СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И ИНДУКТИВНОСТЬ
DIAGNOSIS METHOD OF ELECTRIC CIRCUITS CONTAINING ACTIVE RESISTANCE AND INDUCTANCE

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, в частности обмоток электрических машин и аппаратов.
Известным является способ диагностирования электрических цепей, в частности, автомобильного электрооборудования по наличию тока в электрической цепи при подключении к источнику напряжения [Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 2001. - 287 с., ил.].
Недостатком такого способа является невозможность диагностировать дефекты электрической цепи, в частности, автомобильного электрооборудования, не влекущие за собой разрыв электрической цепи.
Известен способ диагностирования, выбранный за прототип, использующий в качестве параметра диагностирования постоянную времени тока переходного процесса в диагностируемой электрической цепи [RU 2314432 C2]. При этом измеряют мгновенные значения тока в течение переходного процесса при подаче постоянного напряжения на автомобильное электрооборудование и рассчитывают постоянную времени.
факт.
yст.факт.
факт.
уст.факт.
уст. факт.
факт.
факт.
Недостатком указанного способа является погрешности определения постоянной времени по экспоненте, которая является плавной кривой, что приводит к существенным ошибкам. К примеру на фиг.1 показан переходный процесс кривая 1 для принятых значений Т=1 с и U=1, где Т - фактическое значение постоянной времени, U- установившееся значение выходной величины в относительных единицах; установившееся значение выходной величины показано прямой 2. Прямой 3 показано значение 0,95U Из чертежа и проведенных расчетов следует, что значение 0,95 достигается при t=3Т=3 с, где Т=1 с.
уст.изм.1
уст.изм.1
изм.1
изм.1
изм.1
Если установившееся значение измеряется с погрешностью -2%, т.е. измеренное значение составляет U=0,98, тогда 0,95U=0,931, это значение показано прямой 4. Из чертежа и проведенных расчетов следует, что значение 0,931 будет достигаться за время t=3T=2,66 с, тогда значение постоянной времени будет равно Т=0,887, следовательно, погрешность измерения составит Δ%=11,3%.
уст.изм.2
уст.изм.1
изм.2
изм.2
изм.2
Если установившееся значение измеряется с погрешностью +2%, т.е. измеренное значение составляет U=1,02, тогда значение 0.95U=0,969, это значение показано прямой 5. Из чертежа и проведенных расчетов следует, что это значение будет достигаться за время t=3Т=3,47 с, тогда значение постоянной времени Т=1,157, а погрешность оценки составит Δ%=15,7%.
Техническим результатом является повышение информативности параметров диагностирования.
<mrow><mi>С</mi><mfrac><mrow><mn>2</mn><msup><mi>ξ</mi><mn>2</mn></msup><mi>L</mi></mrow><mrow><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac></mrow>
Технический результат достигается тем, что в способе диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, в частности обмоток электрических машин и аппаратов, в электрическую цепь дополнительно последовательно подключают конденсатор, подают на электрическую цепь гармоническое напряжение фиксированных частот и в режиме установившихся гармонических колебаний измеряют амплитуду и фазовый сдвиг напряжения на конденсаторе относительно подаваемого напряжения, вычисляют отношение амплитуды напряжения на конденсаторе к амплитуде подаваемого напряжения и в качестве диагностируемых параметров принимают значение фазового сдвига и вычисленное значение отношения амплитуд, причем значение емкости конденсатора выбирается из условия
, где L - индуктивность цепи, R - активное сопротивление цепи, ξ - коэффициент демпфирования (выбирается из диапазона от 0,05 до 0,1).
<mrow><mi>С</mi><mfrac><mrow><mn>2</mn><msup><mi>ξ</mi><mn>2</mn></msup><mi>L</mi></mrow><mrow><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac></mrow>
<mi>ξ</mi>
На фиг.3 представлена функциональная схема возможного варианта технической реализации способа диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, где в качестве диагностируемого электрооборудования взята фазовая обмотка статора автомобильного генератора 94.3701 с параметрами L=0,001447 Гн, R=0,0373 Ом, а к одной из фаз статора дополнительно последовательно подключена емкость С=2000 мкФ, величина которой выбрана из условия
, где
=0,05. На фиг.2 представлены амплитудные частотные и фазовые частотные характеристики диагностируемых электрических цепей: 1 - амплитудные частотные и фазовые частотные характеристики диагностируемой электрической цепи с номинальными параметрами, 2 - амплитудные частотные и фазовые частотные характеристики диагностируемой цепи с дефектом, индексом «н» обозначены номинальные значения параметров диагностируемой электрической цепи, индексом «д» - значения параметров диагностируемой электрической цепи, содержащей дефект.
Схема измерения фиг.3 состоит из последовательно соединенных источника гармонического напряжения фиксированных частот 1 (генератор гармонических колебаний), коммутирующего устройства 2, диагностируемой электрической цепи 3, дополненной последовательно включенным конденсатором, измерительного устройства 4, вход которого соединен с выходом коммутирующего устройства 2, и регистрирующего устройства 5 на базе ЭВМ.
Измерения производятся следующим образом: с помощью коммутирующего устройства 2 диагностируемую электрическую цепь 3 подключают к источнику гармонического напряжения фиксированных частот 1, при этом измерительный модуль 4 в режиме установившихся гармонических колебаний производит измерения мгновенных значений напряжения на конденсаторе, которые передаются на регистрирующее устройство 5, где обрабатываются и хранятся. Результаты измерений амплитудных частотных и фазовых частотных характеристик диагностируемых электрических цепей представлены на фиг.2.
<mrow><msup><mi>A</mi><mo>*</mo></msup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mi>М</mi><mi>Д</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>А</mi><mrow><mi>М</mi><mi>Н</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
Д
Н
В регистрирующем устройстве 5 обрабатываются мгновенные значения напряжения и вычисляются указанные параметры диагностирования. В таблице 1 приведены численные значения параметров диагностирования для диагностируемой электрической цепи с номинальными значениями параметров и для диагностируемой электрической цепи с дефектом (межвитковое замыкание витков фазы статора). Как показали вычисления, значения указанных параметров диагностирования существенно изменяются при наличии дефекта в диагностируемой электрической цепи. Так, например, отношение максимального значения относительной амплитуды напряжения в диагностируемой электрической цепи с дефектом к максимальному значению относительной амплитуды напряжения в диагностируемой электрической цепи с номинальными значениями параметров
равно 0,93 (или 93%), а фазовый сдвиг напряжения в электрической цепи, содержащей дефект, соответствующий частоте, при которой достигает максимума относительная амплитуда напряжения в диагностируемой электрической цепи с номинальными значениями параметров φ(ω), составил -162 градуса.
Таким образом, указанные параметры диагностирования существенно зависят от параметров диагностируемой электрической цепи, что доказывает целесообразность их использования.
Таблица 1
№ пп
Параметр диагностирования
Значение параметра диагностирования
1.
А<sub>ВХ </sub>- амплитудное значение входного гармонического напряжения, В
220
2.
А<sub>МН</sub> - максимальное значение относительной амплитуды напряжения в диагностируемой электрической цепи с номинальными значениями параметров
18,8
3.
А<sub>МД</sub> - максимальное значение относительной амплитуды напряжения в диагностируемой электрической цепи с дефектом
17,5
4.
<maths num="5"><math display="block"><mrow><msup><mi>A</mi><mo>*</mo></msup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mrow><mi>М</mi><mi>Д</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>А</mi><mrow><mi>М</mi><mi>Н</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000004.tif" he="14" wi="20" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
- отношение максимального значения относительной амплитуды напряжения в диагностируемой электрической цепи с дефектом к максимальному значению относительной амплитуды напряжения в диагностируемой электрической цепи с номинальными значениями параметров
0,93
5.
φ<sub>Н</sub>(ω<sub>Д</sub>) - фазовый сдвиг напряжения в электрической цепи с номинальными значениями параметров, соответствующий частоте, при которой достигает максимума относительная амплитуда напряжения в диагностируемой электрической цепи с номинальными значениями параметров, град.
-90
6.
φ<sub>Д</sub>(ω<sub>Н</sub>) -  фазовый сдвиг напряжения в электрической цепи с дефектом, соответствующий частоте, при которой достигает максимума относительная амплитуда напряжения в диагностируемой электрической цепи с номинальными значениями параметров, град.
-162