устройство для оценки и прогнозирования технического состояния изоляции электродвигателя

Формула изобретения

Устройство для оценки и прогнозирования технического состояния изоляции электродвигателя, содержащее генератор прямоугольных импульсов, предназначенный для соединения с обмоткой электродвигателя, отличающееся тем, что в него введены последовательно связанные входами с выводом обмотки электродвигателя блок согласования и аналого-цифровой преобразователь, причем первый вход аналого-цифрового преобразователя связан с выходом блока согласования, блок согласования интерфейсов, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, первый выход - ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, второй вход - к выходу дополнительного введенного персонального компьютера, второй выход - к входу генератора прямоугольных импульсов, при этом вход персонального компьютера соединен с третьим выходом блока согласования интерфейсов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для диагностики изоляции обмоток трехфазных асинхронных электродвигателей.

Известно устройство для диагностирования обмоток электрических машин, содержащее генератор прямоугольных импульсов, формирующий и подающий импульсы прямоугольной формы с заданными параметрами на обмотку исследуемой электрической машины, три дифференциатора, обрабатывающих полученный сигнал, ключ, выходной блок и вольтметр, отображающий результат измерения. Выход генератора прямоугольных импульсов соединен с началом обмотки. Конец обмотки электрической машины подключен к входу первого дифференциатора. Выход первого дифференциатора связан с входом второго дифференциатора и первой входной клеммой ключа. Выход второго дифференциатора соединен с входом третьего дифференциатора и второй входной клеммой ключа. Выход третьего дифференциатора подсоединен к третьей входной клемме ключа. Выходная клемма ключа соединена с входом выходного блока. С выходного блока измерительная информация подается на вольтметр (см. Белоусова Н.В., Калявин В.П., Мозгалевский А.В. Опыт тестового диагностирования обмоток электрических машин. - Л.: ЛДНТП, 1989. - С.19-21, рис.6).

Это устройство имеет узкие функциональные возможности, так как позволяет получить диагностический параметр, с помощью которого только после математической обработки определяются такие характеристики, как сопротивление и емкость обмотки электрической машины относительно корпуса. При этом на практике решающее значение имеет возложение функций расчета на измерительный блок, поскольку у обслуживающего электротехнического персонала не всегда есть возможность проводить громоздкие математические вычисления. Кроме того, такие узкие функциональные возможности рассматриваемого устройства не позволяют определять величину остаточного срока службы изоляции электродвигателей, которая является наиболее показательной.

Устройство для оценки технического состояния изоляции обмоток электродвигателя, используемое в качестве прототипа, содержит генератор прямоугольных импульсов, предназначенный для соединения с началом обмотки исследуемого электродвигателя, усилитель-ограничитель, измеритель периода, пиковый детектор, блок управления, индикатор режима, блок хранения аналогового сигнала, вольтметр. Начало обмотки электродвигателя связано с выходом генератора прямоугольных импульсов, а конец обмотки электродвигателя связан с параллельными входами усилителя-ограничителя и пикового детектора. Выход усилителя-ограничителя соединен с входом измерителя периода. Первый, второй и третий входы блока управления соединены, соответственно, с выходами измерителя периода, пикового детектора, генератора прямоугольных импульсов. Первый и второй выходы блока управления соединены, соответственно, с входами блока хранения аналогового сигнала и блока индикации. Вольтметр присоединен к выходу блока хранения аналогового сигнала (см. патент РФ №2208234, МПК⁷ G 01 R 31/12, 31/14).

Это устройство позволяет измерять ряд диагностических параметров, но имеет узкие функциональные возможности, так как не позволяет проводить анализ этих диагностических параметров, реализовывать прогнозирование остаточного ресурса изоляции электродвигателей и при этом учитывать их конструктивные особенности, режим работы и условия эксплуатации. Кроме того, описанное устройство не позволяет обеспечить наглядность ввода исходных данных и получения результата, что способствует повышенной трудоемкости работы обслуживающего персонала.

Предлагаемым изобретением решается задача расширения функциональных возможностей устройства, а также обеспечение наглядности ввода исходных данных и индикации результата в удобной форме.

Для достижения этого технического результата в устройство для оценки и прогнозирования технического состояния изоляции обмоток электродвигателя, содержащее генератор прямоугольных импульсов, предназначенный для соединения с обмоткой электродвигателя, введены последовательно связанные входами с выводом обмотки электродвигателя блок согласования и аналого-цифровой преобразователь, причем первый вход аналого-цифрового преобразователя связан с выходом блока согласования, блок согласования интерфейсов, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, первый выход - ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, второй вход - к выходу дополнительно введенного персонального компьютера, второй выход - к входу генератора прямоугольных импульсов. При этом вход персонального компьютера соединен с третьим выходом блока согласования интерфейсов.

Расширение функциональных возможностей устройства и обеспечение наглядности осуществляются за счет использования согласующего устройства, аналого-цифрового преобразователя, устройства согласования интерфейсов и персонального компьютера. Использование этих элементов позволяет преобразовать аналоговый диагностический сигнал в цифровую форму, удобную для дальнейшей обработки сигнала с помощью персонального компьютера. При этом применяется программное обеспечение, позволяющее по параметрам сигнала вычислять значение диагностического параметра и остаточного срока службы изоляции электродвигателя. Кроме того, при указанных расчетах используются параметры, характеризующие конструктивные особенности электродвигателей, режим его работы и условия эксплуатации. Они вводятся в диалоговом режиме в память компьютера и хранятся в ней в течение заданного промежутка времени.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого устройства для оценки и прогнозирования технического состояния изоляции электродвигателя.

Устройство для оценки и прогнозирования технического состояния изоляции электродвигателя содержит генератор прямоугольных импульсов 1, предназначенный для соединения с началом обмотки исследуемого электродвигателя 2, блок согласования 3, аналого-цифровой преобразователь 4, блок согласования интерфейсов 5, персональный компьютер 6. Один из выводов обмотки электродвигателя 2 связан с выходом генератора прямоугольных импульсов 1, а другой вывод - с входом блока согласования 3. Выход блока согласования 3 связан с первым входом аналого-цифрового преобразователя 4. Второй вход аналого-цифрового преобразователя 4 связан с первым выходом блока согласования интерфейсов 5. Выход аналого-цифрового преобразователя 4 связан с первым входом блока согласования интерфейсов 5. Второй и третий выходы блока согласования интерфейсов 5 связаны, соответственно, с входами генератора прямоугольных импульсов 1 и персонального компьютера 6. Выход персонального компьютера 6 связан со вторым входом блока согласования интерфейсов 5.

Генератор прямоугольных импульсов 1 формирует прямоугольные импульсы длительностью 1 мс и амплитудой 1-5 В. Он имеет мощный усилительный каскад на выходе, что позволяет подключать его к двигателям с низким сопротивлением цепи "фаза-корпус", что характерно для асинхронных двигателей большой мощности. Блок согласования 3 обеспечивает подключение электронной части устройства к асинхронному двигателю. Устройство выполнено в виде эмиттерного повторителя, что обеспечивает ему большое входное и малое выходное сопротивления. Этим достигается отсутствие искажения получаемого с асинхронного двигателя сигнала, вызванного действием нагрузки всего устройства. Аналого-цифровой преобразователь 4 преобразует непрерывный линейно изменяющийся сигнал в его цифровой эквивалент с разрядностью 16 бит. Период дискретизации аналоговых величин составляет 10 мкс. Блок согласования интерфейсов 5 обеспечивает согласование электрических параметров сигналов, формируемых прибором с электрическими параметрами шины PCI персонального компьютера 6, и логический интерфейс. Он служит для передачи дискретизированных значений исследуемого сигнала с аналого-цифрового преобразователя 4 в память персонального компьютера 6 и сигналов, управляющих работой устройства, - сигнал запуска генератора прямоугольных импульсов 1 и инициации аналого-цифрового преобразователя 4 - от персонального компьютера 6 к этим элементам устройства. Персональный компьютер 6 выполняет следующие функции:

- формирует сигнал запуска генератора прямоугольных импульсов 1;

- запускает в работу аналого-цифровой преобразователь 4 и считывает с него цифровой код;

- обеспечивает введение значений эталонного диагностического параметра, диагностического параметра, полученного при предшествующей диагностике, и времени, прошедшего с момента проведения последней диагностики;

- осуществляет вычисление значения текущего обобщенного диагностического параметра, времени работы диагностируемого двигателя до выхода из строя;

- обеспечивает отображение вводимых величин, режимов работы устройства и результатов измерений.

Устройство для оценки и прогнозирования технического состояния изоляции электродвигателя работает следующим образом.

По команде с персонального компьютера 6 блок согласования интерфейсов 5 формирует сигнал запуска генератора прямоугольных импульсов 1. С выхода генератора прямоугольных импульсов 1 одиночный диагностирующий импульс подается на один из выводов обмотки электродвигателя 2. С другого вывода обмотки электродвигателя 2 сигнал поступает на вход блока согласования 3, обеспечивающего отсутствие искажений этого сигнала, которые могут быть вызваны работой заявляемого устройства. С выхода блока согласования 3 сигнал подается на вход аналого-цифрового преобразователя 4. Персональный компьютер 6 подает через блок согласования интерфейсов 5 сигнал на второй вход аналого-цифрового преобразователя 4, который вводит его в работу. В аналого-цифровом преобразователе 4 диагностический сигнал преобразуется в цифровой код, который передается через блок согласования интерфейсов 5 в персональный компьютер 6. Считывание сигнала персональным компьютером 6 производится в течение времени, равного длительности импульса, формируемого генератором прямоугольных импульсов 1. Персональный компьютер 6 обрабатывает в соответствии с заложенной в него программой поступившие данные. Необходимые данные запрашиваются у пользователя в диалоговом режиме.

Для оценки остаточного срока службы может использоваться, например, многофакторная детерминированная модель прогноза, разработанная И.А.Гутовым (Гутов И.А. Прогнозирование состояния электродвигателей на основе использования многофакторных моделей старения изоляции: Дисс.... канд. техн. наук: 05.20.02. - Барнаул, 1997. - 259 с.). Оценить срок службы с использованием этой модели можно по следующим выражениям:

t_ост=T-t;

где t_ост - остаточный срок службы, мес.;

Т - полный срок службы после ввода в эксплуатацию, мес.;

t - время, прошедшее с начала эксплуатации, мес.;

F_нач - начальное значение обобщенного диагностического параметра, о.е.;

F_кр - критическое значение обобщенного диагностического параметра, при котором вероятность выхода из строя электродвигателя наиболее высока, о.е.;

b и с - параметры модели, зависящие от условий эксплуатации, о.е.

Значения параметров b и с хранятся в памяти персонального компьютера 6 и выбираются им в зависимости от значений параметров условий эксплуатации (средняя влажность воздуха, режим работы, температура окружающей среды). В результате проведения вычислений на мониторе персонального компьютера 6 выводятся сведения о текущем значении диагностического параметра и величине остаточного срока службы в месяцах.

Достоинствами предлагаемого устройства являются повышенная точность измерений за счет большой разрядности аналого-цифрового преобразователя и уменьшения времени дискретизации, расширенный набор функций, более высокая наглядность ввода исходных данных и получения результатов.