Устройство для регистрации ресурса машин Советский патент 1990 года по МПК G07C3/10 

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

Целью изобретения является повышение информативности и точности устрой- ства за счет учета процессов нагрева- охлаждения обмоток машины.15

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

Устройство содержит датчики 1... 1П, ключи 2...2П, амплитудные детекторы 3j|...3n, селектор 4 максимального напряжения, элементы 54...5П задержки, первый 6 и второй 7 функцио- 25 нальные преобразователи, регистратор 8, сумматор 9, датчик 10 нагрузки, компаратор 11 и блок 12 коррекции. Регистратор 8 содержит три канала регистрации, каждый из которых состо-,Q ит 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, элемент НЕ 22, первый 23 и второй 24 источники опорного напряжения, первый 25 и второй 26 усилители, первый 27

3

и второй 28 интегрирующие элементы,

40

первый 29, второй 30 и третий 31 то- коограничивающие элементы.

Устройство работает следующим образом.

В режиме пуска машины работают все 45 блоки устройства. В стационарном режиме работы машины регистрация расхода осуществляется с помощью датчика 10 нагрузки, блока 12 коррекции, функционального преобразователя 7, анало- , гового сумматора 9 напряжений и реги- .стратора 8.

При пуске машины контролируемые параметры вибрации воспринимаются датчиками 1„...1П, с их выходов сиг- налы поступают на информационные входы ключей 2 4...2 п, а также на входы амплитудных детекторов 34...3h. При этом каждый амплитудный детектор

0

5 Q

5

0

5

производит запоминание и хранение максимального значения (за 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 З4...3п 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/(...2Г1, который соединен с выходом датчика с наибольшим сигналом, зафиксированный им за первый полупериод. Подача сигналов с выхода селектора 4 на вторые (управляющие) входы ключей производится с задержкой по времени , задаваемой соответствующими элементами 5...5h задержки, поскольку амплитуды вибрации стержней трехфазной обмотки статора двигателя, вызываемые пусковыми токами, сдвинуты симметрично по фазе на (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 мс, частота 100 Гц). Поскольку максимум апериодической вибрации наблюдается в первый полупериод, время задержки принимается t9oA 5 мс (Т/2). Тем самым исключается возможность ложного, отпирания того из ключей 2,...2W, 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: достигается pea

лизацией первого функционального преобразователя 6 с зоной нечувствительности при малых входных сигналах. Выходной сигнал первого функционального преобразователя 6, величина которого пропорциональна показателю выработки, преобразователем 13, напряжение - частота преобразуется в последовательность импульсов. Причем с увеличением амплитуды контролируьмых параметров, т.е. с возрастанием выработки ресурса, выходная частота преобразователя пропорционально увеличивается. Преобразователь должен обладать высокой линейностью и возможностью регулировки выходной частоты. С целью уменьшения разрядности счетчика импульсы первого преобразователя 13, напряжение- частота поступают на перши счетчик 15 ( через первый делитель 14 частоты

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

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

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

12коррекции пропорционален линейному превышению температуры обмотки над температурой окружающей среды,

а в конце пуска - общему повышению температуры обмотки за счет нагрева пусковыми токами. После окончания пуска сигнал на выходе блока 12 пропорционален экспоненцияльному снижению температуры от макс мальной за время пуска до температуры стационарного режима. При повторных пусках и самозапусках выходной сигнал блока

10

15

25

20 ,

40

30

35

45

50

55

12 пропорционален повышению температуры с промежуточного уровня, соответствующего охлаждению обмотки за время между пусками, дс максимгльнсй пусковой температуры. Во время стационарных режимов при возвратившемся компараторе 11 сигнал с вьосод блока 12 пропорционален рабочей температуре обмотки. Поэтому блок 12 коррекции воспроизводит адекватную реального процессу модель нагрева охлаждения обмотки в различных режимах работы.

Сигнал, пропорциональный температуре в соответствующем режиме работы, с выхода блока 12 подается на нход второго функционального преобразователя, воспроизводящего нелинейную непрерывную функцию зависимости ыра- ботачного ресурса изоляции от температуры. Сигнал, пропорционалгный показателю выработки, с выхода второго функционального преобразователя поступает на вход преобразователя 13Ц напряжение-частота и преобразуется в последорательность импульсов, которая через делитель 14j частоты поступает на счетчик 155, заполнение которого характеризует выработку ресурса от теплового воздействия. Ввиду бопьшего значения выходного сигнала блока 12 коррекции в пусковых режимах заполнение счетчика 15з происходит интенсивнее, чем в стационарном режиме.

Сигналы, пропорциональные показателям выработки ресурса от воздействия вибрации и температуры соответственно, с выходов первого 6 и второю 7 функциональных преобразователей подаются на первый и второй входы сумматора 9, выходной сигнал которого, пропорциональный суммарной выработкеs преобразуется преобразователем 13/, напряжение-частота в импульсную последовательность, которая через делитель 14 частоты поступает на счетчик 15 2.

Таким образом, в регистраторе 8 устройства накапливаются составляющие выработки ресурса от воздействия вибрации и температуры соответственно в счетчиках 15, и 15 и суммарная выработка ресурса в счетчике 15.2.

Для определения выработки от вибрации при последующих пусках необходим сброс амплитудных детекторов 3„...3„ после окончания пуска. При этом ввиду эксплуатационного уменьше- ия- жесткости крепления обмотки и

увеличения вибрации критерием окончания пуска нельзя считать ее снижение. Поэтому момент завершения пускового режима определяется возвратом компаратора 11, поскольку пусковой ток снижается в несколько раз до своего номинального значения. При пуске срабатывание компаратора 11 приводит к появлению на вторых входах амплитуд- ных детекторов 3А.,.3П сигнала, разрешающего .выборку величины максималь- шй вибрации. Возврат компаратора 11 снимает сигнал разрешения выборки, и амплитудные детекторы переходят в режим сброса.

Функционирование блока 12 коррекции, воспроизводящего сигнал, пропорциональный изменению температуры в различных режимах работы обо- рудования, происходит следующим образом. Компаратор 11, установка которого пропорциональна двойной величине

пмннапьного тока статора, срабаты- ier, и на первом входе блока 12 по- .шляется положительный потенциал, что вызывает открытие (замыкание) .i pBoio 1/, второго 18 и четвертого

О .:;ючей. Инверсия-входи о го сигнала

ментом rUj 22 приводит к закрытию и .чзмыканию) третьего 19 и пятого 21 ключей. При этрм происходит заряд

интегрирующего элемента 27 через первый токоограничивающий элемент 29 от первого источника 23 опорюго напряжения . uVn(t), i-exp(-t/TH) при te(0,tn),

(1) где Е - напряжение первого источни-1

ка 23 опорного напряжения; Т - постоянная нагрева (охлаж

дения) двигателя С - емкость конденсатора первого

интегрирующего элемента 27; R4 - сопротивление первого токо-

ограничивающего элемента 29. Параметры зарядной цепи выбираются таким образом, чтобы за время пуска tn напряжение &V п на элементе 27 находилось на линейной ветви характе- ристики заряда, моделируя превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды. Через первый усилитель 25 сигнал bVn(t) по (1) подается на первый вход аналогового сумматора 16, на второй вход которого через четвертый ключ 20 подается напряжение второго источника 24 опорного нлпрчж-.-ния, прспорциональное темпера

n

5

o

5

0

5

JQ ,

туре окружающей среды. Сигнал на выходе сумматора 16 равен; Vn(t)bVn(t)+VOK при te(0,tn-) (2) и при 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 uVn(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 tn 25 с и Tjj-290 с составляет 5%, а при с составляет 2%, т.е. является незначительной для двигателей различных 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)kVn/t Лп.ехр(-1:/Тн) при ,(3)

где ,. Ra;

R . - сопротивление второго токо- ограничивающего элемента 30, равное сопротивлению первого токоограничивающего элемента 29.

Напряжение на втором интегрирующем элементе 28, достигшее Vp/t-tw 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)Ve+(Vn/tein-V0). exp(-t/TH) при ,(4)

где Ти

Cf - емкость конденсатора второго интегрирующего элемента 28;

Rj - сопротивление третьего токо- ограничивающего элемента 31.

Таким образом, после окончания пуска сигнал на выходе блока 12 коррекции пропорционален экспоненциальному снижению температуры от максимальной за время пуска до температур стационарного режима. При работе в стационарном режиме сигнал с выхода блока 12 пропорционален температуре обмотки за счет моделирования рабочи 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 &Vno на первом интегрирующем элементе 27 при времени между пусками менее 3 -Тн отлично от нуля, так как конденсатор элемента 27 не успевает разрядиться согласно формуле (3). Поэтому напряжение на вы.

1569856

Фор

мула изобретения

o

5

5

I. Устройство для регистрации ресурса машин, содержащее датчики, выходы которых подключены к информационным входам ключей и амплитудных детекторов, выходы которых соединены с входами селектора максимального напряжения, управляющие входы амплитудных детекторов объединены, выходы ключей объединены и подключены через первый функциональный преобразователь к первому входу регистратора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и информативности устройства за счет учета процессов нагрева-охл.ождения обмоток машины, в него введены датчик нзгру- ки, компаратор, сумматор, второй функциональный преобразователь, блок коррекции и элементы задержки, входы которых соединены с выходами селектора максимального напряжения, а выхо и.- подключены к управляющим входам ключей, выход первого функционального преобразователя соединен г первым входом сумматора, выход которого подключен к второму входу регистратора,

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 1₁ ... 1_N, ключи 2₁ ... 2_N, амплитудные детекторы 3₁ ... 3_N, селектор 4 максимального напряжения, элементы 5₁ ... 5_N 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.

ходе блока 12 при повторном пуске про-эд выход датчика нагрузки соединен чепорционально повышению температуры с промежуточного значения, соответствующего охлаждению обмотки за время между пусками

К ,( )E,-(E,-bVlfe)exp(-t/T|,)+VOK при t Ј(0,tn).(5)

Таким обратом, блок 12 коррекции позволяет создать с большой степенью точности адекватную реальному фиэи- ческ&му процессу модель нагрева-ох- лаждения обмотки двигателя в различных режимах работы: пусковых, при самозапусках и повторно-кратковременных, а также в стационарных с возможностью кратковременных перегрузок. При этом учитываются основные, влияющие на нагрев, параметры двигателя.

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

5

0

5

0

5

рез компаратор с первым входом блока коррекции и управляющими входами амплитудных детекторов, вход компаратора объединен с вторым входом блока коррекции, выход которого подключен через второй функциональный преобразователь к второму входу сумматора и к третьему входу регистратора.

в, г

Ш

Фиг 2

г/г