Устройство диагностирования электрических цепей локомотивов постоянного и переменного тока
Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу и предназначена для измерения параметров электрических цепей постоянного и переменного тока: сопротивления изоляции, возвратного напряжения, тока реабсорбции, емкости, индуктивности, активного сопротивления. Устройство позволяет также вычислять проводимость, фактор потерь, добротность и коэффициент абсорбции. В устройстве диагностирования электрических цепей локомотивов постоянного и переменного тока, блоки распределенной структуры измерения электрических цепей выполнены в виде модулей, в которых составляющие устройство диагностирования компоненты распределены следующим образом: один блок в виде «мегаомметра», другой блок в виде «Z-метра», при этом модуль «мегаомметр» содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, гальванически развязанный блока питания, формирователь высоковольтного выходного напряжения, усилитель тока, усилитель напряжения, схему управления, интерфейса UART, а блок «Z-метр» содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, генератор измерительного сигнала, узел преобразователей, узел синхронного детектора и интегратор логического узла.
Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу и предназначена для измерения параметров электрических цепей постоянного и переменного тока: сопротивления изоляции, возвратного напряжения, тока реабсорбции, емкости, индуктивности, активного сопротивления. Устройство позволяет также вычислять проводимость, фактор потерь, добротность и коэффициент абсорбции.
Данные параметры позволяют судить о качестве изоляции электрооборудования, контролировать индуктивность электромагнитных систем, формировать характеристики тяговых трансформаторов, а также определять техническое состояние электрических машин и тяговых двигателей и объем требуемого ремонта, с выявлением неисправных узлов.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого технического решения является система комплексной диагностики электросекций мотор-вагонного подвижного состава (см. патент RU 
2386943 C1, кл. МПК G01M 17/08, опубл.20.04.10).
Система диагностики образована путем объединения в единый комплекс разнородных систем, обеспечивающих диагностику электрической изоляции, колесно-моторных блоков, автотормозной системы, включая подвагонный компрессор, электрических цепей управления, силовых и вспомогательных электрических цепей, токоприемника электросекции мотор-вагона. Такая система позволяет осуществлять диагностику на испытательных участках в производстве или ремонте. В состав системы включены измеритель изоляции и беспроводной терминал. В состав диагностического поста включен блок связи с полевым оборудованием. Устройство диагностики токоприемников оборудовано внешним портом передачи данных. Технический результат заключается в повышении достоверности и сокращении продолжительности диагностики электросекции мотор-вагонного подвижного состава до нескольких часов.
Недостатком прототипа, является то, что система не позволяет осуществить комплексную диагностику электрических цепей управления, силовых и вспомогательных электрических цепей локомотивов постоянного и переменного тока с определением таких параметров, как, например, возвратное напряжение, ток реабсорбции, вследствие чего имеет недостаточно высокую достоверность диагностики технического состояния, а универсальность блоков снижает быстродействие системы в целом..
Задача полезной модели состоит в том, чтобы повысить достоверность диагностики технического состояния путем осуществления комплексной диагностики электрических цепей, а также быстродействие измерений и вычисления параметров.
Поставленная задача решается тем, что в известном техническом решении, включающем устройство диагностирования электрических цепей локомотивов постоянного и переменного тока, содержащее ЭВМ с принтером и блоком беспроводного интерфейса, подсистему диагностирования электрических цепей, измеритель изоляции, внешний порт передачи данных, подсистема управления электрическими цепями имеет распределенную структуру и содержит два блока измерения и управления с преобразователями электросигналов, блоки питания, при этом измеритель изоляции подключен к внешнему порту передачи данных, ЭВМ соединена с блоками измерения электрических цепей, блоками питания и управления, блоки измерения подключены к электрическим цепям, блоки питания, измерения и управления соединены с преобразователями электросигналов, подключены к силовым и вспомогательным электрическим цепям, предложенное устройство, согласно полезной модели отличается тем, что блоки распределенной структуры измерения электрических цепей выполнены в виде модулей, в которых составляющие устройство диагностирования компоненты распределены следующим образом: один блок в виде «мегаомметра», другой блок в виде «Z-метра», при этом модуль «мегаомметр» содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, гальванически развязанный блока питания, формирователь высоковольтного выходного напряжения, усилитель тока, усилитель напряжения, схему управления, интерфейса UART, а блок «Z-метр» содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, генератор измерительного сигнала, узел преобразователей, узел синхронного детектора и интегратор логического узла.
Разделение функций измерения разнородных электрических величин за счет блоков, один из которых выполнен в виде «мегаомметра», а другой - в виде «Z-метра», дает специализацию по измерениям близких по физической сути параметров, что упрощает общую схему устройства и программное обеспечение. За счет этого повышается быстродействие измерений и вычисления параметров.
Полезная модель поясняется схемами: на фиг.1 показана схема мегаомметра; на фиг.2 - схема «Z-метра».
В основу работы модуля «Мегаомметр» положен закон Ома для электрических цепей.
Работой модуля управляет микроконтроллер со встроенным 10-разрядным аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Для связи с внешними устройствами используется интерфейс UART. Интерфейс имеет гальваническую развязку, реализованную на оптопарах с напряжением изоляции 6 кВ. Блок питания выполнен по схеме обратноходового преобразователя с гальванической развязкой от питающего напряжения.
Блок питания выдает напряжение ±12B для питания интерфейса UART с напряжением изоляции 500B, а также напряжение для питания самого модуля ±15B, +5B и +50B. Для формирования высоковольтного измерительного напряжения применяется микросхема однотактного контроллера с широтно-импульсной модуляцией. Для усиления выходного тока применен биполярный транзистор с изолированным затвором. Выходное напряжение задается микроконтроллером, в зависимости от полученной команды. Для уменьшения пульсаций выходного высоковольтного измерительного напряжения на выходе выпрямителя установлен RC-фильтр.
При подаче на клеммы X2 и X3 высоковольтного измерительного напряжения на передней панели модуля зажигается красный светодиод. Источник опорного напряжения имеет высокую временную и температурную стабильность и служит для повышения точности измерений. Усилители тока и напряжения выполнены однотипно. Они преобразуют входной ток в выходное напряжение, пропорциональное измеряемому сигналу. Усилители имеют по три фиксированных коэффициента усиления, которыми управляет микроконтроллер.
Микроконтроллер, для определения сопротивления изоляции объекта, подключенного к выходным клеммам X2 и X3, измеряет ток и напряжение с помощью встроенного АЦП. Затем эти данные передаются по интерфейсу UART в управляющее устройство, где происходит вычисление сопротивления изоляции измеряемого объекта.
Для вычисления коэффициента абсорбции измерение сопротивления изоляции производится через 15 и 60 секунд от начала подачи высоковольтного измерительного напряжения на измеряемый объект. По полученным данным вычисляется коэффициент абсорбции
K абс=R (60 секунд)*R-1(15 секунд)
где: Кабс - коэффициент абсорбции;
R (60 секунд) - сопротивление изоляции через 60 с после начала измерения;
R (15 секунд) - сопротивление изоляции через 15 с после начала измерения.
В основу работы модуля «Z-метра» положен интегрирующий метод измерения со вспомогательным опорным напряжением.
Напряжение рабочей частоты с генератора подается на измеряемый объект, подключаемый к преобразователю Y
Uт, Uн. Преобразователь формирует два напряжения, одно из которых (Uт) пропорционально току, протекающему через измеряемый объект, другое (Uн ) - напряжению на нем. Отношение этих напряжений равно полной проводимости (Y) или полному сопротивлению (Z).
Измерение отношения напряжений производится аппаратно-программным логометром. Аппаратная часть логометра состоит из коммутатора, масштабного усилителя, синхронного детектора, интегратора, счетчика результата измерения (старшие разряды счетчика реализованы программно). Итогом работы программной части логометра является расчет отношения напряжений, который производится программным обеспечением.
Процесс измерения происходит следующим образом: проекции векторов Uт и Uн на опорное напряжение Uоп и jUоп выделяются синхронным детектором и измеряются в некотором произвольном масштабе измерителем интегрирующего типа.
При измерении высокоомных объектов, когда генератор сигнала является источником напряжения измерения производятся в виде составляющих полной проводимости (Ux=U т, Uо=Uн). В случае измерения низкоомных объектов источник сигнала работает как генератор тока и измерения производятся в форме составляющих полного сопротивления (U x=Uн, Uо=Uт). Требуемая форма представления иммитанса достигается пересчетом из первичной формы (G, B' или X, R) и осуществляется программным обеспечением СКД. Расширение пределов измерения достигается за счет изменения коэффициента передачи усилительного тракта логометра при измерении составляющих числителя Ux в 10, 100 и 1000 раз.
Промышленная применимость обеспечивается применением известных современных средств.
Устройство диагностирования электрических цепей локомотивов постоянного и переменного тока, содержащее ЭВМ с принтером и блоком беспроводного интерфейса, подсистему диагностирования электрических цепей, измеритель изоляции, внешний порт передачи данных, подсистема управления электрическими цепями имеет распределенную структуру и содержит два блока измерения и управления с преобразователями электросигналов, блоки питания, при этом измеритель изоляции подключен к внешнему порту передачи данных, ЭВМ соединена с блоками измерения электрических цепей, блоками питания и управления, блоки измерения подключены к электрическим цепям, блоки питания, измерения и управления соединены с преобразователями электросигналов, подключены к силовым и вспомогательным электрическим цепям, отличающееся тем, что блоки распределенной структуры измерения электрических цепей выполнены в виде модулей, в которых составляющие устройство диагностирования компоненты распределены следующим образом: один блок в виде "мегаомметра", другой блок в виде "Z-метра", при этом модуль "мегаомметр" содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, гальванически развязанный блок питания, формирователь высоковольтного выходного напряжения, усилитель тока, усилитель напряжения, схему управления, интерфейса UART, а блок "Z-метр" содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, генератор измерительного сигнала, узел преобразователей, узел синхронного детектора и интегратор логического узла.
