Методы контроля работоспособности

Рассмотрим методы контроля работоспособности, основанные на оценивании реакции элементов ЭУ на рабочие и тестовые воздействия.

Метод, основанный на контроле совокупности диагностических параметров Ξ = (ξ ₁,..., ξ _i,..., ξ _n) (рис.7). Для реализации этого мето­да должна быть выбрана минимальная совокупность ДП и на них заданы допустимые пределы изменения, при которых ЭУ сохраняет работоспособность.

В этом случае необходимо измерить каждый ДП и сравнить с установленным допуском Δ _i. Операцию сравнения может осуществ­лять ТСД или человек - оператор. Если значение каждого ξ _i укла­дывается в установленные пределы, т.е. ξ _i€ Δ _i, то оборудование при­знается работоспособным и формулируется диагноз " годен", " рабо­тоспособен". В качестве входных воздействий используются рабочие или тестовые сигналы.

Примером служит метод контроля состояния изоляции электри­ческих машин по токам утечки. Для трехфазной ЭМ Ξ = (Iут₁, Iут.₂, Iутз). При наличии шести выводов метод заключается в следующем. Вначале измеряется ток утечки I_ут1 изоляции одной фа­зы обмотки при заземленных двух других (рис 8). Этот ток опреде­ляется двумя составляющими

где 1_у1к - ток утечки изоляции фазы на заземленный корпус; 1_умф - ток утечки между проверяемой фазой и обмотками заземленных фаз.

Аналогично измеряются токи утечки двух других фаз. Если зна­чения токов утечки небольшие и разница между ними незначитель­ная, т.е. 1_ут1~1_Угп2~~1_утз, то состояние изоляции относительно корпу­са и между фазами считается удовлетворительным. Если значения велики, это означает, что обмотки состарились или увлажнились.

Метод, основанный на контроле обобщенного диагностического параметра (рис.9). В результате анализа диагностической модели может быть найден параметр X, который характеризует состояние ЭУ в целом и зависит от других параметров, т.е. Ξ = f (ξ ₁,..., ξ _i,..., ξ _n).

Примером такого параметра для ЭУ служит сопротивление изоля­ции R_u (табл.2.), являющееся отношением приложенного к изоля­ции напряжения U к току утечки 1_ут, т.е.

R_u=f(U, I_yт).

Таблица 2

Ток утечки состоит из поверхностных и объемных токов в изо­ляции. Например, для трансформаторов текущие значения R_u необходимо сравнить с результатом предыдущих измерений.

Уменьшение R_u обмоток свидетельствует об увлажнении или старении изоляции обмоток.

Метод заключается в измерении текущего значения Ξ и сравне­нии его с допустимым отклонением Δ Ξ. Если Ξ € Δ Ξ, то объект признается работоспособным, в противном случае - неработоспо­собным.

Метод, основанный на оценивании частотных характеристик. На вход ЭУ, например, электрической машины, подается тест в виде си­нусоидального сигнала в диапазоне частот f₁...f_n. По выходной реакции строятся амплитудно-частотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики, которые сравниваются с граничными значениями (маской) при интегральной оценке отклонения характеристик. Кон­троль работоспособности ЭУ по частотным характеристикам воз­можен в определенных точках (f₁, f₂, f₃). В этом случае нет необходи­мости снимать всю характеристику, а работоспособность оценивает­ся по реакции ЭУ на сигнал этих частот. Тест при этом резко сокра­щается. У работоспособной ЭУ характеристика или ее значения в характерных точках должны находиться в установленных пределах - в области работоспособности.

Разновидностью этого метода является частотно-резонансный метод, нашедший применение при диагностировании электрических машин (ЭМ) и основанный на пофазном сравнении АЧХ обмоток между собой. Для выявления межвитковых замыканий и определения состояния обмоток ЭМ на начало обмоток и корпус подается напряжение меняющейся частоты. Каждая обмотка может быть представлена упрощенной схемой замещения рис.10. АЧХ для схемы имеет вид

Такая АЧХ имеет один максимум

на резонансной частоте

Как видно, максимум АЧХ и резонансная частота ω _с зависят от индуктивности и сопротивления обмоток, сопротивления и емкости изоляции. Следовательно, изменения К(ω)_тах и ω позволяют су­дить о появлении к.з. витков (изменяется индуктивность и сопротив­ление обмотки) и об изменении состояния изоляции С_и, R_u. На рис. 11. показаны АЧХ обмоток асинхронного двигателя с 10% короткозамкнутых витков в обмотке фазы С. Дальнейшее увеличение чис­ла к.з. витков или ухудшение изоляции приводит к смещению АЧХ в область высоких частот.

Метод сравнения реакции ЭУ и эквивалентной модели (рис.12). Этот метод находит применение при рабочем диагности­ровании сложных динамических объектов. При этом эквивалентная модель (ЭМ) может быть представлена физической моделью (ана­логичным объектом) и математической моделью (эквивалентным описанием).

Рис.12. Метод контроля работоспособности объекта

На вход элемента ЭУ и его модели подается один и тот же входной сигнал х, изменяю­щийся во времени. На выходе сравнивается реакция элемента ЭУ и ЭМ. Условием работо­способности является

где δ _ТР - требуемое значение разности (в идеальном случае при адекватном описании ЭУ и работоспособном ее состоянии δ =0).

Если оценивание осуществляется интегрально, то показателем оценки может быть

а условием работоспособности – δ _И < δ _ИТР.

Основные недостатки метода:

трудности создания модели, адекватной объекту;

избыточность, так как требуется модель того же порядка, что и объект.