Устройство контроля коммутации и обнаружения дефектов якоря генераторов постоянного тока

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КОММУТАЦИИ И ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ЯКОРЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Суходолов Юрий Викторович Шейников Алексей Александрович Рожок Александр Владимирович Пушкарева Наталья Владимировна(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(57) Устройство контроля коммутации и обнаружения дефектов якоря генераторов постоянного тока, содержащее формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, одновибратор, счетчик, индикатор, отличающееся тем, что дополнительно снабжено ключом,блоком задания длительности импульсов, фильтром низкой частоты, двумя диодами, блоком задержки, управляемым одновибратором, смесителем, компаратором, счетчиком,двумя счетчиками-компараторами, дешифратором, разделительным конденсатором, блоком гальванической развязки, причем разделительный конденсатор и блок гальванической развязки подключены последовательно к диаметрально расположенным щеткам генератора, а выход блока гальванической развязки соединен со входом фильтра низкой частоты, Фиг. 1 82292012.06.30 выход которого соединен со входом формирователя прямоугольных импульсов, выход которого через два встречно-параллельно включенных диода соединен со входами инвертора и блока задержки, выходы которых соединены со входом одновибратора и входом управляемого одновибратора соответственно, выходы которых соединены со входами смесителя, вход управления управляемого одновибратора подключен к управляющему выходу блока задания длительности импульсов, останавливающий вход которого соединен с выходом компаратора, к выходу смесителя подсоединен вход компаратора, выход которого также соединен со входами счета двух счетчиков, выходы которых соединены со входом дешифратора, выход дешифратора соединен с индикатором, а входы счета двух счетчиков-компараторов соединены с выходом одновибратора, их выходы соединены со входами остановки счета двух счетчиков, пусковой вход одного счетчика-компаратора соединен с выходом компаратора, а его выход соединен с пусковым входом второго счетчика-компаратора.(56) 1. Патент 2383030, МПК 01 39/58,01 31/34,02 13/14, 2008. 2. Патент 100679, МПК 01 39/58,01 31/34, 2010. Устройство относится к области электротехники и может быть использовано при контроле качества коммутации и обнаружении дефектов якоря генераторов постоянного тока. В настоящее время существуют различные устройства контроля коммутации и обнаружения дефектов якоря электрических машин. Существует устройство для диагностики состояния коммутации коллекторных электрических машин 1, содержащее оптический синхронизатор, поляризаторы, фотоэлектрический преобразователь, усилитель, электронный регистрирующий прибор, систему управления оптическим синхронизатором с электрическим датчиком синхронизации положения коллектора, устройство регулируемой задержки импульсов и импульсный усилитель. Устройство предполагает возможность по сигналу с фотоэлектрического преобразователя, вход которого направлен на коллектор под сбегающим краем щетки, делать заключение о состоянии коммутации электрической машины. Недостатками этого устройства является то, что устройство нацелено на оценку интенсивности искрения на ограниченном участке коллектора, в то время как нарушение коммутации может происходить в разных местах коллекторно-щеточного контакта по-разному, что может исказить результаты контроля необходимо вносить изменения в конструкцию электрической машины для установки фотоэлектрического преобразователя. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для измерения интенсивности искрения на коллекторе электрической машины 2, содержащее бесконтактный датчик импульсов дуговых разрядов, формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, одновибраторы, блоки памяти, вычитатели, датчик положения прямоугольных импульсов, генератор прямоугольных импульсов, счетчик, блоки вычисления среднеквадратического отклонения, блоки вычисления среднего значения,блок формирования интервала измерения, блок принятия решения и индикатор. Устройство предполагает по информации о параметрах импульсов дуговых разрядов (длительность импульсов искрения по коллектору и по времени) делать заключение о техническом состоянии щеточно-коллекторного узла. Недостатками этого устройства является то, что процесс искрения зависит не только от состояния щеточно-коллекторного узла, но и от параметров окружающей среды, которые тоже изменяются со временем, а также от степени износа коллектора, условий формирования политуры коллектора, материала ще 2 82292012.06.30 ток, коллектора и других факторов, которые могут быть восприняты как диагностический параметр необходимо изменение конструкции электрической машины для установки бесконтактного датчика импульсов напряжения дуговых разрядов высокий уровень помех, характерный для бесконтактного способа снятия сигнала, искажает полезный сигнал, что приводит к получению ложного результата. Следствием недостатков всех вышеприведенных устройств является то, что не обеспечивается достоверность выявления причин нарушения коммутации реализация устройства требует изменения конструкции электрической машины, что в большинстве случаев неприемлемо, особенно при эксплуатации генераторов постоянного тока. Целью предлагаемого устройства является повышение достоверности оценки качества коммутации и результатов контроля технического состояния якоря генераторов постоянного тока. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, одновибратор, счетчик, индикатор, отличается тем, что дополнительно снабжено ключом, блоком задания длительности импульсов, разделительным конденсатором, блоком гальванической развязки, фильтром низкой частоты, двумя диодами, блоком задержки, управляемым одновибратором, смесителем, компаратором,счетчиком, двумя счетчиками-компараторами, дешифратором, причем сигнал снимается с диаметрально расположенных щеток генератора и через разделительный конденсатор подается на вход блока гальванической развязки, выход которого соединен со входом фильтра низкой частоты, выход которого соединен со входом формирователя прямоугольных импульсов, выход которого через два встречно-параллельно включенных диода соединен со входами инвертора и блока задержки, выходы которых соединены со входом одновибратора и входом управляемого одновибратора соответственно, выходы которых соединены со входами смесителя, вход управления управляемого одновибратора подключен к управляющему выходу блоказадания длительности импульсов, вход остановки которого соединен с выходом компаратора, к выходу смесителя подсоединен вход компаратора, выход которого также соединен со входами счета двух счетчиков, выходы которых соединены со входом дешифратора, выход дешифратора соединен с индикатором, а входы счета двух счетчиков-компараторов соединены с выходом одновибратора, их выходы соединены со входами остановки счета двух счетчиков, пусковой вход одного счетчика-компаратора соединен с выходом компаратора, а его выход соединен с пусковым входом второго счетчика-компаратора. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы его работы при исправном генераторе, на фиг. 3 - временные диаграммы при витковом замыкании в обмотке. Блок-схема содержит ключ 1 блок задания длительности импульсов 2 разделительный конденсатор 3 блок гальванической развязки 4 фильтр низких частот 5 формирователь прямоугольных импульсов 6 диоды 7, 8 инвертор 9 блок задержки 10 одновибратор 11 управляемый одновибратор 12 смеситель 13 компаратор 14 счетчики 15, 18 счетчики-компараторы 16, 17 дешифратор 19 индикатор 20 якорь генератора 21. Блок гальванической развязки 4 через разделительный конденсатор 3 соединен с диаметрально расположенными щетками якоря генератора 21. К выходу блока гальванической развязки 4 подключен фильтр низкой частоты 5, к выходу которого подключен вход формирователя прямоугольных импульсов 6, к выходу которого подключены встречнопараллельно два диода 7, 8, к катоду диода 8 подключены включенные последовательно блок задержки 10 и управляемый одновибратор 12, к аноду диода 7 подключены включенные последовательно инвертор 9 и одновибратор 11, выходы одновибраторов 11 и 12 подключены ко входам смесителя 13, а также выход одновибратора 11 подключен ко входам счета счетчиков-компараторов 16 и 17, к выходу смесителя 13 подключен вход ком 3 82292012.06.30 паратора 14, выход которого соединен со входом остановки блока задания длительности импульсов 2, пусковым входом счетчика-компаратора 16 и входами счета счетчиков 15 и 18, выходы которых соединены со входами дешифратора 19, выход которого соединен с индикатором 20, выход счетчика-компаратора 16 подключен к пусковому входу счетчикакомпаратора 17 и входу остановки счета счетчика 15, выход счетчика-компаратора 17 подключен ко входу остановки счета счетчика 18. Устройство работает следующим образом. Через разделительный конденсатор 3, блок гальванической развязки 4 и фильтр низкой частоты 5, защищающий измерительный канал от помех, сигнал, представляющий из себя последовательность знакопеременных импульсов (фиг. 2, а фиг. 3, а) с частотой к 0, где к - частота коммутации,- число коллекторных пластин, 0 - частота вращения якоря, подается на вход формирователя прямоугольных импульсов, который формирует знакопеременную последовательность прямоугольных импульсов (фиг. 2, б фиг. 3,б) в момент перехода сигнала (фиг. 2, а фиг. 3, а) через нулевое значение. Диодами 7 и 8,инвертором 9, блоком задержки 10 знакопеременная последовательность прямоугольных импульсов преобразуется в две однополярные последовательности прямоугольных импульсов. Инвертор 9 вносит запаздывание на время 0 для устранения влияния ее на дальнейший процесс преобразования сигналов, другой канал содержит блок задержки 10, создающий задержку импульсной последовательности на такую же величину 0. Импульсная последовательность с выхода инвертора 9 подается на вход одновибратора 11, а импульсная последовательность с выхода блока задержки 10 подается на вход управляемого одновибратора 12. Сформированные одновибратором 11 (фиг. 2, д фиг. 3, д) и управляемым одновибратором 12 (фиг. 2, г фиг. 3, г) однополярные последовательности импульсов с равной амплитудойпоступают на входы смесителя 13, где осуществляется их сложение, и на выходе образуется суперпозиция этих импульсных последовательностей (фиг. 2, е фиг. 3,е), которая подается на вход компаратора с порогом срабатывания пор. Начало контроля осуществляется путем подачи после команды Пуск от ключа 1 запускающего импульса на запускающий вход блока задания длительности импульсов 2, с выхода которого подается сигнал, управляющий длительностью импульсов управляемого одновибратора 12 от начального(фиг. 2, в фиг. 3, в) до 1, когда происходит срабатывание компаратора 14 (фиг. 2, г фиг. 3, г). Срабатывание компаратора 14 происходит в момент совмещения задних фронтов импульсов последовательности с выхода управляемого одновибратора 12 (фиг. 2, г фиг. 3, г) с передними фронтами импульсов последовательностей с выхода одновибратора 11 (фиг. 2, в фиг. 3, в). Первый импульс с выхода компаратора 14, поступающий на останавливающий вход блока задания длительности импульсов 2, прекращает процесс увеличения длительности импульсов на выходе управляемого одновибратора 12. В случае исправного якоря и нормальной коммутации на выходе компаратора 14 за оборот якоря сформируется импульсная последовательность (фиг. 2, е) с количеством импульсов, где- число коллекторных пластин. Количество импульсов считается счетчиком 15 и счетчиком 18. Если коммутация нарушена, например, в результате виткового замыкания (фиг. 3, а),будет нарушено равенство временных интервалов между соседними импульсами (фиг. 3,в) и (фиг. 3, д). В результате компаратор 14 сработает один или два раза за оборот (фиг. 3,е) после совмещения заднего фронта импульса с выхода управляемого одновибратора 12(фиг. 3, г) и переднего фронта импульса с выхода одновибратора 11 (фиг. 3, д). Подсчет количества импульсов за первый оборот якоря с момента подачи команды Пуск от ключа 1 осуществляется с помощью счетчика 15 и счетчика-компаратора 16,количества импульсов за второй оборот - с помощью счетчика 18 и счетчика-компаратора 82292012.06.30 17 после прихода на его пусковой вход запускающего сигнала с выхода счетчикакомпаратора 16. Осуществляется это следующим образом. На вход остановки счета счетчиков 15 и 18 подается сигнал с выхода счетчиковкомпараторов 16 и 17 соответственно. Счетчики-компараторы 16 и 17 формируют на выходе сигнал после достижения числа импульсов на своем входе, равного установленной величине. Счетчики-компараторы 16 и 17 считают импульсы на выходе одновибратора 11. Счетчик-компаратор 16 начинает считать после формирования первого импульса на выходе компаратора 14, а счетчик-компаратор 17 начинает считать после подачи на его пусковой вход сигнала с выхода счетчика-компаратора 16, то есть после того как якорь сделал один оборот, что соответствует подсчету числа коллекторных пластин по импульсам с одновибратора 11. Результаты счета импульсов с выходов счетчиков 15 и 18 поступают на вход дешифратора. Результаты дешифрации данных отображаются на индикаторе 20. Дешифрация производится по следующему алгоритму 1) если 1 и 12, то коммутация в норме и обмотка якоря коллектора исправна 2) если 2 и 12, то нарушение коммутации из-за витковых замыканий в обмотке якоря 3) если 2 и 12, то нарушение коммутации из-за обрыва уравнителей обмотки 4) если 12, то нарушение коммутации из-за износа коллектора. Предлагаемое устройство позволяет повысить достоверность контроля коммутации и обнаружения дефектов якоря генераторов без изменения их конструкции. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.