Устройство для электрических ускоренных испытаний установок резистивного нагрева переменным током Советский патент 1992 года по МПК H05B1/02 

Изобретение касается электрических испытаний, в частности устройств электрических ускоренных испытаний установок резистивного нагрева переменным током, например, бытовых электронагревательных приборов.

При электрических ускоренных испытаниях установок нагрева переменным током необходимо при интенсивной эксплуатации определить момент времени, место и причину развивающегося короткого замыкания, например, из-за пробоя изоляции на корпус бытового электронагревательного прибора, а также намечающееся место и причину разрыва токоподводящего проводника или рабочего токопроводящего элемента нагрева, например, спирали в конфорке.

В качестве устройства электрических испытаний установок нагрева переменным током, например, в бытовых электронагревательных приборах можно использовать автоматические выключатели, предназначенные для отключения электроприбора при КЗ, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, взятые нами в качестве аналога.

Недостатком аналога является невозможность с его помощью довести испытание до критического момента возникновения преддугового режима в случаях развития КЗ через изоляцию электронагревательного прибора на корпус или размягчения токопроводящего элемента перед его оплавлением и разрывом, так как при ускоренных испытаниях из-за защит 1VJ

О 00

xj

ных функций прототипа последний не позволяет развиться этим явлениям. В случаях же превышения уставок значительно больших критических оперативные действия технического объекта, взятого в качестве аналога, окажутся зашунтированными, что повлечет трудноанализируемые разрушения электрических приборов.

В значительной степени эти недостатки устраняются, если в качестве устройства испытаний использовать стенд для испытаний установок резистивного нагрева. Стенд содержит датчики тока и напряжения испытуемой установки, снабженный задатчиком блок сравнения, выход которого подключен к управляющему входу исполнительного блока.

Недостатком прототипа является длительное время испытаний с подсчетом израсходованной энергии И большая инерционность в распознавании момента выхода из строя электроустановки.

Целью изобретения является резкое снижение времени распознавания, повышение точности ускоренных испытаний, ма- териало- и энергосбережения путем определения качественной характеристики с количественной оценкой степени развивающегося дугового разряда как дефектоно- сителя. Практически это достигается за счет индикации степени нелинейности динамической вольтамперной характеристики испытуемого бытового электронагревательного прибора на основе подсчета числа ее перегибов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для электрических ускоренных испытаний установок резистивного нагрева переменным током, содержащее датчики тока и напряжения испытуемой установки, снабженный задатчиком блок сравнения, выход которого подключен к управляющему входу исполнительного блока для отключения испытуемой установки, а вход - к выходу счетчика импульсов, причем два операционных усилителя, три триггера Шмитта, фильтр первой гармоники, второй счетчик импульсов и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к входу первого счетчика импульсов, управляющий вход которого через второй счетчик импульсов, третий триггер Шмитта и фильтр первой гармоники соединен с выходом датчика напряжения.

Существенным отличием заявляемого устройства электрических испытаний установок нагрева переменным током является то, что ни в одном из известных устройств аналогичного назначения не достигается точности определения места, времени, степени и причин при материалоэнергосбере- гающем характере испытаний путем количе- ственного анализа характеристик развивающегося дугового разряда как дефектоносителя.

На фиг. 1 приведена блок-схема заявляемого устройства электрических испытаний установки резистивного нагрева; на фиг. 2-4 - динамические вольтамперные харак0 теристики за один электрический период 0,02 с для Гц для различных состояний электрической установки.

На блок-схеме (см. фиг. 1) изображена испытуемая установка 1 переменного тока,

5 датчики 2 и 3 напряжения и тока. Выходы датчиков 2 и 3 напряжения и тока через смещающие параллельные RC-цепочки 4 и 5 соответственно напряжения и тока, операционные усилители 6 и 7 и триггеры 8 и 9

0 Шмитта включены к входам логического блока 10 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен со счетчиком 11 импульсов. Счетчик 11 импульсов запитан от фильтра 12 первой гармоники напряжения испы5 туемой установки 1 переменного тока через третий триггер 13 Шмитта и второй счетчик 14 импульсов, Выход счетчика 11 импульсов соединен через блок 15 сравнения уровня, второй инициативный вход которого под0 ключей к блоку 16 задания, с исполнительным блоком 17.

На фиг. 2 приведена динамическая вольтамперная характеристика для чисто синусоидальных токов и напряжений при

5 ненарушенном режиме установки нагрева переменным током, подвергающейся ускоренным испытаниям. На фиг. 3 изображена динамическая вольамперная характеристика для работы установки с так называемым

0 преддуговым режимом, когда энергия выде- .ляется без наличия явно выраженного дугового разряда, но при начале местного оплавления или размягчении основного то- коподводящего или тепловыделяющего эле5 мента электрического контура бытового электронагревательного прибора. Здесь еще не наблюдается пиков зажигания электрической дуги, так как электрическая цепь находится пока в ненарушенном состоянии

0 и типичной фигурой является характеристика с вогнутостями посередине, т.е. число перегибов кривой увеличивается при анализе серии электрических периодов в 1,5-2 раза по сравнению с синусоидальным режи5 мом. Наконец, на фиг. 4 приведена динамическая вольтамперкая характеристика, типичная для возникновения в цепи установки дугового разряда с явно выраженными пиками зажигания и отрицательным дифференциальным сопротивлением на падающем участке кривой. Следовательно, задача заявляемого устройства ускоренных испытаний установок резистивного нагрева переменным током отреагировать на диапазон числа перегибов заданного количества динамических вольтамперных характеристик за выбираемый отрезок времени, соответствующий доверительному интервалу испытаний. Это происходит следующим образом. В соответствии с приведенными описаниями структуры и звеньев блок-схемы фиг. 1 основное функциональное назначение заявляемого устройства электрических ускоренных испытаний установок резистивного нагрева переменным током заключается в формировании сигнала, например, по напряжению, величина которого пропорциональна просуммированному за калиброванный интервал времени числу импульсов, ИСКЛЮЧАЮЩИХ ИЛИ при логическом сравнении двух электрических сигналов, являющихся сигнатурными характеристиками смещенных во времени измеренных напряжения и тока испытуемой электроустановки резистивного нагрева.

Устройство электрических ускоренных испытаний установок нагрева переменным током работает следующим образом.

От датчиков 2 и 3 напряжения и тока испытуемой установки 1, электрические сигналы, пропорциональные напряжению и току установки 1, поступают через смещающие параллельные RC-цепочки 4 и 5 соответственно напряжения и тока, операционные усилители 6 и 7 и триггеры 8 и 9 Шмитта. Таким образом, получаем электрические сигналы, по величине пропорциональныечислузнаков, продифференцированных в смещающих параллельных цепочках 4 и 5 токов и напряжений. Далее для того, чтобы избежать операции деления du/di, не рекомендуемой в электронике, но необходимой для подсчета числа перегибов динамической вольтам- перной характеристики, подсчет числа смены знаков производной проведем методом логического сопоставления в логическом блоке 10 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, импульсы с которого суммируются счетчиком 11 импульсов. Время подсчета серий (выборки) динамических вольтамперных характеристик калибруется совокупностью трех блоков: фильтром 12 первой гармоники напряжения, третьим триггером 13 Шмитта и вторым счетчиком 14 импульсов. Блок сравнения 15 уровня проводит сравнительную количественную оценку степени нелинейности динамических вольтамперных характеристик, т.е. отсутствие или приближение к дуговому режиму, а также приближение к крайним режимам, например, обрыва цепи (резкое увеличение пиков, а следо- вательно, и числа смены знаков производной du/di при явной нестабильности дугового разряда перед погасанием), получающуюся из величины электрического сигнала, например, по напряжению, пропорциональному сумме за калиброванный интервал времени числа импульсов ИСК0 ЛЮЧАЮЩИХ ИЛИ при логическом сравнении двух электрических сигналов, являющихся знаковыми характеристиками sign du/di смещенных во времени измеренных напряжений и тока испытуемого элект5 ронзгревательного прибора или установки резистивного нагрева переменным током, т.е. числа перегибов динамической вольтам- перной характеристики упомянутого испытуемого объекта за заданный отрезок

0 времени.

При сравнении в блоке 15 уровня с соответствующим заданным уровнем блоком 16 и соответствующим числу, например, более 300-400 в секунду за заданный (калиб5 рованный) отрезок времени испытаний, с блока сравнения 15 поступает инициативный сигнал на исполнительный блок 18 для отключения испытуемой установки 1, распечатки данных последнего режима и анализа

0 места, характера и причин развития предду- гового режима работы цепи тока испытуемой установки резистивного нагрева.

Практическая реализуемость заявляемого устройства электрических ускоренных

5 испытаний установок резистивного нагрева переменным током не вызывает сомнений, так как все применяемые элементы могут быть выбраны из серийно выпускаемых, в том числе цепочки R С-смещения известны,

0 операционные усилители К2УС281, К2УИ181, триггеры Шмитта, например К1Ш181А, Б, В, Г, Д, логический блок ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ К1ЛБ065, К1ЛБ066, К1ЛБ0610, сумматор К2ИЛ231. См., напри5 мер, Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Под обшей редакцией Н.Н. Горюнова. М., Энергия, 1977, УДК 621.382.2/3 (03). или М.И. Маклюков, В.А. Протопопов Примене0 ние аналоговых интегральных микросхем в вычислительных устройствах. М,, Энергия, 1980, УДК 621.3.049-79. Блок сравнения уровня и задатчики напряжения, тока, фильтр первой гармоники также известны.

5

Формула изобретения Устройство для электрических ускоренных испытаний установок резистивного на- гревз переменным током, содержащее датчики тока и напряжения испытуемой установки, снабженный задатчиком блок сравнения, выход которого подключен к управляющему входу исполнительного блока для отключения испытуемой установки, а вход - к выходу счетчика импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности испытаний и энергоснабжения, в устройство введены две параллельные RC- цепочки смещения напряжения и тока, два операционных усилителя, три триггера Шмитта, фильтр первой гармоники, второй

счетчик импульсов и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы датчиков напряжения и тока через последовательно соединенные RC-цепочку, операционный усилитель и триггер Шмитта соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к входу первого счетчика импульсов, управляющий вход которого через второй счетчик импульсов, третий триггер Шмитта и фильтр первой гармоники соединен с выходом датчика напряжения.

Устройство для электрических ускоренных испытаний установок резистивного нагрева переменным током. Использование: ускоренное испытание резистивных установок, в том числе битовых электронагревательных приборов. Сущность изобретения: устройство проводит анализ динамической вольтамперной характеристики объекта для выявления преддугового или дугового режима по сравнению с синусоидальным режимом. 4 ил.

Фиг.1

Л ЛГ p

i 111 « С

фиг.З

i- 4