Устройство контроля параметров

(51) С 05 В 23/02 А ЫТЮОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И(ЛНР АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Рижский Краснознаменный инсти-. тут инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола(56) 1. Рябин Л.Е. К вопросу контроля энергосистем постоянного тока пассивными статическими методами. Труды ВВИА нм. Н.Е.Жуковского, вып. 1249,1969, с. 152-172.2, Авторское свидетельство СССРУ 1048458, кл. С 05 В 23/02, 1982(54)(57) 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, . о т л и ч а ю щ е е с я тем,; что, с целью расширения области применения устройства, 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 эле-. 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 вторыми входами к выходам соответственно первого и второго компараторов, а выходами - к входам эле- . мента 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 бло- файф" ка полосовых фильтров и к соответ- Ж ствующнм входам сумматора, соединен- ВВЬ ного выходом с входами первого и второго ключей, подключенных выходами к 1 входам соответственно второго и третьего интеграторов, связанных выходами соответственно с первыми и вторыми входами первого и второго компараторов.Изобретение относится к контрольно"измерительной технике и можетбыть использовано для контроля параметров электрических машин, например. при его,использовании в составе специализированных, диагностических при;боров или универсальных комплексахавтоматизированного контроля.Известно устройство для контроляпараметров электрических машин, содержащее блок контроля и индикации,датчик пульсаций тока и блок .полосовых фильтров 1,Недостатком известного устройстваявляется низкая достоверность контро ля,. обусловленная фиксированной час: тотой настройки отдельных полосовыхфильтров, выделяющих различные информативные составляющие из спектрапульсаций тока (напряжения) электрической машины.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для контроля параметров, содержащее генератор пилообразного напряжения, подключенный 25выходом к входу пикового детектора,соединенного выходом с управляющимвходом блока полосовых фильтров,датчик пульсаций тока, блок. контроля, усилитель, фильтр максимальной 30гармоники, формирователь импульсови блок индикации 2.Недостатком устройства являетсяограниченность диапазона автоподстрейки блока полосовых фильтров.Это обусловлено тем, что при изменениях частоты вращения контролируемоймашины в значительных пределах (10 и более) максимальная гармоникаспектра пульсаций напряжения (тока)контролируемой машины, выделяемаяс помощью полосового фильтра, выходит за пределы полосы пропусканияфильтра максимальнЪй гармоники, аувеличение его полосы пропусканияможет привести к попаданию в полосупропускания фильтра других составляющих спектра пульсаций, что вызоветсбои в работе устройства.Кроме того, у многих электрических машин амплитуды основных (зубцовой, коллекторной, полюсной и др.)гармоник спектра соизмеримы, чтотакже осложняет задачу надежного выделения амплитуды определенной гар- умоники при изменении частоты вращения контролируемой машины в широкомдиапазоне, Все это в конечном итоге сужает область применения известногоустройства.Иель изобретения - расширение области применения устройства,Поставленная цель достигается тем,что в устройство контроля параметров,содержащее генератор пилообразногонапряжения, подключенный выходом квходу пикового детектора, соединенного выходом с управляющим входом блокаполосовых фильтров, датчик пульсациинапряжения, блок индикации, введеныреверсивный счетчик импульсов, управляемый генератор импульсов, режекторный фильтр, сумматор, первый и второйкомпараторы, первый, второй и третьиключи, первый, второй и третий интеграторы, первый и второй элементы задержки, первый и второй элементы И,элемент. ИЛИ и генератор импульсов,подключенный выходом к суммирующемувходу реверсивного счетчика и к единичному входу триггера, соединенногонулевым входом с входом обнуления реверсивного счетчика и с выходом первого элемента задержки, а прямым иинверсным выходами - к управляющимвходам соответственно первого и второго, ключей и к первым входам соответственно первого и второго элементовИ подключенных вторыми входами к выходам соответственно перВого и второго компараторов, а выходами - к входам элемента ИЛИ, связанного выходомс входом первого элемента задержки,с вычитающим входом реверсивногосчетчика импульсов и через второй элемент задержки с управляющими входамитретьих ключей, подключенных выходами через соответствующие первые интеграторы к входам блока индикации,а входами - к собтветствуйщим входамблока полосовых фильтров и к соответствующим входам сумматора, соединенного выходом с входами первого и второго ключей, подключенных выходами квходам соответственно второго и третьего интеграторов, связанных выходамисоответственно с первыми и вторымивходами первого и второго компараторов.На фиг. 1 представлена функциональ"ная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принципдействия устройства; на Фиг, 3 " одиниз возможных вариантов реализацииперестраиваемого гребенчатого фильтра; на фиг. 4 - спектр пульсаций из 11646частотные характеристики перестраиваемого гребенчатого Фильтра в различныхрежимах работы.Устройство содержит тактовый генератор 1 импульсов, реверсивный счетчик 2, триггер 3, датчик 4 пульсаций напряжения., режекторный фильтр 5,управляемый генератор 7 импульсов,генератор 8 пилообразного напряжения,пиковый детектор 9, блок 10 полосовых Офильтров, сумматор 12, первый 13,второй 14 и третьи 6 ключи, второй15 и третий 16 и первые 23 интеграто-ры, первый 17 и второй 18 компарато.ры, первый элемент И 19 и второй элемент И 20, элемент ИЛИ 2 1, первый11 и второй 22 элементы задержки иблок 24 индикации.Перестраиваемый фильтр О имеетгребенчатую .структуру и содержит полосовые фильтры 25, каждый из которых выполнен на операционном усилителе 26 с частотно-задающими конденсаторами 27 и 28, полевым .транзистором 29 и делителем управляющего напряжения, состоящим из резистора 30и потенциометра 31,Буквами Л, Б; , Р обозначеныточки на функциональной схеме Фиг.1,которым соответствуют временные диаграммы на фиг. 2.Диаграмма Б на фиг. 4 изображаетспектр сигнала на выходе датчикапульсаций напряжения (тока), позиция.ми Х, У, Е и И на фиг. 4 обозначенычастотные характеристики блока 10полосовых фильтров в периоды времени,обозначенные аналогично на временныхдиаграммах фиг. 2,Принцип действия устройства заклю чается в постепенной перестройке блока полосовых фильтров с одновременным автоматическим контролем напряжения на его выходах до получениямаксимального сумматорного сигналавсех составляющих спектра, после чего производится индикация параметровинформативных составляющих спектрапульсаций.Устройство работает следующим образом.Импульсы тактового генератора 1поступают на суммирующий вход счет"чика 2 и счетный вход триггера 3.На прямом выходе триггера 3 формиру- уются нечетные импульсы тактов, наинверсном выходе - четные (диаграммы Б и В на фиг. 2). Счетчик 2 осу. 67ществляет 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 уменьшающимся с каждым последующим тактом (диаграмма Г на фиг. 2). Импульсы с выхода генератора 7 за. пускают 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 уп- равляется перестраиваемый блок 10 полюсовых фильтров.Последний выделяет из спектра пульсаций, поступающих на его вход с датчика 4 через фильтр 5, те спектральные составляющие, 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 полосовыми 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 выходным напряжением второго интегратора. Так как в данном такте первое иэ них превьпдает второе, то на выходе компаратора 17 присутствует сигнал низкого уровня, 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 2 1 будет сигнал низкого уровня.При появлении последующих тактовых импульсов на выходе генератора 1 происходит сиенасостояний выходов.5 1646 триггеров 3. Частота импульсов, вырабатываемых генератором 7, уменьшается, что приводит к перестройке гребенчатых фильтров в сторону увеличения частоты. Коммутируемые через .5 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 10 вход сигналуВо всех тактах до момента точной настройки фильтров включительно с каждым новым тактом на вход интеграторов поступают все более высокие 15 уровни сигналов и соответственно напряжение на их выходах растет, При этом уровни сигналов навыходах компараторов и на соответствующих выходах триггера 3 не совпадают, что приводит к наличию сигнала низкого уровня на выходах элементов И 19 и 20 и элемента ИЛИ 21.Максимальным сигнал на выходе сумматора 12 будет в момент точной 25 настройки (такт 2, диаграмма Ж). Очевидно в следующем такте фильтры "пройдут" пики спектральных составляющих пульсаций и суммарный сигнал на выходе сумматора 12 уменьшится (такт У,30 диаграмма Ж). Это приведет к тому, что на выходах интеграторов уровень сигнала по сравнению с предыдущим тактом не из- З 5 менится, 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 40 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 И, диаграм 45 ма Н) и соответственно такого же по уровню сигнала на выходе элемента ИЛИ 21.Последний, поступая на инвертирующий вход реверсивного счетчика 2, 50 производит уменьшение на единицу записанного в нем кода и соответственно перестраивает блок 1 О фильтров, повторяя тем самым режим работы схемы в предыдущем такте, когда суммарный 55 сигнал на выходе сумматора 12 имел максимальное значение и соответство- вал 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 задержки равняется минимально необходимому времени описанного выше процесса реверсивного переключения счетчика 2 и соответствующей перестройке фильтра 10. Сигнал с выхода элемента 11 задержки замыкает 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 устройствеможно испольэовать 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 исследований 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 частоты вращения электрической машины. При этом исключены сбои и промахи в оценке параметров выделяемых составляющих спектра пульсаций, которые характерны для известного устройства и обусловленыТак, например, использование пред- О лагаемого устройства для контроляпараметров авнационньас электрических машин обеспечивает сокращение стоимости затрат на реализацию диагностирования примерно 15 на ЗОБ. 7. 116 попаданием в полосу пропускания фильт ра максимальной гармоники нерасчетной составляющей и вызываемой вследствие этого неправильной настройкой фильтров.Предлагаемое устройство является универсальным, поскольку применимо для любых электрических машин (коллекторных машин постоянного и переменного тока с различным возбужде" кием, асинхронных и т.д.) и при любых режимах их работы (пуск, торможение, и т.д 7, что обуславливает новый технической эффект - расширение области применения.1 4667 8В свою очередь расширение области применения дает возможность повысить эффективность использованиясредств контроля за счет расширений 5 номенклатуры контролируемых Иэделий,а также применения контроля в динамическом режиме.164667 2 Жив. Составитель Г,ГорбуноваФедактор Ю.Ковач Техред М.Кузьма Корректор. А.Зимокосов аказ 4185(43 Тираж 863 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, РаувПодписноССР итет крытийкая наб. д.