RU2536669C1 - Method of monitoring and visualisation of operation of commutator-and-brush assembly of dc motor - Google Patents

Method of monitoring and visualisation of operation of commutator-and-brush assembly of dc motor Download PDF

Info

Publication number
RU2536669C1
RU2536669C1 RU2013126865/08A RU2013126865A RU2536669C1 RU 2536669 C1 RU2536669 C1 RU 2536669C1 RU 2013126865/08 A RU2013126865/08 A RU 2013126865/08A RU 2013126865 A RU2013126865 A RU 2013126865A RU 2536669 C1 RU2536669 C1 RU 2536669C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sparking
motor
current
parameter
values
Prior art date
Application number
RU2013126865/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013126865A (en
Inventor
Сергей Иванович Малафеев
Юрий Васильевич Тихонов
Николай Александрович Серебренников
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Компания "Объединенная Энергия"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Компания "Объединенная Энергия" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Компания "Объединенная Энергия"
Priority to RU2013126865/08A priority Critical patent/RU2536669C1/en
Publication of RU2013126865A publication Critical patent/RU2013126865A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2536669C1 publication Critical patent/RU2536669C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to the automated monitoring and smart diagnostics of electrical machines. The offered method includes the measurement of the temperature of rotor windings, anchor windings current, rotor angular velocity, sparking parameter, and length of bruches, the measured values are converted into numerical codes and transmitted into the computer device and further to the operator panel. In the memory of the computer system the model of mechanical characteristics of motor is saved, the animated image of sparking of the commutator-and-brush assembly and the position of the working point of the motor in a plane of parameters "current - speed" against the background of the mechanical performance are synthesised, the coefficients of correlation between the parameter ξ, characterising the sparking, and the current i of the motor rξi and the coefficient of correlation between the parameter ξ, characterising the sparking, and angular velocity Ω of the motor rξi in the sliding time interval vs the values of windings temperature, rotor angular velocity, current, length of brushes, parameter characterising the sparking, coefficients of correlation rξi and rξΩ, the mode of motor operation is identified.
EFFECT: improvement of accuracy of detection of the reason of sparking of commutator-and-brush assembly.
2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к автоматизированному контролю и интеллектуальной диагностике электрических машин.The present invention relates to automated control and intelligent diagnosis of electrical machines.

Известны способы контроля и визуализации работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока, при которых измеряют параметр, характеризующий искрение, выполняют отображение и сравнение измеренной величины с допустимым значением (Патент РФ №2303272, МПК G01R 31/34. Опубл. 20.07.2007. - Бюл. №20; А.с. СССР №1810955, МПК H02K 13/14. Опубл. 23.04.93. - Бюл. №15; Комаров С.Г. Прибор для контроля искрения на коллекторе электрической машины постоянного тока // Современная техника и технологии. - Январь, 2013 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snayka.ru/2013/01/1459).Known methods for monitoring and visualizing the operation of the brush-collector assembly of an electric DC motor, in which a parameter characterizing sparking is measured, displaying and comparing the measured value with an acceptable value (RF Patent No. 2303272, IPC G01R 31/34. Publ. 20.07.2007. - Bull. No. 20; AS USSR No. 1810955, IPC H02K 13/14. Publish. 04.23.93. - Bull. No. 15; Komarov SG. Device for monitoring sparking on the collector of an electric DC machine // Modern engineering and technology. - January, 2013 [Electronic resource]. URL: http://technology.snayka.ru/2013/01/1459).

Известные способы позволяют контролировать искрение щеток двигателя и принимать меры по своевременному устранению причин нарушения нормальной работы. Вместе с тем при использовании известного способа не контролируется износ щеток и не определяются причины искрения.Known methods allow you to control the sparking of the motor brushes and take measures to timely eliminate the causes of malfunctions. However, when using the known method, the wear of the brushes is not controlled and the causes of sparking are not determined.

Следовательно, недостатками известных способов являются ограниченные функциональные возможности и недостаточная надежность контроля работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока.Therefore, the disadvantages of the known methods are limited functionality and insufficient reliability of the control of the brush-collector assembly of an electric DC motor.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату является способ контроля и визуализации работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока, при котором измеряют температуру обмоток ротора, ток якорной обмотки, угловую скорость ротора, параметр, характеризующий искрение, преобразуют измеренные величины в цифровые коды и передают их в вычислительное устройство, например компьютер, с помощью которого выполняют отображение, регистрацию и сравнение измеренных величин с допустимыми значениями и формирование сигналов для системы защиты (Патент США №7873581, G06F 15/18; G06G 7/00, 2011).Of the known technical solutions, the closest to the proposed achieved result is a method for monitoring and visualizing the operation of the brush-collector assembly of an electric DC motor, in which the temperature of the rotor windings, the current of the armature winding, the rotor angular velocity, the parameter characterizing sparking are converted, the measured values are converted into digital codes and transmit them to a computing device, such as a computer, with the help of which they display, register and compare the measured values with valid values, and generation of signals for protection system (U.S. Patent №7873581, G06F 15/18; G06G 7/00, 2011).

При реализации известного способа обеспечивается контроль работы компонентов электрического двигателя постоянного тока путем получения информации о текущих значениях переменных, характеризующих работу элементов машины, в том числе параметра, характеризующего искрение, тока якорной обмотки, угловой скорости вращения ротора и температуры обмоток ротора. Вместе с тем при использовании известного способа не контролируется износ щеток и не определяются причины искрения.When implementing the known method, the operation of the components of the DC electric motor is controlled by obtaining information about the current values of the variables characterizing the operation of the machine elements, including the parameter characterizing sparking, the current of the armature winding, the angular speed of rotation of the rotor and the temperature of the rotor windings. However, when using the known method, the wear of the brushes is not controlled and the causes of sparking are not determined.

Недостатками известного способа являются ограниченные функциональные возможности и недостаточная надежность работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока.The disadvantages of this method are the limited functionality and lack of reliability of the brush-collector assembly of an electric DC motor.

Цель предлагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности контроля работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока.The purpose of the invention is to expand the functionality and increase the reliability of the control of the brush-collector assembly of an electric DC motor.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля и визуализации работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока, при котором измеряют температуру обмоток ротора, ток якорной обмотки, угловую скорость ротора, параметр, характеризующий искрение, преобразуют измеренные величины в цифровые коды и передают их в вычислительное устройство, например компьютер, с помощью которого выполняют отображение, регистрацию и сравнение измеренных величин с допустимыми значениями и формирование сигналов для системы защиты, дополнительно измеряют длину щеток, хранят в памяти вычислительного устройства модель механической характеристики двигателя, синтезируют анимированное изображение искрения щеточно-коллекторного узла и положение рабочей точки двигателя в плоскости параметров ток - скорость на фоне механической характеристики, вычисляют оценки коэффициентов корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и током i двигателя rξi и коэффициента корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и угловой скоростью Ω двигателя rξΩ на скользящем интервале времени в зависимости от значений температуры обмоток, угловой скорости ротора, тока, длины щеток, параметра, характеризующего искрение, коэффициентов корреляции rξi и rξΩ определяют принадлежность режима работы двигателя к области нормальных, допустимых или аварийных режимов, выявляют причину искрения, регистрируют в памяти вычислительного устройства и отображают значения длины щеток и коэффициентов корреляции rξi и rξΩ, а также сообщение о режиме работы двигателя и вероятной причине искрения на экране монитора.This goal is achieved by the fact that in the known method of monitoring and visualizing the operation of the brush-collector assembly of an electric DC motor, in which the temperature of the rotor windings, the current of the armature winding, the rotor angular velocity, the parameter characterizing the sparking are measured, the measured values are converted to digital codes and transmitted them into a computing device, such as a computer, with the help of which they display, register and compare measured values with acceptable values and generate signals for For protection systems, the brush lengths are additionally measured, the model of the mechanical characteristics of the engine is stored in the memory of the computing device, an animated image of the sparking of the brush-collector assembly and the position of the motor operating point in the plane of the current-speed parameters against the background of the mechanical characteristic are synthesized, and estimates of the correlation coefficients between the parameter ξ are calculated characterizing arcing and current i r ξi engine and the correlation coefficient between the parameter ξ, characterizing arcing, and the angular velocity Ω dd tor r ξΩ on a sliding time interval depending on the winding temperature values, angular velocity, current, brush length parameter indicative of arcing, r ξi correlation coefficients, and r ξΩ determined engine operation mode belongs to a field of normal, acceptable or emergency operation, detected cause sparking, is recorded in the memory of the computing device and displaying the value of the length of brushes and correlation coefficients r ξi and r ξΩ, and the message engine operation and possible arcing due to eq monitor Ana.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое решение включает следующие новые операции:Compared with the closest similar technical solution, the proposed solution includes the following new operations:

- измеряют длину щеток;- measure the length of the brushes;

- хранят в памяти вычислительного устройства модель механической характеристики двигателя;- store in the memory of the computing device a model of the mechanical characteristics of the engine;

- синтезируют анимированное изображение искрения щеточно-коллекторного узла и положение рабочей точки двигателя в плоскости параметров ток - скорость на фоне механической характеристики;- synthesize an animated image of the sparking of the brush-collector assembly and the position of the motor operating point in the plane of the current-speed parameters against the background of a mechanical characteristic;

- вычисляют коэффициенты корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и током i двигателя rξi и коэффициент корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и угловой скоростью Ω двигателя rξΩ на скользящем интервале времени;- calculate the correlation coefficients between the parameter ξ characterizing the sparking, and the current i of the motor r ξi and the correlation coefficient between the parameter ξ characterizing the sparking, and the angular velocity Ω of the motor r ξΩ on a moving time interval;

- в зависимости от значений температуры обмоток, угловой скорости ротора, тока, длины щеток, параметра, характеризующего искрение, коэффициентов корреляции rξi и rξΩ определяют принадлежность режима работы двигателя к области нормальных, допустимых или аварийных режимов и определяют причину искрения;- depending on the values of the temperature of the windings, the angular velocity of the rotor, the current, the length of the brushes, the parameter characterizing the sparking, the correlation coefficients r ξi and r ξΩ determine the belonging of the motor operating mode to the range of normal, permissible or emergency conditions and determine the cause of sparking;

- регистрируют значения длины щеток и оценок коэффициентов корреляции rξi и rξΩ в памяти вычислительного устройства;- register the values of the brush lengths and estimates of the correlation coefficients r ξi and r ξΩ in the memory of the computing device;

- отображают значения длины щеток и коэффициентов корреляции rξi и rξΩ, а также сообщение о режиме работы двигателя и вероятной причине искрения на экране монитора.- display values of the length of the brushes and the correlation coefficients r ξi and r ξ ξ Ω , as well as a message about the engine operating mode and the probable cause of arcing on the monitor screen.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».Therefore, the claimed technical solution meets the requirement of "novelty."

При реализации предлагаемого изобретения повышается надежность и достоверность контроля параметров двигателя постоянного тока, так как обеспечивается наглядность и доступность информации о состоянии щеточно-коллекторного узла.When implementing the invention, the reliability and reliability of monitoring the parameters of the DC motor is increased, since the visibility and accessibility of information about the state of the brush-collector assembly is ensured.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».Therefore, the claimed technical solution meets the requirement of "positive effect".

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики, контроля и диагностики.For each distinguishing feature, a search is made for well-known technical solutions in the field of electrical engineering, automation, control and diagnostics.

Операция измерения длины щеток используется в известном способе аналогичного назначения (SIMOREG DC-MASTER 6RA70 // Siemens. - 2001 [Электронный ресурс]. URL: http://www.siemens-ru.com/images/siemens/docs/System_description.pdf).The operation of measuring the length of the brushes is used in a known method for a similar purpose (SIMOREG DC-MASTER 6RA70 // Siemens. - 2001 [Electronic resource]. URL: http://www.siemens-ru.com/images/siemens/docs/System_description.pdf )

Операция обработки электрических сигналов путем вычисления коэффициента корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и током i двигателя rξi и коэффициента корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и угловой скоростью Ω двигателя rξΩ на скользящем интервале времени в известных способах аналогичного назначения не обнаружена.The operation of processing electrical signals by calculating the correlation coefficient between the parameter ξ characterizing the sparking and the current i of the motor r ξi and the correlation coefficient between the parameter ξ characterizing the sparking and the angular velocity Ω of the motor r ξΩ on a moving time interval were not found in the known methods for a similar purpose.

Операция определения причины искрения путем определения принадлежности значений температуры обмоток, угловой скорости ротора, тока, длины щеток, параметра, характеризующего искрение, коэффициентов корреляции rξi и rξΩ к области нормальных, допустимых или аварийных режимов работы двигателя в известных способах аналогичного назначения не обнаружена.The operation of determining the cause of sparking by determining whether the values of the temperature of the windings, rotor angular velocity, current, brush length, parameter characterizing sparking, and correlation coefficients r ξi and r ξΩ belong to the normal, permissible, or emergency mode of operation of the motor are not found in the known methods for a similar purpose.

Операция синтеза анимированного изображения процесса искрообразования в известных технических решениях аналогичного назначения не обнаружена.The operation of synthesizing an animated image of the sparking process in known technical solutions of a similar purpose was not found.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».Thus, these features provide the claimed technical solution according to the requirement of "significant differences".

При реализации предлагаемого способа осуществляется полный контроль работы щеточно-коллекторного узла путем измерения температуры обмоток, параметра, характеризующего искрение, тока, угловой скорости двигателя и длины щеток. На основании данных непрерывных измерений вычисляются коэффициент корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и током i двигателя rξi и коэффициент корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и угловой скоростью Ω двигателя rξΩ на скользящем интервале времени, значения которых позволяют определить вероятную причину искрения и оценить состояние щеточно-коллекторного узла двигателя в зависимости от принадлежности рабочей точки в пространстве контролируемых параметров к области нормальных, допустимых или аварийных режимов. Компьютерная визуализация работы щеточно-коллекторного узла обеспечивает возможность непрерывной субъективной оценки состояния электрической машины путем удаленного мониторинга.When implementing the proposed method, full control of the brush-collector assembly is carried out by measuring the temperature of the windings, the parameter characterizing sparking, current, angular speed of the motor and the length of the brushes. Based on the data of continuous measurements, the correlation coefficient between the parameter ξ characterizing the sparking and the current i of the motor r ξi and the correlation coefficient between the parameter ξ characterizing the sparking and the angular velocity Ω of the motor r ξΩ over a moving time interval are calculated , the values of which allow determining the probable cause of sparking and evaluate the condition of the brush-collector assembly of the engine depending on the belonging of the operating point in the space of controlled parameters to the normal, permissible or iynyh modes. Computer visualization of the work of the brush-collector unit provides the possibility of continuous subjective assessment of the state of the electric machine through remote monitoring.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».Therefore, the claimed technical solution meets the requirement of "positive effect".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема системы контроля и визуализации работы щеточно-коллекторного узла. На фиг 2 показан вид экрана панели оператора с анимированным изображением щеточно-коллекторного узла. На фиг.1 обозначено: 1 - многоканальный аналого-цифровой преобразователь; 2 - датчик угловой скорости ротора; 3 - электрический двигатель постоянного тока; 4 - вычислительное устройство, например компьютер; 5 - панель оператора; 6 - датчик длины щеток; 7 - датчик параметра, характеризующего искрение; 8 - датчик температуры обмоток ротора; 9 - датчик тока якорной обмотки; 10 - преобразователь напряжения; 11 - шина данных.The essence of the invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a functional diagram of a system for monitoring and visualizing the operation of the brush-collector assembly. Figure 2 shows a screen view of an operator panel with an animated image of a brush-collector assembly. In Fig.1 indicated: 1 - multi-channel analog-to-digital Converter; 2 - rotor angular velocity sensor; 3 - electric motor DC; 4 - computing device, such as a computer; 5 - operator panel; 6 - brush length sensor; 7 - sensor parameter characterizing the sparking; 8 - temperature sensor of the rotor windings; 9 - current sensor of the armature winding; 10 - voltage converter; 11 - data bus.

Работа системы происходит следующим образом. Сигналы с датчиков угловой скорости ротора 2, длины щеток 6, параметра, характеризующего искрение 7, температуры обмоток ротора 8 и тока якорной обмотки 8 коллекторной электрической машины 3, соединенной с электрической сетью посредством преобразователя 10, поступают на многоканальный аналого-цифровой преобразователь 1, а далее по шине данных 11 в вычислительное устройство, например, компьютер. Вычислительное устройство выполняет следующие функции:The system operates as follows. The signals from the sensors of the angular speed of the rotor 2, the length of the brushes 6, the parameter characterizing the sparking 7, the temperature of the rotor windings 8 and the current of the armature winding 8 of the collector electric machine 3, connected to the electric network via the converter 10, are fed to a multi-channel analog-to-digital converter 1, and further along the data bus 11 to a computing device, for example, a computer. The computing device performs the following functions:

- хранит в памяти модель механической характеристики двигателя;- stores in memory a model of the mechanical characteristics of the engine;

- синтезирует изображение рабочей точки двигателя в плоскости параметров ток-скорость на фоне механической характеристики;- synthesizes the image of the operating point of the motor in the plane of the current-speed parameters against the background of a mechanical characteristic;

- вычисляет коэффициенты корреляции rξi и rξΩ на скользящем интервале времени в соответствии с формулами:- calculates the correlation coefficients r ξi and r ξΩ on a moving time interval in accordance with the formulas:

r ξ i = k = n N + 1 n [ ξ ( k ) ξ ¯ ] [ i ( k ) i ¯ ] k = n N + 1 n [ ξ ( k ) ξ ¯ ] 2 k = n N + 1 n [ i ( k ) i ¯ ] 2

Figure 00000001
; r ξ i = k = n - N + one n [ ξ ( k ) - ξ ¯ ] [ i ( k ) - i ¯ ] k = n - N + one n [ ξ ( k ) - ξ ¯ ] 2 k = n - N + one n [ i ( k ) - i ¯ ] 2
Figure 00000001
;

r ξ Ω = k = n N + 1 n [ ξ ( k ) ξ ¯ ] [ Ω ( k ) Ω ¯ ] k = n N + 1 n [ ξ ( k ) ξ ¯ ] 2 k = n N + 1 n [ Ω ( k ) Ω ¯ ] 2

Figure 00000002
, r ξ Ω = k = n - N + one n [ ξ ( k ) - ξ ¯ ] [ Ω ( k ) - Ω ¯ ] k = n - N + one n [ ξ ( k ) - ξ ¯ ] 2 k = n - N + one n [ Ω ( k ) - Ω ¯ ] 2
Figure 00000002
,

где ξ ¯ = 1 N k = n N + 1 n ξ ( k )

Figure 00000003
, i ¯ = 1 N k = n N + 1 n i ( k )
Figure 00000004
, Ω ¯ = 1 N k = n N + 1 n Ω ( k )
Figure 00000005
, n N
Figure 00000006
.Where ξ ¯ = one N k = n - N + one n ξ ( k )
Figure 00000003
, i ¯ = one N k = n - N + one n i ( k )
Figure 00000004
, Ω ¯ = one N k = n - N + one n Ω ( k )
Figure 00000005
, n N
Figure 00000006
.

n - базисная точка на оси времени, N -количество отсчетов на скользящем интервале времени;n is the base point on the time axis, N is the number of samples on a moving time interval;

- синтезирует анимированное изображение искрения щеточно-коллекторного узла, по следующей схеме: если r ξ i 0

Figure 00000007
и r ξ Ω 0
Figure 00000008
, то искрение отсутствует, если r ξ i > > r ξ Ω
Figure 00000009
, то причины искрения электромагнитные и искры изображаются голубым цветом, если r ξ i < < r ξ Ω
Figure 00000010
, то причины искрения механические и искры изображаются зеленым цветом, если r ξ i r ξ Ω
Figure 00000011
и r ξ i > > 0
Figure 00000012
, то причины искрения смешанные и искры изображаются одновременно зеленым и голубым цветами;- synthesizes an animated image of the sparking of the brush-collector assembly, according to the following scheme: if r ξ i 0
Figure 00000007
and r ξ Ω 0
Figure 00000008
then there is no sparking if r ξ i > > r ξ Ω
Figure 00000009
then the causes of electromagnetic sparking and sparks are shown in blue if r ξ i < < r ξ Ω
Figure 00000010
, then the causes of mechanical sparking and sparks are shown in green, if r ξ i r ξ Ω
Figure 00000011
and r ξ i > > 0
Figure 00000012
, then the causes of sparking are mixed and sparks are depicted simultaneously in green and blue;

- в зависимости от значений температуры обмоток, угловой скорости ротора, тока, длины щеток, параметра, характеризующего искрение, коэффициентов корреляции rξi и rξΩ определяет принадлежность режима работы двигателя к области нормальных, допустимых или аварийных режимов и определяет причину искрения;- depending on the values of the temperature of the windings, the angular velocity of the rotor, current, brush length, the parameter characterizing the sparking, the correlation coefficients r ξi and r ξΩ determines the belonging of the motor operating mode to the range of normal, permissible or emergency conditions and determines the cause of sparking;

- регистрирует значения длины щеток и оценок коэффициентов корреляции rξi и rξΩ в памяти вычислительного устройства;- registers the values of the brush lengths and estimates of the correlation coefficients r ξi and r ξΩ in the memory of the computing device;

- определяет принадлежность режима работы двигателя к области нормальных, допустимых или аварийных режимов. Области нормальных, допустимых и аварийных режимов задаются системами неравенств:- determines whether the operating mode of the engine belongs to the area of normal, permissible or emergency conditions. The areas of normal, permissible and emergency conditions are defined by systems of inequalities:

- для нормальных режимов:- for normal modes:

{ | i | I Н ; | Ω | Ω Н ; θ θ Н ; ξ ξ Н ; l l Н ,                     (1)

Figure 00000013
{ | | | i | | | I N ; | | | Ω | | | Ω N ; θ θ N ; ξ ξ N ; l l N , (one)
Figure 00000013

где Iн, Ωн, ξн, lн - значения границ тока, скорости, параметра, характеризующего искрение, и длины щеток для нормального режима работы;where I n , Ω n , ξ n , l n - the values of the boundaries of the current, speed, parameter characterizing the sparking, and the length of the brushes for normal operation;

- для допустимых режимов:- for valid modes:

{ | i | I д ; | Ω | Ω д ; θ θ д ; ξ ξ д ; l l д ,                  (2)

Figure 00000014
{ | | | i | | | I d ; | | | Ω | | | Ω d ; θ θ d ; ξ ξ d ; l l d , (2)
Figure 00000014

где Iд, Ωд, ξд, lд - значения границ тока, скорости, параметра, характеризующего искрение, и длины щеток для допустимого режима работы;where I d , Ω d , ξ d , l d are the values of the boundaries of the current, speed, parameter characterizing the sparking, and the length of the brushes for the permissible mode of operation;

- для аварийных режимов:- for emergency operation:

{ | i | > I д ; | Ω | > Ω д ; θ > θ д ; ξ > ξ д ; l > l д .                  (3)

Figure 00000015
{ | | | i | | | > I d ; | | | Ω | | | > Ω d ; θ > θ d ; ξ > ξ d ; l > l d . (3)
Figure 00000015

В случае если все переменные находятся в нормальных интервалах значений в соответствии с (1), режим работы двигателя считается нормальным. Если хотя бы один из параметров выходит из интервала, соответствующего нормальному режиму, и при этом ни один из параметров не выходит за границы интервала, соответствующего допустимому режиму, заданному системой (2), режим работы двигателя считается допустимым. Если хотя бы один из параметров выходит из интервала, соответствующего допустимому режиму работы, то в этом случае двигатель работает в аварийном режиме, который задан системой (3).If all the variables are in the normal ranges of values in accordance with (1), the engine operating mode is considered normal. If at least one of the parameters leaves the interval corresponding to the normal mode, and at the same time, none of the parameters goes beyond the boundaries of the interval corresponding to the allowable mode defined by system (2), the engine operation mode is considered valid. If at least one of the parameters leaves the interval corresponding to the permissible operating mode, then in this case the engine operates in the emergency mode, which is set by the system (3).

Известно, что искрение щеток может быть вызвано множеством причин, к основным из которых относятся механические (механическое искрение) и электромагнитные (электромагнитное искрение) (Мандыч Н.К. Ремонт электродвигателей. Пособие электромонтеру // Киев. Тэхника. 1989. - 152 с.).It is known that the sparking of brushes can be caused by many reasons, the main of which are mechanical (mechanical sparking) and electromagnetic (electromagnetic sparking) (Mandych N.K. Repair of electric motors. Manual for electrician // Kiev. Tehnika. 1989. - 152 p. )

Механические причины, вызывающие искрение, не зависят от нагрузки. При механическом искрении искры зеленого цвета распространяются по всей ширине щетки, подгар коллектора не закономерный, беспорядочный. Механические искрения щеток вызываются: местным или общим биением, задирами на скользящей поверхности коллектора, царапинами, выступающей слюдой, плохой продорожкой коллектора (прорезка слюды между коллекторными пластинами), тугой или слабой посадкой щеток в обоймы щеткодержателей, податливостью бракет, вызывающей вибрацию щеток, вибрацией машин и др.The mechanical causes of sparking are independent of the load. With mechanical sparking, sparks of green color spread across the entire width of the brush, the burnout of the collector is not regular, random. Mechanical sparks of brushes are caused by: local or general runout, scuffing on the sliding surface of the collector, scratches protruding from the mica, poor path of the collector (cutting of mica between the collector plates), tight or weak fit of the brushes in the holders of the brush holders, malleability of the brakes causing vibration of the brushes, vibration and etc.

Электромагнитные причины, вызывающие искрение щеток, более сложные, что касается их выявления. Искрение, вызванное электромагнитными явлениями, изменяется пропорционально нагрузке и мало зависит от частоты вращения. Электромагнитное искрение обычно имеет бело-голубой цвет. Форма искр шаровидная или каплеобразная. Подгар коллекторных пластин носит закономерный характер, по которому можно определить причину искрения. Если в обмотке и уравнителях произойдет замыкание, нарушится пайка или возникнет прямой обрыв, искрение будет неравномерным под щетками, а подгоревшие пластины расположатся по коллектору на расстоянии одного полюсного деления. Если щетки под бракетом одного полюса искрят больше, чем под бракетами других полюсов, значит произошло витковое или короткое замыкание в обмотках отдельных главных или добавочных полюсов; неправильно расположены щетки или ширина их больше допустимой.The electromagnetic causes of sparking brushes are more complex in terms of identifying them. Sparking caused by electromagnetic phenomena varies in proportion to the load and depends little on the speed. Electromagnetic sparking is usually blue and white. The shape of the sparks is spherical or droplet-shaped. Burnout of collector plates is of a natural nature, by which it is possible to determine the cause of sparking. If a short circuit occurs in the winding and equalizers, the soldering is broken or a direct break occurs, the sparking will be uneven under the brushes, and the burnt plates will be located along the collector at the distance of one pole division. If the brushes sparkle under the brackets of one pole more than under the brackets of the other poles, then a winding or short circuit in the windings of individual main or auxiliary poles has occurred; brushes are incorrectly located or their width is more than admissible.

С целью выявления вероятной причины искрения в предлагаемом способе вычисляются коэффициенты корреляции rξi и rξΩ, затем по ним определяется причина искрения по следующей схеме: если r ξ i 0

Figure 00000016
и r ξ Ω 0
Figure 00000017
, то искрение отсутствует, если r ξ i > > r ξ Ω
Figure 00000018
, то причины искрения электромагнитные и искры изображаются голубым цветом, если r ξ i < < r ξ Ω
Figure 00000019
, то причины искрения механические и искры изображаются зеленым цветом, если r ξ i r ξ Ω
Figure 00000011
и r ξ i > > 0
Figure 00000020
, то причины искрения смешанные и искры изображаются одновременно зеленым и голубым цветами.In order to identify the probable cause of sparking in the proposed method, the correlation coefficients r ξi and r ξΩ are calculated , then the cause of sparking is determined from them according to the following scheme: if r ξ i 0
Figure 00000016
and r ξ Ω 0
Figure 00000017
then there is no sparking if r ξ i > > r ξ Ω
Figure 00000018
then the causes of electromagnetic sparking and sparks are shown in blue if r ξ i < < r ξ Ω
Figure 00000019
, then the causes of mechanical sparking and sparks are shown in green, if r ξ i r ξ Ω
Figure 00000011
and r ξ i > > 0
Figure 00000020
, then the causes of sparking are mixed and sparks are depicted simultaneously in green and blue.

В качестве параметра, характеризующего искрение, возможно использование интенсивности электромагнитного излучения, наводимого на приемную антенну датчика искрения. Установлено, что спектр сигнала, регистрируемый датчиком интенсивности искрения на коллекторе электрической машины постоянного тока, есть функция, определяющая величину амплитуды составляющей в зависимости от ее частоты и количества выделяющейся электромагнитной энергии (Комаров С.Г. Прибор для контроля искрения на коллекторе электрической машины постоянного тока // Современная техника и технологии. - Январь, 2013 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2013/01/1459).As a parameter characterizing the sparking, it is possible to use the intensity of electromagnetic radiation induced on the receiving antenna of the sparking sensor. It has been established that the signal spectrum recorded by the spark intensity sensor on the collector of an electric DC machine is a function that determines the magnitude of the component’s amplitude depending on its frequency and the amount of electromagnetic energy released (Komarov S.G. A device for monitoring sparking on the collector of an electric DC machine // Modern equipment and technologies. - January, 2013 [Electronic resource]. URL: http://technology.snauka.ru/2013/01/1459).

Искрение щеток измеряется в баллах. Нормальным при работе машины постоянного тока считается слабое точечное искрение под небольшой частью щетки (1/4 балла). Искрение под всем краем щетки (2 балла) допускается только при переходных режимах и кратковременных перегрузках. Сильное искрение (3 балла) ни при каких условиях не допускается. При возникновении такого искрения машина должна быть немедленно отключена от сети и подвергнута осмотру и при необходимости ремонту (Энергия ветра, ветрогенераторы - технологии и разработки // Генераторы постоянного тока. Якорь машины. Обмотка якоря. - Январь, 2011 [Электронный ресурс] URL: http://vetrodvig.ru/?p=1313).Brush sparking is measured in points. Normal operation of a DC machine is considered to be weak point sparking under a small part of the brush (1/4 point). Sparking under the entire edge of the brush (2 points) is allowed only during transient conditions and short-term overloads. Strong sparking (3 points) is not allowed under any circumstances. If such sparking occurs, the machine should be immediately disconnected from the network and inspected and, if necessary, repaired (Wind energy, wind generators - technologies and developments // DC generators. Machine armature. Armature winding. - January, 2011 [Electronic resource] URL: http : //vetrodvig.ru/? p = 1313).

Таким образом, использование в известном способе контроля и визуализации работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока, при котором измеряют температуру обмоток ротора, ток якорной обмотки, угловую скорость ротора, параметр, характеризующий искрение, преобразуют измеренные величины в цифровые коды и передают их в вычислительное устройство, например компьютер, с помощью которого выполняют отображение, регистрацию и сравнение измеренных величин с допустимыми значениями и формирование сигналов для системы защиты, дополнительно операций измерения длины щеток, хранения в памяти вычислительного устройства модели механической характеристики двигателя, синтеза анимированного изображения искрения щеточно-коллекторного узла и положения рабочей точки двигателя в плоскости параметров ток - скорость на фоне механической характеристики, вычисления оценок коэффициента корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и током i двигателя rξi и коэффициента корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и угловой скоростью Ω двигателя rξΩ на скользящем интервале времени, в зависимости от значений температуры обмоток, угловой скорости ротора, тока, длины щеток, параметра, характеризующего искрение, коэффициентов корреляции rξi и rξΩ, определения принадлежности режима работы двигателя к области нормальных, допустимых или аварийных режимов, выявления причины искрения, регистрации перечисленных параметров в памяти вычислительного устройства и отображения значения длины щеток, коэффициентов корреляции rξi и rξΩ, а также сообщения о режиме работы двигателя и вероятной причине искрения на экране монитора позволяет расширить функциональные возможности и повысить надежность контроля работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока.Thus, the use in the known method of monitoring and visualizing the operation of the brush-collector assembly of a DC electric motor, in which the temperature of the rotor windings, the current of the armature winding, the rotor angular velocity, the parameter characterizing the sparking are measured, the measured values are converted to digital codes and transmitted to a computing device, for example, a computer, with the help of which display, registration and comparison of measured values with acceptable values and the formation of signals for systems are performed protection, in addition, operations for measuring the length of the brushes, storing the model of the mechanical characteristics of the engine in the memory of the computing device, synthesizing an animated image of the sparking of the brush-collector assembly and the position of the motor operating point in the plane of the current-speed parameters against the background of the mechanical characteristic, calculating estimates of the correlation coefficient between the parameter ξ, characterizing the sparking, and the current i of the motor r ξi and the correlation coefficient between the parameter ξ characterizing the sparking and the angular velocity Ω of the switch r ξΩ over a moving time interval, depending on the values of the temperature of the windings, rotor angular velocity, current, brush length, parameter characterizing sparking, correlation coefficients r ξi and r ξΩ , determining whether the operating mode of the motor belongs to the range of normal, permissible, or emergency conditions , identify the cause sparking, registering of these parameters in a memory of the computing device and displaying the lengths of brushes, r ξi and correlation coefficients r ξΩ, and reports of engine operation, and the probability tnoj cause sparking on the screen allows to expand the functionality and improve the reliability of the control operation of brush-commutator assembly of an electric motor of direct current.

Использование предлагаемого способа для контроля работы щеточно-коллекторных узлов машин постоянного тока в промышленности позволит повысить надежность работы технологического оборудования.Using the proposed method for monitoring the operation of brush-collector assemblies of DC machines in industry will improve the reliability of technological equipment.

Claims (1)

Способ контроля и визуализации работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока, при котором измеряют температуру обмоток ротора, ток якорной обмотки, угловую скорость ротора, параметр, характеризующий искрение, преобразуют измеренные величины в цифровые коды и передают их в вычислительное устройство, например компьютер, с помощью которого выполняют отображение, регистрацию и сравнение измеренных величин с допустимыми значениями и формирование сигналов для системы защиты, отличающийся тем, что дополнительно измеряют длину щеток, хранят в памяти вычислительного устройства модель механической характеристики двигателя, синтезируют анимированное изображение искрения коллекторно-щеточного узла и положение рабочей точки двигателя в плоскости параметров ток - скорость на фоне механической характеристики, вычисляют значения коэффициентов корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и током i двигателя rξi и коэффициента корреляции между параметром ξ, характеризующим искрение, и угловой скоростью Ω двигателя rξΩ на скользящем интервале времени в зависимости от значений температуры обмоток, угловой скорости ротора, тока, длины щеток, параметра, характеризующего искрение, коэффициентов корреляции rξi и rξΩ, определяют принадлежность режима работы двигателя к области нормальных, допустимых или аварийных режимов, выявляют причину искрения, регистрируют в памяти вычислительного устройства и отображают значения длины щеток и коэффициентов корреляции rξi и rξΩ, а также сообщение о режиме работы двигателя и вероятной причине искрения на экране монитора. A method for monitoring and visualizing the operation of the brush-collector assembly of an electric DC motor, in which the temperature of the rotor windings, the current of the armature winding, the rotor angular velocity, the parameter characterizing sparking are measured, the measured values are converted into digital codes and transmitted to a computing device, for example a computer, with the help of which they display, register and compare measured values with acceptable values and generate signals for the protection system, characterized in that the addition but they measure the length of the brushes, store a model of the mechanical characteristics of the engine in the memory of the computing device, synthesize an animated image of the sparking of the collector-brush assembly and the position of the motor operating point in the plane of the current-speed parameters against the background of the mechanical characteristic, calculate the values of the correlation coefficients between the parameter ξ characterizing the sparking, and current i r ξi engine and the correlation coefficient between the parameter ξ, characterizing arcing, and the motor angular speed Ω r ξΩ on sliding yn ervale time depending on the winding temperature values, angular velocity, current, length brushes parameter indicative of arcing, r ξi correlation coefficients, and r ξΩ, determining engine operation mode belongs to a field of normal, acceptable or emergency operation, identify the cause sparking register in the memory of the computing device and display the values of the length of the brushes and the correlation coefficients r ξi and r ξΩ , as well as a message about the engine operating mode and the probable cause of sparking on the monitor screen.
RU2013126865/08A 2013-06-11 2013-06-11 Method of monitoring and visualisation of operation of commutator-and-brush assembly of dc motor RU2536669C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013126865/08A RU2536669C1 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Method of monitoring and visualisation of operation of commutator-and-brush assembly of dc motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013126865/08A RU2536669C1 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Method of monitoring and visualisation of operation of commutator-and-brush assembly of dc motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013126865A RU2013126865A (en) 2014-12-20
RU2536669C1 true RU2536669C1 (en) 2014-12-27

Family

ID=53278179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013126865/08A RU2536669C1 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Method of monitoring and visualisation of operation of commutator-and-brush assembly of dc motor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2536669C1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117890363A (en) * 2024-01-16 2024-04-16 沈阳弘毅机电制造有限公司 Commutator surface identification system for DC motor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2303272C1 (en) * 2006-05-02 2007-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Method for indication of sparking of direct current machines
RU67284U1 (en) * 2007-02-12 2007-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет DEVICE INDICATOR INDICATOR OF DC COLLECTOR ELECTRIC MACHINES WITH CUTTING BRUSHES
RU91479U1 (en) * 2009-10-26 2010-02-10 Изотов Анатолий Иванович BRUSH AND COLLECTOR ASSEMBLY

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2303272C1 (en) * 2006-05-02 2007-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Method for indication of sparking of direct current machines
RU67284U1 (en) * 2007-02-12 2007-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет DEVICE INDICATOR INDICATOR OF DC COLLECTOR ELECTRIC MACHINES WITH CUTTING BRUSHES
RU91479U1 (en) * 2009-10-26 2010-02-10 Изотов Анатолий Иванович BRUSH AND COLLECTOR ASSEMBLY

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013126865A (en) 2014-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mirzaeva et al. Advanced diagnosis of stator turn-to-turn faults and static eccentricity in induction motors based on internal flux measurement
Yang et al. Reliable detection of induction motor rotor faults under the rotor axial air duct influence
US8536839B2 (en) Device and method for monitoring and/or analyzing rotors of electric machines in operation
Šašić et al. Finite element analysis of turbine generator rotor winding shorted turns
EP2728367B1 (en) A method for detecting a fault condition in an electrical machine
KR101298973B1 (en) Complex condition diagnosis device and method for induction motor using on-line technique
Antonino-Daviu et al. Reliable detection of rotor winding asymmetries in wound rotor induction motors via integral current analysis
KR100608235B1 (en) A method and a device for estimating durability and monitoring defects of induction motors in real time
CN110703091B (en) Static eccentric fault detection method for built-in permanent magnet synchronous motor for electric automobile
Pineda-Sanchez et al. Diagnosis of induction motor faults in time-varying conditions using the polynomial-phase transform of the current
EP3192166B1 (en) System for monitoring operation status of electric machine and mobile phone therefor and server-based system using the same
WO2015135804A1 (en) Method and system for determining a synchronous machine fault condition
US20110029271A1 (en) Method of inspecting motor condition and device for inspecting motor characteristics
EP2149980B1 (en) Stray flux processing method and system
US7034706B1 (en) Early warning and problem detection in rotating machinery by monitoring shaft voltage and/or grounding current
Corne et al. Comparing MCSA with vibration analysis in order to detect bearing faults—A case study
JP6231110B2 (en) Partial discharge measurement method and high-voltage equipment inspected using it
Cosmatov et al. Analysis of existing methods of diagnosis of electric motors and their development prospects
RU2536669C1 (en) Method of monitoring and visualisation of operation of commutator-and-brush assembly of dc motor
Osornio-Rios et al. Data fusion system for electric motors condition monitoring: an innovative solution
RU2623696C1 (en) Way and generator rotor current measuring device with the brushless excitation
JP6062588B1 (en) A method for determining the characteristic features of a three-phase induction motor.
CN114062910A (en) Motor online diagnosis system and method
Vladimirovich Using parameters of the external magnetic field for diagnosing faults in automotive alternator
CN113014042B (en) Air gap measuring device and method for motor and wind generating set

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150612