаружение неисправностей разного характера.
Рассмотрены методы измерения электромагнитного поля, вибрации и температуры. Для применения в разрабатываемом устройстве выбраны: индукционный метод для измерения электромагнитного поля, метод измерения вибрации с использованием емкостного датчика и метод измерения температуры термометром сопротивления.
Разработаны функциональная и принципиальная электрическая схемы электронного устройства. Выдвинуты требования к первичным измерительным преобразователям и микроконтроллеру, проведен выбор данных компонентов. Описаны некоторые распространенные микроконтроллеры, проведен сравнительный анализ их характеристик. Для создания прототипа устройства выбран микроконтроллер AT91SAM3X8EA. В качестве первичных измерительных преобразователей выбраны: катушка индуктивности для измерения электромагнитного поля, акселерометр MPU6050 для измерения вибрации, датчик DS18S20 для измерения температуры.
Изготовлен прототип устройства, позволяющий измерять переменное электромагнитное поле, вибрацию и температуру. Работоспособность
разрабатываемого устройства подтверждена путем компьютерного моделирования и экспериментально.
Разработан и реализован в виде программы для микроконтроллера алгоритм работы устройства, включающий сбор и обработку данных. Проверена работоспособность данной программы на тестовом сигнале.
С использованием прототипа устройства проведены экспериментальные исследования параметров различных электродвигателей. Результаты экспериментальных исследований демонстрируют возможность определить с помощью разработанного устройства возникновение неисправностей в электродвигателе или в механической части оборудования.
В выпускной квалификационной работе были решены следующие задачи:
• изучены методы измерения и первичные измерительные преобразователи температуры, вибрации и переменного электромагнитного поля;
• изучены методы обработки измерительной информации, необходимой для диагностики электродвигателей;
• разработаны функциональная и принципиальная электрическая схемы
устройства, реализующего измерение температуры, вибрации и
переменного электромагнитного поля и обработку измерительной информации с целью диагностики электродвигателей;
• разработана программа для микроконтроллера, выполняющая получение и обработку данных сенсоров;
• изготовлен прототип устройства;
• проведены экспериментальные исследования с использованием прототипа устройства.
Дальнейшие работы в данном направлении состоят в следующем:
1. Накопление базы экспериментальных данных о характере внешнего магнитного поля, вибраций и распределения температур исправного электродвигателя, а также влиянии на них различных неисправностей электродвигателей.
2. Разработка конструкторской документации для выпуска опытной партии устройств.
3. Испытания опытной партии устройств.

Купить