ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Обеспечение надежности электроприводов на стадии проектирования. Эффективное функционирование рабочих машин и механизмов возможно лишь при надежной работе электроприводов их исполнительных органов. Основы такой надежной работы закладываются уже на стадии проектирования и конструирования электроприводов, когда за счет различных технических решений обеспечивается минимально возможная интенсивность их отказов и тем самым максимальные времена наработки до отказа.

Эффективным средством повышения надежности электроприводов является введение различного вида избыточности, под которой подразумеваются дополнительные средства и возможности, превышающие минимально необходимые для выполнения заданных функций. Избыточность может быть внутриэлементной, структурной и временной.

Внутриэлементная избыточность предусматривает снижение электрических нагрузок на электрические элементы и устройства электропривода. Это достигается заменой одного элемента другим, функционально подобным, но с более высокими определяющими (номинальными) параметрами. Например, применение конденсатора с номинальным напряжением выше расчетного создает запас электрической прочности и тем самым повышает надежность работы конденсатора в схеме.

Структурная избыточность, называемая также резервированием, предполагает включение в схему электропривода дополнительных резервных элементов, блоков и устройств, что позволяет создавать даже из не очень надежных компонент надежные электроприводы. Важно отметить, что включение в схему ЭП дополнительных элементов, блоков и устройств увеличивает его массу, габаритные размеры и стоимость, поэтому применение этого способа должно быть экономически обосновано.

Резервирование может быть самым разнообразным по своей реализации. Общее резервирование предусматривает резервирование ЭП в целом, а раздельное — отдельных его компонент.

При постоянном резервировании дополнительные элементы и устройства подсоединены к основным (рабочим) в течение всего времени работы электропривода и находятся с ними в одинаковых условиях. При резервировании замещением дополнительные элементы включаются в работу только после отказа основных.

Временная избыточность предусматривает использование технологических резервов времени для восстановления работоспособности электроприводов. Например, такой резерв времени для электропривода станка, работающего в составе автоматической линии, может быть создан за счет накопления некоторого запаса обработанных на нем деталей. Если время восстановления работоспособности ЭП (например, за счет ввода резерва) будет меньше времени, за которое будет израсходован этот запас деталей, то простоя линии не будет.

Повышение эксплуатационной готовности электроприводов. Высокие показатели надежности электроприводов, заложенные на стадии проектирования, еще не гарантируют высокую эксплуатационную готовность к работе приводимых ими в движение машин и механизмов. Например, отказы в электроприводах могут возникать редко, но требуют большого времени для их обнаружения и ликвидации или, как говорят, большого времени восстановления работоспособности ЭП. В этом случае технологическое оборудование будет значительное время простаивать, что вызовет, очевидно, экономические убытки. Таким образом, эксплуатационная готовность ЭП определяется еще и приспособленностью их к обнаружению неисправностей и отказов и устранению этих дефектов путем ремонтов и технического обслуживания, что и было ранее названо ремонтопригодностью.

Количественно эксплуатационная готовность ЭП определяется коэффициентом готовности:

где Т0 — средняя наработка до отказа, ч; Гв — среднее время восстановления (средняя продолжительность отказа), представляющее собой математическое ожидание времени восстановления работоспособности электропривода, ч.

В некоторых случаях готовность ЭП оценивается коэффициентом технического использования:

где Гобсл — суммарное время простоев из-за планового и внепланового технического обслуживания электропривода, ч.

Чем ближе коэффициент КГ к единице, тем выше технический уровень электропривода и тем эффективнее может быть использовано технологическое оборудование.

Как следует из (6.10), для получения большого коэффициента готовности следует в максимальной степени сокращать время восстановления Тв. В общем случае это время складывается из интервала между моментами возникновения отказа и начала ремонта (период обнаружения отказа) 7^н и времени ремонта электропривода (период ликвидации отказа) Тр. Таким образом, сокращение времени восстановления работоспособности электропривода Тв определяется сокращением сроков на обнаружение и ликвидацию отказа (неисправности). Рассмотрим технические мероприятия, позволяющие сократить время Гв и тем самым повысить коэффициент готовности электропривода и обслуживаемого им технологического оборудования.

Сокращение времени обнаружения отказа То6н обеспечивается главным образом за счет использования схем контроля за работой отдельных устройств электропривода. При возникновении неисправности или отказа схема контроля обеспечивает звуковую или световую сигнализацию, а в аварийных ситуациях — и срабатывание защиты электропривода. Простейшей функцией схем контроля и сигнализации является, например, световая сигнализация о состоянии электрических аппаратов схем управления электроприводов, наличии или отсутствии напряжения или тока на входах или выходах электротехнических устройств ЭП.

Развитие схем контроля связано с созданием диагностирующих устройств на основе микропроцессорных средств, позволяющих получать, запоминать, обрабатывать и распределять большие объемы информации за короткое время. Например, сопоставляя заданные и истинные (текущие) значения электрических сигналов в устройствах, элементах и узлах электропривода, система диагностики способна оценить их работоспособность и выдать информацию о месте и характере неисправности.

Эффективность действия схем контроля и диагностики в значительной степени определяется схемотехническим и конструктивным исполнением устройств электропривода. Если они построены по блочно-модульному принципу, имеют необходимое количество удобных контрольных точек (выводов) электрических цепей и элементов сигнализации, то время обнаружения неисправного блока или устройства существенно сокращается.

Снижению времени поиска неисправностей или отказов способствуют также наличие мнемосхемы электропривода и его отдельных устройств, достоверной и удобной в использовании технической документации на его компоненты и соответствующих обозначений и надписей на них, целенаправленная работа по обобщению данных о возникающих неисправностях и отказах эксплуатируемых электроприводов, постоянное повышение квалификации обслуживающего персонала.

Входящие в состав электроприводов устройства по своему конструктивному исполнению являются, как правило, восстанавливаемыми или, другими словами, ремонтируемыми. Время ремонта Тр устройств и блоков электропривода определяется главным образом уровнем организации служб ремонта и материально-технического снабжения предприятия. В общем случае ремонт оборудования может осуществляться соответствующим персоналом участка, цеха или централизованно в пределах предприятия (объединения) или же с помощью сторонней организации (в том числе и при гарантийном ремонте).

Организация ремонта неисправного блока может осуществляться по двум вариантам. В первом случае после обнаружения отказа неисправный блок ремонтируется, а электропривод и соответствующее технологическое оборудование в это время не работают (простаивают). При значительном времени ремонта такая его организация приводит к большим экономическим убыткам.

При втором, целесообразном варианте организации ремонтной службы в ее распоряжении должен находиться комплект запасных элементов и блоков электропривода. В этом случае при отказе электропривода время его ремонта определяется только заменой неисправного блока на запасной, что не приводит к длительному простою оборудования. Изъятый из схемы неисправный блок ремонтируется и через некоторое время вновь становится исправным и вводится в число запасных. Очевидно, что и в этом случае блочно-модульный принцип исполнения ЭП позволяет получить существенный экономический эффект.

Нетрудно заметить, что если время работы электропривода между отказами блока какого-либо типа будет больше времени ремонта этого блока, то для исключения простоя ЭП достаточно иметь в запасе только один такой запасной блок.

Повышение надежности электропривода за счет обеспечения его помехозащищенности. Работа электропривода характеризуется действием как полезных электрических сигналов, обеспечивающих надлежащее (расчетное) его функционирование, так и вредных, непредсказуемых заранее (случайных) возмущений, называемых помехами. Помехи вызывают сбои в работе элементов и узлов электропривода, а иногда и их повреждения, снижая тем самым надежность его работы и усложняя его наладку и эксплуатацию. Особенно чувствительны к помехам электронные устройства управления электропривода, оперирующие маломощными электрическими сигналами.

Повышение помехозащищенности электропривода должно осуществляться подавлением как собственных, так и внешних помех. Поэтому любой электропривод должен быть спроектирован, изготовлен и смонтирован таким образом, чтобы, с одной стороны, его компоненты не создавали помех друг другу и соседним электроустановкам, а с другой стороны, он должен быть защищен от воздействия внешних помех, создаваемых другими электроустановками. Рассмотрим технические мероприятия, которые позволяют повысить помехозащищенность электропривода и тем самым надежность и качество его работы.

Собственные помехи. Основными источниками помех в электроприводах являются электрические двигатели, релейно-контакторная аппаратура, тиристорные преобразователи и электромагнитные устройства. Такие помехи могут создаваться также при коротких замыканиях в электрических цепях, при возникновении перенапряжений, связанных с отключением цепей с индуктивностью, при изменении напряжений на соседних проводах.

Помехи в электрических двигателях создаются при коммутации, нарушении контакта между щетками и коллектором или контактными кольцами, вибрации вала. Для подавления этих видов помех применяются различные фильтры, дополнительные компенсационные обмотки, слоистые, тщательно притираемые щетки, металлизация внутренней поверхности пластмассовых корпусов. Кроме того, должен быть осуществлен надежный электрический контакт между частями двигателя, а также тщательная их сборка.

Помехи возникают при работе электрических аппаратов и различных электромагнитных устройств — тормозов, муфт, фиксирующих приспособлений, электромагнитов. При их отключении на обмотках аппаратов и одновременно на подводящих проводах появляются перенапряжения, которые могут во много раз превышать номинальный (рабочий) уровень и вызвать как пробой изоляции обмоток, так и появление помех в питающей сети и окружающей среде.

Уменьшение перенапряжений и тем самым уровня помех обычно осуществляется с помощью схем, в которых применяются резисторы, диоды, стабилитроны, варисторы, конденсаторы. Наибольшее распространение в силу универсальности, простоты и эффективности нашли так называемые R-C цепочки. Будучи включенными параллельно катушке аппарата или электромагнитного устройства, они существенно гасят амплитуду и скорость нарастания перенапряжений, вызванных процессом отключения. Расчет величин Ли С осуществляется исходя из параметров обмотки и допустимого уровня перенапряжения.

Помехи при работе реле, контакторов, магнитных пускателей и другой коммутационной аппаратуры возникают при вибрациях и дребезге их контактов, а также при пробое или возникновении дуги в межконтактном промежутке. Снижение этого вида помех достигается применением искро- и дугогасителей и фильтров; схем, осуществляющих коммутацию при равенстве нулю тока (напряжения) в цепи; экранированных кабелей; кабелей со скрученными жилами.

Помехи при работе тиристорных преобразователей возникают из- за искажения ими синусоидальной формы напряжения и тока, вследствие чего создаются высокочастотные помехи (гармоники напряжения и тока). Кроме того, тиристорные преобразователи создают помехи за счет постоянно идущих в них коммутационных процессов, связанных с открытием одних тиристоров и закрытием других.

Наиболее эффективным средством подавления помех тиристорных преобразователей является установка различных фильтров. Другой путь подавления создаваемых ими помех связан с выбором таких режимов работы преобразователей и способов управления ими, при которых искажения кривых напряжения и тока будут минимально возможными.

Внешние помехи. Внешние помехи на электропривод могут поступать через цепи питания или за счет действия электростатических и электромагнитных полей, создаваемых соседними электроустановками. К таким установкам кроме электроприводов относятся электрический транспорт, воздушные линии и подстанции электропередач, электросварочное оборудование, различные высокочастотные промышленные и научные установки, автомобили с двигателями внутреннего сгорания, вычислительные комплексы. Способы подавления внешних помех определяются тем, поступают ли они в электропривод по проводам (гальванические помехи) или за счет действия электростатического или электромагнитного полей (емкостные или индуктивные помехи).

Гальванические помехи могут поступать в схему электропривода в том случае, когда он имеет общие для нескольких электроустановок цепи питания или общий провод.

Снижение влияния гальванических помех через питающую сеть достигается следующими основными мероприятиями:

  • • установкой R-L-С фильтров в месте подсоединения электропривода к питающей сети;
  • • использованием отдельных блоков питания для устройств управления электропривода или питанием их через гальванически развязанные вторичные обмотки распределительного трансформатора;
  • • применением проводки с максимально возможным расстоянием между проводами системы питания и внутренней разводки. При этом цепи питания целесообразно выполнять из максимально коротких проводов большого сечения.

Кроме цепи питания помехи могут поступать на элементы и устройства электропривода через общий провод, относительно которого определяется потенциал сигнальных (измерительных) проводников и точек схем управления. Эффективным средством борьбы с такого рода помехами является соединение общего провода схемы управления электропривода с заземляющим контуром. В результате помехи, поступающие на электропривод через сеть питания или возникающие из-за наличия паразитных емкостных связей через кожухи блоков управления и корпус шкафа, не попадают на устройства управления ЭП.

При наличии нескольких шкафов управления осуществляется выравнивание потенциалов их корпусов за счет соединения в схему звезды, общая точка которой соединяется с контуром заземления и токоведущими конструкциями зданий.

Подавление помех за счет действия электростатических и электромагнитных полей может осуществляться несколькими способами. Наиболее эффективный способ предусматривает размещение блоков и устройств управления в металлических (ферромагнитных) корпусах, а всего электрооборудования электропривода — в металлических шкафах. В результате этого вредные внешние поля экранируются этими металлическими корпусами и не вызывают появления помех в электрических цепях электропривода. К этому же способу подавления внешних помех относится экранирование проводов и кабелей, размещение их в металлических трубах или коробах.

Повышение надежности работы электропривода достигается, как уже отмечалось, введением внутриэлементной или структурной избыточности, использованием средств контроля и диагностики, а также определенным усложнением конструктивного исполнения устройств и блоков электропривода. Реализация этих технических мероприятий требует дополнительных затрат на разработку и изготовление электроприводов. Очевидно, что эти дополнительные затраты, которые обычно называют капитальными, могут быть произведены и оправданы лишь в том случае, когда за счет повышения надежности электропривода будет достигнуто снижение текущих затрат при эксплуатации самого электропривода и обслуживаемого им технологического оборудования. Тем самым повышение надежности электроприводов должно сопровождаться определением экономической эффективности этих мероприятий, которая подробно рассмотрена в [21].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  • 1. Что называется надежностью электропривода?
  • 2. Что называется вероятностью безотказной работы, интенсивностью отказов и наработкой до отказа?
  • 3. Как эти показатели связаны между собой?
  • 4. В чем заключается коэффициентный метод расчета надежности?
  • 5. Какие существуют методы повышения надежности электроприводов при их проектировании и эксплуатации?
  • 6. Какими средствами можно повысить помехозащищенность электроприводов?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >