Устройство бесконтактного автоматизированного контроля выпрямительных блоков

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного автоматизированного измерения параметров внешних магнитных полей, сопровождающих работу электрооборудования различного назначения, в том числе выпрямительных блоков, содержащих понижающие трансформаторы. Изобретение позволяет повысить точность и достоверность получаемой информации о режимах работы и техническом состоянии выпрямительных блоков за счет автоматизации процесса размещения датчика магнитного поля в заданной точке измерительной области и непрерывного контроля местоположения оси его чувствительности в процессе производства измерений, при этом информация о местоположении датчика выделяется непосредственно из его выходного сигнала. Указанная цель достигается тем, что в устройство бесконтактного автоматизированного контроля введен выносной двухосный (трехосный) источник координатного магнитного поля, вырабатывающий сигналы фиксированной амплитуды с частотами _1K и _2K, размещаемый на контролируемом выпрямительном блоке. Кроме того, в устройство введены два (три) полосовых фильтра, настроенных на эти частоты. В процессе работы источник координатного магнитного поля создает результирующее поле, при этом каждой его точке будет соответствовать свое и только свое соотношение амплитуд сигналов с частотами _1K и _2K, что позволит автоматически выставить датчик магнитного поля в заданную точку и постоянно контролировать ориентацию оси его чувствительности в процессе измерений.

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для бесконтактного автоматизированного измерения параметров внешних магнитных полей, сопровождающих работу электрооборудования различного назначения.

Известно устройство для определения координат рабочего преобразователя дефектоскопических систем, разработанное для применения в составе вихретоковой дефектоскопической системы контроля лопаток паровых турбин энергосистем [П.Н.Шкатов, Е.А.Зверев "Устройство для определения координат рабочего преобразователя дефектоскопических систем". Тезисы докладов 4-й Международной выставки и конференции "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности". Москва, 2005]. Устройство представляет собой акустический активный локатор с раздельным излучателем и приемником и позволяет вести дискретный отсчет координат рабочего преобразователя без использования традиционных в этом случае датчиков перемещения.

Недостатком рассмотренного устройства является то, что для "привязки" положения рабочего преобразователя к поверхности объекта контроля (т.е. его ориентации) используется акустический локатор, а для производства бесконтактного (неразрушающего) вихретокового контроля и дефектоскопии контроля лопаток паровых турбин применяется магниточувствительный анализатор. Это ведет к усложнению устройства и снижению надежности его работы.

Известно устройство бесконтактного автоматического оперативного контроля состояния обмоток силовых однофазных трансформаторов стержневого типа без отключения их на время проведения проверок от потребителей электрической энергии [А.Г.Сукиязов, В.Н.Гутников, Б.Н.Просянников, В.А.Варков. "Устройство бесконтактного контроля состояний обмоток однофазных трансформаторов стержневого типа". А.с. 1760477, 1992]. Устройство работает следующим образом. Напротив заранее определенной (например, с помощью геометрического расчета и (или) построения) и маркированной середины обмотки однофазного трансформатора стержневого типа устанавливается датчик магнитного поля, с определенным образом ориентированной осью чувствительности. Сигнал с выхода датчика, пропорциональный напряженности внешнего магнитного поля трансформатора, анализируется устройством по заданному алгоритму, в результате чего в блоке отображения информации устройства формируется выходной сигнал, соответствующий текущему техническому состоянию обмоток контролируемого трансформатора.

Известно устройство, реализующее способ контроля блоков питания, содержащих силовой трансформатор [А.Г.Сукиязов, Б.Н.Просянников. "Способ контроля блоков питания, содержащих силовой трансформаторов". А.с. 1335885, 1985]. Устройство работает следующим образом. Вблизи контролируемого трансформатора размещают датчик магнитного поля, проекция оси чувствительности которого составляет с осью обмотки трансформатора угол 90±30°. Сигнал с выхода датчика, пропорциональный напряженности внешнего магнитного поля, сравнивается устройством по определенному алгоритму с эталонным сигналом, в результате чего на выходе устройства формируется сигнал о режимах работы контролируемого трансформатора.

Недостатком рассмотренных выше устройств является необходимость выполнения большого объема работ, связанных с размещением датчика магнитного поля, ориентации оси его чувствительности относительно объекта контроля, предварительной маркировки места размещения датчика на объекте контроля и т.д. Все это существенно усложняет работу устройств. Кроме того, неточность установки датчиков магнитного поля, произвольное изменение их местоположения и ориентации оси чувствительности в процессе производства измерений приводит к снижению достоверности получаемых результатов контроля.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является устройство, реализующее способ экспресс-диагностики выпрямительных элементов блоков питания [А.Г.Сукиязов, Б.Н.Просянников. "Способ экспресс-диагностики выпрямительных элементов блоков питания". А.с. 1718159, 1989].

Устройство работает следующим образом. Вблизи силового трансформатора блока питания, содержащего диодную схему выпрямления, размещается датчик магнитного поля, сигнал которого пропорционален напряженности внешнего магнитного поля трансформатора. В процессе обработки сигнала датчика устройством происходит сравнение его спектра со спектром опорного сигнала, принятого в качестве эталонного. По результатам проведенного сравнения на выходе устройства формируется сигнал, характеризующий техническое состояние выпрямительных элементов блока питания.

Недостатком устройства, выбранного за прототип, является необходимость предварительной ориентации оси чувствительности датчика магнитного поля относительно объекта и постоянного контроля за его местоположением в процессе производства измерений, так как каждому новому положению оси и каждой новой точке измерения соответствует свой набор эталонных сигналов (спектр сигналов), с которыми сравниваются измеряемые.

Заявляемое изобретение направлено на повышение точности и достоверности получаемой информации о техническом состоянии элементов выпрямительных блоков за счет автоматизации процесса размещения датчика в точке измерения и непрерывного контроля его местоположения в процессе производства измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство бесконтактного автоматизированного контроля выпрямительных блоков введен выносной двухосный (трехосный) источник координатного магнитного поля, представляющий собой две (три) ортогонально размещенных обмотки, ко входам которых подключены два (три) генератора координатных частот, вырабатывающих сигналы фиксированного модуля (амплитуды) с частотами _1K и _2K (_3K), отличными от основной частоты питающего выпрямительный блок напряжения и частот, кратных этой основной частоте. Кроме этого, в устройство введены два (три) узкополостных фильтра, настроенных на частоты _1K и _2K (_3K),, входы которых подключены к выходу датчика магнитного поля устройства, а выходы - ко входу логического блока. В процессе работы источник координатного магнитного поля создает результирующее поле, при этом каждой его точке будет соответствовать свое и только свое соотношение амплитуд сигналов с частотами _1K и _2K, что позволит автоматически выставить датчик в заданную точку измерительной области и постоянно контролировать ориентацию оси его чувствительности в процессе измерений.

На фиг.1 представлена схема формирования координатного магнитного поля, поясняющая принцип работы заявляемого устройства. На рисунке представлен объект контроля - выпрямительный блок 1, на корпусе которого размещен однозначно ориентированный относительно корпуса (либо относительно какого-либо другого неизменного ориентира) двухкоординатный источник магнитного поля, представляющий собой две ортогонально размещенные обмотки 2, запитываемые от двух генераторов координатных частот 6 (ГКЧ1 и ГКЧ2), вырабатывающих напряжения с частотами и где f_C частота напряжения сети, питающей выпрямительный блок, причем m>n. Вблизи выпрямительного блока на устройстве перемещения 4 размещается датчик магнитного поля 3, помещенный в измерительную область 5, где внешнее магнитное поле, излучаемое индуктором выпрямительного блока (например, понижающим трансформатором) имеет максимальную напряженность. Выход датчика магнитного поля подключается к анализатору спектра.

Благодаря источнику координатного магнитного поля каждой точке измерительной области (1, 2, 3, 4) будет соответствовать свое и только свое соотношение модулей (амплитуд) сигналов на частотах f_ГКЧ1 и fГ_КЧ2 - Это позволит однозначно определить положение оси чувствительности датчика магнитного поля относительно выпрямительного блока и в процессе измерений поддерживать его неизменным.

Источник координатного магнитного поля может содержать третью обмотку, также размещенную ортогонально относительно первых двух обмоток с питанием от генератора опорной частоты ГКЧ3 с частотой _3K. Это позволит с еще большей точностью разместить датчик магнитного поля относительно индуктора (например, понижающего трансформатора) выпрямительного блока в заданной точке измерительной области.

На фиг.2 изображено устройство бесконтактного автоматизированного контроля выпрямительных блоков.

Устройство включает в себя размещаемый на выпрямительном блоке выносной источник координатного магнитного поля (ИКМП), содержащий источник питания (ИП), два генератора координатных частот (ГКЧ1 и ГКЧ2), вырабатывающих сигналы с частотами _1K и _2K соответственно, выходы которых подключены к ортогонально размещенным обмоткам w_1K и w_2K , датчик магнитного поля 1, размещенный на устройстве перемещения 14, подключенный к усилителю 2, выход которого подключен к полосовым фильтрам 3, 4, 5, 12, 13, настроенным соответственно на частоты , 2, 3, ( - частота напряжения, питающего выпрямительный блок, m>n). Выход фильтра 3 подключен к усилителю 6, выходы фильтров 4 и 5 - к синхронным детекторам 7 и 8, к управляющим входам которых подключены выходы полосовых фильтров 9 и 10, настроенных на частоту 2 и 3 соответственно.

Входы фильтров 9 и 10 соединены с выходом нелинейного элемента 11, подключенного к выходу усилителя 6. Кроме того, выходы усилителя, синхронных детекторов 7 и 8, а также выходы фильтров 12 и 13 подключены ко входам логического устройства (ЛУ), выходы которого соединены с устройством отображения информации (УОИ) и с устройством управления (УУ) устройством перемещения датчика 14.

Устройство работает следующим образом.

Датчик магнитного поля 1 формирует сигнал, пропорциональный напряженности внешнего магнитного поля трансформатора выпрямительного блока, который усиливается усилителем 2 до необходимого значения. Из усиленного сигнала выделяются гармонические составляющие с частотами , с помощью полосовых фильтров 3, 4, 5, 12 и 13. Сигнал является основной частотой питающего напряжения и используется в дальнейшем как опорный. Из него выделяются опорные сигналы с частотой 2, 3, для чего сигнал с фильтра 3 дополнительно усиливается усилителем 6 и искажается с помощью стабильного нелинейного элемента 11. Это приводит к изменению его спектра и появлению необходимых гармоник, которые выделяются полосовыми фильтрами 9 и 10.

Амплитуды четной и нечетной гармоник, получаемые на выходе фильтров 4 и 5 соответственно, зависят от режима работы контролируемого выпрямительного блока и поэтому поступают на входы синхронных детекторов 7 и 8. Амплитуды тех же гармоник, полученных с фильтров 9 и 10, не зависят от режимов контролируемого блока и поэтому поступают на управляющие входы упомянутых синхронных детекторов.

Сигналы с усилителя 6 и выходов синхронных детекторов поступают на вход логического устройства, который в зависимости от комбинаций соотношений амплитуд указанных сигналов реализует один из трех вариантов выходного сигнала: «Блок исправен», «Обрыв одного из диодов моста» и «Пробой одного из диодов моста». Одновременно в ЛУ производится сравнение комбинаций соотношений амплитуд сигналов с выходов фильтров 12 и 13 с набором эталонных значений, соответствующих координатам заданной точки измерительной области. По командам ЛУ устройство управления осуществляет перемещение датчика до установки его в заданную точку измерительной области и в дальнейшем, при проведении измерений, контролирует его местоположение.

Авторами изготовлен натурный образец устройства бесконтактного автоматизированного контроля выпрямительных блоков (фиг.3 а, б), содержащий датчик магнитного поля (1), размещенный на устройстве перемещения (3), источник координатного магнитного поля (2), содержащий две ортогонально размещенных обмотки и устройство управления (4). Проведенные авторами экспериментальные исследования работоспособности разработанного образца подтвердили эффективность предложенного подхода к решению задачи автоматизированного управления местоположением оси чувствительности датчика магнитного поля в измерительной области.

Предлагаемое устройство дает существенный положительный эффект, состоящий в:

- возможности автоматизации процесса бесконтактного контроля технического состояния выпрямительных блоков;

- повышении надежности работы контролируемого выпрямительного блока за счет упрощения (либо полного исключения) встроенной системы контроля, обеспечивающей выявление неисправностей;

- сокращении трудозатрат по определению технического состояния элементов выпрямительных блоков в связи с исключением необходимости их выключения из общей структуры электроснабжения на время проведения контроля, снятия защитных панелей, выпаивания или иного исключения проверяемых диодов из общей схемы блока;

- повышении достоверности контроля качества выходного напряжения выпрямительного блока за счет раннего выявления неисправностей в схеме выпрямления типа «Обрыв диодам, что приводит к ухудшению качества выходного напряжения блока, либо «Пробой диода», что приводит к возникновению аварийного режима в трансформаторе блока;

- повышении достоверности результатов контроля за счет точной выставки и фиксации датчика магнитного поля в заданной точке измерительной области, при этом информация о местоположении датчика выделяется непосредственно из его выходного сигнала.

Устройство бесконтактного автоматизированного контроля выпрямительных блоков, содержащее размещенный вблизи силового трансформатора выпрямительного блока, включающего диодную схему выпрямления, датчик магнитного поля, установленный с возможностью вырабатывания на своем выходе сигнала, пропорционального напряженности внешнего магнитного поля, и обработки данного сигнала с использованием полосовых фильтров, логический блок для сравнения спектра зарегистрированного сигнала со спектром опорного сигнала, принятого в качестве эталонного, и устройство отображения информации, соединенное с выходом упомянутого логического блока, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно введены выносной двухосный или трехосный источник координатного магнитного поля, представляющий собой соответственно две или три ортогонально размещенные обмотки, ко входам которых подключены соответственно два или три генератора координатных частот, вырабатывающих сигналы фиксированной амплитуды с частотами соответственно _1K и _2K или _1K, _2K и _3K, отличными от основной частоты питающего выпрямительный блок напряжения и частот, кратных этой основной частоте, подключенные к выходу датчика магнитного поля соответственно два или три полосовых фильтра, настроенных на частоты соответственно _1K и _2K или _2K, _2K и _3K, выходы которых подключены ко входам упомянутого логического блока, устройство управления, вход которого подключен к выходу упомянутого логического блока, и устройство перемещения, на котором размещен упомянутый датчик магнитного поля, при этом вход устройства перемещения подключен к выходу упомянутого устройства управления.