ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА РАЗРЫВА ПРИ КОНТРОЛЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ИСКРЕНИЯ ЩЕТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Российский патент 1995 года по МПК G01R31/34 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам контроля коммутации путем бесконтактного измерения мгновенных значений тока разрыва в коммутируемых секциях коллекторных электрических машин.

Известно устройство для исследования коммутации коллекторной электрической машины, содержащее бесконтактный индукционный датчик, измерительную установку (осциллограф), синхронизирующее устройство, включающее в себя предварительный усилитель и формирователь сигнала с датчика, и датчик синхронизации [1]
Известное устройство позволяет повысить точность измерения параметров коммутации за счет особого расположения индукционного датчика в коллекторной камере.

Известно устройство для бесконтактного измерения мгновенных значений импульсов тока разрыва в коммутируемых секциях коллекторных электрических машин, содержащее бесконтактный индукционный датчик, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, первый аналоговый ключевой элемент, интегратор, компаратор, измерительный преобразователь для измерения колебаний воздушного зазора между коллекторной пластиной и бесконтактным индукционным датчиком тока, амплитудный детектор, элемент памяти, регулирующий элемент, второй аналоговый ключевой элемент, формирователь импульсов, резистор и источник опорного напряжения [2]
В этом устройстве повышение точности измерения параметров коммутации коллекторных электрических машин достигается за счет корректировки коэффициента усиления пропорционально изменению воздушного зазора между коллекторной пластиной и датчиком тока.

Общим недостатком известных устройств является возможность ошибки при контроле измеренного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому прибору является бесконтактный измеритель импульсных токов, включающий бесконтактные индукционные датчики, выносной буферный блок с усилителем и коммутатором, масштабный усилитель, аналоговый ключевой элемент, блок компараторов, интегратор, пиковый детектор, интегрирующий преобразователь среднего значения сигнала, указатель полярности импульсов, индикаторный прибор, функциональный преобразователь напряжение-ток и переключатель.

Недостатки прототипа состоят в том, что данное устройство при измерении интенсивности искрения щеток не в состоянии измерять ток разрыва на завершающем этапе коммутационного процесса на всех щеточных бракетах с отображением наихудшего результата измерений и не позволяет выбрать наихудший бракет.

Кроме того, устройство может допустить ошибку в определении амплитуды мгновенных значений тока разрыва, так как например, при прерывании коммутационной дуги и ее продолжении в течение одного коммутационного цикла происходит сброс первоначального сигнала на выходе интегратора, что приводит к ошибке в определении истинного значения амплитуды тока разрыва.

К тому же в известном устройстве сигнал опорного напряжения определяется предварительно, в зависимости от минимально возможной величины производной импульса тока разрыва, что может привести к тому, что при использовании прибора на разнотипных электрических машинах при переменных режимах работы точность формирования опорного напряжения падает и приводит к ошибке при измерении тока разрыва.

Цель изобретения состоит в создании устройства, свободного от выше перечисленных недостатков, что приведет к повышению точности измерения тока разрыва при контроле интенсивности искрения щеток электрической машины.

Цель достигается за счет того, что известное устройство, содержащее магниточувствительные датчики, выносной буферный блок с усилителем и коммутатором, масштабный высокочастотный усилитель, аналоговый ключевой элемент, интегратор, устройство для выделения пиковых значений сигнала, содержит n выносных буферных блоков, 2n магниточувствительных датчиков, интегратор снабжен формирователем задержки управления, устройство для выделения пиковых значений сигнала выполнено в виде разнополярных блоков, дополнительно прибор содержит источник порогового напряжения, снабженный формирователем порогового напряжения, разнополярные блоки аналоговой памяти, разнополярные аналого-цифровые преобразователи информативного сигнала, разнополярные индикаторы амплитуды тока разрыва, генератор тактовых импульсов, блок двоичных счетчиков, логическое устройство управления последовательности циклов измерений, индикатор контроля включенных датчиков и ключевой элемент ручного управления, при этом каждый датчик соединен с одноименным информационным входом коммутатора, выход которого соединен с входом усилителя выносного буферного блока, выход которого соединен с соответствующим входом аналогового ключевого элемента, выход которого соединен с входом масштабного усилителя, выход которого соединен с информационным входом управляемого интегратора и с входом формирователя порогового напряжения, выход которого соединен с входом формирователя задержки управления интегратора, выход которого соединен с управляющим входом интегратора, выход которого соединен с информационными входами разнополярных блоков выделения пиковых значений сигнала, выход каждого из них соединен с соответствующими информационными входами разнополярных блоков аналоговой памяти, информативные выходы разнополярных блоков аналоговой памяти соединены с информационными входами разнополярных аналого-цифровых преобразователей, а логические выходы блоков аналоговой памяти соединены с информационным входом логического устройства управления последовательности циклов измерений, выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с входами соответствующих разнополярных индикаторов, а выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом двоичных счетчиков, выход которого соединен с первым управляющим входом логического устройства управления последовательности циклов измерений, а второй управляющий вход блока счетчиков соединен с ключевым элементом ручного управления, выход которого соединен с нулевой шиной, при этом первый информационный выход логического устройства управления последовательности циклов измерений соединен параллельно с управляющим входом выносных буферных блоков, с управляющим входом аналогового ключевого элемента, с управляющими входами разнополярных блоков выделения пиковых значений сигнала, с управляющими входами блоков аналоговой памяти, с управляющими входами аналого-цифровых преобразователей и разнополярных индикаторов, при этом второй информационный выход устройства логического управления последовательности циклов измерений соединен с входом индикаторов контроля датчиков.

При этом заявляемый прибор дополнительно содержит калибратор, снабженный генератором эталонных импульсов, причем выход калибратора имеет возможность подключения к входам выносных буферных блоков вместо магниточувствительных датчиков.

Новые по сравнению с прототипом признаки заявляемого прибора состоят в новом соотношении количества выносных буферных устройств с магниточувствительными датчиками; в изменении известных по прототипу блоков; в наличии новых блоков, дополнительно введенных в схему прибора; в наличии новых взаимосвязей между дополнительно введенными блоками и остальными элементами схемы.

Наличие у заявляемого прибора n выносных буферных устройств (например, в количестве, равном количеству щеточных бракетов для реверсивных машин), к каждому из которых при наличии коммутатора можно подключить два магниточувствительных датчика, позволяет измерить импульсы тока разрыва, возникающие на завершающем этапе коммутационного процесса на всех щеточных бракетах одновременно или выборочно на любом из них по желанию испытателя.

Когда измерения производятся в автоматическом режиме путем последовательного измерения импульсов тока разрыва на всех датчиках, на индикаторах тока разрыва отображается наихудший результат цикла измерения, одновременно на индикаторах контpоля включенных датчиков отображается номер датчика, соответствующего наихудшему результату. Все это позволяет сделать начальный выбор наихудшего щеточного бракета.

Выполнение источника порогового напряжения с новым блоком формирователя порогового напряжения и блоком формирователя задержки позволит в зависимости от режима работы автоматически выбрать величину порогового напряжения и точно выделить величину и длительность полезного сигнала, при этом интегратор восстанавливает истинную форму амплитуды сигнала тока разрыва, не допуская ошибки, например, при прерывании и продолжении коммутационной дуги во время одного коммутационного цикла.

Выполнение блоков пиковых детекторов разнополярными позволит фиксировать амплитудное значение максимального сигнала отрицательной и положительной полярностей, а разнополярные блоки аналоговой памяти, аналого-цифровых преобразователей и индикаторов тока разрыва введены для преобразования сигнала в цифровую форму с отображением на индикаторах наихудшего результата цикла измерения. Причем амплитуды сигналов тока разрыва положительной и отрицательной полярностей отображаются на разных индикаторах, что позволяет определить оптимальную величину коммутируемого поля под дополнительными полюсами при различных режимах работы электрических машин постоянного тока.

Блоки генератора тактовых импульсов, двоичных счетчиков, логического устройства управления последовательности циклов измерения задают алгоритм измерения.

Ключевой элемент ручного управления устанавливает режим измерения (автоматический или ручной, последний применяют для измерения тока разрыва выборочно на одном бракете с помощью одного датчика). Калибратор предназначен для проверки работоспособности прибора.

На фиг. 1 представлена структурная схема прибора для измерения тока разрыва при контроле интенсивности искрения щеток электрических машин; на фиг. 2 функциональная схема формирователя порога напряжения и формирователя задержки управления интегратора; на фиг. 3 функциональная схема логического устройства управления прибора; на фиг. 4 временные диаграммы работы прибора.

Структурная схема прибора для измерения тока разрыва при контроле интенсивности искрения щеток электрических машин состоит из следующих блоков: магниточувствительных датчиков 1, выносных буферных блоков 2, аналоговых ключевых элементов 3, масштабного усилителя 4, интегратора 5, разнополярных блоков 6 выделения пиковых значений сигнала, разнополярных блоков 7 аналоговой памяти, разнополярных аналого-цифровых преобразователей 8 информативного сигнала, разнополярных индикаторов 9 тока разрыва, формирователя 10 порога напряжения, формирователя 11 задержки управления интегратора, генератора 12 тактовых импульсов, двоичных счетчиков 13, логического устройства 14 управления последовательности циклов измерения, индикаторов 15 контроля включенных датчиков, ключевого элемента 16 ручного управления.

Прибор работает следующим образом. Работа прибора поясняется временными диаграммами в соответствующих точках структурной схемы (см. фиг. 1).

Магниточувствительные датчики 1 для измерения тока разрыва в количестве 2n устанавливают у коллектора с помощью щупов-держателей на каждом из n бракетов между боковой гранью близлежащего к петушку щеткодержателя и петушком коллектора, у края щетки, ориентированного вдоль продольной оси коллектора, вне пространства, ограниченного размерами щеточного бракета, над контактирующими (с обегающими и набегающими краями щеток) коллекторными пластинами.

Сигналы на выходе датчиков 1 (D₁.D_2n), пропорциональные производной полного измеряемого тока коммутируемых секций, поступают на соответствующие входы выносных буферных блоков 2, где коммутируются согласно алгоритму по управляющему сигналу с логического устройства 14 управления, усиливаются и согласовываются с кабельной линией. С выхода буферных блоков 2 сигналы по кабельным линиям поступают на информационные входы блока аналоговых ключевых элементов 3 (точки a₁, a₂, а_n), где также коммутируются согласно алгоритму по управляющим сигналам с логического устройства 14 управления последовательности циклов измерений. При подключении датчика D_2n к масштабному усилителю посредством коммутатора датчиков блока 2(N) и блока аналоговых ключевых элементов 3, согласно выбранному алгоритму, задаваемому кнопкой 16 ручного управления выбора датчика, на выходе 4 (точка б) будет присутствовать сигнал, пропорциональный производной полного измеряемого тока, скорректированного коэффициентом масштабного усилителя 4. Затем сигнал поступает на информационный вход управляемого интегратора 5 и одновременно на вход формирователя 10 порога напряжения, где формируется логический сигнал для управления интегратором 5 (точка в), который поступает через блок 11 формирователя задержки. С выхода блока 11 формирователя задержки логический сигнал поступает на управляющий вход интегратора 5 (точка г).

На выходе управляемого интегратора 5 (точка д) формируется разнополярный сигнал, пропорциональный истинным мгновенным значениям тока разрыва коммутируемых с искрением секций. Формирователь 10 порога обеспечивает безошибочное выделение истинного сигнала, соответствующего только току разрыва, а формирователь 11 задержки служит исключению ошибки при повторном интегрировании в случае разрыва дуги одного и того же коммутационного цикла.

Затем сигнал с управляемого интегратора 5 подается для выделения амплитудных значений на информационные входы разнополярных блоков 6 выделения пиковых значений. С выходов блока 6 выделения пиковых значений (точки е, е') сигнал поступает на информационные входы разнополярного блока 7 аналоговой памяти, где в течение времени цикла измерений Т_ц идет накопление аналоговой информации о величине амплитуды тока разрыва и запоминание ее на время преобразования в цифровой код (точки з. з') разнополярным блоком аналого-цифровых преобразователей 8.

После преобразования в блоке 8 цифровой код поступает на вход блока 9 разнополярных цифровых индикаторов величины тока разрыва.

Для управления прибором по заданному алгоритму измерений (в ручном или автоматическом режиме работы) прибор имеет генератор 12 тактовых импульсов, выход которого подключен на первый информационный вход блока двоичных счетчиков 13, (точка и), а к второму управляющему входу счетчика подключен ключевой элемент (кнопка) 16 ручного управления переключения датчиков, которая соединяет этот вход с шиной нулевого потенциала, тем самым изменяет режим работы блока двоичных счетчиков 13. Сигнал тактовой частоты с генератора 12 поступает на вход блока счетчиков 13, где формируются тактовые импульсы для синхронизации логического устройства 14 управления последовательностей циклов измерений, которые подаются на его первый управляющий вход (точка к). На второй логический вход устройства 14 управления поступают логические сигналы с выходов разнополярного блока 7 аналоговой памяти, дающие информацию о состоянии этого блока, которая необходима для разрешения выполнения переключений датчиков 1 посредством выносных буферных блоков 2 и блока аналоговых ключевых элементов 3.

В случае, если преобразование информации об амплитуде тока разрыва уже завершилось в разнополярном блоке 8 аналогово-цифровых преобразователей, то блок 14 через первый информационный вход разрешает подачу логических сигналов на переключение магниточувствительных датчиков и обнуление блоков 6-9, а также через второй информационный вход осуществляет контроль и переключение номера включенного датчика посредством индикаторов 15 датчиков.

В автоматическом режиме работы схема прибора работает аналогичным образом, только переключением датчиков управляет генератор тактовых импульсов 12.

Предлагаемый прибор может быть реализован с использованием следующих элементов. Магниточувствительные датчики 1 могут быть выполнены конструктивно с использованием описанных рекомендаций. Блок 2 выполняется с использованием герконовых реле типа РЭС 55А и операционных усилителей типа К 154 УД 3 или аналогичных по параметрам. Блок аналоговых ключевых элементов 3 осуществляется с применением микросхем типа К 590 КИ8А и К590КИ8Б. Масштабный усилитель 4 выполнен на микросхеме К154УД3, а интегратор 5 на операционных усилителях типа К 544УД2. Разнополярный блок 6 выделения пиковых значений сигнала реализуется на операционных усилителях типа К 544УД2, а разнополярный блок 7 аналоговой памяти на микросхемах К 1100СК2 и К 597СА2. Блок 8 разнополярных аналого-цифровых преобразователей выполняется на микросхемах типа К 572ПВ2А, а индикаторами служат светодиодные матрицы типа АЛС32ЧБ.

Формирователь порога, функциональная схема которого приведена на фиг. 2, содержит прецизионный выпрямитель 10.1 микросхема типа К 544УД2, активный фильтр 10.2 микросхема типа К 544УД2, элемент аналоговой памяти 10.3 микросхема типа К 1100СН2, сумматор 10.4 микросхема К 154УД3, пороговый элемент 10.5 микросхема К597СА2, триггерный элемент 10.6, а также задатчик 10.7 уставки, выполненный на микросхеме К 817ЕИ2А или аналогичным образом в виде делителя напряжения.

Формирователь 11 задержки (фиг. 2) состоит из логического элемента 11.1 типа К 155ЛА3 и вибратора 11.2, типа К 155АГ3. Реализация взаимодействия блока 14 логического управления циклом измерений с блоками 6-9, 13, 15 рассмотрена для одной положительной полярности сигналов, поступающих с интегратора 5. Для отрицательной полярности сигналов порядок взаимодействия аналогичный и на фиг. 3 не показан.

Генератор 12 тактовых импульсов выполнен на микросхеме К 155ЛА3. Блок счетчиков 13 реализован на микросхемах К 155ИЕ2 с необходимыми коэффициентами деления.

Блок 14 управления содержит четыре логических элемента И (14.1, 14.5, 14.7, 14.3), логический элемент ИЛИ (14.4) два триггерных элемента (14.2, 14.6), дешифратор номеров датчиков 14.8 и выполняется на основе программируемой матрицы типа К556РТ5. Индикаторы 15 контроля включенных датчиков выполнены на знакосинтезирующих семисегментных матрицах типа АЛС 324Б. Функцию ключевого элемента 16 выполняет кнопка типа КМ 1-1.

Использование: в электронике, в устройствах контроля коммутации путем бесконтактного измерения мнгновенных значений тока разрыва в коммутируемых секциях коллекторных электрических машин. Сущность изобретения: прибор содержит n выносных буферных блоков, 2 n магниточувствительных датчиков, усилитель, аналоговый ключевой элемент, интегратор, пороговый элемент, источник порогового напряжения, включающий формирователь порогового напряжения, масштабный усилитель, формирователь задержки управления интегратора, разнополярные блоки выделения пиковых значений сигнала, разнополярные блоки аналоговой памяти, разнополярные аналого-цифровые преобразователи информативного сигнала, разнополярные индикаторы амплитуды тока разрыва, а также генератор тактовых импульсов, блок двоичных счетчиков, логическое устройство управления последовательности циклов измерений, индикатор контроля включенных датчиков и ключевой элемент ручного управления. Прибор также содержит колибратор, снабженный генератором эталонных импульсов. При этом решается задача повышения точности измерений тока разрыва при контроле интенсивности искрения щеток электрических машин. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА РАЗРЫВА ПРИ КОНТРОЛЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ИСКРЕНИЯ ЩЕТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащий магниточувствительные датчики, выносной буферный блок с усилителем и коммутатором, масштабный высокочастотный усилитель, аналоговый ключевой элемент, интегратор, устройство для выделения пиковых значений сигнала, отличающийся тем, что пибор содержит n выносных буферных блоков, 2n магниточувствительных датчиков, интегратор снабжен формирователем задержки управления, устройство для выделения пиковых значений сигнала выполнено в виде разнополярных блоков, дополнительно прибор содержит источник порогового напряжения, снабженный формирователем порогового напряжения, разнополярные блоки аналоговой памяти, разнополярные аналого-цифровые преобразователи информативного сигнала, разнолярные индикаторы амплитуды тока разрыва, генератор тактовых импульсов, блок двоичных счетчиков, логическое устройство управления последовательности циклов измерений, индикатор контроля включенных датчиков и ключевой элемент ручного управления, при этом каждый из 2n магниточувствительных датчиков соединен с одноименным информационным входом коммутатора, выход которого соединен с входом усилителя выносного буферного блока, выход которого соединен с соответствующим входом аналогового ключевого элемента, выход которого соединен с входом масштабного усилителя, выход которого соединен с информационным входом управляемого интегратора и входом формирователя порогового напряжения, выход которого соединен с входом формирователя задержки управления интегратора, выход которого соединен с управляющим входом интегратора, выход которого соединен с информационным входами разнополярных блоков выделения пиковых значений сигнала, выход каждого из них соединен с соответствующими информационными входами разнополярных блоков аналоговой памяти, информативные выходы разнополярных блоков аналоговой памяти соединены с информационными входами разнополярных аналого-цифровых преобразователей, а логические выходы блоков аналоговой памяти соединены с информационным входом логического устройства управления последовательности циклов измерений, выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с входами соответствующих разнополярных индикаторов, а выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом двоичного счетчика, выход которого соединен с первым управляющим входом логического устройства управления последовательности циклов измерений, а второй управляющий вход двоичного счетчика соединен с ключевым элементом ручного управления, выход которого соединен с нулевой шиной, при этом первый информационный выход логического устройства управления последовательности циклов измерений соединен параллельно с управляющим входом выносных буферных блоков, управляющим входом аналогового ключевого элемента, управляющими входами разнополярных блоков выделения пиковых значений сигнала, управляющими входами блоков аналоговой памяти и управляющими входами аналого-цифровых преобразователей и разнополярных индикаторов, при этом второй информационный выход устройства логического управления последовательности циклов измерений соединен с входом индикатора контроля датчиков. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит калибратор, снабженный генератором эталонных импульсов, причем выход калибратора имеет возможность подключения к входам выносных буферных блоков вместо магниточувствительных датчиков.