авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Экспертная система прогнозирования состояния электрических двигателей на основе использования результатов их диагностики в условиях сельского хозяйства

На правах рукописи

Кобозев Евгений Владимирович ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИХ ДИАГНОСТИКИ В УСЛОВИЯХ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

Научный консультант: кандидат технических наук, профессор П. И. Семичевский (ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина»)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор А. И. Тищенко (ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»);

кандидат технических наук, доцент В. Г. Ляпин (ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет») Ведущая организация ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Защита диссертации состоится «26» _июня 2009 года в 9-00 на заседании диссертационного совета Д212.004.02 при Алтайском государ ственном техническом университете им. И. И. Ползунова по адресу:

656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, факс (3852) 36-71-29.

e-mail: jvk2@yandex.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского госу дарственного технического университета им. И. И. Ползунова Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью Ва шего учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя учено го секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «25» _мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор Л. В. Куликова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время, в результате спада про мышленного производства, снизилась обеспеченность сельскохозяйствен ных предприятий электрическим оборудованием, особенно электрически ми машинами. Кроме того, техническое обслуживание данного электро оборудования часто проводится несвоевременно, а его ремонт осуществля ется не всегда удовлетворительно. Задача повышения эффективности сель скохозяйственного производства не может быть успешно решена без по вышения надежности работы электрооборудования и, в частности, элек тродвигателей, как наиболее распространенного в сельском хозяйстве типа электрических машин.

В свою очередь, показатели надежности и безотказности любой элек троэнергетической системы, в том числе и столь сложного объекта как асинхронный двигатель (АД), зависят от условий и режимов эксплуатации, а также применяемых методов и средств его технического обслуживания и ремонта. Основными факторами воздействия на изоляцию электрических двигателей внешней среды являются влияние химически-агрессивных примесей, а также действие влаги, содержащейся в воздухе, газе или попа дающей на изоляцию в виде жидкости. Кроме того, возможно абразивное действие пыли, содержащейся в воздухе. Механическим воздействиям изоляция подвергается как во время изготовления и ремонта, так и во вре мя эксплуатации.

В сельском хозяйстве АД нередко работают в весьма тяжелых услови ях. Отсутствие квалифицированного электротехнического персонала также играет немаловажную роль, поскольку зачастую функции энергетиков ис полняют люди, далекие от вопросов грамотного решения проблем и вопро сов, возникающих в процессе эксплуатации электрооборудования. Поэто му в большинстве случаев причинами отказов асинхронных двигателей яв ляются неправильное их применение (15 – 35 % отказов), недостатки экс плуатации (35 – 50 % отказов) или низкое качество ремонта. Примерно – 35 % отказов происходит вследствие недостатков конструкции и техно логии производства двигателей. Лишь 10 – 12 % двигателей выходят из строя вследствие естественных процессов старения и износа.

Как правило, АД используются сезонно, а условия их хранения в пе риод эксплуатационной паузы не всегда удовлетворительны, что также снижает уровень надёжности. Кроме того, АД определённой части сель скохозяйственного оборудования часто работают с недогрузкой по мощно сти, а качество питающего напряжения не всегда соответствует установ ленным нормам, что снижает срок службы двигателя. При этом предпри ятия сталкиваются с проблемой планирования сроков ремонта АД, так как под влиянием дестабилизирующих факторов двигатель может выйти из строя гораздо раньше расчетного срока.

Существуют и другие причины, влияющие на эксплуатационную на дёжность АД в агропромышленном комплексе (АПК), такие как, например, использование двигателей старых серий и частые капитальные ремонты, качество которых, как правило, недостаточно высокое. К этому следует добавить и тот факт, что предприятия АПК испытывают недостаток (а иногда и полное отсутствие) технических средств диагностики и кон троля. Длительная и безаварийная работа двигателей во многом определя ет эффективность всего производства, поэтому повышение эффективности производства напрямую зависит от надежной работы двигателей.

В настоящее время в сельском хозяйстве страны эксплуатируется бо лее 4 млн. электродвигателей. При аварийности электродвигателей хотя бы в 1 % сельское хозяйство страны ежегодно может терпеть ущерб, превы шающий 500 млн. руб., поскольку отказы в их работе ведут к остановке отдельных механизмов и часто к полному прекращению всего производст венного процесса. В результате наносимый предприятиям ущерб связан не только с заменой или ремонтом вышедших из строя электродвигателей, но и с браком и недовыпуском сельхозпродукции. Это обстоятельство требует более действенных мер по определению времени до выхода из строя элек тродвигателя – наработки до отказа.





Исходя из этого, сформулирована проблемная ситуация, заключаю щаяся в противоречии между необходимостью определения момента вы хода из строя электродвигателя и отсутствием простых и доступных спо собов прогнозирования остаточного срока службы двигателя.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка системы прогнозирования срока службы электрических двигателей на ос нове логической зависимости, позволяющей дать количественную оценку степени влияния на показатель наработки до отказа факторов, воздейст вующих на электродвигатель в процессе эксплуатации, а также пропитки и сушки изоляции АД как одного из важнейших этапов ремонта.

Объект исследования. Процессы изменения состояния изоляции электродвигателей под влиянием внешних воздействующих факторов.

Предмет исследования состоит в выявлении логической зависимости показателя наработки до отказа от воздействующих на электродвигатель в процессе эксплуатации и ремонта факторов.

Основные задачи:

– обоснование целесообразности прогнозирования наработки до отка за электродвигателей в сельском хозяйстве;

– выбор и обоснование методов оценки степени влияния внешних воз действующих факторов на состояние изоляции асинхронных двигателей;

– исследование используемых на практике технологий пропитки и сушки, а также разработка математической модели пропитки и сушки изо ляции электродвигателей, устанавливающей взаимосвязь между парамет рами процесса пропитки и сушки изоляции и значениями показателя каче ства ремонта;

– разработка методики оптимизации параметров пропитки и сушки изоляции электродвигателей;

– построение зависимости, позволяющей оценить степень влияния внешних воздействующих факторов на наработку до отказа АД;

– разработка экспертной системы прогнозирования срока службы электрических двигателей на основе математической модели прогнозиро вания наработки до отказа АД, позволяющей оценить остаточный срок службы электродвигателя при дестабилизирующем воздействии внешних факторов.

Методы исследования. При выполнении работы использовались ме тоды математического моделирования, математической статистики, теории случайных функций, теории оптимизации, информационно-логический анализ. Экспериментальная часть исследования выполнена с помощью компьютерного моделирования и натурных экспериментов.

Научная новизна. Разработана математическая модель процесса про питки и сушки изоляции АД, устанавливающая взаимосвязь между воздей ствующими в процессе пропитки и сушки изоляции факторами и показате лем качества ремонта. На основе данной модели создана методика оптими зации параметров пропитки и сушки изоляции АД.

Разработана экспертная система прогнозирования срока службы элек трических двигателей на основе математической модели прогнозирования наработки до отказа АД, позволяющая оценить остаточный срок службы изоляции электродвигателя при дестабилизирующем воздействии внешних факторов, а также учитывающая качество проведенных восстановительных мероприятий.

Практическая значимость. Использование полученной математиче ской модели и современных средств вычислительной техники дает воз можность повысить эффективность сельскохозяйственного производст венного процесса путём прогнозирования наработки до отказа АД в усло виях реального производства. Разработанные модели оценки срока службы АД могут быть использованы при эксплуатации парка электродвигателей агропромышленных предприятий Алтайского края, а также за его преде лами. Применение данной системы позволит снять с человека большую часть трудоемкого процесса принятия решений при планировании ремонта и, тем самым, значительно сократить время на проведение вычислитель ных операций.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты работы использованы и внедрены на объектах агропромышленного ком плекса Алтайского края. Разработанная методика и рекомендации по вос становлению работоспособности АД, а также модель прогнозирования на работки до отказа АД, работающих в условиях сельскохозяйственного про изводства, внедрены на ОАО Алтайский приборостроительный завод «Ро тор», ООО «Агропромэнерго» г. Камень-на-Оби, ЗАО «Тайминский» Крас ногорского района, ЗАО «Горный нектар» Красногорского района, ООО «Восточное» с. Целинное, ООО АКХ «Ануйское» Петропавловского района.

Апробация. Основные положения были доложены и одобрены на Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Техника. Инновации» (Новосибирск, 2003 г.), IV Между народной научно-технической конференции «Электрическая изоляция» (Санкт-Петербург, 2006 г.), IV Всероссийской научно-технической конфе ренции «Вузовская наука – региону» (Вологда, 2006 г.), Всероссийской на учно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (Барнаул, 2006-2007 гг.), Международной научно технической конференции «Измерение, контроль, информатизация» (Бар наул, 2006-2007 гг.), II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Проблемы электротехники, электроэнергети ки и электротехнологии» (Тольятти, 2007 г.), IX научно-практической кон ференции “Молодежь – Барнаулу” (Барнаул, 2007 г.), ежегодных научно технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско преподавательского состава АлтГТУ (Барнаул, 2004-2007 гг.).



На защиту выносятся:

– математическая модель процесса пропитки и сушки изоляции АД, устанавливающая зависимость показателя качества ремонта от воздейст вующих в процессе пропитки и сушки на обмотку факторов;

– методика оптимизации параметров пропитки и сушки изоляции АД, позволяющая с учётом специфики и сезонности работы электродвигателей на предприятиях АПК разрабатывать рекомендации по режимам выполне ния восстановительных мероприятий в каждом конкретном случае;

– экспертная система прогнозирования срока службы электрических двигателей на основе математической модели прогнозирования наработки до отказа АД, позволяющей оценить остаточный срок службы электродви гателя при дестабилизирующем влиянии во время эксплуатации внешних воздействующих факторов.

Публикации. По материалам проведенных исследований опублико вано 25 печатных работ, из них 1 монография и 1 учебное пособие.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная ра бота состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использо ванной литературы, включающего 148 наименований. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков и 45 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность Хомутову Станиславу Олеговичу и Грибанову Алексею Александровичу за помощь в работе над диссертацией, ценные советы, замечания и предложения.

Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформу лированы цель и задачи работы, изложены основные положения диссерта ции, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации основных результатов работы.

В первом разделе приведены результаты анализа современного со стояния электрооборудования, в частности, асинхронных электродвигате лей в агропромышленном комплексе, общие сведения об условиях экс плуатации и статистика отказов электродвигателей в сельском хозяйстве.

Кроме того, приведены результаты анализа причин и последствий отказов электродвигателей, закономерностей появления отказов.

Для определения характера и причин отказов электродвигателей про водилось систематическое изучение материалов эксплуатации значитель ного количества асинхронных двигателей (АД) в различных отраслях на родного хозяйства. Были установлены основные виды повреждений изоля ции обмоток электродвигателей, последовательно проанализированы при чины, вызывающие те или иные повреждения, поскольку не все они оди наково влияют на надежность электрооборудования.

Из проведенного анализа статистических данных причин выхода элек тродвигателей из строя сделан вывод о том, что значительную их долю со ставляют отказы АД, вызванные старением изоляции обмоток статора под воздействием ряда факторов, таких как влага, агрессивные газы, тепловые и механические нагрузки. Поскольку условия эксплуатации в сельском хо зяйстве отличаются разнообразием негативно воздействующих на электро двигатель факторов, была проведена их группировка и классификация.

Принципиально все факторы были разделены на две группы: внешние, обусловленные воздействием окружающей среды и условий работы АД, и внутренние, определяемые воздействием человека в процессе изготовле ния и эксплуатации. Внешние факторы, в свою очередь, разделены на три группы: климатические, механические, технологические. Внутренние же факторы определяют старение и износ оборудования. При этом, под старе нием мы подразумеваем естественный процесс постепенного изменения физических и химических свойств материалов, а износ обусловлен, в ос новном, трением, а также действием электрического тока и напряжения.

Так как ущерб от выхода электродвигателей слагается из прямого ущерба (стоимости электродвигателя или его капитального ремонта и рас ходов по его замене) и технологического ущерба, который наносится про изводству из-за простоя технологического оборудования или порчи про дукции, вследствие аварии электродвигателя, каждая авария электро двигателя в среднем наносит сельскохозяйственному производству ущерб 10 – 12 тыс. руб., то требуются действенные меры по определению време ни до выхода из строя электродвигателя. Особенно остро данный вопрос встает при авариях электродвигателей в крупных автоматизированных комплексах, когда авария одного электродвигателя влечет за собой оста новку целого ряда технологически связанного оборудования.

В результате проведенного комплексного анализа, сделан вывод о том, что для оценки наработки до отказа электродвигателей необходимо создание математической модели, позволяющей без значительных затрат описать все влияющие на изоляцию электродвигателей параметры.

Во втором разделе проведен комплекс теоретических исследований, посвященных оценке влияния воздействующих на изоляцию факторов, а также построению математической модели прогнозирования наработки до отказа электродвигателей.

Так как сложный процесс, как и любая сложная система, представляет собой составной объект, то части его мы рассматривали как составляющие системы, объединенные в единое целое в соответствии с определенными принципами или связанные между собой заданными отношениями. Также была рассмотрена возможность применения информационно-логического анализа для изучения стохастических процессов в технических системах.

Проведенные исследования показали, что как статистика, так и теория информации имеет дело с разнообразием элементов некоторой совокупно сти, но их подход к задачам совершенно различен. Статистика пытается выяснить, что же можно все-таки утверждать или сделать, несмотря на разнообразие. Теория информации рассматривает разнообразие как поло жительное явление, без которого такие операции, как отбор, связь, специ фикация, были бы не возможны;

эта теория стремится выяснить, что мож но достичь благодаря некоторой степени разнообразия. Наше суждение о появлении того или иного значения функции А в какой-то мере неопреде ленно, и величину этой неопределенности можно оценить количественно.

Она обозначается как Н(А) для явления А или Н(В) для явления, фактора, параметра В и определяется по формуле:

H A p a i log 2 p a i. (1) Смысл этой формулы можно изложить так: неопределенность появле ния разных значений функции А равна сумме произведений вероятности появления каждого ранга p(ai) на двоичный логарифм этой же вероятности.

Максимального значения неопределенность явления достигает при равно вероятности всех его состояний. Если же изучается зависимость явления А от параметра (фактора) В, необходимо учесть также и неопределенность фактора В, которая находится таким же образом по условной вероятности появления каждого ранга p(bj). Обозначение bj показывает, что число ран гов В может быть произвольным и отличаться от числа рангов появления А. В этом случае вероятность рангов аi в каждом ранге обозначается через p(ai/bj). Для каждого bj можно рассчитать неопределенность:

H A/b j p a i /b j log 2 p a i /b j. (2) Вычленение прямого влияния параметра на изучаемое явление осно вывается на сопоставлении частных информаций, передаваемых каждым параметром, с величиной информации, передаваемой ими совместно.

Заключительным этапом было сопоставление теоретических и наблю даемых распределений частот различных значений. На основе этого была выбрана наиболее подходящая гипотеза. Результатом явилась модель, где входные параметры – некоторые значения различных факторов, а выход ные параметры – значение функции.

Рассмотренные в работе сильные и слабые стороны различных видов анализа экспериментальных данных позволили сделать вывод о том, что из-за большого множества сочетаний различных факторов, влияющих на состояние изоляции, а также ограниченного количества данных, для по ставленных задач наиболее подходящим является информационно логический анализ. Выбранный математический метод позволяет оценить и неучтенные ранее факторы, что делает анализ более достоверным. Также данный метод является более подходящим для определения количествен ной оценки степени влияния факторов.

В процессе изучения физико-химических явлений, протекающих при восстановлении изоляции статорных обмоток, особое место мы отвели пе реносу энергии и массы вещества, являющимся одним из важнейших предметов исследования в современной науке и имеющим большое прак тическое значение в энергетике. Существующие на сегодняшний день ме тоды восстановления электрической изоляции, в частности, пропитки и сушки обмоток ЭД, не позволяют в полной мере реализовать основные по ложения теории тепломассообмена.

Как известно, проникновение вещества через пленку складывается из адсорбции (растворения), диффузии, десорбции с другой стороны пленки.

Любое твердое вещество обладает поверхностью и, следовательно, потен циально является адсорбентом. Таким образом, обмотка статоров асин хронных электродвигателей с развитой внутренней поверхностью может быть представлена как твердый адсорбент.

При отсутствии сильного взаимодействия между сорбентом и сорба том равновесие устанавливается довольно быстро и скорость суммарного процесса определяется скоростью процесса диффузии, описываемого уравнением Фика:

dc q D S, (3) dx где q – количество продиффундировавшего вещества, D – коэффициент диффузии, dc – градиент концентрации, dx S – площадь, – время.

Однако на практике для оценки количества прошедшего через пленку вещества чаще используют коэффициент проницаемости, который пред ставляет собой произведение коэффициента диффузии D на коэффициент сорбции.

В данном разделе мы подробнее остановились на таких показателях качества пропитки, как высота поднятия жидкого адгезива в щелях и порах твердой поверхности, а также глубина проникновения пропитывающего состава внутрь тела обмотки. Высотой капиллярного поднятия пропиты вающей жидкости может быть охарактеризована пропитка образцов типа пучка проволок или волокон, т. е. в данном случае будет справедливо сле дующее равенство:

cos h. (4) gR Как известно, явление переноса энергии и вещества при сушке подчи няется общим закономерностям термодинамики необратимых процессов.

Для изучения физической системы ее заменяют абстрактной системой с теми же отношениями, и задача становится чисто математической.

На основе анализа полученных в работе зависимостей был сделан вы вод о том, что связь между безразмерной температурой и безразмерным потенциалом массосодержания имеет вид:

T. (5) U 1 & Kо Критерием Kо в данной формуле (5) характеризуются компоненты связанного вещества в обмотке статора. При этом, зная физические пара метры удаляемого компонента из обмотки, критерий термомеханического увлечения и безразмерную температуру T, можно определить количество удаляемого компонента.

Практическая же реализация сделанных теоретических предпосылок позволила внести необходимые коррективы в выбор режимов пропитки и сушки.

Существует проблема выбора методов оптимизации для решения кон кретных практических задач, поскольку разные методы решения оптими зационных задач обеспечивает различную точность, и каждый метод обла дает той или иной сложностью вычислений.

Для разработки алгоритма оптимизации сочетания технологий про питки и сушки изоляции с условиями эксплуатации электродвигателей (рисунок 1) мы использовали метод сплошного перебора вариантов, как наиболее простой по реализации процедур сравнения. Он заключается в последовательном отборе вариантов, удовлетворяющих поставленным ус ловиям.

Рисунок 1 – Алгоритм оптимизации сочетания технологий пропитки и сушки изоляции с условиями эксплуатации электродвигателей На первом этапе рассчитываются значения срока службы и единого экономического критерия, характеризующих то, насколько эффективно использование каждой из технологий восстановления изоляции в заданных условиях эксплуатации (блок 2). Для дальнейшего решения задачи опти мизации производится выбор стратегии оптимизации, который обусловлен практической необходимостью выбора технологии (блок 3).

В случае выбора стратегии минимизации единого экономического критерия при ограничении срока службы (блок 4) производится последо вательный отбор вариантов по условиям ограничения минимального срока службы (блок 6). Из оставшихся выбирается вариант с минимальным зна чением единого экономического критерия (блок 8).

В случае выбора стратегии максимизации срока службы при ограни чении значений единого экономического критерия (блок 5) производится последовательный отбор вариантов по условиям ограничения единого эко номического критерия (блок 7). Из оставшихся выбирается вариант с мак симальным значением срока службы (блок 9).

Воплощением результатов исследований на практике явилось приме нение разработанных методик оптимизации для решения конкретных про изводственных задач. При этом необходимо использование при решении задач разумных ограничений, которые должны обеспечивать закончен ность процесса и реальность решения задачи.

Третий раздел посвящен экспериментальным исследованиям зависи мости качества изоляции от режимов пропитки и сушки, а также построе нию зависимости качества восстановления обмоток электродвигателей от параметров технологических режимов. Для решения данной задачи был использован информационно-логический анализ, преимущество которого заключается в возможности с его помощью оценивать многочисленные и самые разнообразные состояния факторов, оказывающих влияние в прин ципе на любые явления. Используя экспериментальные данные, получен ные в результате лабораторных испытаний на установке по пропитке и сушке (рисунок 2), определяем энтропию Н(А), энтропию Н(Т), количест во информации Т(А,Т), коэффициент эффективности передачи информа ции фактором В к явлению А (К) К(А,В).

1 – вакуумный насос, 2 – нагнетающий насос, 3 – автоклав для пропитки и сушки обмоток, 4 – сосуд для хранения лака, К1 – К7 – система вакуумных трубопроводов, вакуумные быстродействующие задвижки и клапаны.

Рисунок 2 – Функциональная схема установки для вакуумной пропитки и сушки По результатам расчетов были выстроены коэффициенты эффектив ности передачи информации в порядке убывания, т. е. по степени влияния каждого конкретного фактора на наработку до отказа:

1) глубина вакуума – 0,262.

2) время сушки – 0,171.

3) время пропитки – 0,167.

4) температура пропитки – 0,103.

6) температура сушки – 0,033.

В результате логического анализа была получена следующая зависи мость для обобщенного диагностического параметра :

К Г.В. КТс КТпр Кtп К В.Ц. Кtс, (6) где K* - эффективность канала связи:

- KГ.В. – глубина вакуума;

- KТс – время сушки;

- KТпр – время пропитки;

- Ktп – температура пропитки;

- KВ.Ц. – количество циклов создания вакуума;

- Ktс – время сушки.

Данная логическая зависимость выражает следующее:

а) в модели параметры выстроены по степени влияния на ОДП слева направо, а значения эффективностей канала связи каждого из параметров выражают количественное влияние каждого из параметров на ОДП, б) логическая функция дизъюнкции, обозначаемая V, отражает прямо пропорциональную зависимость между соответствующим параметром и ОДП. Функция логического умножения отражает неоднородный харак тер зависимости между ОДП и параметром, в нашем случае прямо пропор циональную зависимость до определенного значения параметра, в) скобки обозначают примерно одинаковое значение эффективности канала связи параметров, находящихся в них, а следовательно примерно одинаковое влияние каждого параметра в скобках на ОДП.

Построенная логическая зависимость позволила перейти к следующе му этапу исследований – выбору оптимальных параметров режимов про питки и сушки. В случае выбора стратегии минимизации времени пропит ки и сушки при ограничении срока службы и приведенных затрат произво дится последовательный отбор вариантов по условиям ограничения значе ний единого экономического критерия и ограничения минимального срока службы. Из оставшихся выбирается вариант с минимальным значением времени ремонта.

Для оценки по приведенным затратам была рассчитана себестоимость пропитки и сушки двигателя. Отметим, что себестоимость данной услуги определяется затратами ее производителя.

После перебора вариантов различных режимов работы установки и отсева по приведенным затратам был сделан вывод о том, что одной из са мых энергоёмких составляющих ремонта является набор температуры, а создание вакуума напротив не так дорого в экономическом плане. Таким образом перебором данных были выбраны самые экономичные режимы установки, которые обеспечивают минимум затрат при возможном макси мальном качестве ремонта.

Четвертый раздел посвящен построению модели прогнозирования наработки до отказа асинхронных двигателей.

В результате проведенного экспертного анализа стало возможным ранжирование воздействующих на изоляцию АД в процессе эксплуатации факторов по степени влияния и исключение из перечня тех из них, влияни ем которых можно пренебречь.

На основе использования экспериментальных данных была определе на энтропия Н(А), энтропия Н(Т), количество информации Т(А,Т), коэф фициент эффективности передачи информации фактором Т к явлению А К(А,Т). В результате расчетов мы получили значения коэффициентов эф фективности передачи информации К(А,Т) для каждого из факторов и, расположив их в порядке убывания, т. е. по степени влияния фактора на наработку до отказа, получили:

К (A,D) = 0,069 – химически-агрессивные примеси в воздухе = D;

К (A,C) = 0,063 – влажность воздуха окружающей среды = C;

К (A,B) = 0,052 – температура воздуха окружающей среды = B;

К (A,E) = 0,046 – загруженность работой = E;

К (A,F) = 0,043 – запылённость воздуха окружающей среды = F;

К (A,G) = 0,021 – вибрация = G.

В результате логического анализа была получена следующая зависи мость для ОДП:

A = D ( C ( B ( E ( F ( G ))))). (7) Затем по направлению информативности к максимальным или мини мальным ранговым значениям предполагаем вид связи между параметра ми:

A = D C ( B (E F (G))). (8) В соответствии с принципом «от простого к более сложному» предпо ложили, что модель исследуемого процесса является линейной и имеет вид:

Y b0 b1 X 1 b2 X 2 b3 X 3 b12 X 1 X b13 X 1 X 3 b23 X 2 X 3 b123 X 1 X 2 X 3, (9) где b0 – значение функции отклика Y в центре плана;

bi – коэффициент, характеризующий степень влияния i-го фактора на функцию отклика Y.

Таблица 2 – Наработка до отказа ( Y ) при минимальных и максимальных значениях входных параметров Х3 Y Х1 Х -30 °С 20 %;

0,005 г/м -30 °С 20 %;

0,08 г/м -30 °С 100 %;

0,005 г/м -30 °С 100 %;

0,08 г/м + 50 °С 20 %;

0,005 г/м + 50 °С 20 %;

0,08 г/м + 50 °С 100 %;

0,005 г/м + 50 °С 100 %;

0,08 г/м Проведя информационно-логический анализ, мы выявили, что одно родные по природе факторы, действующие в наибольшей степени на вы ходной параметр Y – это температура воздуха окружающей среды, влаж ность воздуха окружающей среды и химически-агрессивные примеси. Та ким образом:

Х1 – влияние температуры воздуха окружающей среды;

Х2 – влияние влажности воздуха окружающей среды;

X3 – влияние химически-агрессивной среды;

х12, х13, х23, х123 – влияние входящих параметров друг на друга;

b0, b1, b2, b3, b12, b13, b23, b123 – коэффициенты модели;

Y – наработка до отказа.

Проведение эксперимента обеспечило сведение к минимуму влияния случайных параметров исследуемого процесса на функцию отклика.

Для полноты представления математической модели были рассчитаны коэффициенты по следующим формулам:

Y Y 2 Y3 Y 4 Y 5 Y 6 Y7 Y8, (10) b0 ( )Y1 ( )Y2 ( )Y3 ( )Y 4 Y5 Y6 Y7 Y8, (11) b ( ) Y1 ( ) Y2 Y3 Y4 ( )Y5 ( ) Y6 Y7 Y8, (12) b ( )Y1 Y2 ( )Y3 Y4 ( )Y5 Y6 ( )Y7 Y8, (13) b Y1 Y 2 ( )Y3 ( )Y4 ( )Y5 ( )Y6 Y7 Y8, (14) b Y ( )Y2 Y3 ( )Y4 ( )Y5 Y6 ( )Y7 Y8, (15) b13 Y ( )Y 2 ( )Y 3 Y 4 Y 5 ( )Y 6 ( )Y 7 Y 8, (16) b2 3 ( )Y1 Y2 Y3 ( )Y 4 Y5 ( )Y6 ( )Y7 Y8. (17) b Таблица 1 – Результаты расчетов b0 b1 b2 b3 b12 b13 b23 b 11500 125 -3750 -3500 1125 -875 750 - В результате была получена математическая модель:

Y=11500+125X1-3750X2-3500X3+1125X12 -875X13+750X23-375X123. (18) Проверка: для опыта № Y=11500+1251-(-37501)-(-35001)+11251+(-8751)+7501-(-3751)=20000.

Данная модель была получена для случая ввода в эксплуатацию либо нового двигателя, либо 100 % восстановленного. Если же состояние двига теля после ремонта оценивается диагностическим параметром в вели чину меньшую, чем 100 %, то в модель необходимо внести корректировку на величину ОДП, и тогда правомерна запись:

Y= (11500+125X1-3750X2-3500X3+1125X12-875X13+750X23-375X123). (19) Данная модель явилась завершающим и результирующим звеном в построении экспертной системы прогнозирования состояния электродви гателей (рисунок 3), позволившей объединить в себе как оценку влияния параметров пропитки и сушки на показатель качества ремонта, так и оцен ку влияния воздействующих на электродвигатель в процессе эксплуатации факторов.

Рисунок 3 – Блок-схема экспертной системы прогнозирования состояния электродвигателей Таким образом, в результате проведенных исследований была обосно вана целесообразность прогнозирования наработки до отказа электродви гателей в сельском хозяйстве, также был проведен выбор и обоснование методов оценки степени влияния внешних воздействующих факторов на состояние изоляции асинхронных двигателей. Кроме того, была разрабо тана математическая модель пропитки и сушки изоляции электродвигате лей, устанавливающая взаимосвязь между параметрами процесса восста новления изоляции и значениями показателя качества ремонта, практиче ским воплощением использования которой явилась разработка методики оптимизации параметров режимов пропитки и сушки.

С учетом данных результатов, а также на основе полученной зависи мости, позволяющей оценить степень влияния внешних воздействующих факторов на наработку до отказа АД, была разработана экспертная систе мы прогнозирования наработки до отказа электрических двигателей на ос нове математической модели прогнозирования наработки до отказа АД, оценивающей остаточный срок службы электродвигателя при дестабили зирующем воздействии внешних факторов.

Основные выводы и результаты исследований 1. В ходе исследований было установлено, что на сельскохозяйствен ных предприятиях Алтайского края за период с 1987 по 2007 гг. процент выхода из строя электродвигателей увеличился, в среднем, в 2 раза. Опре делено, что повышение эффективности производственного процесса в со временной экономической ситуации возможно во многом на основе про гнозирования наработки до отказа АД, учитывая факторы, влияющие на его работу.

2. Рассмотренные в работе сильные и слабые стороны различных ви дов анализа экспериментальных данных позволили сделать вывод о том, что из-за большого множества сочетаний различных факторов, влияющих на состояние изоляции, а также ограниченного количества данных, для по ставленных задач наиболее подходящим является информационно логический анализ.

3. Проведённые исследования режимов работы технологических уста новок позволили разработать математическую модель пропитки и сушки изоляции электродвигателей, устанавливающую взаимосвязь между наи более значимыми параметрами технологического процесса пропитки и сушки изоляции АД и значениями показателя качества ремонта. Данная модель была положена в основу методики оптимизации.

4. Разработана методика оптимизации параметров пропитки и сушки изоляции АД, учитывающая специфику работы электродвигателей на предприятиях АПК, в частности были рассчитаны режимы, обеспечиваю щие максимальное качество при заданном уровне затрат. Например, при затратах, составляющих 800 рублей на один двигатель, температура про питки должна составлять 110 оС, температура сушки 100 оС, время пропит ки 18 минут, время сушки 12 минут, при этом величина обобщенного ди агностического параметра достигает значения 100 %.

5. На основе проведенных экспериментов информационно-логическим методом была получена логическая зависимость, которая позволила опре делить количественную оценку степени влияния факторов, воздействую щих на электродвигатель в процессе эксплуатации, на показатель наработ ки до отказа, а также степень совместного влияния на выходной параметр.

Было установлено, что наиболее дестабилизирующее воздействие оказы вают химически-агрессивные примеси в воздухе, степень влияния которых на наработку до отказа составляет 0,069, а наименьшее влияние на нара ботку до отказа оказывает вибрация, коэффициент влияния которой равен 0,021.

6. Разработана экспертная система прогнозирования срока службы электрических двигателей на основе математической модели прогнозиро вания наработки до отказа электродвигателей, позволяющая с вероятно стью 78 % оценить остаточный срок службы двигателя при дестабилизи рующем воздействии факторов: комплексного влияния температуры, за грузки электродвигателей, несимметричных режимов работы и других факторов в процессе эксплуатации. В результате расчета было установле но, что использование данной системы позволит сократить издержки, свя занные с внезапным выходом электродвигателя из строя, в 1,5 – 1,8 раза.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК России для публикации научных результатов диссертационных исследований 1. Хомутов, С. О. Повышение эффективности восстановления изоляции электрических двигателей на основе комплексной оценки воздействующих факторов [Текст] / С. О. Хомутов, Е. В. Кобозев, П. И. Семичевский // Пол зуновский вестник. – 2009. – № 1-2. – С. 182-191.

2. Хомутов, С. О. Совершенствование технологии пропитки и сушки электродвигателей в сельском хозяйстве на основе анализа влияния воз действующих факторов [Текст] / С. О. Хомутов, Е. В. Кобозев, П. И. Семи чевский // Ползуновский вестник. – 2009. – № 1-2. – С. 191-196.

3. Семичевский, П. И. Методика оптимизации режимов и технологий пропитки и сушки изоляции электродвигателей сельскохозяйственных электроприводов применительно к условиям эксплуатации [Текст] / П. И. Семичевский, А. А. Грибанов, Е. В. Кобозев // Ползуновский вест ник. – 2009. – № 1-2. – С. 197-201.

Статьи в других изданиях 4. Хомутов, С. О. Комплексный подход к информатизации научных исследований в области повышения качества электроизоляционных по крытий [Текст] / С. О. Хомутов, Е. В. Кобозев, И. Б. Губин // Вестник Ал тайского государственного технического университета им. И. И. Ползуно ва. Приложение к журналу "Ползуновский альманах". – 2003. – №1. – С. 5-7.

5. Кобозев, Е. В. Экспериментальное исследование высокоскоростной передачи данных при различных видах широкополосной модуляции [Текст] / Е. В. Кобозев, В. Н. Ларионов, А. Н. Попов // Вестник Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова. При ложение к журналу "Ползуновский альманах". – 2003. – №1. – С. 10-11.

6. Кобозев, Е. В. Снижение влияния эффекта Доплера в зашумленных каналах связи с ортогонально-частотным мультиплексированием [Текст] / Е. В. Кобозев, В. Н. Ларионов, А. Н. Попов // Вестник Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова. При ложение к журналу "Ползуновский альманах". – 2003. – №1. – С. 12-15.

7. Хомутов, С. О. Прогнозирование вероятности безотказной работы электродвигателей на основе количественной оценки степени влияния воз действующих факторов [Текст] / С. О. Хомутов, Е. В. Кобозев // Вестник Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползу нова. – 2006. – №2. – С. 4-8.

8. Игнатовский, С. В. Совершенствование эксплуатации трансформа торного оборудования [Текст] / С. В. Игнатовский, Е. В. Кобозев, О. И. Хо мутов // Сборник научных трудов кафедры ЭПП / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2002. – С. 5.

9. Железняков, А. Ю. Анализ токовой асимметрии фаз при диагности ке состояния обмоток АД [Текст] / А. Ю. Железняков, Е. В. Кобозев, О. И. Хомутов // Сборник научных трудов кафедры ЭПП / Алт. гос. техн.

ун-т им. И. И. Ползунова. – Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2002. – С. 17.

10. Кобозев, Е. В. Информатизация исследований в области диагно стики состояния полимерных электроизоляционных материалов [Текст] / Е. В. Кобозев, С. О. Хомутов // Современные проблемы информатизации в технике и технологиях. Сборник трудов. Вып. 8 (по итогам VIII Междуна родной открытой науч. конф.). – Воронеж : Центрально-Черноземное книжное изд-во, 2003. – С. 19-20.

11. Свистелко, Д. А. Моделирование параметров изоляции электриче ских двигателей с использованием современного программного обеспече ния[Текст] / Д. А. Свистелко, А. Н. Попов, П. П. Стыдов, Е. В. Кобозев // Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука. Техника. Инновации" (НТИ-2003) : Материалы науч.-техн.

конф. – Новосибирск, 2003. – С. 14-18.

12. Киселева, Е. В. Проектирование и разработка Региональной систе мы управления надежностью асинхронных двигателей [Текст] / Е. В. Кисе лева, Е. В. Кобозев // Молодежь-Барнаулу : Материалы шестой городской науч.-практ. конф. молодых ученых. – 2004. – С. 326-327.

13. Попов, А. Н. Применение интегральных аналого-цифровых преоб разователей для измерения параметров высокочастотных трактов на этапах проектирования и эксплуатации [Текст] / А. Н. Попов, Е. В. Кобозев // Сборник научных трудов кафедры ЭПП / Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Пол зунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2004. – С.43-48.

14. Хомутов, С. О. Планирование сроков обслуживания и ремонта электродвигателей на основе комплексной оценки воздействующих факто ров [Текст] / С. О. Хомутов, Е. В. Кобозев // Электрическая изоляция – 2006: Труды Четвертой Международной науч.-техн. конф. – СПб. : Изд-во СПбГПУ, 2006. – С. 231-232.

15. Кобозев, Е. В. Комплекс технических средств оценки состояния изоляции электродвигателей [Текст] / Е. В. Кобозев // Электрическая изо ляция – 2006: Труды Четвертой Международной науч.-техн. конф. – СПб. :

Изд-во СПбГПУ, 2006. – С. 233-234.

16. Хомутов, С. О. Количественная оценка степени влияния воздейст вующих факторов как основа прогноза вероятности безотказной работы электродвигателей [Текст] / С. О. Хомутов, Е. В. Кобозев // Вузовская нау ка – региону: Материалы 4-й Всероссийской науч.-техн. конф. – Вологда :

ВоГТУ, 2006. – С. 298-299.

17. Хомутов, С. О. Оценка параметров надежности асинхронных элек тродвигателей на основе использования информационно-логического ана лиза [Электронный ресурс] / С. О. Хомутов, Е. В. Кобозев // Наука и моло дежь: Труды 3-й Всероссийской науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых // Горизонты образования. – Барнаул, 2006. – Вып. 8. – Режим доступа: http://edu.secna.ru/main/review/2006/n8/nim2006/ nim2006.htm. - Загл. с экрана.

18. Хомутов, С. О. Информационная система управления надежностью электродвигателей [Текст] / С. О. Хомутов, Е. В. Кобозев // Измерение, контроль, информатизация: Материалы седьмой международной науч. техн. конф. – Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2006. – С. 240-242.

19. Хомутов, О. И. Комплексная автоматизация электрических сетей как средство повышения надежности электроснабжения [Текст] / О. И. Хо мутов, А. Н. Попов, Е. В. Кобозев. – Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2006. – 309 с.

20. Грибанов, А. А. Комплексная оценка воздействующих факторов как основа прогноза вероятности безотказной работы электродвигателей [Текст] / А. А. Грибанов, Е. В. Кобозев // Материалы IV Всероссийской на уч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и моло дежь -2007». – Барнаул : Изд-во АГТУ, 2007. – С. 38-39.

21. Кобозев, Е. В. Комплексная оценка воздействующих факторов как основа прогноза вероятности безотказной работы электродвигателей [Текст] / Е. В. Кобозев // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: Труды II Всероссийской науч.-практ. конф. с между народным участием. – Тольятти : ТГУ, 2007. – С. 246-259.

22. Хомутов, С. О. Совершенствование и автоматизация технологий пропитки и сушки изоляции обмоток электрических двигателей [Текст] / С. О. Хомутов, Е. В. Кобозев // Измерение, контроль, информатизация:

Материалы восьмой международной науч.-техн. конф. – Барнаул :

АлтГТУ, 2007. - С. 98-99.

23. Хомутов, О. И. Высокочастотная связь в силовых распределитель ных сетях [Текст] / О. И. Хомутов, А. Н. Попов, Е. В. Кобозев. – Новоси бирск : Наука, 2007. – 214 с.

24. Скрябина, М. Г. Прогнозирование срока службы асинхронного двигателя путем создания математической модели его работы [Текст] / М. Г. Скрябина, Л. В. Моисеева, С. О. Хомутов, Е. В. Кобозев // Моло дежь – Барнаулу: Материалы девятой городской научно-практической кон ференции молодых ученых. – 2007. – С. 224-225.

25. Хомутов, О. И. Моделирование систем обеспечения надежности и качества электроснабжения [Текст] : учеб. пособие / О. И. Хомутов, А. Н. По пов, Е. В. Кобозев. – Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2009. – 169 с.

Подписано в печать 21.05.09. Формат 6084 1/ Печать – цифровая. Усл.п.л. 1, Тираж 100 экз. Заказ 2009 – 306.

Отпечатано в типографии АлтГТУ 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД № 28-35 от 15.07.97 г.



 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.