Стартовая >> Оборудование >> Эл. машины >> Испытание электрических машин

Средства автоматизации испытаний - Испытание электрических машин

Оглавление
Испытание электрических машин
Основные вопросы методики испытаний
Измерение электрических величин
Измерение параметров переходных процессов
Статистические исследования результатов испытания
Характеристика электроизмерительных приборов
Приборы для измерения частоты и сопротивления
Регистрирующие приборы
Приборы для исследования формы колебаний, измерения характеристик магнитного поля
Приборы для измерения сдвига фаз
Требования техники безопасности при работе с приборами
Испытания в процессе производства
Испытание электрической прочности изоляции
Контроль обмоток в процессе производства
Контроль магнитной симметрии в процессе производства
Проверка состояния подшипников в процессе производства
Характеристики, параметры
Методы измерения механических величин
Измерение угла дельта между ЭДС и напряжением на зажимах, методы измерения температуры
Общие правила проведения тепловых испытаний
Охлаждение
Токосъем и коммутация
Коммутация электрических машин постоянного тока
Токосъем через контактные кольца
Обеспечение надежной работы щеточного аппарата
Требования к технологии      изготовления и сборки для коммутации
Особенности коммутации коллекторных электрических машин переменного тока
Практические методы исследования и наладки коммутации
Контроль и наладка коммутации с помощью приборов количественной оценки
Источники шума и вибрации
Измерение шума электрических машин
Стандартные методы измерения шума электрических машин
Проведение измерений шума электрических машин, приборы
Измерение вибрации электрических машин
Аппаратура для измерения вибрации
Методы частотного анализа спектра
Выбор вида анализа и параметров анализатора звукового спектра
Допустимые уровни шума и вибрации
Точность измерения шума и вибрации
Радиопомехи
Защита от радиопомех
Автоматизация испытаний
Средства автоматизации испытаний
Литература

Для автоматизации измерений разработан комплекс агрегатных средств электроизмерительной техники (АСЭТ), охватывающий основную номенклатуру цифровых электронных приборов и устройств измерительной техники, обеспечивающий согласованность их технических и эксплуатационных параметров и характеристик в соответствии с требованиями, вытекающими из необходимости совместного использования их в многоблочных средствах [9.5] — информационных измерительных системах (ИИС) и измерительно-вычислительных комплексах (ИВК). ИИС и ИВК в области электроизмерительной техники представляют собой класс средств измерений высшей сложности и предназначены для получения, преобразования, хранения и представления информации.
Особенность ИВК заключена в том, что в его состав входит универсальная ЭВМ. При этом в функции ЭВМ входит не только обработка измерительной информации и обеспечение управления функционированием комплекса, но и непосредственное участие в измерениях (косвенных измерениях, измерениях с коррекцией и т. п.). Метрологические характеристики ИВК нормируются с учетом параметров ЭВМ и особенностей математического обеспечения. ИИС в отличие от ИВК могут включать в свой состав первичные измерительные преобразователи и обычно выполняются в виде многоканальных устройств.
АСЭТ представляет собой совокупность характеризующихся совместимостью средств электроизмерительной техники, обеспечивающих автоматизацию измерений в промышленности, при испытаниях, в научных исследованиях и построения ИИС и ИВК, а также для применения в составе информационных и управляющих систем, создаваемых на основе других агрегатных комплексов, Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).
Основным нормативным документом, определяющим структуру АСЭТ и требования, предъявляемые к входящим в его состав устройствам, является ОСТ 25170-73 "Общие технические требования АСЭТ". Совместимость устройств АСЭТ определяется стандартами на общие технические требования (ГОСТ 12997-84, ГОСТ 22261-82), принципы агрегатирования (ГОСТ 26.203-81, ГОСТ 22316-77), приборный интерфейс* (ГОСТ 26.003-80, ОСТ 25857-79), стандарты ГСП и др.

* Интерфейс — совокупность электрических, механических и программных средств, позволяющих соединить между собой элементы автоматической системы обработки данных.

В состав приборов и устройств АСЭТ входят: измерительные усилители постоянного тока, коммутаторы, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, вольтметры, амперметры, ваттметры, мосты, частотомеры, приборы для магнитных измерений, самопишущие приборы, цифропечатающие устройства, измерительные преобразователи и другие виды приборов и устройств.
Получение и первичную обработку информации от контролируемого объекта осуществляют измерительные преобразователи. Измерительные преобразователи по форме представления выходной величины делятся на аналоговые и дискретные. Измерительные преобразователи с дискретным выходом (частотным) преобразуют входную непрерывную величину в дискретную (частоту). Аналоговые преобразователи имеют унифицированный выходной сигнал в виде тока 0—5 мА на нагрузке до 3 кОм или постоянного напряжения 0—10 В на нагрузке 100 кОм и более. Преобразователи применяются для измерений постоянного и переменного токов, частоты, напряжения постоянного тока, трехфазной активной и реактивной мощностей, напряжения переменного тока, коэффициента мощности и т. п.
схема автоматизированной системы измерения параметров асинхронных электродвигателей
Рис. 9Л. Структурная схема автоматизированной системы измерения параметров асинхронных электродвигателей

Измерительные преобразователи характеризуются рядом параметров, важнейшими из которых являются точность преобразования, быстродействие и перегрузочная способность.
Использование АСЭТ в ИИС рассмотрим на примере [9.1]. На рис. 9.1 показан возможный состав системы, состоящей из измерительных преобразователей электрических величин, универсальных цифровых измерительных приборов и средств регистрации, позволяющих измерять электрические, механические и другие параметры при проведении некоторых видов испытаний АД. Система обеспечивает автоматическое сравнение результатов измерений с предварительно установленными уставками и выдачу сигналов, информирующих о превышении заданных значений контролируемых величин.
С помощью такой системы повышается точность измерений и сокращается время их регистрации. Измеренные системой параметры регистрируются в виде, удобном для ввода в ЭВМ. Используемые в системе цифровые приборы и коммутаторы имеют на выходе унифицированные сигналы, обеспечивающие дистанционно-программное управление режимом работы, что позволяет непосредственно присоединять их к управляющим ЭВМ и автоматизировать процесс испытаний.
Показанный на рис. 9.2 автоматический цифровой стенд для испытания асинхронных электродвигателей [9.4] обеспечивает автоматическое измерение* входных и выходных параметров трехфазных АД при различных уровнях нагрузки; преобразование полученных аналоговых сигналов в цифровые сигналы и регистрацию цифровых сигналов, нормированных с учетом соответствующих масштабов, с их распечаткой в виде графиков и протоколов. В состав стенда входит настольная цифровая вычислительная машина (ЭВМ). Измеряемыми входными параметрами являются фазные напряжения и токи, потребляемая электрическая мощность, сопротивление обмотки статора. Измеряемые выходные параметры: крутящий момент, частота вращения и выходная мощность.
Развитие агрегатных средств вычислительной техники, мини-ЭВМ и микроЭВМ позволяет перейти к агрегатным принципам построения ИИС. Типовыми (универсальными) ИВК с широкой областью применения являются ИВК-20 и ИВК-10, выпускаемые серийно. Они имеют базовые комплекты СМ-3 и СМ-4, соответственно, управляющего вычислительного комплекса и стойку измерительную, набранную из средств АСЭТ, построены по магистральной структуре с использованием интерфейса "Общая шина" и агрегатному принципу на уровне приборов [9.13].
Схема системы для автоматизированных испытаний электрических машин постоянного тока (ЭМПТ), в которой используется ИВК, приведена на рис. 9.3. Схема дает возможность проведения испытаний по приведенной выше программе-минимум.

схема автоматического цифрового стенда для испытаний асинхронных электродвигателей
Рис. 9.2. Структурная схема автоматического цифрового стенда для испытаний асинхронных электродвигателей

схема автоматизированной системы испытаний электрических машин постоянного тока
Рис. 9.3. Структурная схема автоматизированной системы испытаний электрических машин постоянного тока:
М — муфта; Э - электромагнитный привод муфты; Т — тормоз; 777 — термопреобразователь ТКХ; УС — устройство сопряжения; РОШ — блок расширения общей шины; ПР - процессор СМ-3; ОЗУ - оперативное запоминающее устройство СМ-3101; УВПМД - устройство внешней памяти на магнитных дисках СМ-5402; УВВП — устройство ввода-вывода перфоленточное СМ-6202; АЦП — алфавитно-цифровое печатающее устройство СМ-6300; АЦВТ - алфавитно-цифровой видеотерминал СМ-7205

Электрические величины цепей постоянного тока (токи и напряжения в цепях якоря и возбуждения) преобразуются с помощью измерительных преобразователей Е7012/1 и Е7013 в унифицированный сигнал постоянного тока напряжением 0—10 В. Сопротивления якоря и обмотки возбуждения определяются с помощью функционального преобразователя (преобразователя отношения напряжений) Ф5178. Для определения превышения температуры якоря предусматриваются остановка якоря с помощью тормоза и измерение сопротивления якорной обмотки как отношения напряжения на коллекторе к измерительному току, протекающему через якорную цепь. Напряжение на коллекторе измеряется (до и после теплового испытания) с помощью двух изолированных щеток (см. гл. 5).
Измерение выходных сигналов преобразователей производится интегрирующим вольтметром постоянного тока Щ1516, имеющим диапазон измерений 10 мкВ — 500 В (переключение поддиапазонов и выбор полярности автоматические). Кроме того, с помощью вольтметра измеряется температура отдельных частей машины с использованием термометров сопротивления ТКХ и измерительного преобразователя температуры в напряжение Ш72.
Подключение измеряемых точек к вольтметру Щ1516 обеспечивает коммутатор ФК78, имеющий следующие режимы работы:    
циклический непрерывный опрос измерительных каналов, циклический однократный, адресный. Управление коммутатором ручное или от управляюще-вычислительного комплекса (УВК) СМ-3 по заданной программе.
Для исследования вращающего момента используется балансирное нагрузочное (или приводное) устройство, либо торсионный моментомер (см. гл. 3). В данной установке значение вращающего момента измеряется цифровым тензометрическим прибором Ф4231 с использованием балансирной машины и силоизмерительных тензорезисторных датчиков.
Частота вращения испытуемой электрической машины ПТ измеряется электронно-счетным частотомером Ф5298 с помощью фотоэлектрического преобразователя частоты вращения ПДФЗ, устанавливаемого либо со стороны вала ЭМПТ, либо со стороны нагрузочного устройства. Частотомер может работать совместно с цифро-печатающим устройством Щ6800К, посредством которого регистрируется на бумажной ленте информация, получаемая от частотомера.
Через устройство сопряжения вольтметр, коммутатор, частотомер и тензометрический измеритель вращающего момента подключаются к магистрали ОШ (общая шина). К этой магистрали через такие же устройства сопряжения подключаются источник калиброванного напряжения Ф7046/7 для калибровки вольтметра и графопостроитель Н307.
Приборная магистраль ОШ соединяется с магистралью ОШ управляющего вычислительного комплекса через специальный блок РОШ (расширение ОШ).
В состав базового комплекса СМ-3 входят следующие устройства: процессор СМ-3, оперативное запоминающее устройство СМ-3101, устройство внешней памяти на магнитных дисках СМ-5402, устройство ввода-вывода перфолентное СМ-6202, алфавитно-цифровое печатающее устройство СМ-6300 и алфавитно-цифровой видеотерминал СМ-7205 [9.13].
Информация от коммутатора и измерительных приборов поступает на УВК. При этом обеспечиваются: автоматические измерения исследуемых параметров, первичная обработка результатов измерения (масштабирование, линеаризация характеристик датчиков: термометров сопротивления, тензодатчиков), получение результатов косвенных измерений, сравнение сигналов с уставками и выдача сигналов отклонения от норм, управление работой измерительных приборов и коммутатора, вывод информации в виде графиков, таблиц и текста, хранение информации и выдача соответствующих сигналов для управления объектом испытаний, которые могут быть использованы для стабилизации задаваемых режимов.
Реализация возможностей системы обеспечивается не только с помощью технических средств, входящих в нее, но и средствами программного и алгоритмического обеспечений, как типовыми, так и разрабатываемыми пользователем применительно к конкретным задачам эксперимента и испытаний. Система обеспечивает контроль метрологических характеристик входящих в нее приборов и блоков.
Проверка класса коммутации проводится с помощью прибора ПКО (см. гл. 6) и импульсного вольтметра в номинальном режиме, подключенных к зажимам испытуемой электрической машиныПТ. При этом проверяются лишь исправность и выполнение наладочной технологии (например, притирка щеток коллекторного узла). Предполагается, что все остальные факторы, определяющие качество коммутации: исправность обмотки и коллекторной поверхности, зазор под ДП, установка нейтрали проведены на предшествующих контрольных операциях (в сборочном цехе). Если коммутация неудовлетворительная, ЭМПТ бракуется и переводится для проведения отладочных работ на аналогичный стенд, не стоящий в выпускаемом потоке.
Для измерения радиопомех, создаваемых испытуемой электрической машины ПТ (см. гл. 8), в установке используется тот же импульсный вольтметр, что и при определении класса коммутации.
Измерения вибрации и шума (см. гл. 7) производятся с помощью измерительного комплекта, состоящего из вибропреобразовательных преобразователей (ВИП) ДН-1, устанавливаемых на ЭМПТ, согласующих усилителей ПВ-1 для ВИП, конденсаторного микрофона М-101 с предусилителем ПМ-1, измерительного усилителя ПИ-1 и октавного-третьоктавного электронного фильтра ФЭ-1. Запись результатов измерения (октавные спектры и общий уровень шума, третьоктавные спектры и общий уровень вибрации) производится с помощью самописца уровня "Грифель" или 02013 (ГДР).

В настоящее время развитие ИВК идет в направлении совершенствования структуры, технических и программных средств, в частности  дальнейшее развитие ИВК по структуре, основанное на более широком использовании серийных средств АСЭТ, децентрализация управления в связи с использованием в системах контроллеров подсистем микроЭВМ и программируемых измерительных приборов на микропроцессорах. Последнее важно для разгрузки центральной ЭВМ и возможности автономного использования отдельных подсистем ИИС, что увеличивает надежность всей системы. При этом лучше используются производственные возможности предприятий-потребителей данных систем.
Перспективными являются микросредства управляющей вычислительной техники (МСУВТ) серии В7, разработанные во ВНИИЭМ с целью удовлетворения потребностей электротехнической промышленности в средствах для создания автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), автоматизированных систем управления электрооборудованием (АСУЭ), использующих новейшие достижения микроэлектроники и управляющей вычислительной техники. Применение этих микросредств расширит возможности разрабатываемых автоматизированных управляющих систем, а также систем, позволяющих автоматизировать испытания электрических машин на производстве [9.8,9.12].
Первые опыты по созданию автоматизированных испытательных систем, реализованных на микросредствах управляющей вычислительной техники серии В7, отражены в работе коллектива сотрудников ВНИИЭМ "Автоматизированная испытательная система двигателей постоянного тока" [9.15].
АИС ДП предназначена для проведения испытаний в автоматическом режиме по заданной программе. Она обеспечивает контроль и индикацию измеряемых и регистрируемых параметров, определение параметров расчетным путем, выдачу по установленной форме протоколов испытаний.
При создании АИС ДП на первом этапе предусмотрено проведение электрических испытаний (ЭИ) в объеме приемо-сдаточных испытаний. Так как объем выполняемых испытаний в данной системе определяется только наличием необходимых устройств дистанционного регулирования, датчиков и измерительных преобразователей, устройств связи и программного обеспечения, то АИС ДП позволяет при необходимости провести на стенде автоматические режимы по программе периодических или типовых испытаний.

В состав стенда АИС ДП входят: нагрузочное устройство, источники питания, устройства дистанционного бесконтактного регулирования напряжения, измерительные преобразователи, управляющая вычислительная машина (УВМ), обеспечивающая проведение испытаний по заданной программе, устройства связи и периферийные устройства: дисплей и телетайп.
Структурная схема автоматизированной испытательной системы двигателей постоянного тока (АИС ДП) приведена на рис. 9.4. На ней показаны связи между измерительными элементами, установленными в силовых цепях испытательного стенда, и платами УВМ, а также между исполнительными элементами испытательного стенда и платами УВМ.
Для измерения напряжения используются нормирующие измерительные преобразователи Е846НП/2 (Л3, Л4), для измерения тока — нормирующие измерительные преобразователи Е827НП/2 (Аг, Л2), которые кроме преобразования сигналов обеспечивают гальваническую развязку силовых цепей и УВМ. Сигналы с измерительных преобразователей тока и напряжения поступают на входы аналого-цифрового преобразователя платы  АВВ, которые затем в цифровом коде заносятся в оперативную память УВМ. С датчика частоты вращения ДВ испытуемой электрической машины М, выполненного в виде диска с 60 отверстиями, и фотодатчика электрические импульсы подаются на вход частотомера типа 43-54. С выхода частотомера сигнал частоты вращения в цифровом коде подается на два порта ввода параллельного программируемого интерфейса, расположенного на плате МВ (плата служит также для расширения памяти) . После считывания данных из этих портов они заносятся в оперативную память УВМ. Для синхронизации работы частотомера и УВМ предусмотрен сброс частотомера, после чего он начинает счет импульсов. Сброс осуществляется входными импульсами, поступающими с платы ЦВВ на специальный вход частотомера. Управление исполнительными элементами испытательного стенда производится с помощью плат АВВ и ЦВВ (контакторы ΚΙ, К2). Нужный уровень напряжения на выходах генераторов М3 и М4 устанавливается с помощью задания на входах тиристорных возбудителей ТВ1 и ТВ2 необходимого уровня задающих аналоговых сигналов U3l и U32, формируемых платой АВВ на ее цифро-аналоговых выходах. Плата УВМ типа ПМВ обеспечивает управление всей микросистемой. На ней расположен микропроцессор, часть оперативной и постоянной памяти, программируемый последовательный интерфейс ввода-вывода, через который с помощью узла микросистемы типа УСМ осуществляется связь с дисплеем и телетайпом.
Все платы получают питание от блока питания БП. Основным органом управления для оператора при проведении испытаний в автоматическом режиме является клавиатура дисплея. Телетайп, работая в автоматическом режиме, выдает по окончании испытаний протокол, форма и содержание которого предусмотрены программой. Протокол приемо-сдаточных испытаний двигателя постоянного тока типа АПТ, заводской № 567, приведен в табл. 9.1.

схема автоматизированной испытательной системы двигателей постоянного тока
Рис. 9.4. Структурная схема автоматизированной испытательной системы двигателей постоянного тока:
ТВ1 и ТВ2 - тиристорные возбудители; Ml и М2 - приводные двигатели генераторов G1 и G2 соответственно; ОВ1 и ОВ2 - шунтовые обмотки возбуждения генераторов G1 и G2; УВМ - управляющая вычислительная машина; АВВ —  плата аналого-цифрового преобразователя; ЦВВ - плата цифро-аналогового преобразователя; МВ - плата расширителя памяти и параллельного интерфейса; ПМВ - плата с микропроцессором, оперативной и постоянной памятью, последовательным интерфейсом ввода-вывода

Таблица 9.1

Примечания:

  1. Температура окружающей среды                                                    32 °С.
  2. Атмосферное давление                                                                    1011 ГПа.
  3. Влажность воздуха                                                                          25%.
  4. Сопротивление изоляции обмоток, МОм:

в холодном состоянии (до режима): якоря                                         87,4
обмотки возбуждения                                                                                  96,6
в горячем состоянии (после режима) :        якоря                                 87,2
обмотки возбуждения                                                                                  97,0

  1. Коммутация двигателя по ГОСТ 183-74.

Программное обеспечение (ПО) системы АИС ДП состоит из универсального проблемно-ориентированного ядра, обеспечивающего работу испытательного комплекса в режиме реального времени и осуществляющего сбор, контроль и отображение информации от объекта, а также специализированного функционального ПО, выполняющего операции, обусловленные спецификой решаемой задачи (программа подготовки испытаний, управления электродвигателем в процессе испытаний и завершения испытаний).
В качестве базового языка программирования выбран язык высокого уровня ПЛ/М, для составления отдельных программ использован МАКРОАССЕМБЛЕР. Комплекс работает под управлением программного монитора В7 и использует его сервисные программы для связи с дисплеем и телетайпом. Общий объем программного комплекса вместе с монитором составляет около 30 Кбайт.

Развитие АИС в будущем возможно в следующих направлениях:

  1. С целью повышения качества ЭМ целесообразно увеличение числа контролируемых параметров в процессе испытаний. Для этого необходима разработка новых измерительных средств: измерительных преобразователей для точного и одновременного определения частоты вращения и момента на валу; приборов для оценки степени искрения на коллекторах; приборов для оценки изменения профиля коллектора в рабочих режимах; приборов для дистанционного бесконтактного измерения температуры вращающихся частей; схем и устройств для измерения активного сопротивления обмоток и сопротивления изоляции обмоток ЭМ в рабочих режимах.
  2. Создание банка программ, дающего возможность варьировать объем исследований или испытаний различных электрических машин.
  3. Применение АИС для диагностики изделий и статистической обработки полученных в процессе испытаний результатов.

Современный уровень микропроцессорной техники позволяет создавать достаточно простые и недорогие испытательные системы, применение которых может быть экономически оправдано даже при мелкосерийном производстве, тем более, что такие системы в перспективе могут стать частью автоматизированной системы управления технологическими процессами.



 
« Испытание синхронных двигателей на нагревание   Испытание электрических машин после ремонта »
электрические сети