Повышение надежности информационно-измерительной и управляющей системы автоматизированного электропривода с асинхронным двигателем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат наук Строганов, Денис Анатольевич

• Строганов, Денис Анатольевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Строганов, Денис Анатольевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Анализ состояния проблемы повышения надежности ИИУС автоматизированного электропривода с АД

1.1 Основные понятия о надежности

1.2 Анализ показателей надежности

1.3 Разработка обобщенной структурной схемы регулируемого электропривода с АД

1.4 Анализ путей повышения надежности ИИУС регулируемого электропривода с АД

1.5 Анализ схем построения усилителей мощности ИИУС

1.6 Выводы по главе

ГЛАВА 2. Разработка ИИУС автоматизированного электропривода повышенной надежности с АД

2.1 Описание усилителя мощности, позволяющего повысить надежность ИИУС регулируемого электропривода с АД

2.2 Разработка структурной схемы ИИУС регулируемого электропривода повышенной надежности с АД

2.3 Разработка способов измерения токов статорных обмоток АД ИИУС регулируемого электропривода повышенной надежности

2.4 Выводы по главе

ГЛАВА 3. Разработка математической модели ИИУС регулируемого электропривода повышенной надежности с АД

3.1 Моделирование стандартного трехфазного АД

3.2 Моделирование нестандартного шестиобмоточного АД

3.3 Исследование моделей АД

3.4 Моделирование ИИУС векторного управления регулируемого электропривода повышенной надежности

3.5 Выводы по главе

ГЛАВА 4. Практическая проверка результатов

4.1 Требования к макету автоматизированного регулируемого электропривода с ИИУС повышенной надежности

4.2 Разработка макета автоматизированного регулируемого электропривода с ИИУС повышенной надежности

4.3 Проведение экспериментов

4.4 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Патент на изобретение № 2488216 (Свидетельство)

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Электрическая принципиальная схема макета ИИУС регулируемого электропривода повышенной надежности

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Электрическая принципиальная схема блока питания

макета ИИУС регулируемого электропривода повышенной надежности

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Электрическая принципиальная схема усилителя мощности макета ИИУС регулируемого электропривода повышенной надежности

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Топология печатной платы макета ИИУС регулируемого электропривода повышенной надежности

СПИСОК ТЕРМИНОВ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И

СОКРАЩЕНИЙ

АД - асинхронный двигатель

ИИУС - информационно-измерительная и управляющая система

ОС - обратная связь

ПЧ - преобразователь частоты

САУ - система автоматического управления

УМ - усилитель мощности

ЭП - электропривод

ШИМ — широтно-импульсная модуляция

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение надежности информационно-измерительной и управляющей системы автоматизированного электропривода с асинхронным двигателем»

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире регулируемые электроприводы с асинхронным двигателем находят применение в большом многообразии сфер народного хозяйства: нефтегазовых, горной, промышленной, а также в космической и военной технике, способной работать в условиях воздействия специальных факторов, которые могут вызывать функциональные сбои работы систем управления. В большом числе сфер деятельности или отрасли вопрос надежности электропривода является чрезвычайно важным.

Нефтегазовую промышленность можно охарактеризовать высокой энергоемкостью. Имеется устойчивая тенденция роста энергозатрат, необходимых для обеспечения процессов разработки новых месторождений добычи углеводородного сырья, транспорта, хранения и переработки нефти и газа. Большая часть электроэнергии преобразуется в механическую в электроприводах. С каждым годом установленная мощность электродвигателей, являющихся базовой частью электроприводов, увеличивается.

Напряженность и непрерывность технологических процессов в нефтегазовой промышленности обуславливают высокие требования к надежности используемых электроприводов. Внезапные отказы главных электроприводов, как правило, приводят с одной стороны к прямым убыткам, обусловленным, например, необходимостью проведения ремонтных работ, а с другой стороны к косвенным: простоям технологического оборудования, осложнениям экологической обстановки. [1]

Космическую и военную технику можно охарактеризовать как постоянно усовершенствующуюся, поскольку в нее в первую очередь внедряются передовые технологии основных держав мира с целью удержания господства. Современная военная и космическая техника становится все более надежной и стойкой к воздействию специальных

факторов. Системы должны иметь хорошую самовосстанавливаемость даже после внештатных ситуацией.

Целью диссертационной работы является повышение надежности ИИУС автоматизированного электропривода с асинхронным двигателем.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ путей повышения надежности ИИУС электропривода с асинхронным двигателем;

- разработать структурную схему ИИУС автоматизированного электропривода повышенной надежности;

-исследовать пути использования апробированных схем управления асинхронным двигателем для предлагаемой ИИУС повышенной надежности;

- разработать математическую модель ИИУС автоматизированного электропривода повышенной надежности и выполнить моделирование работы системы;

- исследовать способы измерения токов статорных обмоток асинхронного двигателя электропривода с ИИУС повышенной надежности с целью построения контуров тока;

- разработать и изготовить макет электропривода с ИИУС повышенной надежности;

- экспериментально подтвердить достоверность результатов исследований.

При выполнении работы применялись методы математического и компьютерного моделирования. При построении моделей были использованы методы теории электрических машин. При разработке ИИУС применялись методы векторного управления асинхронными двигателями. Экспериментальные исследования проводились на разработанном и изготовленном макете с использованием современного измерительного оборудования.

Достоверность исследований подтверждена совпадением теоретических результатов (результатов моделирования) с экспериментальными данными.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1) Структурная схема ИИУС автоматизированного электропривода повышенной надежности, достигаемой за счет исключения возможности возникновения сквозных токов открытых силовых транзисторов в усилителе мощности.

2) Математическая модель ИИУС автоматизированного электропривода повышенной надежности.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ

НАДЕЖНОСТИ ИИУС АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С АД

1.1 Основные понятия о надежности

Основные понятия, термины и определения понятий в области надежности установлены в межгосударственном стандарте «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения» - ГОСТ 27.002-89. [3] Термины, устанавливаемые стандартом, обязательны для применения во всех видах документации и литературы, входящих в сферу действия стандартизации или использующих результаты этой деятельности.

Понятие «Надежность» является широким и является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его пребывания может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенное сочетание этих свойств. С целью рационального подхода к рассмотрению и решению задачи повышения надежности ИИУС регулируемого электропривода с АД необходимо проанализировать основные термины надежности и выбрать наиболее используемые для последующего исследования.

1.1.1 Основные термины надежности

Основные понятия

Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Состояние

Исправное состояние - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неисправное состояние - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неработоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Критерий предельного состояния - признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией.

Дефекты, повреждения, отказы

Дефект - ГОСТ 15467, каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. [4]

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Критерий отказа - признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленные в нормативно -технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Причина отказа - явления, процессы, события и состояния, вызвавшие возникновение отказа объекта.

Последствия отказа - явления, процессы, события и состояния, обусловленные возникновением отказа объекта.

Критичность отказа - совокупность признаков, характеризующих последствия отказа.

Ресурсный отказ - отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния.

Независимый отказ - отказ, не обусловленный другими отказами.

Зависимый отказ - отказ, обусловленный другими отказами.

Внезапный отказ - отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта.

Постепенный отказ - отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта.

Сбой - самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.

Перемежающийся отказ - многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера.

Явный отказ - отказ, обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения по назначению.

Скрытый отказ - отказ, не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики.

Конструктивный отказ - отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и (или) норм проектирования и конструирования.

Производственный отказ - отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии.

Эксплуатационный отказ - отказ, возникший по причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации.

Деградационный отказ - отказ, обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления в эксплуатации.

Временные понятия

Наработка - продолжительность или объем работы объекта.

Наработка до отказа - наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа.

Наработка между отказами - наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа.

Время восстановления - продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта.

Ресурс - суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Срок сохраняемости - календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течение которой сохраняются в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции.

Остаточный ресурс - суммарная наработка объекта от момента контроля его технического состояния до перехода в предельное состояние.

Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.

Назначенный срок службы - календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.

Назначенный срок хранения - календарная продолжительность хранения, при достижении которой хранение объекта должно быть прекращено независимо от его технического состояния.

Показатели безотказности, надежности и долговечности

Показатель надежности - количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.

Единичный показатель надежности - показатель надежности, характеризующий одно из свойств, составляющих надежность объекта.

Комплексный показатель надежности - показатель надежности, характеризующий несколько свойств, составляющих надежность объекта.

Расчетный показатель надежности - показатель надежности, значения которого определяются расчетным методом.

Экспериментальный показатель надежности - показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется по данным испытаний.

Эксплуатационный показатель надежности - показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется по данным эксплуатации.

Экстраполированный показатель надежности - показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется на основании результатов расчетов, испытаний и (или) эксплуатационных данных путем экстраполирования на другую продолжительность эксплуатации и другие условия эксплуатации.

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет.

Гамма-процентная наработка до отказа - наработка, в течение которой отказ объекта не возникнет с вероятностью у, выраженной в процентах

Средняя наработка до отказа - математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.

Средняя наработка на отказ - отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Интенсивность отказов - условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.

Параметр потока отказов - отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки.

Осредненный параметр потока отказов - отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за конечную наработку к значению этой наработки.

Гамма-процентный ресурс - суммарная наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью у, выраженной в процентах.

Средний ресурс - математическое ожидание ресурса.

Гамма-процентный срок службы - календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью у, выраженной в процентах.

Средний срок службы - математическое ожидание срока службы.

Показатели повышения надежности

Резервирование - способ обеспечения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций.

Резерв - совокупность дополнительных средств и (или) возможностей, используемых для резервирования.

Основной элемент - элемент объекта, необходимый для выполнения требуемых функций без использования резерва.

Резервируемый элемент - основной элемент, на случай отказа которого в объекте предусмотрены один или несколько резервных элементов.

Резервный элемент - элемент, предназначенный для выполнения функций основного элемента в случае отказа последнего.

Кратность резерва - отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими элементов, выраженное несокращенной дробью.

Дублирование - резервирование с кратностью резерва один к одному.

Нагруженный резерв - резерв, который содержит один или несколько

резервных элементов, находящихся в режиме основного элемента.

14

Облегченный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме, чем основной элемент.

Ненагруженный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в ненагруженном режиме до начала выполнения ими функций основного элемента.

Общее резервирование - резервирование, при котором резервируется объект в целом.

Раздельное резервирование - резервирование, при котором резервируются отдельные элементы объекта или их группы.

Постоянное резервирование - резервирование, при котором используется нагруженный резерв и при отказе любого элемента в резервированной группе выполнение объектом требуемых функций обеспечивается оставшимися элементами без переключений.

Резервирование замещением - резервирование, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента.

Скользящее резервирование - резервирование замещением, при котором группа основных элементов резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой из отказавших элементов данной группы.

Смешанное резервирование - сочетание различных видов резервирования в одном и том же объекте.

Резервирование с восстановлением - резервирование, при котором восстановление отказавших основных и (или) резервных элементов технически возможно без нарушения работоспособности объекта в целом и предусмотрено эксплуатационной документацией.

Резервирование без восстановления - резервирование, при котором восстановление отказавших основных и (или) резервных элементов

технически невозможно без нарушения работоспособности объекта в целом и (или) не предусмотрено эксплуатационной документацией.

Вероятность успешного перехода на резерв - вероятность того, что переход на резерв произойдет без отказа объекта, т.е. произойдет за время, не превышающее допустимого значения перерыва в функционировании и (или) без снижения качества функционирования.

Также существует ряд других показателей и определений надежности:

- показатели ремонтопригодности;

- показатели сохраняемости;

- комплексные показатели надежности;

- показатели нормирования надежности;

- показатели обеспечения, определения и контроля надежности;

- испытания на надежность.

1.2 Анализ показателей надежности 1.2.1 Вероятность безотказной работы

Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданий наработки отказ объекта не возникает. На практике этот показатель определяется статистической оценкой [6]:

Мл - п(0

где Ы0 - число однотипных объектов (элементов), поставленных на испытания (находящихся под контролем); во время испытаний отказавший объект не восстанавливается и не заменяется исправным;

п(£) - число отказавших объектов за время £.

Из определения вероятности безотказной работы видно, что эта характеристика является функцией времени, причем она является убывающей функцией и может принимать значения от 1 до 0.

График вероятности безотказной работы объекта изображен на рисунке 1. [6]

Рисунок 1 - График функции Р(0

Как видно из графика, функция Р{Ь) характеризует изменение надежности во времени и является достаточно наглядной оценкой. Например, на испытания поставлено 1 ООО образцов однотипных элементов, то есть Ы0 = 1000 микросхем.

При испытании отказавшие элементы не заменялись исправными. За время t отказало 10 микросхем. Следовательно, Р(£) = 0,99 и уверенность состоит в том, что любая микросхема из данной выборки не откажет за время t с вероятностью Р(Ь) = 0,99.

Иногда на практике целесообразно пользоваться не вероятностью безотказной работы, а вероятностью отказа (КО- Поскольку работоспособность и отказ являются состояниями несовместимыми и противоположными, то их вероятности связаны зависимостью:

Р(0+ <2(0 = 1.

(2)

следовательно, (?(£) = 1 —

Если задать время 7, определяющее наработку объекта до отказа, то Р(0 = Р(Т > £), то есть вероятность безотказной работы - это вероятность того, что время Т от момента включения объекта до его отказа будет больше или равно времени t, в течение которого определяется вероятность безотказной работы. Из вышесказанного следует, что = Р(Т < £).

Вероятность отказа есть функция распределения времени работы Т до отказа (?(£) = Р(£). Статистическая оценка вероятности отказа:

(2(0 = 1 ~ „ ; (КО - -^г- (3)

Известно, что производная от вероятности отказа по времени есть плотность вероятности или дифференциальный закон распределения времени работы объекта до отказа

£¿<2(0 dF(t)

Полученная математическая связь позволяет записать

и

рсо = 1 -1 яо^. (5)

Таким образом, зная плотность вероятности /(£), легко найти искомую величину Р(0-

На практике достаточно часто определяют условную вероятность

безотказной работы объекта в заданном интервале времени Р(£ 1,Ь2) при

условии, что в момент времени объект работоспособен и известны Р^) и

18

P(t2). На основании формулы вероятности совместного появления двух зависимых событий, определяемой произведением вероятности одного из них на условную вероятность другого, вычисленную при условии, что первое событие уже наступило, запишем P(t2) = Р(А) ■ P(tlt t2) , откуда P(tlt fc2) =

P(t2) Pit !)•

По известным статистическим данным можно записать Р(t1( t2) = N(-t у

где Л^(^), N(t2) - число объектов, работоспособных соответственно к моментам времени tx и t2: = N0 — п(^); N(t2) = N0 — n(t2).

1.2.2 Средняя наработка до отказа

Средней наработкой до отказа называется математическое ожидание на работки объекта до первого отказа

Вероятностное определение средней наработки до отказа выражается

так:

00

т± = ft- f{t)dt. (6)

О

Суть математических выражений оценки f(t),Q(t) и P(t), запишем Ti = /0°° * ■ Q'(t) dt> а зная, что Q'(t) = -P'(t), получим:

00 00

T1 = -J t ■ dt = —t • P(t)\% + | P(t) dt. (7)

о 0

Полагая, что lim^oo £ - p(t) = 0 и учитывая, что P(0) = 1, получаем:

Tt = I P(t) dt. (8)

о

Таким образом, средняя наработка до отказа равна площади, образованной кривой вероятности безотказной работы P(t) и осями координат. Статистическая оценка для средней наработки до отказа определяется по формуле: [6]

N0 j

где N0 - число работоспособных однотипных невосстанавливаемых объектов при t = 0 (в начале испытания);

tj - наработка до отказа -го объекта.

1.2.3 Интенсивность отказов

Интенсивность отказов - это условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не наступил. Из вероятностного определения следует, что

X(t) = тЩг^ = -777-V Р'СО- (Ю)

w 1 -Q(t) P(t) w v

Статистическая оценка интенсивности отказов имеет вид:

пШЛ

т = JT4F- W

iVcpi

где п(Д£[) - число отказов однотипных объектов на интервале Д£ь для которого определяется А(£);

- число работоспособных объектов в середине интервала А ^ в соответствии с рисунком 2. [6]

N ■ =

Щ +

(12)

О

)

ЛГ, N ср

4- 1 -

Рисунок 2 - Схема для определения А/,

ср

где N1 - число работоспособных объектов в начале интервала Д^;

- число работоспособных объектов в конце интервала ДЬ(.

Если интервал Д££- уменьшается до нулевого значения (Д^ 0), то

пСА^)

Мср( = N0 - п(0 -

(13)

где - количество объектов, поставленных на испытания; АЬ^ - интервал, продолжающий время £; п(Д£г) - количество отказов на интервале Д

Умножив и поделив в формуле (13) правую часть на Ы0 и перейдя к предельно малому значению Д£, вместо выражения (12), получим

A(t) = lim

nÇAtf) W0 ■ At

At->0

- = lim

A Q{t) A t

At->0 N0 — n(t)'

N0

(14)

M,

где =

Nn

1

Следовательно, А(£) = = Рчто и записано в

вероятностном определении А(Ь) по формуле (10). Решение формулы (10) дает:

L

jx(t)dt = -lnP(t) или P(t) = e~fomdt.

(15)

Выражение (15) показывает связь A(t) и P(t). Из этой связи ясно видно, что по аналитически заданной функции A(t) легко определить Р(£) и Т±: [6]

Т± = j P(t) dt = J

-/nA(t)dt

(16)

Интенсивность отказов наглядно представляется кривой жизни элемента, приведенной на рисунке 3.

А Ч У

t

I II III

Рисунок 3 - Кривая жизни элемента

На рисунке 3 приняты следующие обозначения:

I - интервал приработки; II - интервал нормальной эксплуатации; III -интервал старения.

Как показывают многочисленные данные анализа надежности большинства объектов техники линеаризованная обобщенная зависимость Л(0 представляет собой сложную кривую с тремя характерными интервалами (I, И, III). На интервале II Я = const. Этот интервал может составлять более 10-ти лет, он связан с нормальной эксплуатацией объектов. Интервал I часто называют периодом приработки элементов. Он может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от уровня организации отбраковки элементов на заводе-изготовителе, где элементы с внутренними дефектами своевременно изымаются из партии выпускаемой продукции. Величина интенсивности отказов на этом интервале во многом зависит от качества сборки схем сложных устройств, соблюдения требований монтажа и т.п. Включение под нагрузку собранных схем приводит к быстрому «выжиганию» дефектных элементов и по истечении некоторого времени в схеме остаются только исправные элементы, и их эксплуатация связана с Я = const. На интервале III по причинам, обусловленным естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и т.д., интенсивность отказов резко возрастает, увеличивается число деградационных отказов. Для того, чтобы обеспечить Я = const необходимо заменить неремонтируемые элементы на исправные новые или работоспособные, отработавшие время I+II. Интервал Я = const соответствует экспоненциальной модели распределения вероятности безотказной работы. Также отметим, что при Я = const значительно упрощается расчет надежности и Я наиболее часто используется как исходный показатель надежности элемента. [6]

Если рассматривать усилитель мощности ИИУС электропривода, то в

классической схеме он состоит из шести силовых транзисторов

(управляемых сигналами управления Uynp), шести быстродействующих

диодов и одного конденсатора. На рисунке 4 приведена классическая схема

23

усилителя мощности ИИУС электропривода с АД. Анализ условий работы такого усилителя показал, что выход из строя усилителя мощности вызывается, как правило, следующими причинами:

- неисправностями схем управления, приводящими к одновременному включению транзисторов одного плеча (хотя в последнее время появившиеся специальные драйверы сильно снизили вероятность такого события);

-тяжелыми условиями работы силовых транзисторов - высокими напряжениями и большими токами.

Рисунок 4 - Классическая схема усилителя мощности ИИУС

электропривода с АД

Интенсивности отказов составных элементов следующие: [7]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Строганов, Денис Анатольевич, 2014 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Максютов Сергей Геннадьевич. Методы и средства температурной диагностики электроприводов нефтяной и газовой промышленности : диссертация кандидата технических наук : 05.09.03 / Максютов Сергей Геннадьевич.- Москва, 2009.- 134 е.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/3189.

2. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных установках-М.: Энергоатомиздат, 1998.-200 с

3. ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения».

4. ГОСТ 15467-79 «Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения».

5. ГОСТ 18322-78 «Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения».

6. A.B. Чупин, A.A. Ямпольский. Учебно-методический комплект для студентов заочного обучения специальности «Автоматизация технологических процессов и производств». - Кемерово: Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», 2004.

7. Сборник задач по теории надежности. Под. ред. A.M. Половко и И.М. Маликова. М.:Советское радио, 1972. - 408 с.

8. Гликман 11.Я.. Горский А.Н.. Русин Ю.С. Электромагнитные элементы радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь. 1991.

9. Григорьев О.П.. Замятин В.Я. Диоды: Справочник. - М.: Радио и связь. 1990.-336 с.

10. Четвертаков ПЛ.. Дьяконов М.Н. Конденсаторы: Справочник. - М.: Радио и связь. 1993. - 392 с.

11. Электронные компоненты: Католог / ЗАО "КОМПЕЛ". август-сентябрь 2001.-М.. 2001.-54 с.

12. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомнздат. 1992.-296 с.

13. Садовский Л.А.. Виноградов В.Л.. Черенков A.B. двигателей для регулируемого электропривода // Информэлектро.

14. Рипс Я.А., Савельев Б.А. Анализ и расчет надежности систем управления электроприводами. -М.: Энергия, 1974.

15. Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники, -М.; Высш. школа, 1980. Соколов М.М. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов. - М.: Энергия, 1976.

16. Пиотровский Л.М. Электрические машины. Изд. 4-е, исправленное и дополненное. М - Л., Госэнергоиздат, i960.

17. Кацман М.М. Электрические машины и трансформаторы, М., Государственное издательство «Высшая школа», 1961.

18. Поляков H.A. Электрические машины. М.-Л., Машгиз, 1953.

19. Нечаев В.В. Электрические машины. М., Издательство «Речной транспорт», 1958.

20. Сергеев П.С. Электрические машины. М. - Л., Госэнергоиздат, 1962.

21. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч. 1, М. - Л., Госэнергоиздат, 1956.

22. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч. 2, М.-Л., Госэнергоиздат, 1947.

23. Костенко М.П., Пиотровский Л. М. Электрические машины. Ч. 1 и 2. М. - Л., Госэнергоиздат, 1958.

24. Костенко М.П. Электрические машины. Общая часть. М - Л., Госэнергоиздат, 1944.

25. Костенко М. П. Электрические машины. Специальная часть. М. - Л., Госэнергоиздат, 1949.

26. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных электродвигателей. М.-Л., Госэнергоиздат, 1985.

27. Слепцов В.В., Строганов Д.А. Повышение надежности регулируемого электропривода (практическая реализация). Приборы. 2013. №9 -М.¡Подольская Периодика, 2013.-е. 46-51.

28. Слепцов В.В., Строганов Д.А. Повышение надежности ИИУС электроприводов с асинхронным электродвигателем. Приборы. 2012. №5 - М.:Подольская Периодика, 2012, - с. 48-51.

29. Строганов Д.А. Перспективы управления асинхронным двигателем. Приборы. 2008. №9 (99) - М.:Подольская Периодика, 2008, - с. 33-37.

30. A.B. Холявин, JI.H. Коноплев, В.Ф. Кубасов. Повышение надежности электроприводов с транзисторными преобразователями частоты, статья (Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. -М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 351-354).

31. Патент РФ RU 2130689 «Трехфазная электрическая машина».

32. Патент РФ RU 2395896 «Способ управления работой вращающейся электрической машины и устройство для его осуществления».

33. Патент РФ RU 2488216 «Регулируемый электропривод с повышенными характеристиками надежности».

34. Растригин A.A. Системы экстремального управления. - М.: Наука, 1974. -274 с.

35. Система векторного управления скоростью асинхронного электропривода: Пат.2158055 Россия, МПК7 Н 02 Р 21/00. Ульянов, гос. техн. ун-т, Иванов В.М. №98110426/09

36. Копылов И.П. Электрические машины. - 2-е изд.. перераб. - М.: Высшая школа. 2000. - 670 с.

37. Новые направления развития регулируемых электроприводов / Бычков М.Г.. Козаченко В.Ф.. Миронов JIM. и др. // Приводная техника. -1997. - № 5. -С. 5-9.

38. Строганов Д.А. Современный принцип получения информации о параметрах вращения ротора электропривода. Приборостроение /

Межвузовский сборник научных трудов. - М.:МГУПИ, 2007, - с. 214217.

39. Строганов Д.А. Идеальный микроконтроллер для построения систем управления электроприводами. Приборостроение / Межвузовский сборник научных трудов. - М.:МГУПИ, 2007, - с. 170-172.

40. Строганов Д.А. Использование шины USB для управления ДПТ. Приборостроение / Межвузовский сборник научных трудов. -М.:МГУПИ, 2007, - с. 142-146.

41. Строганов Д.А. Пример системы управления двигателем постоянного тока на базе персонального компьютера. Приборостроение / Межвузовский сборник научных трудов. - М.:МГУПИ, 2007, - с. 80-89.

42. Остриров В.Н.. Уткин СЮ. Рациональная схема регулируемого электропривода для экстремальных условий эксплуатации // Проблемы автоматизированного электропривода: Тез. докч. 2 Междунар. (13 Всерос.) науч.-техн. конф. 23-25 сентября 1998 г. - Ульяновск. 1998. - С 90-91.

43. Остриров. Уткин СЮ. Рациональная схема регулируемого электропривода для экстремальных условий эксплуатации // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. 5 Междунар. науч.-техн. конф. 2-3 марта 1999. В 2 т. Т. 1.-М.: МЭИ. 1999. - С. 216-217.

44. Ключев В.И. Теория электропривода. — М.: Энергоатомиздат, 2001.

45. А. Лебедев. Измерение тока фаз электродвигателя с помощью изолированных датчиков тока ACPL-785J и ACPL-796J. Компоненты и технологии №4, 2009. - с. 30-33.

46. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В. А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением. - Л.: Энергоатомиздат, 1987

47. R. Marino, S. Peresada, Р. Tomeí. On-Line Rotor Resistance Estimation for Induction Motors//ln Proc. IECON '94. -1994. - V.3. - P. 2137-2142.

48. С. Attaianese, А. Damiano, G. Gatto. I. Marongiu, A. Perfetto. Induction Motor Drive Parameters Identification/ДЕЕЕ Trans, on Power Electronics. -1998. - V.13, №6.-P.1112-1121.

49. В.Г. Бичай, Д.М. Пиза, E.E. Потапенко, E.M. Потапенко. Состояние, тенденции и проблемы в области методов управления асинхронными двигателями - "Рад^електротка, шформатика, управлшня" № 1, 2001

50. Попов А.Н., Васильев С.А. Об основах векторного управления асинхронным двигателем. // Приборы и системы: Упр.,контроль, диагност. 2002, № 7

51. Панкратов В.В. Векторное управление асинхронными электроприводами. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999

52. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. -М.: Энергоиздат, 1982. - 192 с.

53. Аракелян. А.К.. Афанасьев A.A. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод: В 2 кн. - М.: Энергоатомиздат. 1997. - 2 кн.

54. А. Колпаков, Е. Карташев. Резистивные токовые шунты для применений высокой мощности. Компоненты и технологии №3, 2010. -с. 84-88.

55. Костенко М.П. Работа многофазного асинхронного двигателя при перемен-чюм числе периодов // Электричество. - 1925. - № 2. - С. 85-95.

56. Гаммамет информ 2. Силовые трансформаторы: интернет-документ. -http://www.ganiniamet.ru, 2002. -6 с.

57. Сайт в интернет: http://www.e-ope.ee/_download/euni_repository/ file/2393/Teooria.zip/_56.html

58. Козярук А.Е., Рудаков В.В. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов. - СПб.: Санкт-Петербургская Электротехническая компания, 2004. - 128 с.

59. Сипайлов Г.А., JIooc A.B. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа. 1980.

60. Старокожсв А.И. Модель асинхронного двигателя в приложении Simulink пакета MatLab /А.И. Старокожев, Ю.М. Фролов// Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды регион, науч.-техн. конф. Воронеж, 2002. С. 20.

61. Старокожсв А.И. Асинхронный двигатель в пакете MatLab/А.И. Старокожев, Ю.М. Фролов// Промышленная информатика: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2002. С. 15-22.

62. А.И.Старокожев, Ю.М.Фролов, Математическая модель системы векторного управления и возможности се уточнения в программе MatLab/ А.И. Старокожев, Ю.М. Фролов// Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды регион, науч.-техн. конф. Воронеж, 2002. С. 20

63. Старокожсв А.Н. Модель системы векторного управления асинхронным двигателем /А.И. Старокожев, Ю.М. Фролов// Вычислительные машины, автоматика и робототехника: материалы науч.-техн. конф. студентов и молодых ученых. Воронеж, 2003. С. 7380.

64. Бронштейн И.Н.. Семендяев К.А. Справочник по математике. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы. 1962. - 608 с.

65. Москаленко В.В. Электрический привод: Учебн. пособие. Мастерство; Высшая школа, 2000.

66. Теория автоматического управления / Под ред. A.A. Воронова - Л.: Энергия, 1986.

67. Терехов В,М. Элементы автоматизированного электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

68. Усынин Ю.С. Системы управления электроприводов: Учеб. пособие. -

Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001.

122

69. Андрющенко O.A., Шевченко С.Б. Моделирование асинхронного электропривода при произвольной форме питающего напряжения. - Тр. Одес. политех, ун-та. 2000, № 3

70. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах. - Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1998.- 172 с.

71. Сипайлов Г.А., JIooc A.B. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа. 1980

72. Дьяконов В.П.. Абраменкова П.В.. Круглов В.В. MATLAB 5.3.1 с пакетами расширений / Под. ред. проф. В.П. Дьякононова. - М: Нолидж. 2001. -880 с.

73. Мишенко A.B. Векторные микросхемы для .электроприводов переменного тока с оптимальными энергодинамическими свойствами // Науч. сессия МИФИ-2003: Сб. науч. тр. В 14 т. М.: МИФИ. 2003. Т. 1. С.62 - 63.

74. Мищенко В.А.. Мищенко A.B., Савостьянов C.B. Математическое моделирование систем: инвертор с ШИМ - асинхронный двигатель при частотном и векторном управлении // Науч. сессия МИФИ-2002: Сб. науч. тр. В 14 т. М.: МИФИ. 2002. Т. 2. С. 128 -129.

75. Мшценко В.А., Мищенко A.B., Соболев Д.Ф. Микропроцессорная система комбинированной энергодвигательной установки гибридного автобуса «Московит» с асинхронным тяговым электроприводом // Науч. сессия МИФИ-2003:Сб.науч. тр. В 14 т. М.: МИФИ, 2003. Т. 1. С56-57.

76. Мищенко В.А., Мищенко A.B., Головкнн Л.А., Шершнев A.A. Микропроцессорное векторное регулирование асинхронного электропривода в автонмных энергоустановках перспективных видов транспорта. Науч. сессия МИФИ-2003: Сб. науч. тр. В 14 т. М.: МИФИ, 2003. Т. 1 С 58-59.

77. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины. - М.: Энергия. 1980.

- 927 с.

78. Пивняк Г.Г., Бешта A.C. Идентификация динамических параметров электроприводов. // Электричество. 2002, №11, с. 29-31.

79. Грузов JI.H. Методы математического исследования электрических машин. М. - JI., Госэнергоиздат, 1953.-264 с. с ил.

80. Казовский Е.Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. М. - JL, Изд-во АН СССР, 1962.-624 с. с ил.

81. Li Jianfei, Yin Quan, Wan Shuyun. Diangong jishu xuebao. Trans. China Electrotech. Soc. 2002, 17, № 5, P. 40-44.

82. M. Marchesoni, P. Segarich, E. Soressi. A Simple Approach to Flux and Speed Observation in Induction Motor Drives // In Proc. IECON '94. - 1994.

- V.l. - P.305-310.

83. C. Attaianese, A. Damiano, G. Gatto. I. Marongiu, A. Perfetto. Induction Motor Drive Parameters Identification/ДЕЕЕ Trans, on Power Electronics. -1998. - V.13, №6.-P.1112-1121.

84. Seung Ki Sul and Min ho Park. A Novel Technique for Optimal Efficiency Control of a Current-Source Inverter-Fed Induction Motor // IEEE Trans, on Power Elec-tronics. - 1988. - V.3, №2. - P. 192-198.

85. Blaschke F. Das Prinzip der Feldorientiening die Grundlage fur die TRANSVECTOR - Regelung von Asynchronmaschienen. //Siemens-Zeitschrift. -I971.-45.-P.757.

86. Dircktantriebstechnik oder Getriebeuntersetzung Hopper F. VDI-Z: Integr. Prod. 2000 142, №6, P. 68-71.

87. SIMOVERT MASTER DRIVES. Vector Control. Katalog Siemens DA 65.10.1998/1999.

88. Energieeffiziente Antriebsosungen. Elek. Mash. 2003. 82, № 7-8, P. 18-23.

89. Справочник по автоматизированному электроприводу. / Под. Ред. В.А. Елисеева, A.B. Шинянского. -М.: Энергоатомиздат, 1983.-616 с.

90. Слепцов В.В. Бездатчиковый асинхронный электропривод с векторным управлением для промышленных роботов.

91. Автоматизированный электропривод. / По ред. Н.Ф.Ильинского, М.Г. Юнькова. -М.: Энергоатомиздат, 1990.-544 с.

92. ГОСТ 27803-91 «Электроприводы регулируемые для металлообрабатывающего оборудования и промышленных роботов. Технические требования».

93. ГОСТ 183-74 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия».

94. Обмотки электрических машин. Д., «Энергия», 1970. 472 с. с ил. Авт.: В. И. Зимин, М. Я. Каплан, А. М. Палей, И. Н. Рабинович, В. П. Федоров, П. А. Хаккен.

95. Кучера Я., Гапл И. Обмотки электрических вращательных машин, Прага, Изд-во Академии наук ЧССР, 1963.-983 с.

96. Гемке Р. Г. Неисправности электрических машии. M. - JL, Госэнергоиздат. 1969.-272 с.

97. Ильинский Н.Ф. Элементы теории эксперимента. - М: МЭИ. 1988. -100 с.

98. Сайт в интернет: http://www.analitika-servi.irnd.m/page380.html

99. International Rectifier: интернет-документ. - http://www.iif.coni, 2002.

100. International Rectifier / Control Integrated Circuits Designers Manual. -California. 1996.

101. International Rectifier / Short Form Catalog. -1999-2000. - 319 p.

102. Пиотровский JI. M., Паль Е. А. Испытание электрических машин. Ч. 1. Общая часть и испытание машин постоянного тока. М. - Л., Госэнергоиздат, 1949.-380 с. с ил.

103. Пиотровский Л. М., Васютинский С. Б., Несговорова t. Д. Испытание электрических машин. Ч. 2. Трансформаторы и асинхронные машины. М. - Л., Госэнергоиздат, 1960.-292 с. с ил.

104. Электротехнический справочник. Использование электрической энергии. Т. 3. Кн. 2. / Под общ. ред. И.Н. Орлова и др. - 7-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

105. Электротехнический справочник: В 4 т. Т.2. Электротехнические изделия и устройства / Под общ. ред. В.Г. Герасимова и др. - 8-е изд. -М.: Изд-во МЭИ, 1998.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Патент на изобретение № 2488216 (Свидетельство)

теешйежАж фждшращжж

НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

№ 2488216

ПОВЫШЕННЫМИ ХАРАКТЕРЫ" 11 \ДЕЖ1ЮСТИ

.............................................

ШЁШР

юганов Денис Анатольевич (11(1)

Автор(ы): Слепцов Владимир Владимирович (Ш), Строганов Денис Анатольевич (Ю1)

Ужз

Заяика №2012102764

''й:*'«.-;'.. .'■.■■■■ " ¿."У;.'1'

Приоршет и-зобретеиия 27 января 2012 г,

изобретений Российской Федерации 20 июля 2013 г. «■йгтпич патента истекает 27 январи 2032 г.

Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собствфтости

>5*' • /У Б.П. Симонов

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Электрическая принципиальная схема макета ИИУС регулируемого электропривода повышенной надежности

it SM

л.;:?- -«я-

W

—-¿л

»18 A^t ......Г^'О-

ина

AS* -¡ tra i—

ttia

AÇ* -j }■..

ína

ina —:—L.H.LÍ— »»t»

я» -"=«-П?П-

í^- -i- -пая-ï">îi:r\—

SSI«

-OSJ-

«sia

-«я-~

üa

AÎ+ -

«18

AS+ -чЗ-PSTt-

&И»

a'¿ i- .......QÏLh*

W«

î

--1

ni

62 Id

I—GEO

a **

12 ™ О

M

X

ma

j—r«¡ h

"5

J h

■ A1 7 y

>U'S I

ZZld

SA

К|Г7

<N \ ?

Q-

Y i

fed

l С

ta t«

HI—1 Mb

ISO

033

I-

£S0

*

HI-

ÎSD

--r

T

Hb

¿to

8»

I-II- I-II I II

sto

9«

|_[¡L_

6K>

!-L

lU ie 19

!—II— I—II—1 I—II— I—II— I—II—

m

rto

6£0

8£0

¿го

0«

iw

9£0

sro

«0

zto

££0

1£Э

0£O

I I I 1« _ ^_^_ ^_ ^_

ero

i V lo i « te m

I—II—1 I—II I—II— I—II— I—IH

VIZ)

9Z3

9Z0

¿го

I

9Z0

О

m

(N СП

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Электрическая принципиальная схема блока питания макета ИИУС регулируемого электропривода повышенной надежности

У031

КВ208*

У032 |

№20!

УР35

УРЗб

УОЗЗ

У037

кб2ва

уйз!"

<т

МО- )>| 8 6Р

С6!Г

¡И тсв

>

Й +

С18

6М>

+

^ее^ , С21

4/г д.1

о >

М-

Р181

; -С^Ц1"-+12У

УГ22

Ь' 1 Ъ

♦ СИ сз

22<д№ 25В

С4

_

22ШиР 25В

47011Р Аус4б

08140

/\VD47

06140

25В С10

С$7

Ф19

+

47011Р

25В

> ГЧ

>ъъ

ТРР215-220-50

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Электрическая принципиальная схема усилителя мощности макета ИИУС регулируемого электропривода повышенной надежности

Р 1С7

-СЕ

„С! ¡9

J_

¥041 умг! Ш43 У0Л4 №45

/1 \ /' / Ж / . \ / \ / / \ / \

С-И.Р К. < ж ¡01 ХТИ123

К г 1 , Р^1 '-1Ь

УГ16 УГ19 г УГ18 1 УП7 с УТ19 с УТ20 6

г

\ " I "

'Т

(7.> г [

1х

/к

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Топология печатной платы макета ИИУС регулируемого электропривода повышенной надежности

Топология верхнего слоя печатной платы макета

Топология первого внутреннего слоя печатной платы макета

Топология второго внутреннего слоя печатной платы макета

Топология нижнего слоя печатной платы макета