Устройство для регистрации ресурса машин

 

Изобретение относится к специализированным информационным устройствам и может быть использовано в производственных системах контроля и учета или в качестве автономного устройства контроля технического состояния машин, в частности мощных электродвигателей приводов механизмов, работающих в широком диапазоне нестационарных режимов (частых и затяжных пусков, самозапусков с несинхронным включением, длительных перегрузок и т.п.). Цель изобретения - повышение информативности и точности устройства за счет учета процессов нагрева-охлаждения обмоток машины. Устройство содержит датчики 1<SB POS="POST">1</SB> ... 1<SB POS="POST">N</SB>, ключи 2<SB POS="POST">1</SB> ... 2<SB POS="POST">N</SB>, амплитудные детекторы 3<SB POS="POST">1</SB> ... 3<SB POS="POST">N</SB>, селектор 4 максимального напряжения, элементы 5<SB POS="POST">1</SB> ... 5<SB POS="POST">N</SB> задержки, функциональные преобразователи 6 и 7, регистратор 8, сумматор 9, датчик 10 нагрузки, компаратор 11 и блок 12 коррекции. Регистратор 8 содержит три канала регистрации, каждый из которых состоит из последовательно соединенных преобразователя 13 напряжение - частота, делителя 14 частоты и счетчика 15. Блок 12 коррекции содержит сумматор, пять ключей, элемент НЕ, два источника опорного напряжения, два усилителя, два интегрирующих элемента и три токоограничивающих элемента. Устройство дает возможность прогнозировать работу и определять необходимость вывода оборудования на профилактические осмотры и ремонты, т.е. обеспечивается снижение расходов на эксплуатацию оборудования. Эксплуатация по техническому состоянию позволяет увеличить реальный срок службы оборудования и повысить надежность технологических цепей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1) С 07 С 3/10

@и

ЯЪ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21} 4346972/24-24 (22) 21.12.87 (46) 07.06.90, Бюл. Р 21 (71) Ивановский энергетический институт им. В,И,Ленина (/2) А.БеКолобов, А,В,Рассказчиков

- B„A.Ñàâåëüåâ (53) 681.178 (088.8)

,«6) Авторское свидетельство СССР

У 1239737, кл, G 07 С 3/10, 1984.

Авторское свидетельство СССР ,"й 12 5502, кл. С 07 С 3/10„ 1984. .;54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ РЕСУРСА МА11ИН

:, 5 ) Изобретение относится к специяли.;т,, ованным йнформационным устройствам и может быть использовано в производственных систсмах контроля и учета или в кач стве автономного устой"тв.< ко:- троля технического состояния машин, в -зстности мощных электродвигателей приводов механизмов, работающих в широком диапазоне нестационарных режимов (частых и затяжных пусков, самозапуска с несинхронным включением, длительных перегрузок и т,п.). Цель изобретения — повышение информативности и точности устроиства за счет учета процессов нагрева-ох„.,80„„1569856

2 лаждения обмоток мяш .ны. Устро .ст" . содержит датчики 1„ ...1, ключи

2, . ° . 2, . амплитудные детектс ры

3» селектор 4 максимального нл. ряжения, элементы 5„.. ° 5„ заде;ж.;I, функциональные преобразователи 6 регистратор 8, сумматор 9, датчик 1" нагрузки, ксмпаратор 11 и блок 12 коррекции. Регистратор 8 содержит три канала регистрации, каждый из торых состоит из последсвятел -но диненных преобразователя 13 няпряж"ние — частота, делителя 14 частот:.. и счетчика 15. Блок 12 коррекции "одержит с óllìàòîð, пять клю рей, эг е: и

НЕ, двя источника oliopl!0I вепря я= ния, два усилителя, два интегрирун —, щих элемента и три токоогранич,;вз..;.щ.;; авемеата. Устрсйствс, йа ". вствса- М ность прогнозировать работу и опр,-:;-" лять необходимость выводя оборудования на профилактические ос: отры н ремонты, т.е. обеспечивается снижени-. расходов на эксплуатацию оборудований ния. Эксплуатация по техническому состоянию позволяет увеличить реальный срок службы оборудования и повысить надежность технологических це- Ж пей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. О) 1569856

Изобретение относится к специализированным информационным устройствам и может быть использовано в производственных системах контроля и уче- 5 та или в качестве автономного устройства контроля технического состояния машин, в частности мощных электродвигателей приводов механизмов, работающих в широком диапазоне нестационарных режимов и т.п.

Целью изобретения является повышение информативности и точности устройства эа счет учета процессов нагреваохлаждения обмоток машины. 15

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема блока коррекции; на фиг.3— временные диаграммы работы устройства в режиме пуска. 20

Устройство содержит датчики 1, °, 1„ 2 2„, амплитудные детек торы 3 ...3, селектор 4 максимального напряжения, элементы 5<...5 задержки, первый 6 и второй 7 функциональные преобразователи, регистратор

8, сумматор 9, датчик 10 нагрузки, компаратор 11 и блок 12 коррекции.

Регистратор 8 содержит три канала регистрации, каждый из которых состоит из последовательно соединенных преобразователя 13 напряжение-частота, делителя 14 частоты и счетчика 15, Блок 12 коррекции содержит сумматор 16, первый 17, второй 18, третий

19, четвертый 20 и пятый 21 ключи, 35 элемент НЕ 22, первый 23 и второй 24 источники опорного напряжения, первый

25 и второй 26 усилители, первый 27 и второй 23 интегрирующие элементы," первый 29, второй 30 и третий 31 токоограничивающие элементы.

Устройство работает следующим образом.

В режиме пуска машины работают все блоки устройства. В стационарном режиме работы машины регистрация расхода осуществляется с помощью датчика

10 нагрузки, блока 12 коррекции, функционального преобразователя 7, аналогового сумматора 9 напряжений и реги.стратора 8.

При т уске машины контролируемые параметры вибрации воспринимаются датчиками 1 . ° .1 1, с их выходов сигналы поступают на информационные входы ключей 2 ...2„, а также на входы амплитудных детекторов 3 ...3>, При этом каждьпЪ амплитудный детектор г производит запоминание н хранение максимального значения (эа первый полупериод) выходного сигнала с соответствующего датчика, Тем самым амплитудные детекторы фиксируют максимум апериодического переходного процесса вибрации контролируемых стержней обмотки, Сигналы с выходов амплитудных детекторов 3 ...3 поступают на вход селектора 4 максимального напряжения. При любом. соотношении входных сигналов на одном из выходов селектора 4 появляется сигнал разрешения для открытия одного из ключей

2 ...2, который соединен с выходом датчика с наибольшим сигналом, зафиксированный им за первый полупериод.

Подача сигналов с выхода селектора 4 на вторые (управляюшие) входы ключей производится с задержкой по времени задаваемой соответствующими элементами 54...5 задержки, поскольку амплитуды вибрации стержней трехфазной обмотки статора двигателя, вызываемые пусковыми токами,.сдвинуты симметрично по фазе на 2ii/3 (120 ).

Поэтому время появления максимума апериодической вибрации стержней разных фазовых групп в зависимости от момента включения двигателя будет сдвинуто по отношению друг к другу на Т/6, .т. е. на 10/6. 1,67 мс (период вибрационного процесса Т=10 мс, частота 100 Гц), Поскольку максимум апериодической вибрации наблюдается в первый полупериод, время задержки принимается = 5 мс (Т/2), Тем самым исключается возможность ложного. отпирания того из ключей 2 ...2 „ который управляется по выходу селектора 4 наличием первого, но не всего наибольшего фазного максимума. Выдержка времени позволяет обеспечить правильную коммутацию ключей, поэтому . к входу первого функционального преобразователя 6 подключается выход того датчика 1„, сигнал с которого был выделен.как максимальный селектором 4 и имеющий затухающий апериодический характер с максимальной амплитудой в первый полупериод.

Первый функциональный преобразователь 6 позволяет воспроизводить означенную нелинейную непрерывную функцию зависимости выработанного ресурса изоляции от амплитуды вибрации. Учет выработки ресурса от вибрации только в переходных режим:, остигается реаS 15698 ,лизацией первого функционального преобразователя 6 с зоной нечувствительности при малых входных сигналах. Выходной сигнал первого функцианальнога преобразователя 6, величина которого

Ф 5 пропорциональна показателю выработки, преобразователем 13, напряжение — частота преобразуется в последовательность импульсов. Причем с. увеличением амплитуды контролируемых параметров, т.е. с возрастанием выработки ðåñóðса, выходная частота преобразователя пропорционально увеличивается. Преобразователь должен обладать высокой линейностью и возможностью регулиров:ки выходной частоты. С целью уменьшения разрядности счетчика импульсы первого преобразователя 13 напряжениечастота поступают на первый счетчик 2Q

15.< через первый делитель 14,1 частоты

Таким образом, количественное заполнение первого счетчика 15 харак1 теризует выработку ресурса от воздействия вибрации, При этом точность 25 устройства повышается за счет коммутации с задержкой максимального апериодического сигнала, т.е. исключения ошибочной оценки выработки при фазном сдвиге сигналов. 30

Определение выработки ресурса от теплового износа производится следующим образом, При пуске машины с выхода датчика 10 нагрузки, включенного в токовую цепь питания, на вход ком- З5 паратора 11 подается напряжение, пропорциональное току включения. Примерами выполнения датчика 10 нагрузки, как преобразователя ток-напряжение, являются трансреакторы или трансфор- 4О маторы, нагруженные на активное сопротивление, Срабатывание компаратора

11 при пуске приводит к появлению на выходе блока 12 коррекции сигнала, пропорционального изменению температуры обмотки в переходных режимах.

3а время пуска выходной сигнал блока

12 коррекции пропорционален линейному превыш нию температуры обмотки над температурой окружающей среды, g() а в конце пуска — общему повышению температуры обмотки за счет нагрева пусковыми токами. После окончания пуска сигнал на выходе блока 12 пропорционален экспоненциальному снижению температуры от максимальной за время пуска до температуры стационар- . ного режима. При повторных пусках и самозапусках выходной сигнал блока

56

12 пропорционален повышению температуры с промежуточного уровня, соо ветствующего охлаждению обмотки за время между пусками,. до максим хльной пусковой температуры. Во время стационарных режимов при возвратившемся компараторе 11 сигнал с выход» блока

12 пропорционален рабочей температуре обмотки. Поэтому блок 12 коррекц п" воспроизводит адекватную реальному процессу модель нагрева охлаждения обмотки в различных режю ах работы.

Сигнал, пропорциональный температуре в соответствующем режиме работы, с выхода блока 12 подается на вход второго функционального преобразователя, восгроизводящего нелинейную непрерывную функцию зависимости,ыработачного ресурса изоляции от -,åìïåратуры. Сигнал, пропорциональный показателю выработки, с выхода второго функционального преобразователя поступает на вход пресбразователя 13> напряжение-частота и преобразуется в последовательность импульсов, которая через делитель 14> частоты поступает на счетчик 15» заполнение которого характеризует выработку ресурса от теплового воздейств .я, Ввиду большего значения выходного сигнала блока 12 коррекции в пусковых режимах заполнение счетчика (5 происходит интенсивнее, чем в стационарном режиме.

Сигналы, пропорциональные показателям выработки ресурса от воздействия вибрации и температуры соответственно, с выходов первого 6 и второго

7 функциональных преобразователей. подаются на первый и второй входы сумматора 9, выходной сигнал которого, пропорциональный суммарной выработке, преобразуется преобразователем 13 напряжение-частота в импульсную последовательность. которая через делитель 14 частоты поступает на счетчик 15

Таким образом, в регистраторе 8 устройства накапливаются составляющие выработки ресурса от воздействия вибрации и температуры соответственно в счетчиках 15< и 15 и суммарная вы3 работка ресурса в счетчике 15,„.

Для определения выработки ат вибрации при последующих пусках необходим сброс амплитудных детекторов

3 ...3 после окончания пуска. При этом ввиду эксплуатационного уменьшеяия--.жесткости крепления обмотки и.

1569856 увеличения вибрации критерием окончания .пуска нельзя считать ее снижение.

Поэтому момент завершения пускового режима определяется возвратом компа5 ратора 11, поскольку пусковой ток снижается в несколько раз до своего номинального з »ачения. При пуске срабатывание компаратора 11 приводит к появленKO на вторых входах амплитудных детекторов 3„...3 „ сигнала, раз-,.ешающего .выборку величины максимальной вибрации, Возврат компаратора 11 снимает сигнал разрешения выборки, и амппитудные детекторы переходят в режим сброса.

Функционирование блока 12 коррекции, воспроизводящего сигнал, пропорциональный изменению температуры об,.;,òêè в различных режимах работы обо- 20 рудования, происходит следующим образом. Компаратор 1 1 установка которо"о пропорциональна двойной величчне

-::оминаяьнаго тока статора, срабагывЂ:. ..ет., и на первом входе блока 12 по- 25

;;вля тся положительный потенциал, что вызывает открытие (замыкание) первого 17, второго 18 и четвертого :О кхючей. Инверсия-входного сигнала . p„ 7QM НЫ 22 приводит к закрытию (р-змыканию) третьего 19 и пятого 21 ключе.."11. При этрм происходит заряд

:;ервого интегрирующего элемента 27 . через первый токоограничивающий элемент 29 от первого источника 23 опор" ого напряжения. V<(t) =-Е р1-exp(-t/TI,)j при tE(p,tz),, (1) где К вЂ” напряжение первого источни- » ка 23; 40

Т вЂ” постоянная нагрева (охлажti дения) двигатели Та =С, К», С вЂ” емкость конденсатора первого I интегрирующего элемента 27;

R — сопротивление первого токо- 45

» ограничивающего элемента 29.

Параметры зарядной цепи выбираются таким образом, чтобы за время пуска

tä напряжение ЬЧ ц на элементе 27 находилось на линейной ветви характе- 5р ристики заряда, моделируя превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды. Через первый усилитель 25 сигнал hV„(t) по (1) подается на первый вход аналогового сумматора

16, на второй вход которого через четвертый ключ 20 подается напряжение

E =V . второго источника 24 опорного »апряления, прспорциональное температуре окружающей среды. Сигнал на выходе сумматора 16 равен:

V„(t)=hV„(t)+V< при t E (О п) и при й= „- пропорционален полной температуре обмотки за пуск. Так как второй ключ 18 открыт, напряжение на интегрирующем элементе 28 повторяет напряжение по формуле (2) и сигнал на выходе блока 12 пропорционален общему повышению температуры обмотки за пуск.

Выбор параметров зарядной цепи для обеспечения нахождения 5V„(t) на начальном (линейном) участке характеристики заряда может быть произведен по известным температурам окружающей среды в месте установки и максимально допустимой для данного класса изоляции. Величина напряжения Е, первого источника 23 опорного напряжения выбирается исходя из конкретной для двигателя постоянной нагрева при максимальном для данного механизма времени пуска, При этом-характеристика нагрева аппроксимируется прямой.

Получаемая погрешность моделирования, например, при длительности пуска

=25 с и Т,»=290 с составляет 5ß, : прн

Т„=800 с составляет 27, т.е. является незначительной для двигателей разлив.— ных типов, габаритов и мощностей.

По окончании пуска и возврата компаратора 11 первый 17, второй 18 и четвертый 20 ключи закрываются, третий 19 и пятый 21 ключи открываются.

При этом происходит разряд элемента

27 через ключ 19 и элемент 30. с постоянной времени охлаждения, равной постоянной нагрева

)V(t)=OUI»/ "ехр(-t/TH) при t)t, (3)

П 1=оп где Т1»=С» К

R — сопротивле1»ие второго токо2. ограничивающего элемента 30, равное сопротивлению первого токоограничивающего элемента 29.

Напряжение на втором интегрирующем элементе 28, достигшее 7„/ „, изменяется до Vg соответствующего температуре стационарного режима и присутствующего на втором входе блока 12, При этом на выходе блока 12 сигнал имеет вид:

V(t)=V@+(V / +„ -V@) ехр(-t/T„) при и 9 (4) где Т„=С К

С .— емкость конденсатора второго и интегрирующего элемента 28;

69856

Формула изобретения

15 сопротивление третьего токоЪ ограничивающего элемента 31, Таким образом, после окончания пуска сигнал на выходе блока 12 коррекции пропорционален экспоненциальному снижению температуры от макси- . мальной за время пуска до температуры стационарного режима. При работе в стационарном режиме сигнал с выхода блока 12 пропорционален температуре обмотки за счет у оделирования рабочих перегрузок с .помощью инерционного звена — элемент 31 и элемент 28 постоянной времени нагрева движения.

Неучет температуры окружающей .среды в этом случае .допустим, поскольку теплоотдача вращающегося с номинальной скоростью двигателя более интенсивна, чем при пуске.

При повторном пуске или в режиме самозапуска состояние. ключей аналогично состоянию для пускового режима.

Однако напряжение йЧп на первом интегрирующем элементе 27 прп времени между пусками менее 3 Тн отлично от нуля, так как конденсатор элемента 27 не успевает разрядиться согласно формуле (3). Поэтому напряжение на выходе блоха 12 при повторном пуске пропорционально повышению температуры с промежуточного значения, соответствующего охлаждению обмотки за,время между пусками

,;; () =.E - (< no ) ехр (- Т И)+1 ок при t.g(O,t„). (5)

Таким образом, блок 12 коррекции позволяет создать с большой степенью . точности адекватную реальному физическому процессу модель нагрева-ох-:: лаждения обмотки двигателя в различных режимах работы: пусковых, при самозапусках и повторно-краткавременньм, а также в стационарных с вазможностью кратковременных перегрузок.

При этом учитываются основные, влияющие на нагрев, параметры двигателя.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность определения" технического состояния машины, что дает возможность прогнози-ровать работу и необходимость вывода в ремонт бборудования, тем самым обеспечивается возможность снижения расходов на эксплуатацию. Эксплуатация по техническому сос,оянию позволяет увеличить реальный срок службы оборудования и повысить надежность технологических цепей.

1. Устройство для регистрации ресурса машин, сбдержашее датчики, выходы которых подключены к информационным входам ключей и амплитудных детекторов, выходы которых соедкнены с входами селектора максимального напряжения, управляющие входы амплитудных детекторов объединены, выходы ключей объединены и подключены через первый функциональный преобразогатель к первому входу регистратора„ о т— л и ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью повышения точности и информативности устройства за счет учета процессов нагрева-oxaaxgeHpz обмоток машины, в него введены датчик нагруз20 ки, компаратор, сумматор, второй ,функциональный преобразователь, блок коррекции и элементы задержки, входы которых соединены с выхадамн селектора максимального. напряжения, а выха, .: подключены к управляющим входам ключей, выход первого функционального преобразователя соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к второму входу регистратора, выход датчика нагрузки соединен через компаратор с первым входом блока коррекции и управляющими входами амплитудных детекторов, вход кампаратора объединен с вторым входом блока коррекции, выход которого подключен через второй функциональный преобразователь к второму входу сумматора и к третьему входу регистратора, 2, Устройство па п,1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что регистратор содержит три канала регистрации„ каждый из которых состоит из последовательно соединенных преобразователя напряжение — частота, делителя часто45 ты и счетчика, входы первого, второго и третьего преобразователей напряжения — частота являются соответственно первым, вторым и третьим входами регистратора. 1

3. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я, тем, что блок коррекции содержит ключи, элемент НЕ, источники опорного напряжения, усилители, сумматор, интегрирующие и токоограничивающие элементы, выход первоФ го источника опорного напряжения подключен к информационному входу первого ключа, выход которого через последовательно соединенные первьй такааг1! 1569856 i2 р :=."- кивающий з.;:змент и и:..::..Л у=или- входу четвертого ключа выход которо9 тель подключен к первому входу сумм-- го соединен с вторым входом сумматора, тора, выход которого соединен с ин- управляющие входы первого, второго формационным входом второго ключа, 5 и четвертого ключей и вход элемента выход которого подключен к входу вто- HE объединены и являются первым вхорого усилителя, выход которого явля- дом блока коррекции, управляющие вхоется выходом блока коррекции, вход ды третьего и пятого ключей объединепервого усилителя и информационный ны и подключены к выходу элемента НЕ, вход третьего ключа объединены и под- .10 информационный вход пятого ключа являключены к первому интегрирующему эле- ется вторым входом блока коррекции, менту, выход третьего ключа соединен выход пятого ключа через третий токос вторым токоограничивающим элементом, ограничивающий элемент подключен к выход второго источника опорного нап- второму интегрирующему элементу и ряжения подключен к информационному 1- входу второго усилителя.

Фиг. Z

Й.

tcH gt;pp e f,á7ìñ

Jn

I выл. вы в аф ь веи.а а гтуака, ° в-начала аусат

Составитель В, Скворцов

Редактор В.Петраш . Техред И.Ходанич Корректор О.Кравцова

Заказ 1451 Тираж 371 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035., Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород„ . . Гагарина, „0!