Автоматизация испытаний электрических машин осуществляется в целях уменьшения трудоемкости и стоимости испытаний, увеличения точности и достоверности их результатов, улучшения условий труда, обеспечения возможности дистанционного проведения испытаний, быстрого изменения их программы и уменьшения времени получения результатов и др. Испытательные стенды и линии, как правило, встраиваются в технологические участки производства отдельных узлов и в участок сборки и согласуются с ними по производительности.
С технической точки зрения процесс автоматизации испытаний готовых электрических машин включает в себя:
автоматическое перемещение, установку, подключение и отключение электрических машин;
автоматическую установку режимов испытаний в соответствии с выбранной (заданной) программой;
автоматический сбор, передачу и хранение полученных в процессе испытаний величин;
автоматическую обработку (вычисления) измеренных величин; представление результатов испытаний (протокола) в требуемом виде.
Процесс автоматизации испытаний реализуется только с помощью цифровой техники, включая цифровое представление измеряемых величин, каналы передачи, хранения и обработки информации (ЭВМ) и исполнительные устройства.
Во время испытаний измеряется большое количество электрических и неэлектрических величин с помощью заложенных или встроенных в машину на время испытаний датчиков. Датчики могут состоять из одного элемента (например, термопара) или представлять собой сложные блоки многофункционального преобразования. Большинство современных датчиков относится к последнему типу и являются цифровыми или дискретными. Они состоят из первичного преобразователя (преобразует непрерывный входной сигнал, соответствующий измеряемой физической величине, в непрерывный выходной сигнал, как правило, электрический), нормирующего преобразователя (унифицирует по форме и величине выходной сигнал первичного преобразователя с целью его дальнейшей обработки), компенсатора (линеаризует характеристики первичного преобразователя, компенсирует влияние температуры окружающей среды и др.) и аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Быстродействие АЦП составляет в настоящее время до 106 точек в секунду, что позволяет записывать с высокой точностью (порядка 0,1 %) практически все переходные процессы в режиме реального времени.
Одновременно с записью показаний датчиков в памяти ЭВМ их обычно выводят и на приборы для осуществления визуального контроля за ходом испытаний.
К настоящему времени разработано большое количество программно-информационных средств на базе международных стандартов PXI и VXI. Для проведения исследовательских и промышленных испытаний используются практически одинаковые программно-информационные средства и форма представления их результатов. Кроме того, использование возможностей Интернета позволяет осуществлять дистанционные испытания по заданной программе без присутствия на месте испытаний обслуживающего персонала.
Сложность программы обработки зависит от поставленной задачи. Наряду с весьма простыми вычислениями, например КПД и коэффициента мощности, разработано большое число сложных и трудоемких программ по определению параметров синхронной машины из опыта внезапного короткого замыкания, параметров и рабочих характеристик асинхронного двигателя по результатам опытов холостого хода и короткою замыкания и др
При идеальном варианте автоматизированных испытаний заказчик сразу после окончания испытании получает готовый протокол испытаний, содержащий наряд)' со стандартной текстовой частью цифровую и графическую, отражающую результаты испытаний. Поэтому в базе данных ЭВМ должны содержаться необходимые варианты протоколов испытаний, которые легко могут быть подготовлены заранее, что наряду с использованием современных графических программ позволяет сделать их весьма наглядными.
Автоматизированные промышленные испытания могут быть существенно упрошены, поскольку при их проведении часто нет необходимости получать точное значение измеряемых во время опыта величин. Достаточно лишь ответить на вопрос, удовлетворяют или нет измеряемые величины соответствующим требованиям. Так, при измерении сопротивления изоляции важно, чтобы оно было не меньше минимального нормируемого. Это относится к коэффициенту мощности в режиме холостого хода и КПД. Другие контролируемые величины имеют ограничения сверху (потери и ток холостого хода и короткого замыкания, сопротивление обмоток при постоянном токе и др.). Поэтому при проведении, например, приемосдаточных испытаний электрических машин необходимо лишь отделить пригодные машины от имеющих недопустимые отклонения (бракованные) и выявить причину неисправности (по какому параметру машина не удовлетворяет установленным требованиям). В протоколе испытаний в этом случае может содержаться лишь дата испытаний, заводской номер машины и отметка о ее приеме ОТК.
Укрупненная структурная схема АСУ
Укрупненная схема ИИС:
О — объект исследования (контроля), БСИ — блоки сбора информации; УО — устройство обработки; АП — аналоговые приборы; ЦП — цифровые приборы, БС — блоки сигнализации отклонений от нормальных режимов; ЭПИ — экранные пульты индикации
(дисплеи)
При проектировании автоматизированных испытательных установок стараются применять типовые аппаратные средства — автоматические системы управления (АСУ), информационно-измерительные системы (ИИС) или их компоненты.
Укрупненная система АСУ показана на рис. 1.2. Она содержит два канала: канал управления объектом и канал сбора информации о его работе. На основе этой информации осуществляется управление объектом (КП — контролируемый пункт).
Частью АСУ является информационно-измерительная система, которая укрупненно показана на рис. Сигналы о работе объекта (О) поступают в блок сбора информации (БСИ) и далее в блок обработки сигналов (УО) и на различные отображающие устройства.
Структурно ИИС представляет собой совокупность функциональных блоков, показанных на рис. Сигналы о работе объекта испытаний (ОИ) с помощью датчиков (ПП) поступают на аналоговые преобразователи (нормировка и коммутация сигналов (ПП) и далее на АЦП. Цифровая информация затем может поступать на цифровые устройства (хранение, отображение или обработка информации) и преобразовываться при необходимости в аналоговый сигнал с помощью цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Наличие в составе ИИС системы шин и интерфейсных устройств (ИФУ) позволяет передавать управляющие команды от блока управления (УУ) непосредственно к любому блоку ИИС. Управление объектом испытаний осуществляется с помощью исполнительных устройств (ИУ).
Входящий в ИИС блок сбора информации может строиться по трем схемам в зависимости от контролируемых параметров и выполняемых функций:
с использованием индивидуальных нормирующих преобразователей (НП) для каждого датчика (Д) и последующей коммутацией сигналов в блоке (ВхП), как показано на рис., а;
с использованием групповых нормирующих преобразователей (ГНП), причем входные переключатели сигналов (ВхП) должны быть рассчитаны на коммутацию сигналов различных видов и уровней, а 1 НП должны иметь гораздо большее быстродействие, чем в первом случае;
с использованием аналоговых контролирующих приборов (АП) с цифровым выходом.
Промышленные испытания можно проводить на установках двух типов. Установки первого типа позволяют проводить все необходимые испытания на одном рабочем месте. Установки второго типа имеют количество рабочих мест (позиций), кратное количеству испытаний, но на каждой позиции проводится л ишь одно определенное испытание. На рис. в качестве примера представлена блок- схема промышленной автоматизированной станции первого типа для испытания асинхронных двигателей мощностью 0,5...5,5 кВт (без системы управления режимами испытуемого двигателя).
Применение установок того или иного типа обусловлено их производительностью, которая, как уже указывалось, должна соответствовать производительности участка сборки электрических машин. Поскольку производительность установок второго типа зависит от длительности самого продолжительного испытания, должны приниматься меры по согласованию длительности отдельных испытаний.
При приемосдаточных испытаниях асинхронных двигателей наиболее длительной является проверка изоляции на электрическую прочность, поскольку повышенное напряжение должно прикладываться в течение 1 мин. Поэтому стандарт при массовом производстве предусматривает ускорение испытаний путем снижения времени приложения испытательного напряжения с 1 мин до 1 с при одновременном увеличении испытательного напряжения на 20% сверх установленного. Кроме того, измерение сопротивления изоляции и сопротивления обмоток, определение тока и потерь короткого замыкания допускается производить выборочно. Это позволяет существенно сократить время проведения испытаний и количество обслуживающего персонала. Сокращения времени испытаний можно достигнуть и путем совмещения некоторых испытаний, например испытания изоляции на электрическую прочность и испытания межвитковой изоляции.
