Устройство контроля параметров Советский патент 1985 года по МПК G05B23/02 

1 . 1 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля параметров электрических машин, например при его,использовании в составе спе, циализированных, диагностических приборов или универсальных комплексах автоматизированного контроля. Известно устройство для контроля параметров электрических машин, содержащее блок контроля и индикации, датчик пульсаций тока и блок .полосовых фильтров СО Недостатком известного устройства является низкая достоверность контро ля, обусловленная фиксированной частотой Настройки отдельных полосовых фильтров, выделяющих различные инфор мативные составляющие из спектра пульсаций тока (напряжения) злектрической машины. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля, параметров, содержащее генератор пилдобразного напряжения, подключенный выходом к входу пикового детектор, соединенного выходом с управляющим входом блока полосовых фильтров, датчик пульсаций тока, блок, контроля, усилитель, фильтр максимальной гармоники, формирователь импульсов и блок индикации 2. Недостатком устройства является ограниченность диапазона автоподстрвйки блока полосовых фильтров. Это обусловлено тем, что при изменениях частоты вращения контролируемой машины в значительных пределах (10% и более) максимальная гармоника спектра пульсаций напряжения (тока) контролируемой машины, выделяемая с помощью полосового фильтра, выходит за пределы полосы пропускания фильтра максимальнЪй гармоники, а увеличение его полосы пропускания может привести к попаданию в полосу пропускания фильтра других составляю щих спектра пульсаций, что вызовет сбои в работе устройства. Кроме того, у многих электрических машин амплитуды основных (зубцовой, коллекторной, полюсной и др.) гармоник спектра соизмеримы, что также осложняет задачу надежного выделения амплитуды определенной гармоники при изменении частоты вращения контро,лируемой машины в широком диапазоне. Все это в конечном итоге 672 сужает область применения известного устройства.. , Цель изобретения - расширение области применения устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля параметров, содержащее генератор пилообразного напряжения, подключенный выходом к входу пикового детектора, соединенного выходом с управляющим входом блока полосовых фильтров, датчик пульсации напряжения, блок индикации, введены реверсивный счетчик импульсов, управляемый генератор импульсов, режектор-. ный фильтр, сумма.тор, первый и второй компараторы, первый, второй и третьи ключи, первый, второй и третий интеграторы, первый и второй элементы за7 держки, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ и генератор импульсов, подключенный выходом к суммирующему входу реверсивного счетчика и к единичному входу триггера, соединенного нулевым входом с входом обнуления реверсивного счетчика и с выходом первого элемента задержки, а прямь1м и инверсным выходами - к управляющим входам соответственно первого и второго, ключей и к первым входам соответственно первого и второго элементов И, подключенных вторыми входами к выходам соответственно первого и второго компараторов, а выходами - к входам элемента ШШ, связанного выходом с входом первого элемента задержки, с вычитающим входом реверсивного счетчика импульсов и через второй элемент задержки с управляющими входами третьих ключей, подключенных выходами через соответствующие первые интеграторы к входам блока индикации, а входами - к соответствующим входам блока полосовых фильтров и к соответствующим входам сумматора, соединенного выходом с входами первого и второго ключей, подключенных, выходами к входам соответственно второго и третьего интеграторов, связанных выходами соответственно с первыми и вторыми входами первого и второго компараторов . . На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства; на фиг. 3 - один из возможных вариантов реализации перестраиваемого гребенчатого фильтра; на фиг. 4 - спектр пульсаций и

частотные характеристики перестраиваемого гребенчатого фильтра в различных режимах работы.

Устройство содержит тактовый гене- ратор 1 импульсов, реверсивный счет- чик 2, триггер 3, датчик 4 пульсаций напряжения.режекторньй фильтр 5, управляемый генератор 7 импульсов, генератор 8 пилообразного напряжения. пиковый-детектор 9, блок 10 полосовьЬс Ю . фильтров, сумматор 12, первьй 13, второй 14 и третьи 6 ключи, второй 15 и третий 16 и первые 23 интеграто ры, первый 17 и второй 18 компаратопервый элемент И 19 и второй эле мент И 20, элемент ИЛИ 21, первый 11 и второй 22 элементы задержки и блок 24 индикации. Перестраиваемый фильтр 10 имеет гребенчатую .структуру и содержит полосовые фильтры 25, каждый из которых выполнен на операционнЬм усилителе 26 с частотно-задающими конденсаторами 27 и 28, полевым .транзистором 29 и делителем управляющего напряжения, состоящим из резистора 30 и потенциометра 31. Буквами А, Б, ..., Р обозначены точки на функциональной схеме фиг,1, которым соответствуют временные диа- граммы на . 2. Диаграмма S на фиг. 4 изображает спектр сигнала на выходе датчика пульсаций напряжения (тока), позиция ми X, У, Z и W на фиг. 4 обозначены частотные характеристики блока 10 полосовых фильтров в периоды времени обозначенные аналогично на временных диаграммах фиг. 2. Принцип действия устройства заклю-40 Так как чается в постепенной перестройке блока полосовых фильтров с одновременным автоматическим контролем напряжения на его выходах до получения максимального сумматорного сигнала всех составляющих спектра, после чего производится индикация параметров информативных составляющих спектра пульсаций. Устройство работает следующим об- 50 разом. Импульсы тактового генератора 1 поступают на суммирующий вход счетчика 2 и счетный вход триггера 3. На прямом выходе триггера 3 формиру- 55 ются нечетные импульсы тактов, на инверсном выходе - четные (диаграммы Б и В на фиг. 2). Счетчик 2 осуществляет счет числа поступивших тактовых импульсов и в соответствии с этим перестраивает управляемый генератор 7, формирующий последовательность импульсов с постоянным в пределах такта периодом следования, но уменьшаклцимся с каждым последующим тактом (диаграмма Г на фиг. 2). Импульсы с выхода генератора 7 за45пускают генератор 8 пилообразного напряжения, амплитуда пилообразных импульсов которого (диаграмма Д) пропорциональна периоду следования импульсов генератора 7. Пиковый детектор 9 формирует постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде пилообразных импульсов, которым управляется перестраиваемый блок 10 полюсовых фильтров. Последний вьщеляет из спектра пульсаций, поступающих на его вход с датчика 4 через фильтр 5, те спектральные состав.ляющие, на которые настроены его полосовые фильтры. С выходов этих фильтров напряжение поступает на сумматор 12, на выходе которого формируется постоянное напряжение, пропорциональное сумме амплитуд выделяемых полосовьми фильтрами спектральных составляющих. Это напряжение подается через ключ 13, который находится в замкнутом состоянии поданным на него напряжением с прямого выхода триггера 3, на интегратор 15. Интегратор запоминает максимальное из поданных на его вход напряжений. Это напряжение с помощью компаратора 17 сравнивается с выходHbD-j напряжением второго интегратог а. в данном такте первое из них превышает второе, то на выходе компаратора 17 присутствует сигнал низкого уровняS вследствие чего и на выходе элемента И 19 сигнал имеет низкий .уровень. На выходе компаратора 18, наоборот, появляется сигнал высокого уровня, однако на выходе элемента И 20 сигнал имеет низкий уровень, так как на его втором входе действует напряжение низкого уровня с инверсного выхода триггера 3. Таким образом, и на выходе элемента ИЛИ 21 будет сигнал низкого уровня. При появлений последукяцих тактовых импульсов на выходе генератора 1 происходит смена состояний выходов

триггеров 3, Частота импульсов, вырабатываемых генератором 7, уменьшается, что приводит к перестройке гребенчатых фильтров в сторону увеличения частоты. Коммутируемые через такт ключи 13 и 14 поочередно подключают к выходу сумматора 12 интеграторы 15 и 16, сохраняющие на своих выходах постоянное напряжение, равное максимальному из поданных на их вход сигналу. .

Во всех тактах до момента точиой настройки фильтров включительн,о с каждым новым тактом на вход интеграт оров поступают все более высокие уровни сигналов и соответственно напряжение на их выходах растет. При этом уровни сигналов на выходах компараторов и на соответствующих выходах триггера 3 не совпадают, что приводит к наличию сигнала низкого уровня на выходах элементов И19 и 20 и элемента ИЛИ 21.

Максимальным сигнал на выходе сумматора 12 будет в момент точной настройки (такт Z, диаграмма Ж). Очевидно в следующем такте фильтры пройдут пики спектральных составляющих пульсаций и суммарный сигнал на выходе сумматора 12 уменьшится (такт W диаграмма Ж).

Это приведет к тому, что на выхо дах интеграторов урове.нь сигнала по сравшению с предыдущим тактом не изменится, не изменится он и на соответствующих входах компараторов, в то время как на других входах уровни сигналов с выходов триггера изменятся по сравнению с предыдущим тактом на противоположные. Это приведет к совпадению уровней сигнала на входах элементов-И 19 и 20, что приведет к появлению на одном из их выходов сигнала высокого уровня (такт W, диаграм ма Н) и соответственно такого же . по уровню сигнала на выходе элемента ИЛИ 21.

Последний, поступая на инвертирующий вход реверсивного счетчика 2, производит уменьшение на единицу записанного в нем кода и соответственно перестраивает блок 10 фильтров, повторяя тем самым -режим работы схемы в предыдущем такте, когда суммарньй сигнал на выходе сумматора 12 имел максимальное значение и соответствовал точной настройке блока 10 полосовых фильтров на гармоники частоты вращения электрической машины.

Одновременно сигнал с выхода элемента ИЛИ 21 поступает на входы элементов 11 и 22 задержки. Их время tза цержки равняется минимально необходимому времени описанного выше процесса реверсивного переключения счетчика 2 и соответствующей перестройке фильтра 10. Сигнал с выхода элемента 11 задержки эамьасает ключи 6, пропускающие напряжения составляющих выделенных фильтрами блока 10, на вход интеграторов 23, которые запоминают их и передают для индикации в блок 24 индикации.

В периоды поиска частоты настройки интеграторы 23 и блок 24 индикации сохраняют последнее из определенных значений до следующего момента обнаружения экстремума, после-чего информация в интеграторах 23 .и блоке индикации обновляется. Дискретность процесса можно уменьшить, увеличивая частоты тактовых импульсов, генерируемых генератором 1.

В качестве датчика 4 импульсов напряжения тока -в предлагаемом устройстве можно использовать шунт в цепи электрической машины. В качестве фильтра 5- для машин постоянного тока используется фильтр нижних частот с частотой среза, равной максимальной частоте настройки гребенчатого фильтра 10, а для машин переменного тока - режекторный фильтр, подавляющий составляющую спектра пульсаций с частотой сети.

Из эскпериментальных исследова НИИ следует, что оптимальное число К параллельно соединенных перестраиваемых фильтров для авиационных электрических машин лежит в пределах от 15 до 40.

Таким образом, предлагаемое устройство контроля обеспечивает настройку фильтров на К спектральных составляющих тока (начиная с первой) которые кратны частоте вращения и тем самым позволяет однозначно проконтролировать их амплитуду (а при необходимости и частоту) при любых изменениях частота вращения электрической машины. При этом исключены сбои и промахи в оценке параметров вьщеляемых составляющих спектра пульсаций, которые характерны для известного устройства и обусловлены 7.1 попаданием в полосу пропускания фил ра максимальной гармоники нерасчетной составляющей и вызываемой вслед ствие этого неправильной настройкой фильтров. Предлагаемое устройство является универсальным, поскольку применимо дпя любых электрических машин (коллекторных машин постоянного и переменного тока с различным возбуждением, асинхронных и т.д.) и при любых режимах их работы (пуск, торможение, и т.д.7, что обуславливает новый технической эффект - расширение области применения. 7 В свою очередь расширение области применения дает возможность повысить эффективность использования средств контроля за счет расширения номенклатуры контролируемых Изделий, а также применения контроля в динамическом режиме. Так, например, использование предлагаемого устройства для контроля параметров авиационньк электрических машин обеспечивает сокращение стоимости затрат на реализацию диагностирования примерно на 30%,

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ, содержащее генератор пилообраз- ного напряжения, подключенный выходом к входу пикового детектора, соединенного выходом с управляющим входом блока полосовых фильтров, датчик пульсации напряжения, блок индикации, отличающееся тем,, что, с целью расширения области применения устройству, в него введены реверсивный счетчик импульсов, управляемый генератор импульсов, режекторный фильтр, сумматор, первый и второй компараторы, первый, второй и третьи ключи, первый, второй и третий интеграторы, первый и второй элементы задержки. первый и второй элементы И, элемент ИЛИ и генератор импульсов, подключенный выходом к суммирующему входу реверсивного счетчика и к единичному входу триггера соединенного нулевым входом с входом обнуления реверсивного счетчика и с выходом первого элег мента задержки, а, прямым и инверсным выходами - к управляющим входам соответственно первого и второго ключей и к первым входам соответственно первого и второго элементов И, подключенных в торыми входами к выходам соответственно первого и второго компараторов ,- а выходами - к входам элемента ИЛИ, связанного выходом с входом первого элемента задержки, с вычитающим входом реверсивного счетчика импульсов и через второй элемент задержки с управляющими входами третьих ключей, подключенных выходами через.соответствующие первые интеграторы к входам блока индикации, а входами к соответствующим входам блоОд ка полосовых фильтров и к соответствующим входам сумматора, соединенО) ного выходом с входами первого и втоо рого ключей, подключенных выходами к входам соответственно второго и третьего интеграторов, связанных выходами соответственно с первыми и вторыми входами nejjBoro и второго компараторов.

Фие. г