Презентация2 Романов В.А (2)

1.

Министерство науки и высшего образования РФ
ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет»
Кафедра «Электротехнические комплексы и системы»
Выпускная квалификационная работа
на тему:
«Расчёт показателей надёжности асинхронных
двигателей.»
Выполнил:
студент гр. ЗЭМКу-1-22
Романов В.А
Руководитель:
Доцент кафедры ЭТКС
к.т.н., доцент Литвиненко Руслан Сергеевич
Казань, 2026

2.

Аннотация, цель, значимость исследования
Выпускная
квалификационная
работа
посвящена
разработке
метода
прогнозирования эксплуатационной надежности асинхронных электродвигателей
на основе вероятностной модели технического состояния с учетом реальных
условий эксплуатации.
Основной целью данной выпускной квалификационной работы является создание
метода
прогнозирования
эксплуатационной
надёжности
асинхронного
электродвигателя, базирующегося на вероятностной модели его технического
состояния и учитывающего реальные условия работы и диагностические
параметры.
Практическая значимость работы заключается в возможности применения
разработанного метода для оценки текущего состояния электродвигателей
непосредственно в процессе их эксплуатации, без остановки оборудования.
Полученные результаты могут быть использованы при организации систем
технического обслуживания и ремонта электромеханического оборудования, а
также при проектировании систем мониторинга и диагностики электроприводов.

3.

1. Глава. Анализ состояния обеспечения надежности и методы
диагностирования асинхронных двигателей
Распределение областей применения асинхронных двигателей
Механизм
Доля от общего количества
двигателей, %
Вентиляторы
37,7
Насосы
17,0
Компрессоры
2,8
Механизмы перемещения
(затворы, задвижки и пр.)
3,7
Транспортеры
19,9
Смесители
5,5
Дробилки
2,4
Обрабатывающие станки
7,0

4.

1. Глава. Анализ состояния обеспечения надежности и методы
диагностирования асинхронных двигателей
Распределение неисправностей асинхронных двигателей
по данным различных исследований
Вид неисправности
Диапазон значений, %
Электрические повреждения элементов статора
21–85
Износ элементов подшипников
5–69
Механические повреждения элементов ротора
5–12
Прочие повреждения
3–22
Межвитковое замыкание
обмотки статора
Задевание ротора
за статор
Тепловизионный снимок
перегрева магнитопровода

5.

2.Глава. Экспериментальные исследования асинхронных двигателей
с неисправностями в условиях эксплуатации
Функциональная схема регистратора для сбора данных

6.

2.Глава. Экспериментальные исследования асинхронных двигателей с
неисправностями в условиях эксплуатации
Диагностика асинхронного двигателя в составе
механизма (вентилятор)
Внешний вид диагностируемого асинхронного
двигателя вентилятора ВЦ 14-46-5
Рабочее колесо вентилятора ВЦ 14-46-5 в исправном
состоянии
Спектральный состав
огибающей тока статора
двигателя 4A160S8: а) после
ремонта; б) до ремонта (износ
подшипников)

7.

2.Глава. Экспериментальные исследования асинхронных двигателей
с неисправностями в условиях эксплуатации
Диагностика асинхронного двигателя в составе механизма (насос)
Внешний вид диагностируемого асинхронного
двигателя насоса 1K 20/30м
Спектральный состав огибающей тока статора
двигателя АИР100L2: а) после ремонта; б) до ремонта
(износ подшипников)
Частоты амплитудно-модулированных колебаний двигателя АИР100L2 (p=1, Zr=20, fr=47,5 Гц)
Момент нагрузки,
Н·м
Частота
вращения
ротора, Гц
vfr и frk/p, Гц
(v,k=1,2,3)
fr(k/p + kZr/p), Гц
(k=1,2,3)
fr(k/p –
kZr/p), Гц
(k=1,2,3)
18,4
47,5
47,5; 95; 142,5
997,5; 1995; 2992,5
902,5; 1805;
2707,5

8.

2.Глава. Экспериментальные исследования асинхронных двигателей с
неисправностями в условиях эксплуатации
Результаты применения методики прогнозирования
надежности электродвигателя на основе вероятностной
модели его технического состояния
Модель имеет следующий вид:
Алгоритм работы программного
обеспечения для определения остаточного
ресурса представлен на рисунке:

9.

2.Глава. Экспериментальные исследования асинхронных двигателей с
неисправностями в условиях эксплуатации
Практический расчет показателей надежности асинхронного двигателя
в составе электропривода
Схема управления асинхронным
двигателем с магнитным пускателем
График зависимости P(T) для системы управления
электроприводом

10.

2.Глава. Экспериментальные исследования асинхронных двигателей
с неисправностями в условиях эксплуатации
Результаты расчета после ввода элементов с повышенной надежностью
Обоз
наче
ние
Расшифровка
или
М
Асинхронный
двигатель АО
64
2550,5
1
2550,5
0,8109
0,384
КМу
к
Катушка
контактора
–
11,0
1
11,000
0,0035
КМк
с
Контакты
контактора ТКД
20
144,0
1
144,000
ККук
Катушка
теплового реле
–
5,5
1
ККкс
Контакты
теплового реле
17,8
119,3
QF
Выключатель
4,6
SB1
Кнопка «Пуск»
SB2
FA
,ч
Взвешенно
е
5228
5,300
4,298
0,996
1212121
2,125
0,007
0,0458
0,947
92593
2,125
0,097
5,500
0,0017
0,998
2424242
2,975
0,005
1
119,260
0,0379
0,956
111801
2,975
0,113
18,2
1
18,216
0,0058
0,993
731957
1,000
0,006
5
1,9
1
1,925
0,0006
0,999
6926407
1,000
0,0006
Кнопка «Стоп»
5
18,4
1
18,425
0,0059
0,993
723654
1,000
0,006
Предохранитель
25
92,1
3
276,375
0,0879
0,902
48244
0,106
0,009
Доля отказов
Итого Σ = 3145,2
1,000

11.

2.Глава. Экспериментальные исследования асинхронных двигателей с
неисправностями в условиях эксплуатации
Обобщенные графики зависимости вероятности безотказной
работы системы от времени для трех рассмотренных состояний
Функция надежности P(T) для системы управления электроприводом:
1 – исходный вариант;
2 – после введения элементов с повышенной надежностью;
3 – после введения резервирования

12.

4.Глава. Технико-экономическое обоснование проекта
Планирование проекта и оценка затрат

13.

4.Глава. Технико-экономическое обоснование проекта
Сводный бюджет проекта
Статья затрат
Сумма, руб.
Доля, %
Специальное оборудование и ПО
60 008
6,7
Основная заработная плата
548 110
61,5
Дополнительная заработная плата
82 217
9,2
Отчисления во внебюджетные фонды
99 560
11,2
Накладные расходы
100 852
11,4
Итого
890 747
100

14.

Заключение
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы была достигнута основная цель – разработан
метод прогнозирования эксплуатационной надёжности асинхронного электродвигателя на основе вероятностной
модели его технического состояния, учитывающей условия эксплуатации и диагностические параметры.
Решены следующие задачи:
1 Проведен анализ основных причин отказов асинхронных электродвигателей и существующих методов их
диагностики. Установлено, что наибольший вклад в отказы вносят повреждения обмоток статора и
подшипниковых узлов, а традиционные методы защиты не обеспечивают возможность раннего выявления
дефектов.
2 Рассмотрены и систематизированы современные подходы к оценке надёжности электродвигателей.
Выявлена ограниченная применимость детерминированных моделей в реальных условиях эксплуатации, что
обосновало необходимость разработки вероятностного подхода.
3 Разработана математическая модель изменения технического состояния электродвигателя в процессе
эксплуатации, ключевым параметром которой является сопротивление изоляции, зависящее от температуры,
влажности, концентрации агрессивных агентов и режима работы.
4 Реализован алгоритм и программное обеспечение для прогнозирования остаточного ресурса и
вероятности отказа электродвигателя с заданной доверительной вероятностью. Точность краткосрочного
прогноза (на 24 часа) составила 92%.
5 Проведены экспериментальные исследования на действующих двигателях в составе вентилятора и
насоса, подтвердившие работоспособность методики токовой диагностики для выявления износа подшипников.
Разработан портативный регистратор токов и напряжений для применения в условиях эксплуатации.
6 Выполнен расчёт показателей надёжности системы управления электроприводом. Установлено, что в
условиях повышенной температуры (60 °C) применение резервирования не позволяет достичь целевых
показателей, а основной мерой является выбор элементов с повышенной надёжностью.
Практическая значимость работы заключается в возможности применения разработанного метода и
аппаратно-программного комплекса для оценки технического состояния и прогнозирования ресурса
асинхронных электродвигателей малой и средней мощности непосредственно в условиях их эксплуатации, без
вывода из технологического процесса. Это позволяет перейти от планово-предупредительных ремонтов к
обслуживанию по фактическому состоянию, снижая риск внезапных отказов, затраты на ремонт и простои

15.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!