Устройство контроля работоспособности электродвигателя постоянного тока

Авторы патента:

G01R31/34 - испытание электрических машин (испытание электрических обмоток G01R 31/06; способы и устройства для изготовления, эксплуатации и ремонта электрических машин H02K 15/00)

Владельцы патента RU 2526500:

Менщиков Игорь Александрович (RU)
Пушин Вячеслав Михайлович (RU)

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Устройство включает помещенные в корпус фильтры частот и соответствующие им интеграторы, блок обработки сигналов, порт с выводами на средства индикации и визуализации. Дополнительно в устройство введены преобразователь тока и преобразователь напряжения, выполненные на основе датчиков Холла и установленные дистанционно с возможностью подключения их к шине питания электродвигателя постоянного тока. В корпус устройства также дополнительно введены усилитель, амплитудный селектор, источник опорного напряжения, блок измерения разности фаз и блок допускового контроля разности фаз, порт с клеммами для передачи информационных сигналов, порт с клеммами для дополнительного питания дистанционных элементов. В качестве фильтров частот использованы фильтр нижних частот и полосовой фильтр, каждый из которых образует с соответствующим ему интегратором параллельные электрические цепи. Вышеназванные блоки и элементы устройства соединены следующим образом: амплитудный селектор - с усилителем, с источником опорного напряжения и посредством вышеуказанных параллельных электрических цепей - с блоком обработки сигналов, который подключен к источнику опорного напряжения, к порту с выводами на средства индикации и визуализации, к блоку допускового контроля разности фаз, связанному с блоком измерения угла разности фаз. Последний соединен с портом с клеммами для передачи информационных сигналов, который подключен к усилителю. Порт с клеммами для подключения питания дистанционных элементов соединен с источником опорного напряжения. Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства и повышении точности измерения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля степени коммутации секций якоря электродвигателя постоянного тока, измерения угловой скорости вращения якоря электродвигателя постоянного тока и угла разности фаз между током и напряжением.

Названные выше параметры электродвигателя постоянного тока до подачи данной заявки контролировались по отдельности соответствующими измеряемому параметру приборами.

Известны устройства для определения угловой скорости вращения якоря электрических машин постоянного тока, одно из которых состоит из магнитоэлектрического логометра и фильтра, выделяющего гармоническую составляющую полюсных пульсаций [авторское свидетельство SU на изобретение №162227].

Известно также устройство, содержащее формирователь импульсов, подключенный к якорной цепи электрической машины, запоминающее устройство, индикатор и блок синхронизации, подключенный к цепи питания электрической машины [авторское свидетельство SU на изобретение №1002965].

Однако установление контролирующих приборов для измерения угловой скорости вращения якоря электродвигателя в зоне коллектора не разрешается Правилами технической эксплуатации транспортных средств и Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации ЦРБ - 756.

Измерение другого параметра - степени коммутации якоря электродвигателя постоянного тока осуществляется другой группой устройств, не связанных с измерением угловой скорости.

А именно, известны устройства контроля коммутации электрических машин постоянного тока [авторские свидетельства SU на изобретения №1073715, №1182283], содержащие щетку-датчик, установленную на сбегающем краю рабочей щетки на коллекторе электрической машины, токовый шунт, источник разнополярных опорных напряжений, схему определения полярности, коммутатор импульсов, два канала обработки положительных и отрицательных импульсов соответственно, каждый из которых содержит амплитудный селектор, линейные ключи, последовательно с ним соединенный интегрирующий преобразователь, а также преобразователь напряжение-частота и осциллографический индикатор.

Однако в данных устройствах щетка-датчик расположена непосредственно в щеточно-коллекторном узле электрической машины постоянного тока, что снижает его эксплуатационную надежность и повышает погрешность измерений. Датчики, расположенные непосредственно в щеточно-коллекторном узле электрической машины постоянного тока, не в состоянии обнаружить искрение, локализованное под щеткой.

Известно также устройство контроля коммутации коллекторных электрических машин, описанное в патенте RU на изобретение №2003994 и содержащее магниточувствительный элемент, который устанавливается между петушком коллектора и близлежащей щеткой вдоль продольной оси коллектора вне пространства, ограниченного шириной щеточного бракета, над контактирующей с крайней щеткой бракета коллекторной пластиной.

Однако магниточувствительный элемент располагается непосредственно в щеточно-коллекторном узле электрической машины постоянного тока, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Измерение качества коммутации возможно с помощью устройства измерения угла сдвига фаз между двумя сигналами - постоянным пульсирующим напряжением питания электродвигателя и током в цепи якоря, изменяющимися по синусоидальному закону с частотой, равной коллекторной, зависящей от количества коллекторных секций и частоты вращения якоря. Угол сдвига фаз можно определить по формуле

$ϕ = ω \cdot Δ T = \frac{360 Δ T}{T} = \frac{360 U_{c p .}}{U_{\max}}$ .

Известно устройство для определения угла сдвига фаз между двумя сигналами, описанное в патенте RU на изобретение №2331078, содержащее аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), блок кольцевой памяти, программатор вычисления углов фазовых сдвигов между сигналами, генератор опорных сигналов. К входам АЦП присоединены трансформаторы тока и напряжения. Выходы преобразователя АЦП связаны с входами блока кольцевой памяти и с входами программатора. Выходы блока кольцевой памяти соединены с входами программатора, а его выходы связаны с входами сегментных индикаторов. Выходы генератора опорных сигналов связаны с входами программатора.

Известно также устройство для определения угла сдвига фаз между двумя несинусоидальными сигналами, описанное в патенте RU на изобретение №2264631, содержащее датчики сигналов, один выход которых соединен с входами программатора действующих значений, а другой выход - с входами программатора квазимощности. Выход программатора действующих значений соединен с входом множителя, выход которого соединен с входом делителя. Выход программатора квазимощности соединен с входом делителя, в котором измеряют мгновенные значения двух сигналов a(t_j) и b(t_j), оцифровывают их для одних и тех же моментов времени.

Основным недостатком данных устройств является низкая точность определения угла сдвига фаз между сигналами.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является «Устройство для контроля коммутации электрической машины» [авторское свидетельство SU на изобретение №907476], содержащее датчик радиосигналов, блок радиофильтров и блок индикации. Блок фильтров выполнен в виде набора настроенных на разную частоту полосовых фильтров, выходы которых подключены к соответствующим интеграторам. Блок индикации содержит наборы схем сравнения, схем опорных сигналов и дешифратор. Каждая из схем сравнения подключена одним входом к схеме опорных сигналов, а выходы схем сравнения соединены с входами дешифратора.

Однако использование данного устройства не позволяет добиться приемлемой точности измерения, так как наличие и отсутствие спектра высокочастотных электромагнитных колебаний незначительно зависят от интенсивности искрения и при слабом искрении (степень искрения порядка 1,5 балла), которое со временем может приобрести прогрессирующий характер, спектр высокочастотных электромагнитных колебаний во время нарушения коммутации не регистрируется. Этот недостаток обусловлен тем, что испарение меди с поверхности коллекторных пластин при замедленной или ускоренной коммутации зависит от среднего значения выделяющейся энергии, которая, в свою очередь, связана с интенсивностью искрения. Кроме того, показания индикатора зависят не только от интенсивности излучения электромагнитных помех источника, но и от взаимного расположения источника и датчика регистрации радиопомех, а также от внешних электромагнитных помех.

Изготовление и установка самого датчика радиосигналов в коллекторно-щеточный узел электрической машины, а также дальнейшее техническое обслуживание системы контроля связаны со значительными экономическими затратами.

Задачей заявляемого изобретения является разработка устройства, обеспечивающего возможность проведения измерения трех названных выше технических параметров электродвигателя постоянного тока одним прибором при упрощении конструкции устройства и повышении точности результатов.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что устройство контроля работоспособности электродвигателя постоянного тока, включающее помещенные в корпус фильтры частот и соответствующие им интеграторы, блок обработки сигналов, порт с выводами на средства индикации и визуализации, содержит преобразователи тока и напряжения, выполненные на основе датчиков Холла и установленные дистанционно с возможностью подключения их к шине питания электродвигателя постоянного тока; в корпус дополнительно введены усилитель, амплитудный селектор, источник опорного напряжения, блок измерения разности фаз и блок допускового контроля разности фаз, порт с клеммами для передачи информационных сигналов, порт с клеммами для дополнительного питания дистанционных элементов, при этом в качестве фильтров частот использованы фильтр нижних частот и полосовой фильтр, каждый из которых образует с соответствующим ему интегратором параллельные электрические цепи; вышеназванные блоки и элементы соединены следующим образом: амплитудный селектор - с усилителем, с источником опорного напряжения и посредством вышеуказанных параллельных электрических цепей - с блоком обработки сигналов, который подключен к источнику опорного напряжения, к порту с выводами на средства индикации и визуализации, к блоку допускового контроля разности фаз, связанному с блоком измерения угла разности фаз, причем последний соединен портом с клеммами для передачи информационных сигналов, который подключен к усилителю, а порт с клеммами для подключения питания дистанционных элементов соединен с источником опорного напряжения.

Заявляется также устройство контроля работоспособности электродвигателя постоянного тока с вышеописанными признаками, блок измерения угла разности фаз которого содержит источник питания, два усилителя-ограничителя, формирователь импульсов, два триггера, преобразователь скважность-напряжение, выход и два входа, при этом вышеназванные элементы соединены следующим образом: к источнику питания подключены усилители-ограничители, формирователь импульсов, триггеры, преобразователь скважность-напряжение; усилители-ограничители соединены с входами блока и один из усилителей-ограничителей соединен с одним из триггеров, а другой усилитель-ограничитель связан с формирователем импульсов, который, в свою очередь, соединен с триггерами, причем последние подключены к преобразователю скважность-напряжение, соединенному с выходом блока.

Кроме того, заявляется также устройство контроля работоспособности электродвигателя постоянного тока с вышеописанными признаками, блок допускового контроля разности фаз которого содержит стратегический идентификатор, оперативный идентификатор, первый и второй согласующие элементы, первую, вторую, третью схемы совпадения, первый, второй, третий счетчики импульсов, первую и вторую схемы сравнения, выходной элемент, вход и выход, при этом названные элементы соединены следующим образом: первый согласующий элемент соединен с первой и второй схемами совпадения, подключенными к соответствующим им первому и второму счетчикам импульсов, соединенным между собой и с первой схемой сравнения; второй согласующий элемент подключен к последовательно соединенным третьей схеме совпадения, третьему счетчику импульсов, второй схеме сравнения, которая, в свою очередь, подключена к первому счетчику импульсов; стратегический идентификатор подключен к входу, к третьему счетчику импульсов, к выходному элементу и к оперативному идентификатору, соединенному со всеми схемами совпадения; обе схемы сравнения соединены с входным элементом, связанным с выходом, а оба согласующих элемента соединены с входом.

Технический результат заявляемого изобретения.

Предлагаемая авторами схема устройства является бортовой системой технической диагностики транспорта и обеспечивает экспресс-анализ технического состояния электрических машин постоянного тока, чему способствуют организованные в заявляемом устройстве электрические цепи: первая - для контроля частоты вращения якоря, с помощью которой можно снять параметр угловой скорости, вторая - для контроля степени коммутации якоря электродвигателя, третья - для контроля угла разности фаз между током и напряжением, по величине которого фиксируется наличие неисправности, например межвиткового замыкания обмотки якоря и обрыв секции якоря электродвигателя. Конструктивные особенности заявляемого устройства дали возможность осуществить контроль основных параметров не тремя типами измерительных приборов, а всего одним с минимально возможным количеством блоков и элементов, поскольку некоторые из них для измерения этих разных параметров сходны. Это позволило упростить, облегчить и минимизировать схему измерения и контроля интересующих параметров. Данные технические результаты позволили также повысить надежность схемы контроля с возможностью исключения аварийной ситуации по причине несоответствия значимых трех параметров заданному режиму. Это позволяет даже при неисправном состоянии электродвигателя постоянного тока избежать нарастания аварийной ситуации, например, отключением неисправного электродвигателя из рабочей схемы, ограничиваясь остальными электродвигателями без остановки локомотива. Перечисленный набор технических преимуществ заявляемого изобретения авторы получили в том числе и с использованием в схеме преобразователей тока и напряжения на основе датчиков Холла, обеспечивающих гальваническую развязку цепи питания электродвигателя постоянного тока и заявляемого устройства.

Существующее правило запрета вторжения непосредственно в зону электродвигателя для измерения динамических параметров практически во всех аналогах (см. обзор публикаций в данной заявке) был нарушен по той причине, что, скорее всего, это двигатели не транспортного средства - самолета или железнодорожного локомотива, а бытового прибора. Поэтому в заявляемом предложении невозможность установления датчиков-измерителей в запретную зону двигателя решается снятием параметров контроля непосредственно с шины питания электродвигателя постоянного тока с помощью описанных выше преобразователей тока и напряжения.

Заявляемое изобретение поясняется с помощью Фиг., на которой изображена блок-схема заявляемого устройства. На Фиг. позициями 1-35 обозначены:

1 - преобразователь тока;

2 - преобразователь напряжения;

3 - порт с клеммами для передачи информационных сигналов;

4 - порт с клеммами для подключения питания дистанционных элементов;

5 - усилитель;

6 - амплитудный селектор;

7 - фильтр нижних частот;

8 - интегратор для фильтра нижних частот;

9 - блок обработки сигналов;

10 - полосовой фильтр;

11 - интегратор для полосового фильтра;

12 - источник опорного напряжения;

13 - блок измерения разности фаз;

14 - источник питания блока 13;

15, 16 - усилители-ограничители блока 13;

17 - формирователь импульсов блока 13;

18, 19 - триггеры блока 13;

20 - преобразователь скважность-напряжение блока 13;

21 - блок допускового контроля разности фаз;

22 - первый согласующий элемент блока 21;

23 - второй согласующий элемент блока 21;

24 - первая схема совпадения;

25 - вторая схема совпадения;

26 - третья схема совпадения;

27 - первый счетчик импульсов;

28 - второй счетчик импульсов;

29 - третий счетчик импульсов;

30 - первая схема сравнения;

31 - вторая схема сравнения;

32 - стратегический идентификатор;

33 - оперативный идентификатор;

34 - выходной элемент блока 21;

35 - выходной порт для средств индикации и визуализации.

Вышеназванные узлы и детали в устройстве соединены следующим образом. Преобразователи тока 1 и напряжения 2 выполнены на основе датчиков Холла и установлены дистанционно с возможностью подключения к шине питания электродвигателя постоянного тока, к порту 3 с клеммами для передачи информационных сигналов и порту 4 с клеммами для подключения питания к дистанционным элементам 1, 2.

Цепь для измерения угловой скорости электродвигателя постоянного тока образована следующим образом. Порт 3 для передачи информационных сигналов соединен с усилителем 5, подключенным к амплитудному селектору 6. Последний через одну параллельную электрическую цепь, включающую фильтр нижних частот 7 и соответствующий ему интегратор 8, соединен с блоком обработки сигналов 9.

Цепь для измерения степени коммутации электродвигателя образована описанной выше цепью и отличается тем, что амплитудный селектор 6 соединен с блоком обработки сигналов 9 через вторую параллельную электрическую цепь, включающую полосовой фильтр 10 и соответствующий ему интегратор 11.

К порту 4 для подключения питания к дистанционным элементам 1, 2 подсоединен источник опорного напряжения 12, который, в свою очередь, соединен с амплитудным селектором 6 и блоком обработки сигналов 9.

В цепи для измерения угла разности фаз порт 3 с клеммами для передачи информационных сигналов связан с входами блока измерения угла разности фаз 13, в котором элементы соединены следующим образом. Источник питания 14 подключен к усилителям-ограничителям 15, 16, к формирователю импульсов 17, триггерам 18, 19, к преобразователю скважность-напряжение 20. Усилители-ограничители 15, 16 соединены с входами блока 13. Один из усилителей-ограничителей 15 соединен с одним из триггеров 18, а другой усилитель-ограничитель 16 связан с формирователем импульсов 17, который, в свою очередь, соединен с триггерами 18, 19. Последние подключены к преобразователю скважность-напряжение 20, соединенному с выходом блока измерения угла разности фаз 13, который связан с входом блока допускового контроля разности фаз 21, элементы которого соединены следующим образом. Оба согласующих элемента 22, 23 соединены с входом блока 21. Первый согласующий элемент 22 соединен с первой 24 и второй 25 схемами совпадения. Второй согласующий элемент подключен к третьей схеме совпадения 26. Первая 24, вторая 25 и третья 26 схемы совпадения подключены к соответствующим им первому 27, второму 28 и третьему 29 счетчикам импульсов. Первый 27 и второй 28 счетчики импульсов соединены между собой и с первой схемой сравнения 30. Третий счетчик импульсов 29 соединен со второй схемой сравнения 31, которая, в свою очередь, подключена к первому счетчику импульсов 27. Стратегический идентификатор 32 подключен к входу блока 21, к третьему счетчику импульсов 29, к оперативному идентификатору 33, соединенному со всеми схемами совпадения 24, 25, 26 и с выходным элементом 34. Обе схемы сравнения 30, 31 соединены с входным элементом 34, связанным с выходом блока 21 допускового контроля разности фаз, который подключен к блоку обработки сигналов 9, выходной порт для средств индикации и визуализации 35 блока обработки сигналов 9 соединен с блоком индикации, не входящим в заявляемое устройство и не показанным на Фиг.

Устройство контроля работоспособности электродвигателя постоянного тока работает следующим образом.

Преобразователи тока и напряжения подключены к шине питания электродвигателя постоянного тока последовательно с обмоткой возбуждения якоря электродвигателя постоянного тока. Ток, протекающий по шине, индуцирует в магнитопроводе магнитную индукцию, которая преобразуется в пропорциональное напряжение соответствующего знака. Конструкции преобразователя тока и преобразователя напряжения организованы на основе компенсационных схем преобразования. Усиленный сигнал с преобразователей тока и напряжения подается в обмотку, компенсирующую магнитное поле измеряемого тока, текущего по входной шине, пропущенной в отверстие магнитопровода. Преобразователи тока и напряжения работают как элементы сравнения в очень узкой области характеристики преобразования, чем достигается малая нелинейность преобразования и низкая зависимость от индивидуального разброса параметров преобразователей. Компенсирующий ток в преобразователях является одновременно их выходным информационным сигналом с линейным токовым выходом.

После включения электродвигателя на обмотку возбуждения якоря поступает пульсирующее постоянное напряжение. Так как коллектор электродвигателя постоянного тока является механическим преобразователем частоты, то ток в цепи якоря изменяет свое направление в обмотке якоря с коллекторной частотой

f_k=n·z/60,

где n - число оборотов якоря в минуту,

z - число коллекторных пластин.

Преобразованный сигнал с преобразователя тока поступает на вход усилителя. После усиления сигнал подается на амплитудный селектор, где происходит ограничение амплитуды сигнала до расчетного уровня, который задается источником опорного напряжения. С амплитудного селектора 6 сигнал подается на фильтр нижних частот и полосовой фильтр и соответствующие интеграторы. После выделения фильтром нижних частот информационный сигнал подается в блок обработки сигналов и обеспечивает измерение угловой скорости вращения якоря электродвигателя. Наряду с этим при нарушении условий коммутации информационный сигнал средних частот поступает на полосовой фильтр, где происходит выделение нужной частоты. Далее сигнал с полосового фильтра поступает через соответствующий интегратор в блок обработки сигналов, где осуществляется сравнение принятого с полосового фильтра сигнала и эталонных сигналов при разных видах коммутации. При сравнении, если частота попадает в диапазон коллекторных частот

f_Kот 610 до 930 кГц,

сигнал оценивается как соответствующий замедленной или ускоренной коммутации (предаварийное состояние), если коллекторная частота

f_K≥930 кГц,

то оценивается как соответствующий круговому огню по коллектору (аварийная ситуация). Блок обработки сигналов преобразует полученные результаты в цифровой код, которые через порт заявляемого устройства выводятся на средства индикации и визуализации, в частности на пульт управления и бортовой регистратор транспорта.

Для измерения величины напряжения питания электродвигателя используется преобразователь напряжения. Преобразователь ДИТ-300 Н RMS преобразует измеряемый сигнал в напряжение, пропорциональное среднеквадратичному значению входного тока. В преобразователях с пропорциональным среднеквадратичным выходным напряжением описанная выше схема обработки сигнала дополнена детектором истинных среднеквадратических значений (True RMS). Сигнал, выделенный схемой получения линейного токового выхода, преобразуется этим детектором в положительное напряжение, значение которого пропорционально истинному среднеквадратичному значению измеряемого тока.

ЭДС, выделенная схемой преобразователя напряжения, определяется по формуле:

E_H=K_HV_SB,

где K_H - коэффициент Холла, V_S - напряжение в цепи питания датчика, В - магнитная индукция от кабеля питания тягового электродвигателя.

Преобразователи тока и напряжения на основе датчиков Холла, используемые для контроля коммутации и неисправностей электродвигателя, также позволяют измерить угол разности фаз между током и напряжением.

Для работоспособного электродвигателя угол сдвига фаз между током и напряжением имеет значение от 16 до 40 градусов. Для электродвигателя с нарушением условий коммутации угол сдвига фаз имеет значение соответственно от 60 до 74 градусов. Значения углов сдвига фаз между током и напряжением питания электродвигателя обеспечивают повышение надежности эксплуатации электродвигателей постоянного тока.

Сигналы с преобразователя тока и преобразователя напряжения поступают на вход блока измерения разности фаз, где преобразуются в форму одиночных импульсов длительностью ΔT, равную соответственно углу сдвига фаз между напряжением и током в цепи якоря электродвигателя постоянного тока.

Блок измерения разности фаз работает следующим образом. Входные сигналы, поступающие с преобразователя тока в виде переменного напряжения U₁ и из преобразователя напряжения в виде постоянного напряжения U₂, усиливаются и ограничиваются усилителями-ограничителями. Напряжение с усилителя-ограничителя, фронты которого соответствуют переходам через нуль входного сигнала U₁, поступает на вход двухканального коммутируемого формирователя импульсов, выходные импульсы которого соответствуют фронтам выходного напряжения усилителя-ограничителя. Выходное напряжение усилителя-ограничителя поступает на вход триггера. Триггеры, на которые поступают импульсы по шинам, формируют импульсы, длительность которых равна временному интервалу между переходами через нуль в одном направлении сигналов U₁ и U₂ длительностью

Δt₁=t₂-t₁, Δt₂=t₄-t₃.

Выходные сигналы с триггеров поступают на входы преобразователя скважность-напряжение, который вырабатывает напряжение, пропорциональное

$\frac{Δ t_{1} + Δ t_{2}}{2 T}$ ,

т.е. обратно пропорциональное усредненной скважности импульсных последовательностей с выходов триггеров. Таким образом реализуется принцип работы фазометрического преобразователя разность фаз-напряжение. Также в преобразователе скважность-напряжение осуществляется форсированный перезаряд конденсаторов фильтра. Эти импульсы могут быть использованы для отсчета пройденных циклов измерения с помощью реверсивного счетчика. С выхода преобразователя скважность-напряжение информационный сигнал в виде последовательности импульсов поступает на вход блока допускового контроля разности фаз. Последний блок служит для сопоставления фазового сдвига φ с заданным пороговым значением φ_порог.

Блок допускового контроля разности фаз работает следующим образом. На входы устройства поступают импульсные сигналы из блока измерения разности фаз. Оперативный идентификатор вырабатывает на выходах соответственно импульсы с частотой

$\frac{F_{1}}{K}$ , $\frac{F_{1} A}{K}$ , $\frac{F_{1} Б}{К}$ ,

где F₁ - частота сигналов тактового генератора, поступающая из оперативного идентификатора. Импульсы с частотой

$\frac{F_{1}}{K}$

являются счетными для определения длительности входных импульсов первой последовательности (первых входных импульсов).

Коэффициент А определяет, какую часть длительности первого входного импульса составляет ширина допуска на измерении разности фаз, а коэффициент Б - какую часть длительности первого входного импульса составляет временной интервал, соответствующий заданной угловой разности фаз.

Стратегический идентификатор выдает одиночные импульсы после фронта среза первого входного импульса. На выходе первой схемы совпадения формируется пачка импульсов с частотой $\frac{F_{t}}{K}$ и длительностью, равной длительности первого входного импульса. На выходе второй схемы совпадения формируется пачка импульсов с частотой

$\frac{F_{t} A}{K}$

и длительностью, равной $\frac{1}{A}$ длительности t первого входного импульса. На А выходе третьей схемы совпадения формируется пачка импульсов с частотой

$\frac{F_{t} Б}{K}$

и длительностью, равной $\frac{1}{Б}$ длительности t второго входного импульса. Импульсы с выходов всех схем совпадения подсчитываются соответствующими счетчиками импульсов.

На обнуляющий вход первого счетчика импульсов подается короткий импульс непосредственно после спада импульса первой последовательности. При достижении равенства входных кодов на выходах первой и второй схем сравнения появляются сигналы, останавливающие работу второго и третьего счетчиков импульсов. Второй счетчик импульсов обнуляется импульсом стратегического идентификатора, формируемым по фронту первого входного импульса, а третий счетчик импульсов - импульсом стратегического идентификатора, формируемым по фронту и спаду первого входного импульса.

На выходе первой схемы сравнения формируется импульс, длительность которого соответствует интервалу времени, составляющему часть

$t - \frac{t}{A}$

длительности первого входного импульса. Первая схема сравнения сопоставляет имеющийся код на выходах первого счетчика импульсов с текущим кодом на выходах второго счетчика импульсов. Поскольку на второй счетчик импульсов поступают сигналы с частотой в А раз выше, чем на первый счетчик импульсов, равенство кодов достигается за время в А раз более короткое, чем длительность первого входного импульса.

В случае совпадения кодов первая схема сравнения выдает логическую единицу и останавливает первый счетчик импульсов.

Равенство кодов сохраняется до обнуления первого счетчика импульсов с помощью импульса стратегического идентификатора в момент прихода фронта первого входного импульса.

Логическая единица на выходе первой схемы сравнения сохраняется от момента равенства кодов до фронтов первого входного импульса. Вторая схема сравнения работает аналогично с той разницей, что формирует импульс, длительность которого соответствует интервалу времени, составляющему часть

$t - \frac{t}{Б}$

второго входного импульса. Логическая единица на выходе второй схемы сравнения сохраняется от момента окончания $\frac{1}{Б}$ части второго входного импульса Б до момента фронта первого входного импульса.

Выходной элемент вырабатывает сигнал индикации, если момент появления логической единицы на выходе второй схемы сравнения совпадает с временем сохранения логической единицы на выходе первой схемы сравнения, что соответствует наличию конца интервала, кратного Б, вне временного интервала соответствующего ширине первого входного импульса и вне интервала, кратного А. Это означает наличие сдвига фаз первого и второго входных импульсов на угловую величину $\frac{t}{Б}$ с допуском $\frac{t}{A}$ . Для измерения угловой разности фаз в пределах π-2π достаточно инвертировать второй выходной импульс. Данные поступают с блока допускового контроля разности фаз на блок обработки сигналов, с которого данные выводятся на средства индикации и визуализации.

Устройство обеспечивает высокое быстродействие измерения, результат выдается за время, меньшее периода входного сигнала.

Пример.

Преобразователи тока и напряжения могут быть представлены схемами ДИТ-300 Н и ДИТ-300 Н RMS соответственно, которые состоят из размещенных в изолированном корпусе замкнутого магнитопровода с датчиком Холла в его зазоре и печатной платы с электронной схемой обработки сигнала. Усилитель может быть выполнен на микросхеме операционного усилителя К140УД3, амплитудный селектор на микросхеме К174АФ1. Блок обработки сигналов выполнен на интегральных микросхемах АЦП К572ПВ2, компараторов К555СП1, дешифраторов К531ИД14. Фильтр нижних частот и полосовой фильтры выполнены на интегральной микросхеме К140УД1.

Источник опорного напряжения выполнен на интегральной схеме МАХ038.

Блок измерения разности фаз может содержать источник питания; усилители-ограничители, выполненные на интегральных микросхемах К140УД1; формирователь импульсов; триггеры, выполненные на интегральных микросхемах К564ТР2, преобразователь скважность-напряжение.

Блок допускового контроля состоит из:

- согласующих устройств, выполненных на микросхеме операционного усилителя К140УД1;

- стратегического идентификатора - на микросхеме ППЗУ К500РЕ149, содержащего информацию о критических значениях параметров контроля φ_порог и производящего вычисление поступающих входных импульсов;

- оперативного идентификатора, выполненного на микросхеме АЛУ К1800ВС1, реализованного с помощью программного обеспечения, который вычисляет прогнозные значения параметров контроля, производит в процессе функционирования обучения параметров контроля в виде портретных характеристик работоспособности электродвигателя;

- схем совпадения, выполненных на интегральных микросхемах серии 561 КМОП;

- счетчиков импульсов, выполненных на интегральных микросхемах К561ТВ1;

- схем сравнения, выполненного на интегральных микросхемах К555СП1;

- выходного элемента, выполненного на интегральных микросхемах К531ИД14.

Все комплектующие, названные в примере и в других разделах описания, выполнены стандартным образом, описание которых широко представлены в учебной и специальной литературе по данной тематике.

1. Устройство контроля работоспособности электродвигателя постоянного тока, включающее помещенные в корпус фильтры частот и соответствующие им интеграторы, блок обработки сигналов, порт с выводами на средства индикации и визуализации, отличающееся тем, что оно содержит преобразователи тока и напряжения, выполненные на основе датчиков Холла и установленные дистанционно с возможностью подключения их к шине питания электродвигателя постоянного тока; в корпус дополнительно введены усилитель, амплитудный селектор, источник опорного напряжения, блок измерения разности фаз и блок допускового контроля разности фаз, порт с клеммами для передачи информационных сигналов, порт с клеммами для дополнительного питания дистанционных элементов, при этом в качестве фильтров частот использованы фильтр нижних частот и полосовой фильтр, каждый из которых образует с соответствующим ему интегратором параллельные электрические цепи; вышеназванные блоки и элементы соединены следующим образом: амплитудный селектор - с усилителем, с источником опорного напряжения и посредством вышеуказанных параллельных электрических цепей - с блоком обработки сигналов, который подключен к источнику опорного напряжения, к порту с выводами на средства индикации и визуализации, к блоку допускового контроля разности фаз, связанному с блоком измерения угла разности фаз, причем последний соединен портом с клеммами для передачи информационных сигналов, который подключен к усилителю, порт с клеммами для подключения питания дистанционных элементов соединен с источником опорного напряжения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что его блок измерения угла разности фаз содержит источник питания, два усилителя-ограничителя, формирователь импульсов, два триггера, преобразователь скважность-напряжение, выход и два входа, при этом вышеназванные элементы соединены следующим образом: к источнику питания подключены усилители-ограничители, формирователь импульсов, триггеры, преобразователь скважность-напряжение; усилители-ограничители соединены с входами блока и один из усилителей-ограничителей соединен с одним из триггеров, а другой усилитель-ограничитель связан с формирователем импульсов, который, в свою очередь, соединен с триггерами, причем последние подключены к преобразователю скважность-напряжение, соединенному с выходом блока.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем блок допускового контроля разности фаз содержит стратегический идентификатор, оперативный идентификатор, первый и второй согласующие элементы, первую, вторую, третью схемы совпадения, первый, второй, третий счетчики импульсов, первую и вторую схемы сравнения, выходной элемент, вход и выход, при этом названные элементы соединены следующим образом: первый согласующий элемент соединен с первой и второй схемами совпадения, подключенными к соответствующим им первому и второму счетчикам импульсов, соединенным между собой и с первой схемой сравнения; второй согласующий элемент подключен к последовательно соединенным третьей схемойе совпадения, третьему счетчику импульсов, второй схеме сравнения, которая, в свою очередь, подключена к первому счетчику импульсов; стратегический идентификатор подключен к входу, к третьему счетчику импульсов, к выходному элементу и к оперативному идентификатору, соединенному со всеми схемами совпадения; обе схемы сравнения соединены с входным элементом, связанным с выходом, а оба согласующих элемента соединены с входом.

Изобретение относится к области испытаний обмоток якорей коллекторных электрических машин постоянного тока. Сущность: создают режим ударного импульсного возбуждения одновременно всех параллельных ветвей обмотки вращающегося якоря путем посылки импульсов напряжения возбуждения от генератора импульсных напряжений ГИН с частотой следования, например, 50 импульсов в секунду на коллектор относительно корпуса.

Стенд для исследования и испытания электроприводов // 2521788

Изобретение относится к области электротехники, а именно к испытательной технике и электрооборудованию, в частности может быть использовано для испытания электроприводов с асинхронными двигателями.

Способ и система мониторинга сигналов от вала вращающейся машины // 2518597

Заявленная группа изобретений относится к измерительной технике и, в частности, предназначена для мониторинга вала вращающейся машины. Способ мониторинга сигналов, имеющих отношение к валу вращающейся машины, содержит этапы, на которых принимают сигналы напряжения, имеющие отношение к валу, принимают сигналы тока, имеющие отношение к валу, вычисляют и анализируют тенденцию максимальных значений напряжения и тока по валу, вычисляют и анализируют тенденцию средних значений напряжения и тока по валу, вычисляют и анализируют тенденцию коэффициента гармоник напряжения по валу, принимают сигнал синхронизации, позволяющий синхронизировать принятый сигнал тока с колебательным сигналом возбуждения, разрешают по времени сигнал тока, связывают группу разрешенных по времени сигналов тока с неисправным состоянием, определяют неисправное состояние, используя максимальные значения напряжения и тока по валу, средние значения напряжения и тока по валу, коэффициент гармоник напряжения по валу и группу разрешенных по времени сигналов тока, и если имеется неисправное состояние, уведомляют пользователя о его наличии.

Устройство контроля продолжительности контактирования элементов качения подшипникового узла электрической машины // 2510562

Изобретение относится к области электротехники и касается электрических машин и преобразователей угла. Предлагаемое устройство контроля содержит регулируемый стабилизированной источник постоянного тока (1), ключ (2), регулируемый резистор (3), первый усилитель (4), второй усилитель (5), компаратор (6), инвертор (7), первую схему И (8), мультивибратор (9), вторую схему И (10), первый счетчик (11), второй счетчик (12), первый регистр (13), второй регистр (14), компьютер (15), измеритель сопротивления (16), проверяемую электрическую машину (17), датчик углового положения (ДУП) (18), редуктор (19), электродвигатель (20), блок управления (БУ) (21), состоящий из следующих элементов: Т-триггера (22), третьей схемы И (23), реле (24) с его обмоткой (25) и с нормально замкнутым контактом (26), второго источника питания (27) и тумблера (28) СТАРТ.

Способ контроля качества пропитки обмоток электротехнических изделий // 2503116

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться, в частности, для контроля качества пропитки изоляционным составом обмоток электродвигателей, катушек трансформаторов и дросселей.

Способ определения параметров асинхронного электродвигателя // 2502079

Изобретение относится к электротехнике. В течение пуска и торможения выбегом электродвигателя одновременно проводят измерение мгновенных величин токов и напряжений на двух фазах статора и частоты вращения вала электродвигателя, определяют модуль вектора тока статора, преобразуют напряжения из естественной координатной системы в прямоугольную стационарную систему координат.

Устройство для испытаний частотно-управляемого гребного электропривода системы электродвижения в условиях стенда // 2498334

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в судовых системах электродвижения с частотно-управляемым гребным электродвигателем при проведении приемосдаточных испытаний гребного электродвигателя (ГЭД) и системы электродвижения (СЭД) в условиях стенда.

Способ согласования магнитопроводов ротора и якоря в двухмерных электрических машинах-генераторах // 2496211

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к способам согласования магнитопроводов ротора и статора в двухмерных электрических машинах, и может быть использовано для технико-экономической и конструктивной совместимости концентрически расположенных магнитопроводов (внешнего ротора и внутреннего якоря с коллектором) двухмерных электрических машин-генераторов (ДЭМ-Г).

Способ диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность // 2496115

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, в частности обмоток электрических машин и аппаратов.

Способ анализа функционирования электромеханического привода для механизированного управления экраном и привод для его осуществления // 2487460

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для закрывания, затемнения защиты от солнца или для экранирования в здании. .

Способ защиты от эксцентриситета ротора электрической машины переменного тока // 2530727

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических машинах переменного тока. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и области применения, повышение чувствительности. Способ защиты от эксцентриситета ротора машины переменного тока основан на измерении параметров внешнего магнитного поля машины и формировании сигнала на отключение. Сигнал с измеренными параметрами магнитного поля машины переменного тока преобразуют в однополярный, выделяют из него гармонические составляющие с частотами fc(ν-1/p) и fc(ν+1/p). Если величина хотя бы одной из частот превысит первую пороговую величину, то формируют сигнал о наличии эксцентриситета ротора. Если величина хотя бы одной из частот превысит вторую пороговую величину, то формируют сигнал на отключение машины от сети, где ν принимает значения 0, 1, 2…; p - число полюсов, fc - частота основной гармонической сети Использование способа защиты позволяет своевременно определить критическую величину эксцентриситета ротора и отключить электрическую машину от сети, а следовательно, сократить время и стоимость послеаварийного ремонта на таких машинах с любым числом полюсов. 3 ил.

Способ нагрузки синхронных машин // 2530876

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для испытания синхронных машин на электромашиностроительных заводах, ремонтных предприятиях и при эксплуатации. Техническим результатом является повышение точности измерения КПД, расширение функциональных возможностей по величине передаваемой мощности. В способе нагрузки синхронной машины в качестве нагрузочной машины используют асинхронную машину с фазным ротором. Возбуждение ротора осуществляют от источника трехфазного тока с независимо задаваемой нулевой частотой, с поворотом поля ротора на любой заданный угол и возможностью нагрузки испытываемой машины в двигательном и генераторном режимах, в том числе и при углах нагрузки больше критического. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока // 2532762

Изобретение относится к диагностике технического состояния силового электрооборудования. Осуществляют запись зависимостей от времени напряжения и тока, потребляемых электродвигателем, выполняемую с помощью датчиков напряжения. Обрабатывают сигналы фильтром низких частот. Определяют расхождение амплитуд сигналов токов, напряжений и мощности каждой фазы. Рассчитывают коэффициенты несимметрии тока, напряжений, мощности и коэффициенты гармонических колебаний, используя фильтр низких частот. Отфильтровывают спектр исследуемых частот от общего сигнала. Затем определяют уровень влияния качества питающего напряжения в части наличия несимметрии, импульсов перенапряжения и высших гармонических составляющих и на основе получаемых данных с учетом текущего задания выходной координаты определяют техническое состояние электропривода и оценивают остаточный ресурс. Технический результат заключается в повышении эффективности обнаружении неисправности на ранней стадии возникновения. 1 ил.

Способ диагностирования изоляции обмоток статора асинхронного электродвигателя // 2537744

Изобретение относится к области диагностики межвитковых замыканий и снижения сопротивления обмотки статора асинхронного электродвигателя относительно корпуса в сетях с глухозаземленной нейтралью. Способ заключается в измерении полных сопротивлений обмоток статора электродвигателя при номинальной частоте вращения ротора электродвигателя, а также в измерении тока утечки на корпус асинхронного электродвигателя совместно с измерением напряжения на корпусе электродвигателя относительно искусственной нулевой точки, образованной подключением фильтра напряжения нулевой последовательности к фазам питающей сети. Измерения сопротивлений производятся косвенным путем при помощи действующих значений токов и напряжений на обмотках статора электродвигателя. Измерение частоты вращения ротора электродвигателя производится с помощью датчика частоты вращения. Технический результат заключается в диагностировании межвитковых повреждений и снижения сопротивления изоляции относительно корпуса электродвигателя на ранней стадии развития, а также осуществления контроля целостности защитного проводника РЕ в системах TN-S, TN-C-S, или совмещенного нулевого защитного и нулевого рабочего проводников PEN в системе TN-C, или РЕ проводника в системе заземления ТТ. 1 ил.

Способ и устройство для повышения надежности обнаружения короткого замыкания на землю генератора на вращающейся электрической машине // 2539098

Изобретение относится к диагностике обмоток электрических машин. Сущность: способ обнаружения короткого замыкания на землю во вращающейся электрической машине содержит подачу тестового сигнала на заданной частоте на обмотку, измерение электрического параметра сигнала отклика в обмотке, являющегося результатом поданного тестового сигнала, и обнаружение короткого замыкания на землю на основании измеренного значения электрического параметра. При этом непрерывно определяют частоту сигнала отклика и сбрасывают измеренное значение, соответствующее определенной частоте, когда эта частота отклоняется от заданной частоты при первом пороговом значении. Технический результат: повышение надежности обнаружения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ формирования механической характеристики электропривода постоянного тока // 2542348

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при разработке электроприводов для систем автоматического управления летательными аппаратами. Техническим результатом является повышение точности формирования требуемой механической характеристики электропривода. В способе формирования механической характеристики электропривода передаточным числом редуктора формируют отношение пускового момента к скорости холостого хода требуемой механической характеристики, а их абсолютные значения обеспечивают напряжением питания электродвигателя. Фактором, оптимизирующим электропривод, является то, что требуемая механическая характеристика электропривода обеспечивается минимальными значениями передаточного числа редуктора и напряжения питания электродвигателя. 1 ил.

Способ диагностирования электрической машины // 2542596

Предложенное изобретение относится к электротехнике и предназначено для диагностирования статических и динамических эксцентриситетов в электрических машинах автономных объектов, как в процессе эксплуатации, так и в процессе испытаний, например авиационных генераторов. Согласно предложенному способу диагностирования электрической машины измеряют электродвижущую силу в момент холостого хода электрической машины на номинальной частоте вращения ротора, сравнивают ее с эталонной величиной, характеризующей исправное состояние электрической машины, и при расхождении измеренной электродвижущей силы и эталонной по величине измеренной электродвижущей силы рассчитывают величины статических и динамических эксцентриситетов. По разложению осциллограммы измеренной электродвижущей силы в ряд Фурье рассчитывают уровень колебаний. Кроме того, по величинам статических и динамических эксцентриситетов, а также по уровню колебаний судят о техническом состоянии электрической машины в режиме реального времени. Технический результат: повышение точности диагностики электрической машины, введение возможности определения не только количественных, но и качественных характеристик дефекта (например, типа эксцентриситета - статический или динамический), упрощение технической реализации диагностики, а также возможность диагностики в режиме реального времени. 4 ил.

Способ контроля метрологических характеристик систем управления электроприводов переменного тока // 2542605

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах для анализа и контроля метрологических характеристик измерительных трактов систем, построенных на базе асинхронного двигателя с преобразователем частоты. Сущность: в двух фазах электродвигателя с помощью бесконтактных датчиков тока производят измерение и запись мгновенных значений токов статора асинхронного двигателя. Осуществляют преобразование записанных сигналов в цифровую форму. Данные обрабатывают и строят расчетно-экспериментальный годограф пространственного вектора тока статора. По геометрическим характеристикам, к которым относят площадь, форму, значения углов между базовыми векторами, коэффициент эллиптичности, проводят определение и анализ метрологических характеристик каналов контроля и управления системы «преобразователь частоты - асинхронный двигатель», а также проверяют питающую сеть по показателям качества электроэнергии. Технический результат: упрощение контроля метрологических характеристик систем управления асинхронных электроприводов, упрощение процедуры оценки погрешностей без отключения от производственного цикла, повышение достоверности прогнозирования времени появления отказов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство оценивания параметров и процессов асинхронного электродвигателя // 2543495

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматизированной идентификации параметров электропривода с асинхронными электродвигателями. Технический результат - расширение области применения. Устройство содержит трехфазный асинхронный электродвигатель, параметры которого подлежат оцениванию, датчики фазных напряжений статора, датчики фазных токов статора, преобразователь фазных напряжений и преобразователь фазных токов статора, позволяющие преобразовывать фазные напряжения и токи статора в напряжения и токи обобщенной машины, настраиваемую модель асинхронного электродвигателя, пять блоков вычисления оценок параметров, сумматоры. Устройство позволяет оценивать параметры, переменные величины и частоту вращения асинхронного электродвигателя без использования датчиков частоты вращения, углового ускорения и устройств дифференцирования. 8 ил.

Способ адаптации обнаружения короткого замыкания на землю // 2544267

Изобретение относится к способу адаптации обнаружения короткого замыкания на землю к изменению состояния электрической машины. Сущность: электрическая машина находится в первом состоянии машины, первое опорное значение определяется для измеряемых значений электрической величины. Обнаружение короткого замыкания на землю содержит непрерывное измерение электрической величины в обмотке и обнаружение короткого замыкания на землю на основе измеряемых значений электрической величины и первого опорного значения. Способ содержит прием сигнала (101, 102), обнаружение изменения состояния машины на основе принятого сигнала (120) и изменение на второе опорное значение для измеряемых значений электрической величины, когда обнаруживается изменение состояния машины, причем второе опорное значение отличается от первого опорного значения (100). Технический результат: повышение точности обнаружения короткого замыкания на землю при изменении рабочего состояния машины. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.