страница 1 ... страница 2 | страница 3 | страница 4 страница 5 страница 6 | страница 7 | страница 8
4.1 Диагностические параметры и методы диагностирования
Сопротивление изоляции электрических машин и аппаратов прямо пропорционально толщине и обратно пропорционально поверхности изоляции. Сопротивление изоляции зависит также от удельных сопротивлений (объемных и поверхностных) применяемых изоляционных материалов и технологии изготовления ОД.
Изоляция обмоток электрических машин и аппаратов, работающих под воздействием влаги и вибраций, становится пористой, местами расслаивается, иногда в ней образуются трещины. Сквозное проникновение влаги в поры и капилляры такой изоляции вызывает резкое уменьшение ее сопротивления.
В соответствии с действующей нормативной документацией изоляция считается исправной, если величина ее сопротивления удовлетворяет неравенству
Rm = U /(1000 + Р/100) ≥ 0,5МОм (4.1)
где U - номинальное напряжение на обмотке, В;
Р - номинальная мощность машины или аппарата, кВ-А.
Приведенная формула справедлива для значения сопротивления при температуре ОД порядка 70 С. Для более низких температур может быть произведен ориентировочный пересчет с учетом того, что сопротивление изоляции меняется в среднем приблизительно в 2 раза на каждые 18°С изменения температуры, однако иногда имеют место существенные отклонения от этого закона.
Однако абсолютная величина сопротивления не является достаточно информативным диагностическим параметром состояния изоляции, поскольку эта величина зависит как от влажности изоляции, величины и времени приложения напряжения, необходимого для измерений. Для электрических машин и аппаратов, находящихся в эксплуатации, основным методом оценки состояния изоляции по результатам измерения ее сопротивления является метод сравнения. При этом сравнивают сопротивление различных фаз одной обмотки с результатами предыдущих измерений. Не наблюдавшиеся ранее расхождения в сопротивлении изоляции различных фаз чаще всего следствие возникшего дефекта изоляции у всех трех фаз обмотки свидетельствует, как правило, об изменении состояния поверхности изоляции (загрязнении или увлажнении).
Таким образом, значение сопротивления изоляции не может быть использовано как количественный диагностический параметр, несущий прогнозирующую информацию: значение сопротивления изоляции позволяет произвести лишь качественную оценку с некоторой вероятностью состояния изоляции обмоток в данный момент времени.
Коэффициент абсорбции. Под коэффициентом абсорбции понимают отношение сопротивлений изоляции Rt2 и Rt1, измеренных в определенные моменты времени t1 и t2 после приложения к ОД напряжения, необходимого для выполнения измерения:
Ka=Rt2/Rt1 (4.2)
Абсорбционный эффект описывается следующим выражением:
Rt=R0+R(t) (4.3)
где Ro - сопротивление изоляции в установившемся режиме (часть сопротивления изоляции, не зависящая от времени приложения измерительного напряжения);
R(t) - часть сопротивления изоляции, являющаяся функцией времени приложения напряжения.
Изменение величины тока, протекающего через сухую изоляцию, можно наблюдать в течение определенного времени (у больших машин и аппаратов до 1,5 ч).
Наиболее интенсивное уменьшение тока имеет место в первые несколько минут после приложения напряжения к ОД. Иными словами, при измерении сопротивления изоляции происходит сначала быстрый, а затем менее интенсивный рост величины сопротивления.
При увлажнении изоляции наблюдается рост всех трех составляющих тока, причем токи сквозной и поверхностной проводимости растут быстрее, чем ток абсорбции. При этом снижается установившееся значение сопротивления изоляции, а также уменьшается относительное изменение его во времени.
В отличие от сопротивления изоляции величина коэффициента абсорбции меньше подвержена влиянию различных случайных факторов. Прежде всего коэффициент абсорбции существенно меньше зависит от размеров изоляции и ее температуры. Например, при изменении температуры изоляции от 25 до 750 С сопротивление изоляции меняется в 5 раз, тогда как коэффициент абсорбции при этом меняется только на 10%. Эти особенности коэффициента абсорбции позволяют нормировать его величину. Так, например, для решения вопроса о необходимости сушки изоляции принята норма Ка≤1,3.
Вместе с тем коэффициент абсорбции нечувствителен к локальным дефектам, его величина зависит от материала изоляции и её возраста, хотя в значительно меньшей степени, чем величина сопротивления изоляции.
На величину коэффициента абсорбции, также в довольно широких пределах, могут оказывать влияние поверхностные загрязнения обмоток, которые часто не имеют для эксплуатационной надежности ОД существенного значения.
Емкость изоляции. Состояние изоляции электрических машин и аппаратов также характеризует изменение емкости изоляции в процессе эксплуатации. Постепенное высыхание пропиточного лака, образование пор, пустот, трещин в изоляции вследствие ее старения приводит к уменьшению электрической емкости изоляции. Поэтому состояние изоляции связано с величиной ее емкости.
Емкость изоляции электрической машины или аппарата
C=εC0 (4.4)
где ε - диэлектрическая проницаемость изоляции, определяемая в основном свойствами диэлектрика, входящего в состав изоляции, и зависящая от частоты;
Со- геометрическая емкость обмотки ОД (при е=1), определяемая конструкцией ОД.
От увлажнения изоляции емкость ее увеличивается, поэтому сравнение величины емкости изоляции с ее нормальным для данного ОД. В качестве диагностического параметра выбирают отношение емкостей
Kc=Cf1/Cf2 (4.5)
измеренных при разных частотах испытательного напряжения, например: f1=2Гц и f2=50Гц. Нормальному состоянию изоляции при этих частотах соответствуют значения Кс=1,1...1,3. При Кс>1,4 изоляция нуждается в сушке во избежание пробоя. Значение этого отношения чувствительно как к объемному, так и к поверхностному увлажнению. Поэтому, измеряя оба коэффициента, можно определить не только степень, но и характер увлажнения изоляции. Так, например, получив значение Ка<1,3, можно сделать вывод, что изоляция влажна, но при Кс<1,4 это увлажнение поверхностное, а при Кс>1,4 -объемное. В первом случае для восстановления надежности изоляции достаточна сушка, а во втором — сушка с последующей пропиткой.
Полное сопротивление и сопротивление обмоток на резонансной частоте. Одним из параметров, характеризующих техническое состояние реле, пускателей и электромагнитных приводных устройств (включая катушки и механические системы), является величина полного сопротивления, измеренного на выводах обмоток. Ток в цепи катушки с сердечником
 (4.6)
где  и  — составляющие тока намагничивания для воздушного зазора и стали; IП - составляющая тока для компенсации потерь в короткозамкнутом витке (для катушек, работающих на переменном токе).
Для выбранного режима работы диагностируемого электромагнита составляющие тока Ic, In, I3 в первом приближении можно принять постоянными.
Характеристики переходных процессов, возникающих в обмотке электрических машин и аппаратов в результате подачи единичных импульсов, используют для определения короткозамкнутых витков и обрывов в катушках. При более тщательном анализе форм кривых переходных процессов может быть получена информация о других дефектах, например электромеханических систем реле и пускателей. При этом кривые переходных процессов сравнивают путем осциллографирования с эталонными. Чаще с помощью специальных устройств осуществляют осциллографические сравнения кривых переходных процессов, полученных в результате поочередного воздействия единичных импульсов на две катушки, одна из которых является эталонной. В трехфазных машинах и аппаратах сравнивают кривые переходных процессов попарно на каждых двух из трех обмоток ОД.
Упрощенный метод использования характеристик переходных процессов для диагностирования основан на сравнении интегральных значений токов или напряжений, полученных в результате воздействия единичных импульсов на ОД. Показателем состояния диагностируемых обмоток в этом случае является следующее выражение:
ΔA=A+-A- (4.7)
где А+ и А- - суммарные положительная и отрицательная площади, заключенные между кривой переходного процесса U(t) и осью абсцисс. Значения А+ и А- определяются интегралом вида:
 (4.8)
где h(t) - импульсная переходная характеристика системы: разрядная емкость - диагностируемая катушка.
Наличие аномалий и дефектов в электромеханических системах реле пускателей и приводных электромагнитов влияет на осциллограммы тока срабатывания и отпускания, поскольку ход изменения токо-временной осциллограммы характеризует динамику переходных процессов притяжения и отпускания якоря ОД.
Форма осциллограмм переходных процессов несет значительно большую информацию о небольших дефектах, которые при длительной эксплуатации могут стать причиной отказа реле, чем измеренные стрелочным прибором значения токов срабатывания и отпускания.
Информацию о состоянии электромагнита несет также осциллограмма напряжения на выводах обмотки после его отключения.
Контактное сопротивление. Физические процессы, протекающие в электрических контактах, сложны и разнообразны. Они определяются конструкцией контактов, свойствами материалов проводников, а также условиями, существующими во внешней среде в процессе их замыкания и размыкания.
Контактное сопротивление состоит из трех составляющих: металлических частей RM, пленок и посторонних слоев Rпл и стягивания Rс, последнее образуется в результате того, что при сжатии двух плоских контактных поверхностей касание происходит не по всей плоскости, а отдельными участками в соответствии с микрогеометрией плоскостей. Ток проходит не через все поперечное сечение контакта, а только через его часть, поэтому контактное сопротивление возрастает.
Итак, сопротивление контакта
R = RM+Rпл+Rc. (4.9)
Сопротивление металлических частей RM контактов не меняется в процессе эксплуатации, чего нельзя сказать о составляющей Rпл, которая может изменяться в очень широких пределах.
Контактное сопротивление на постоянном и переменном токе. Контактное сопротивление можно измерять на постоянном токе по методу вольтметра-амперметра. Величина тока, проходящего через контакт при этих измерениях, для исключения влияния нелинейных электрических свойств контактных окисных пленок должна быть близкой к номинальному току, коммутируемому диагностируемым контактом. Изменение сопротивление окисных пленок в зависимости от величины тока при значительном усилии прижатия наблюдается в меньшей степени.
При диагностировании контактов, работающих в цепях переменного тока, часто применяют также постоянный ток, в частности, для исключения влияния на результаты измерений фазовых сдвигов от реактивного сопротивления трансформатора, используемого в качестве источника тока. При этом через диагностируемый контакт предварительно пропускают в течение нескольких секунд переменный ток, близкий по величине к номинальному значению для диагностируемого контакта.
Для некоторых типов контактов применяют метод измерения активной мощности на переменном токе, рассеиваемой на диагностируемых контактах. Величина рассеиваемой активной мощности характеризует джоулево тепло и может быть нормировано для каждого типоразмера контактов.
Измерения RK импульсным методом. Непосредственное измерение величин сопротивления контакта RK на границе раздела может быть осуществлено импульсным методом. В основу этого метода положена разность во времени тепловых реакций границы раздела и объема металла на прохождение импульса тока, которая возникает в результате разности металлических масс, образующих контактное соединение. Поскольку массы непосредственно контактных поверхностей очень малы (~10-9...10-8 г), в них возникает тепловая реакция на прохождение тока за время около 10-6 с, всей массе же контакта для этого требуется время более секунды. Следовательно, короткий электрический импульс длительностью около 1 мс будет всецело влиять на участки непосредственно контактной поверхности, не оказывая ощутимого влияния на остальные составные части контакта.
Вольт-амперные характеристики контактов. Нелинейность вольт-амперных характеристик многих контактов определяет возможность их диагностирования по этому параметру. Оценку степени нелинейности вольт-амперной характеристики можно производить, измеряя третью гармонику напряжения на замкнутом диагностируемом контакте при пропускании через него тока от источника строго синусоидального напряжения. Третья гармоника напряжения на контакте имеет наибольшую величину при симметричной вольт-амперной характеристике, которая в свою очередь свойственна дефектным контактам.
Вольт-амперные характеристики диодов и тиристоров. Нормальные диоды и тиристоры не имеют заметных отличий вольт-амперных характеристик от идеальных. Степень деградации диодов, проявляющаяся в процессе их эксплуатации, может быть установлена по изменениям прямой и обратной ветвей вольт-амперных характеристик.
Интерметаллические включения в контакте диода, микротрещины и т.д. приводят к искажению прямой ветви вольт-амперной характеристики.
Электрический шум в полупроводниковых приборах и контактных соединениях является следствием флюктуации проводимости при пропускании через переходы полупроводниковых приборов или контактные соединения постоянного, переменного или импульсного тока. В общем спектре электрических шумов полупроводниковых приборов и контактных соединений наибольшую информацию о состоянии этих объектов несут контактный и лавинный шумы.
Для оценки шума используют следующие исходные параметры: средние и действующие значения напряжений и токов, среднюю мощность, спектральную плотность мощности шума, плотность вероятности мгновенных значений шума.
Контактный шум. Его возникновение в полупроводниковых переходах и контактных соединениях вызывается структурной неоднородностью областей, по которым протекает ток, нестабильностью и зернистостью структуры этих зон. Вследствие перестройки структуры зон происходит скачкообразное локальное изменение проводимости, что вызывает флюктуации общей проводимости. Спектральная плотность мощности контактного шума обратно пропорциональна частоте, поэтому эту составляющую шума называют шумом типа 1/f. Контактный шум проявляется на частотах до 1 кГц, причем приращение его пропорционально квадрату тока через ОД.
Лавинный шум связан с тем, что при грубокристаллической неустойчивой структуре в зоне протекания тока или нестабильном контакте создаются локальные повышения градиентов напряжений и возникают микроплазменные области, в которых происходит электрический пробой. Эти процессы могут быть обусловлены флюктуациями контактного давления, мгновенными перегревами и другими нестационарными процессами в микрообъемах.
Лавинный шум проявляется в виде всплесков спектральной плотности мощности на более высоких частотах, чем контактный шум.
4.2 Средства диагностирования
Средства измерения сопротивления изоляции. Логометрические мегомметры с ручным приводом. Наиболее распространенным средством измерения сопротивления изоляции являются мегомметры. В качестве источника питания в мегомметрах установлены генераторы постоянного или переменного тока с ручным приводом. В различных модификациях мегомметров генераторы развивают напряжение от 100 до 2500 В. Для снижения влияния колебаний напряжения источника тока в мегомметрах в качестве стрелочного прибора применяют логометры. Отклонение стрелки логометра пропорционально отношению измеряемого тока и тока, которым создается одним источником, чувствительность мегомметра в широком диапазоне напряжений практически постоянна.
Электронные мегомметры. Их схемы, подобны схемам мегомметров с ручным приводом, однако в качестве источника питания в них установлен транзисторный преобразователь (при питании от батарей) или стабилизированный выпрямитель (при питании от сети). Номинальные выходные напряжения - от 24 до 2500 В. Некоторые электронные мегомметры, например типа Ф2, оборудованы электронным устройством для сигнализации о длительности подачи на ОД высокого напряжения. Это устройство рассчитано на сигнализацию через 15…60 с после подачи высокого напряжения, что необходимо при измерении коэффициента абсорбции изоляции. Для измерения сопротивления изоляции в некоторых случаях можно применять электронные омметры, которые имеют электронный усилитель в цепях измерения токов, протекающих через сопротивление изоляции ОД.
К числу таких приборов можно отнести, например, цифровые омметры типов Р380 и Р383 с диапазонами измерения соответственно 0,001... 107 Ом и 0,01. ..1010 Ом.
При выборе прибора для измерения сопротивления изоляции необходимо обращать внимание на напряжение, при котором производится измерение, поскольку это важно для получения правильных результатов измерения сопротивления изоляции. Например, в омметре типа Р380 напряжение на измеряемом сопротивлении не превышает 24 В.
Средства измерения переходного сопротивления контактов. Средства измерения переходного сопротивления контактов на постоянном токе. Наиболее эффективной схемой измерения переходного сопротивления контактов на постоянном токе является схема измерения по методу вольтметра-амперметра. Причем для исключения влияния переходных сопротивлений милливольтметр к клеммным соединениям подключают со стороны диагностируемых контактов (так называемая четырехэлектродная или четырехзондовая схема измерений). В этой схеме применяют милливольтметры, защищенные от перегрузок диодными или транзисторными ограничителями при соблюдении условия RBH>RK, где RBH - внутреннее сопротивление переходного сопротивления контакта.
Как указывалось выше, величина тока, пропускаемого через диагностируемый контакт, должна быть близка к номинальному длительному току, коммутируемому данным контактом. В схемах батарейного зажигания автомобилей напряжение источника тока (аккумулятора)достаточно постоянно и неизменно величина нагрузки. Поэтому измерения переходного сопротивления контактов прерывателя можно производить только по показаниям милливольтметра, включенного параллельно контактам.
Средства измерения переходного сопротивления контактов на переменном токе. Переходное сопротивление измеряют по величине активной мощности, рассеиваемой на контактах. Для этого применяют схему с использованием преобразователя Холла, который размещают в воздушном зазоре тороидального ферромагнитного сердечника.
Практическая работа №5 Средства диагностирования двигателей внутреннего сгорания
Цель работы: Изучение содержания методов диагностирования и конструкции средств диагностирования двигателей внутреннего сгорания.
Задачи работы: Научить студентов планировать и осуществлять диагностирование двигателей внутреннего сгорания.
После выполнения работы студент должен
Знать: сущность рассмотренных методов диагностирования двигателей внутреннего сгорания, области применения данных методов.
Уметь: назначать соответствующие методы и средства диагностирования применительно к диагностируемым параметрам двигателей внутреннего сгорания.
Особую актуальность средства диагностирования ДВС приобрели в связи с возникшими проблемами экономии топлива и охраны окружающей среды, поскольку именно от технического состояния двигателей зависит как топливная экономичность, так и количество и состав загрязняющих веществ в отработавших газах. В связи с этим, приборы для анализа состава отработавших газов, входящие в комплекты средств, подверглись значительному усовершенствованию в части чувствительности, точности и расширения получаемой информации об элементном составе.
Средства диагностирования ДВС относятся к числу наиболее широко внедренных в эксплуатацию СТДМ. Сейчас, например, более 70 крупных фирм в мире серийно производят комплексные средства диагностирования автомобильных ДВС, а некоторые диагностические приборы выпускают даже специально для использования владельцами личных автомобилей. Накоплен большой опыт диагностирования ДВС, что позволило стандартизировать параметры основных средств диагностирования карбюраторных ДВС (см. ГОСТ 23434 —79). Выпускаемые средства диагностирования ДВС отличаются довольно высокой степенью унификации, т.е. каждое средство, как правило, рассчитано на диагностирования широкого класса типоразмеров ДВС.
К числу направлений развития средств диагностирования ДВС можно отнести следующие:
- совершенствование средств в части представления результатов диагностирования в более наглядной форме, доступной для восприятия оператором средней рабочей квалификации;
- создание средств диагностирования новых и перспективных систем ДВС, например электронных систем регулирования впрыска топлива;
- дальнейшее развитие средств локализации дефектов в отдельных системах двигателей, в частности, на основе виброаккустических методов;
- перевод средств на новую элементную и приборную базы (интегральные микросхемы, цифровые измерительные устройства и т. д.).
страница 1 ... страница 2 | страница 3 | страница 4 страница 5 страница 6 | страница 7 | страница 8
|