THE DIAGNOSIS OF ONBOARD GENERATORS

Podobne dokumenty
DIAGNOZOWANIE POKŁADOWYCH PRĄDNIC LOTNICZYCH

CECHY DIAGNOSTYCZNE SKŁADOWEJ PULSACJI PRĄDNIC PRĄDU STAŁEGO

Oddziaływanie wirnika

Jeżeli zwój znajdujący się w polu magnetycznym o indukcji B obracamy z prędkością v, to w jego bokach o długości l indukuje się sem o wartości:

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

PULSACJE NAPIĘCIA WYJŚCIOWEGO JAKO ŹRÓDŁO INFORMACJI DIAGNOSTYCZNYCH O KOMUTATOROWYCH PRĄDNICACH PRĄDU STAŁEGO

Badanie prądnicy prądu stałego

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Temat: ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

mgr inŝ. TADEUSZ MAŁECKI MASZYNY ELEKTRYCZNE Kurs ELEKTROMECHANIK stopień pierwszy Zespół Szkół Ogólnokształcących i Zawodowych

Wykład 4. Strumień magnetyczny w maszynie synchroniczne magnes trwały, elektromagnes. Magneśnica wirnik z biegunami magnetycznymi. pn 60.

Rdzeń stojana umieszcza się w kadłubie maszyny, natomiast rdzeń wirnika w maszynach małej mocy bezpośrednio na wale, a w dużych na piaście.

str. 1 Temat: Uzwojenia maszyn prądu stałego. 1. Uzwojenia maszyn prądu stałego. W jednej maszynie prądu stałego możemy spotkać trzy rodzaje uzwojeń:

Charakterystyka rozruchowa silnika repulsyjnego

Temat: Silniki komutatorowe jednofazowe: silnik szeregowy, bocznikowy, repulsyjny.

Sposób analizy zjawisk i właściwości ruchowych maszyn synchronicznych zależą od dwóch czynników:

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

MAGNETYZM. 1. Pole magnetyczne Ziemi i magnesu stałego.

- kompensator synchroniczny, to właściwie silnik synchroniczny biegnący jałowo (rys.7.41) i odpowiednio wzbudzony;

Przetwornica elektromaszynowa stanowi zespół dwóch maszyn elektrycznych na jednym

Silniki prądu przemiennego

Ćwiczenie: "Prądnica prądu przemiennego"

Silniki prądu stałego z komutacją bezstykową (elektroniczną)

Temat ćwiczenia. Pomiary przemieszczeń metodami elektrycznymi

Wykład 2. Tabliczka znamionowa zawiera: Moc znamionową P N, Napięcie znamionowe uzwojenia stojana U 1N, oraz układ

Badanie prądnicy synchronicznej

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

Diagnozowanie elektromechanicznych przetwornic lotniczych

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Silniki prądu stałego

Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

Laboratorium Elektromechaniczne Systemy Napędowe BADANIE AUTONOMICZNEGO GENERATORA INDUKCYJNEGO

I. Podstawowe wiadomości dotyczące maszyn elektrycznych

MASZYNY INDUKCYJNE SPECJALNE

Ćwiczenie EA8 Prądnice tachometryczne

bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe.

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 5. Analiza pracy oraz zasada działania silników asynchronicznych

W stojanie (zwanym twornikiem) jest umieszczone uzwojenie prądu przemiennego jednofazowego lub znacznie częściej trójfazowe (rys. 7.2).

WYKŁAD 8 BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA MASZYN PRĄDU STAŁEGO

SILNIKI PRĄDU STAŁEGO

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Maszyny prądu stałego - budowa

LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTROTECHNIKI

Zakład Napędów Wieloźródłowych Instytut Maszyn Roboczych CięŜkich Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki. Badanie alternatora

Ćwiczenie 6 BADANIE PRĄDNIC TACHOMETRYCZNYCH

WIROWYCH. Ćwiczenie: ĆWICZENIE BADANIE PRĄDÓW ZAKŁ AD ELEKTROENERGETYKI. Opracował: mgr inż. Edward SKIEPKO. Warszawa 2000

Rozkład materiału z przedmiotu: Urządzenia elektryczne i elektroniczne

Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora

BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5

Mikrosilniki prądu stałego cz. 1

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego

Wymagania edukacyjne: Maszyny elektryczne. Klasa: 2Tc TECHNIK ELEKTRYK. Ilość godzin: 1. Wykonała: Beata Sedivy

Rys Samolot TS-11 Iskra z przyłączonym testerem diagnostycznym DIA-SO3

PRĄDNICA - SILNIK Model rozbierany

Zalecenia projektowe i montaŝowe dotyczące ekranowania. Wykład Podstawy projektowania A.Korcala

Mikrosilniki prądu stałego cz. 1

Silniki synchroniczne

TRANSFORMATORY. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

Wykład 5. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów

Pracę każdej prądnicy w sposób jednoznaczny określają następujące wielkości:

PL B1. Układ i sposób zabezpieczenia generatora z podwójnym uzwojeniem na fazę od zwarć międzyzwojowych w uzwojeniach stojana

PL B1. Sposób i układ do wykrywania zwarć blach w stojanach maszyn elektrycznych prądu zmiennego

6. Narysować wykres fazorowy uproszczony transformatora przy obciąŝeniu (podany będzie charakter obciąŝenia) PowyŜszy wykres jest dla obciąŝenia RL

Przykład ułożenia uzwojeń

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości.

Maszyny synchroniczne - budowa

2.3. Praca samotna. Rys Uproszczony schemat zastępczy turbogeneratora

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

Maszyny i urządzenia elektryczne. Tematyka zajęć

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNE D-1 LABORATORIUM Z MIERNICTWA I AUTOMATYKI Ćwiczenie nr 14. Pomiary przemieszczeń liniowych

7 Dodatek II Ogólna teoria prądu przemiennego

Projekt silnika bezszczotkowego prądu przemiennego. 1. Wstęp. 1.1 Dane wejściowe. 1.2 Obliczenia pomocnicze

Z powyższej zależności wynikają prędkości synchroniczne n 0 podane niżej dla kilku wybranych wartości liczby par biegunów:

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 13/13

Projekt silnika bezszczotkowego z magnesami trwałymi

ANALIZA PORÓWNAWCZA SILNIKÓW LSPMSM TYPU U ORAZ W.

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

Temat: MontaŜ mechaniczny przekaźników, radiatorów i transformatorów

INSTRUKCJA LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI BADANIE TRANSFORMATORA. Autor: Grzegorz Lenc, Strona 1/11

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Silnik indukcyjny - historia

PL B1. INSTYTUT NAPĘDÓW I MASZYN ELEKTRYCZNYCH KOMEL, Katowice, PL BUP 17/18

Badanie trójfazowego silnika indukcyjnego pierścieniowego

Indukcja wzajemna. Transformator. dr inż. Romuald Kędzierski

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

Alternator. Elektrotechnika w środkach transportu 125

Transkrypt:

DIAGNOZOWANIE POKŁADOWYCH PRĄDNIC LOTNICZYCH dr inŝ. Andrzej Gębura, mgr inŝ. Tomasz Radoń Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, ul. Księcia Bolesława 6, 01-494 Warszawa, skr. Poczt,. 96 tel. 0-22-6852242 e-mail. andrzej.gebura@itwl.pl Słowa kluczowe: diagnostyka techniczna,, modulacja częstotliwości, silnik turbinowy, łoŝysko toczne, pulsacje Ŝłobkowe, pulsacje komutatorowe, impulsy zanikowe, impulsy przepięciowe. Streszczenie THE DIAGNOSIS OF ONBOARD GENERATORS Starzejąca się technika lotnicza wymaga powaŝnego podejścia do problemu oceny trwałości statku powietrznego w tym, do niedawna nie zawsze doceniane, trwałości instalacji elektroenergetycznej. Szeroko pojęty system elektryczny statku powietrznego wpływa swą, często obniŝoną, na skutek procesów starzeniowych, kondycją, na obniŝenie trwałości wszystkich innych systemów W pracy omówiono wybrane problemy związane z diagnozowaniem pokładowych prądnic lotniczych wraz z układem regulacji. Problematyka poruszana w tym artykule dotyczy komutatorowych prądnic prądu stałego oraz przemiennego (synchronicznych prądnic jednofazowych i trójfazowych). Podczas omawiania problemów diagnozowania prądnic prądu stałego szczególną uwagę zwrócono na zjawiska komutacji omówiono objawy nieprawidłowości i moŝliwości ich wykrywania. Omówiono równieŝ pewne zjawiska towarzyszące zmianom w charakterze pulsacji podczas zwarć lub przerw w uzwojeniach w wirniku lub stojanie wskazano na moŝliwość diagnozowania tych elementów prądnic za pomocą analizy parametrów składowych pulsacji. Zaproponowano zastosowanie metody obserwacji szczególnych korelacji pulsacji do wykrywania zwarć wirnika lub stojana. Analizując kształt i amplitudę składowej pulsacji prądnicy komutatorowej prądu stałego, moŝna wykrywać zwarcia i przerwy w obwodzie wirnika. W przypadku przerw w obwodzie wirnika zmniejszeniu ulega amplituda składowej pulsacji a w przypadku zwarcia obraz charakterystyczny składowej pulsacji. Zwarte uzwojenie podczas przemieszczania się wirnika pod kolejnym biegunem stojana wywołuje wielokrotnie zwiększoną pulsację komutatorową. Dzięki pogłębieniu wiedzy doświadczalnej na ten temat moŝliwe było diagnozowanie szeregu uszkodzeń zarówno prądnic prądu stałego jak i całych węzłów elektroenergetycznych. W przypadku prądnic prądu przemiennego omówiono szereg metod diagnostycznych opartych na obserwacji zmian kształtu przebiegu modulacji napięcia lub częstotliwości, umoŝliwiających wykrywanie wielu wad mechanicznych i elektrycznych prądnic oraz ich układów regulacji. Referat omawia aspekty diagnostyczne związane z obserwacją parametrów dynamicznych lotniczych pokładowych pierwotnych i wtórnych źródeł prądu przemiennego. Omówione zostały właściwości diagnostyczne takich parametrów jak: a) impulsy przepięciowe i zanikowe dla stanów przejściowych obciąŝenia sieci pokładowej, b) amplituda obwiedni, c) zniekształcenia kształtu przebiegu (całkowita zawartość harmonicznych, wartość poszczególnych harmonicznych, współczynnik amplitudy, odchylenie od kształtu sinusoidy), d) dewiacja częstotliwości, e) precesja częstotliwości, f) wartość harmonicznych cząstkowej transformaty Fouriera częstotliwości; g) przebieg zmian wartości chwilowej częstotliwości. 1. Charakterystyka pulsacji prądnicy prądu stałego W klasycznym, szkolnym ujęciu, prądnicę komutatorową prądu stałego przedstawia się w postaci schematu jak na rysunku 1, zaś przebieg jej siły elektromotorycznej jak na rys.2 Prądnica komutatorowa prądu stałego składa się z: nieruchomego stojana, który poglądowo moŝna przedstawić jako parę magnesów stałych (rys. 1), gdzie: N biegun północny, S biegun południowy) wytwarzających stałe pole magnetyczne, o natęŝeniu B i zwrocie od N do S ; wirnika obracanego zewnętrzną siłą mechaniczną z prędkością ω 2. Na wirniku nawinięte są zwoje, w których indukuje się siła elektromotoryczna e. Indukującą się siłę elektromotoryczną (SEM) moŝna opisać wzorem: e = k B sin(ω 2 t) (1) gdzie: k - współczynnik konstrukcyjny danej prądnicy, B - indukcja magnetyczna, ω 2 - chwilowa prędkość kątowa wirnika prądnicy; 1

Rys.1. Wirnik z dwoma zwojami i komutatorem o czterech wycinkach Rys. 2 Przebieg siły elektromotorycznej między szczotkami w prądnicy prądu stałego komutatora, czyli zamocowanego na wirniku pierścienia wykonanego z materiału elektrycznie przewodzącego. Pierścień ten jest pocięty na segmenty, które są od siebie odizolowane elektrycznie i tworzą tzw. wycinki (klepki) komutatora. Do kaŝdego wycinka jest przyłączony koniec zwoju - komutator pełni rolę mechanicznego prostownika prądu; szczotek elektrycznych + i -, które ślizgają się po wycinkach komutatora. Do szczotek przyłączone są przewody przewodzące prąd elektryczny do odbiorników. W celu zwiększenia wartości indukcji B, zwoje wirnika układa się na rdzeniu wykonanym z pakietu blach krzemowych, uzyskując w ten sposób wzmocnienie wartości SEM (e) około 10.000 razy. Aby zwoje na wirniku były dobrze mechanicznie związane z rdzeniem, układa się je w specjalnie wykonanych rowkach zwanych Ŝłobkami. W przekroju poprzecznym rdzenia wirnika Ŝłobki te mają kształt zębów, stąd dalej stosowano pojęcie zęby wirnika. 2

Porównanie przebiegu teoretycznego funkcji opisanej wzorem (1) (rys. 2), z przebiegiem rzeczywistym składowej pulsacji prądnicy (rys. 3) nie wykazuje Ŝadnego podobieństwa między nimi. Rys. 3 Zmiany składowej pulsacji dla lotniczej prądnicy prądu stałego przy minimalnym obciąŝeniu Rys. 4 Kształt krzywej pulsacji dla prądnicy prądu stałego: a) rozwinięcie elementów mechanicznych węzła komutatora, b) przebieg pulsacji komutatorowych - U K = f(t), rozwinięcie 3

Ŝłobków wirnika, c) przebieg pulsacji Ŝłobkowych (linia ciągła) - U Ŝ = f(t), z zaznaczeniem pulsacji komutatorowych (linia przerywana) Pulsacje Ŝłobkowe napięcia wyjściowego prądnicy powstają w wyniku zmiany reluktancji, wywołanej wirowaniem uzębionego wirnika. Częstotliwość pulsacji Ŝłobkowych f ś zgodnie z [1-4] moŝna wyrazić wzorem: f ś =ś n/60 (2) gdzie: ś - liczba Ŝłobków wirnika, n - prędkość obrotowa. Pulsacje biegunowe napięcia w literaturze [1-3] łączone są z tzw. pulsacjami obrotowymi, ze względu na ich wzajemne podobieństwo. Zjawisko pulsacji biegunowych i obrotowych jest widoczne w postaci zmodulowań amplitudy na przebiegu napięcia wyjściowego komutatorowej prądnicy prądu stałego, o czym świadczą zmiany przebiegu obwiedni przedstawionego na rysunku 3 Częstotliwość tej modulacji jest wprost proporcjonalna do iloczynu liczby biegunów stojana oraz prędkości kątowej wirnika, natomiast głębokość amplitudy jest proporcjonalna do zmian reluktancji magnetycznej między wirnikiem a stojanem. Częstotliwość pulsacji biegunowych f b moŝna przedstawić za pomocą wzoru: f b =2p n/60 (3) gdzie: p - liczba par biegunów magnetycznych stojana. Sygnał modulacji biegunowych niesie informacje o anizotropii blach obwodu magnetycznego prądnicy. W literaturze specjalistycznej modulację biegunową zazwyczaj łączy się z modulacją obrotową, która charakteryzuje się tym, Ŝe częstotliwość tego typu zmodulowania jest równa częstotliwości pierwszej, ewentualnie drugiej harmonicznej (w pewnych przypadkach pierwszej podharmonicznej) prędkości obrotowej wirnika prądnicy. Sygnał ten niesie informacje diagnostyczne o błędach: wykonania prądnicy, zwłaszcza o niedokładności wymiarów geometrycznych, przejawiającej się asymetrią szczeliny powietrznej między stojanem a wirnikiem; montaŝowych prądniccy, takich jak błąd równoległości tj. przesunięcia osi wału wirnika prądnicy względem wału napędowego, zwany niekiedy błędem mimośrodowości oraz błąd kątowy przesunięcia osi wału wirnika i wału napędowego. Pulsacje komutatorowe napięcia związane są ze współdziałaniem szczotek i komutatora. W czasie wirowania twornika szczotki zwierają na przemian róŝną liczbę zezwojów uzwojenia, co powoduje zmianę liczby zwojów w gałęziach równoległych i wywołuje okresowe pulsacje napięcia na szczotkach. Częstotliwość tych pulsacji f k zaleŝy od liczby wycinków komutatora i moŝna ją wyrazić wzorem [1-2]: f k = K n / 60 (4) gdzie: K - liczba wycinków komutatora. 2. Pulsacje Ŝłobkowe Zjawisko róŝnorodnych pulsacji Ŝłobkowych jest dobrze opisane w literaturze dotyczącej prądnic induktorowych prądu przemiennego [1, 2]. Nie mają one uzwojonego wirnika, a sygnał uŝyteczny odbierany jest z uzwojenia nawiniętego na stojanie. Wirnik wykonany z materiału ferromagnetycznego (najczęściej z pakietu krzemowych blach stalowych) ma wyfrezowane Ŝłobki (zęby), dzięki czemu odbywa się modulacja natęŝenia pola magnetycznego magnesów stałych. W prądnicach tych pulsacje Ŝłobkowe są podstawowym zjawiskiem powstawania sygnału uŝytecznego. PoniewaŜ nie ma w nich uzwojeń na wirniku, jak w klasycznej komutatorowej prądnicy prądu stałego dlatego powstaje tylko składowa 4

zmienna pulsacji (pulsacje komutatorowe nie występują z uwagi na brak komutatora i uzwojeń wirnika). Z informacji literaturowych [1-2] wynika, Ŝe w celu uzyskania sygnału napięcia wyjściowego maksymalnie zbliŝonego do sinusoidy, w prądnicach induktorowych najczęściej stosuje się skośny kształt zęba (rys. 4b). Rys. 4. Typowe przebiegi napięcia wyjściowego prądnic induktorowych dla zębów wirnika w kształcie: a) trapezu, b) prostokątnym, c) jaskółczego ogona Rzadko w prądnicach induktorowych stosowane są wirniki o Ŝłobkach w kształcie jaskółczego ogona, który przedstawiono na rysunku 4c, gdyŝ powstaje wówczas niesymetryczny kształt napięcia wyjściowego [1]. Tego rodzaju kształt Ŝłobków jest natomiast powszechnie stosowany w klasycznych komutatorowych prądnicach prądu stałego. Kształt ten gwarantuje moŝliwość dobrego mechanicznego mocowania uzwojeń na wirniku. Odcinki czasu między przejściami przebiegu pulsacji Ŝłobkowych przez ustalony poziom odniesienia dla prędkości kątowej wirnika prądnicy ω 2 = const będą zaleŝne tylko od błędu kątowego nacięcia zębów. PoniewaŜ błędy te pojawiają się cyklicznie po kaŝdym jednym pełnym obrocie wirnika, dlatego łatwo moŝna je odfiltrować. Niezaprzeczalny jest natomiast fakt sztywnego wzajemnego połoŝenia kątowego Ŝłobków względem siebie. W związku z tym, dla ω 2 = var odcinki czasu między kolejnymi przejściami przez poziom zero (po odfiltrowaniu ewentualnych błędów nacięcia Ŝłobków wirnika) będą miarą chwilowych zmian 5

prędkości kątowych wirnika. Opisane własności pulsacji Ŝłobkowych zostały wykorzystane jako źródło informacji diagnostycznych o stanie technicznym zespołu napędowego prądnicy, co dało podstawę do opracowania metody diagnostycznej FDM-A, którą omówiono w innym opracowaniu [5]. Pomiar wartości amplitudy pulsacji Ŝłobkowych umoŝliwia lokalizowanie przerw w uzwojeniach wirnika. Z danych zebranych podczas badań własnych [7] wynika, Ŝe po uszkodzeniu uzwojenia następuje zmniejszenie wartości względnej (odniesionej do wartości skutecznej napięcia wyjściowego prądnicy U w ) pulsacji Ŝłobkowych δ ś. Wartość tą moŝna wyrazić wzorem: δ ś = Σ (U maxm - U minm ) 100% / ś U w (5) gdzie: m - liczba naturalna jako numer kolejnego okresu pulsacji Ŝłobkowych, U maxm - maksymalna wartość chwilowa napięcia składowej pulsacji w danym okresie m, U minm - minimalna wartość chwilowa napięcia składowej pulsacji, w danym okresie m, ś - liczba Ŝłobków wirnika. Równocześnie po uszkodzeniu uzwojenia prądnicy prądu stałego zachodzą (praktycznie niezauwaŝalne, zwłaszcza dla niŝszych wartości ω 2 ) zmiany wartości skutecznej napięcia wyjściowego U w przedstawionych w tabeli 1 - na podstawie danych z [7]). Wartość względna tych zmian przy uszkodzeniu jednego zwoju wirnika δu w nie przekracza 0,01%. W praktyce zaobserwowanie uszkodzenia prądnicy tj. wystąpienia przerwy w uzwojeniu przez załogę statku powietrznego w czasie jej pracy jest zupełnie niemoŝliwe. Całkowicie moŝliwe jest natomiast, jak wynika z doświadczeń zespołu kierowanego przez autorów poprzez wykorzystanie specjalizowanej aparatury pomiarowej. Tabela 1. Parametry pulsacji Ŝłobkowych przed i po uszkodzeniu uzwojenia prądnicy ω 2 obr/ min 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 U ws V 28,6 28,5 28,5 28,5 28,6 28,7 28,7 28,6 28,6 28,6 28,6 28,9 δ Ŝ % 6,3 5,8 5,6 5,8 5,5 5,6 5,7 5,8 5,4 5,4 5,9 5,5 U wz V 28,6 28,5 28,5 28,9 28,6 28,6 28,5 28,9 28,6 28,6 28,5 28,5 δ Ŝ % 5,0 3,6 4,7 4,0 4,4 4,6 4,1 4,2 4,5 4,3 4,8 4,7 U w V 0 0 0-0,4 0 0,1 0,2-0,3 0 0 0,1 0,4 δu w % 0,00 0,00 0,00-0,01 0,00 0,00 0,01-0,01 0,00 0,00 0,00 0,01 δ Ŝ % 1,3 2,2 0,9 1,8 1,1 1 1,6 1,6 0,9 1,1 1,1 0,8 Stan uzwojeń Sprawne Uszkodzone Wskaźniki dotyczące porównania parametrów przed i po uszkodzeniu Uszkodzenie uzwojenia prądnicy np. jego przerwanie powoduje zmniejszanie się wartości pulsacji Ŝłobkowej podanych w tabeli 1 jako wskaźnik δ Ŝ od 0,8% do 1,6%, co przy zastosowaniu aparatury pomiarowej o klasie 0,1% jest całkowicie mierzalne. 3. Pulsacje biegunowe Zjawisko pulsacji biegunowych moŝna dobrze zaobserwować na krzywej przebiegu napięcia wyjściowego [5] prądnicy prądu stałego w postaci modulacji amplitudy przedstawionej na rysunku 3. Częstotliwość modulacji jest wprost proporcjonalna do iloczynu liczby biegunów stojana oraz prędkości kątowej wirnika, a głębokość amplitudy proporcjonalna do zmian reluktancji magnetycznej między wirnikiem a stojanem. Sygnał ten niesie informacje o 6

anizotropii blach obwodu magnetycznego prądnicy. Modulacja moŝe spowodować niewielkie błędy pomiaru T i. Z uwagi na swoją powtarzalność, charakterystyczną dla danego egzemplarza prądnicy, jest łatwa do odfiltrowania. Względną wartość pulsacji biegunowej δ b moŝna wyrazić wzorem : δ b = {(U maxo -U mino )100 / (U maxo + U mino )} MAX (6) gdzie: o- liczba naturalna oznaczająca numer kolejnego okresu pulsacji biegunowej; U maxo - maksymalna wartość chwilowa napięcia składowej pulsacji w okresie o; U mino - minimalna wartość chwilowa napięcia składowej pulsacji w danym okresie o. Pulsacje biegunowe niosą kilka informacji diagnostycznych: a) parametr fazy informuje o ewentualnych błędach rozkładu geometrycznego nabiegunników stojana, b) amplituda pulsacji (przebieg obwiedni przedstawiony na rysunku 3) świadczy ogólnie o nierównomierności rozkładu pola magnetycznego pod biegunami magnetycznymi stojana, a w pewnych przypadkach równieŝ o zwarciu lub przerwaniu uzwojeń wirnika lub stojana: - jeŝeli amplituda pulsacji biegunowych osiąga, równomiernie zwiększone w całym okresie wartości zbliŝone do amplitudy pulsacji Ŝłobkowych wirnika, oznacza to przeciąŝenie jednego zwoju na skutek zwiększonej upływności jego izolacji lub częściowego zwarcia z masą albo między zwojami wirnika w danym Ŝłobku; - jeŝeli amplituda pulsacji biegunowych osiąga nierównomierne w całym okresie wartości np. na jeden obrót wirnika wartość szczytowa tej obwiedni ulega zmniejszeniu, oznacza to przeciąŝenie jednego zwoju na skutek zwiększonej upływności jego izolacji lub częściowego zwarcia z masą albo między zwojami jednego bieguna stojana; - jeŝeli wartość amplitudy pulsacji biegunowych ulega zmniejszeniu równomiernie w całym okresie obrotu wirnika jak przedstawiono to w tabeli 2, moŝe to sygnalizować zerwanie uzwojenia wirnika. Ze względu na złoŝoność diagnostyczną sygnału i jego małą amplitudę względem składowej nośnej (pulsacji Ŝłobkowej) lokalizowanie uszkodzonych uzwojeń poprzez pomiar pulsacji biegunowych wydaje się mało dokładne. Tabela 2. Parametry pulsacji biegunowych przed i po uszkodzeniu uzwojenia prądnicy ω 2 obr/ min 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 Stan uzwojeń U w1 V 28,6 28,5 28,5 28,5 28,6 28,7 28,7 28,6 28,6 28,6 28,6 28,9 δ b1 % 4,2 4,2 3,9 4,4 4,1 4,1 4,0 4,4 4,1 4,1 4,3 4,3 Sprawne U w2 V 28,6 28,5 28,5 28,9 28,6 28,6 28,5 28,9 28,6 28,6 28,5 28,5 δ b2 % 3,6 3,2 3,6 3,3 3,4 3,6 3,4 3,5 3,4 3,3 3,7 3,5 Zerwane δ b % 0,6 1 0,3 1,1 0,7 0,5 0,6 0,9 0,7 0,8 0,6 0,8 Porównanie Sygnał pulsacji biegunowej rośnie natomiast znacząco w przypadku uszkodzenia np. zwarcia dowolnego uzwojenia - jego amplituda rośnie kilkakrotnie w stosunku do amplitudy pulsacji Ŝłobkowych. PoniewaŜ w czasie zwarcia zwoju wydatnie rośnie amplituda pulsacji komutatorowej zjawisko zwarcia omówiono w następnym punkcie. 4. Pulsacje komutatorowe Zjawisko pulsacji komutatorowych nie jest wykorzystywane w metodzie FDM-A [5 i 6], poniewaŝ zostało uznane jako sygnał zakłócający. Dotychczasowe badania przeprowadzone pod kierunkiem autorów [5, 8] wykazały, Ŝe wartość amplitudy tych pulsacji jest wprost 7

proporcjonalna do poziomu obciąŝenia prądowego. Na rysunku 4 przedstawiono wzajemne zaleŝności pomiędzy pulsacją komutatorową a Ŝłobkową oraz połoŝeniem Ŝłobków wirnika i klepek komutatora. Z badań przeprowadzonych z uŝyciem lotniczej prądnicy prądu stałego wynika, Ŝe przy prądzie obciąŝenia prądnicy poniŝej 10% wartości znamionowej - amplituda pulsacji komutatorowych (rys. 4b) jest prawie niezauwaŝalna na tle pulsacji Ŝłobkowych (rys. 4d). Przy obciąŝeniu rzędu 10% pulsacje są ledwie widoczne na przebiegu napięcia wyjściowego. Przesunięcia kątowe poszczególnych półsinusoid pulsacji komutatorowych (rys. 4d) zmieniają się względem pulsacji Ŝłobkowych oraz ulegają indywidualnym przesunięciom kątowym podczas wibracji mechanicznych szczotek w szczotkotrzymaczu oraz w czasie obciąŝania prądowego prądnicy. W związku z powyŝszym pulsacje komutatorowe nie mogą być wykorzystywane do diagnozowania wielkości uszkodzeń par kinematycznych zespołu napędowego. Przy obciąŝeniu znamionowym wartość szczytowa pulsacji komutatorowych osiąga poziom około 50% pulsacji Ŝłobkowych. Oznacza to, Ŝe mogą słuŝyć jako źródło informacji diagnostycznych takich uszkodzeń jak np. węzeł komutatorowo-szczotkowy prądnicy. Ciekawych danych dostarczyły próby kontrolowanego zwarcia w wirniku. Z chwilą zwarcia uzwojenia pośrodku jednego z uzwojeń wirnika okazało się, Ŝe dominującą stała się pulsacja biegunowa widoczna jako składowa wolnozmienna (rys. 5), a drugą w kolejności pulsacja komutatorowa widoczna jako szybkozmienna (rys.5). Rys. 5. Kształt napięcia wyjściowego prądnicy prądu stałego w chwili uszkodzenia uzwojenia wirnika (zwarcia uzwojenia pośrodku jednego z uzwojeń) O ile jednak składowa pulsacji biegunowej była stabilna pod względem częstotliwości i amplitudy, to składowa pulsacji komutatorowej przybierała największą wartość w momencie przechodzenia pod kolejnym biegunem stojana prądnicy. Jednoznaczna zmiana relacji pomiędzy amplitudami składowych pulsacji umoŝliwia wykrywanie zwarć w wirnikach prądnic komutatorowych. 5. Podsumowanie 8

W pracy omówiono róŝne rodzaje pulsacji napięcia wyjściowego prądnicy prądu stałego. Jakkolwiek w praktyce występują one jednocześnie, to relacje amplitudowo-fazowe między nimi są bardzo zróŝnicowane. Specjalistyczna literatura dobrze opisuje osobno kaŝdą z nich. Autorzy, opierając się na licznych własnych doświadczeniach podjęli się próby przedstawienia praktycznych relacji między nimi. Składowa pulsacji niesie szereg informacji diagnostycznych, zarówno o stanie technicznym zespołu napędowego, jak i samego źródła informacji tj. prądnicy prądu stałego, o czym praktycznie nie wspomina się w literaturze. Symptomy diagnostyczne, zawarte w pulsacji i dokładnie rozpoznane są od kilku lat wykorzystywane w praktyce zawodowej wykonywanej przez autorów. Inne niejednoznaczne i nie do końca zidentyfikowane będą moŝliwe do wykorzystania dopiero po przeprowadzeniu wielu Ŝmudnych badań, umoŝliwiających znalezienie ścisłych zaleŝności pomiędzy kolejnymi, parametrami wad kinematycznych a parametrami składowej napięcia wyjściowego. Bibliografia 1. Wróbel T.: Studium teoretyczne i eksperymentalne zagadnienia pulsacji napięcia prądnic tachometrycznych prądu stałego. Dodatek do Biuletynu WAT nr 3(259), Warszawa 1974. 2. Wróbel T.: Studium zagadnienia pulsacji napięcia prądnic tachometrycznych o wyjściu stałoprądowym. Dodatek do Biuletynu WAT nr 6(298), Warszawa 1977 (in Polish). 3. Liwschitz-Garik M.: Direct-current machines D. Van Nostand Company, New York 1962. 4. Plamitzer M.: Maszyny elektryczne. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1962. 5. Biarda D., Falkowski P., Gębura A., Kowalczyk A.: Opis patentowy PL 175674B1: Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu stałego. Zgłoszenie 08.07.1996, udzielenie patentu 29.01.1999. 6. Biarda D., Falkowski P., Gębura A., Kowalczyk A.: Opis patentowy PL 175645B1: Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu stałego. Zgłoszenie 08.07.1996, udzielenie patentu 29.01.1999. 7. Gębura A., PraŜmowski W., Kowalczyk A., Falkowski P., Głowacki T., Budzyński P., Pisarska K.: Sprawozdanie z pracy określenie związków pomiedzy parametrami jakości energii prądnic pokładowych a stanem zuŝycia skrzyń napędowych. Warszawa, czerwiec 1997r, niepublikowane, nr BT ITWL 11818/I. 8. Gębura A., PraŜmowski W., Kowalczyk A., Falkowski P., Głowacki T., Budzyński P., Gajewski T., Pisarska K.: Sprawozdanie z pracy określenie związków pomiędzy parametrami jakości energii prądnic pokładowych a stanem zuŝycia skrzyń napędowych. Część I. Warszawa czerwiec 1997, niepublikowane, nr BT ITWL 12023/I. 9