УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
DEVICE TO CONTROL SERVICEABILITY OF DC MOTOR

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля степени коммутации секций якоря электродвигателя постоянного тока, измерения угловой скорости вращения якоря электродвигателя постоянного тока и угла разности фаз между током и напряжением.
Названные выше параметры электродвигателя постоянного тока до подачи данной заявки контролировались по отдельности соответствующими измеряемому параметру приборами.
Известны устройства для определения угловой скорости вращения якоря электрических машин постоянного тока, одно из которых состоит из магнитоэлектрического логометра и фильтра, выделяющего гармоническую составляющую полюсных пульсаций [авторское свидетельство SU на изобретение №162227].
Известно также устройство, содержащее формирователь импульсов, подключенный к якорной цепи электрической машины, запоминающее устройство, индикатор и блок синхронизации, подключенный к цепи питания электрической машины [авторское свидетельство SU на изобретение №1002965].
Однако установление контролирующих приборов для измерения угловой скорости вращения якоря электродвигателя в зоне коллектора не разрешается Правилами технической эксплуатации транспортных средств и Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации ЦРБ - 756.
Измерение другого параметра - степени коммутации якоря электродвигателя постоянного тока осуществляется другой группой устройств, не связанных с измерением угловой скорости.
А именно, известны устройства контроля коммутации электрических машин постоянного тока [авторские свидетельства SU на изобретения №1073715, №1182283], содержащие щетку-датчик, установленную на сбегающем краю рабочей щетки на коллекторе электрической машины, токовый шунт, источник разнополярных опорных напряжений, схему определения полярности, коммутатор импульсов, два канала обработки положительных и отрицательных импульсов соответственно, каждый из которых содержит амплитудный селектор, линейные ключи, последовательно с ним соединенный интегрирующий преобразователь, а также преобразователь напряжение-частота и осциллографический индикатор.
Однако в данных устройствах щетка-датчик расположена непосредственно в щеточно-коллекторном узле электрической машины постоянного тока, что снижает его эксплуатационную надежность и повышает погрешность измерений. Датчики, расположенные непосредственно в щеточно-коллекторном узле электрической машины постоянного тока, не в состоянии обнаружить искрение, локализованное под щеткой.
Известно также устройство контроля коммутации коллекторных электрических машин, описанное в патенте RU на изобретение №2003994 и содержащее магниточувствительный элемент, который устанавливается между петушком коллектора и близлежащей щеткой вдоль продольной оси коллектора вне пространства, ограниченного шириной щеточного бракета, над контактирующей с крайней щеткой бракета коллекторной пластиной.
Однако магниточувствительный элемент располагается непосредственно в щеточно-коллекторном узле электрической машины постоянного тока, что снижает эксплуатационную надежность устройства.
Измерение качества коммутации возможно с помощью устройства измерения угла сдвига фаз между двумя сигналами - постоянным пульсирующим напряжением питания электродвигателя и током в цепи якоря, изменяющимися по синусоидальному закону с частотой, равной коллекторной, зависящей от количества коллекторных секций и частоты вращения якоря. Угол сдвига фаз можно определить по формуле
<mrow><mi>ϕ</mi><mo>=</mo><mi>ω</mi><mo>⋅</mo><mi>Δ</mi><mi>T</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>360</mn><mi>Δ</mi><mi>T</mi></mrow><mi>T</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>360</mn><msub><mi>U</mi><mrow><mi>c</mi><mi>p</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
.
Известно устройство для определения угла сдвига фаз между двумя сигналами, описанное в патенте RU на изобретение №2331078, содержащее аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), блок кольцевой памяти, программатор вычисления углов фазовых сдвигов между сигналами, генератор опорных сигналов. К входам АЦП присоединены трансформаторы тока и напряжения. Выходы преобразователя АЦП связаны с входами блока кольцевой памяти и с входами программатора. Выходы блока кольцевой памяти соединены с входами программатора, а его выходы связаны с входами сегментных индикаторов. Выходы генератора опорных сигналов связаны с входами программатора.
j
j
Известно также устройство для определения угла сдвига фаз между двумя несинусоидальными сигналами, описанное в патенте RU на изобретение №2264631, содержащее датчики сигналов, один выход которых соединен с входами программатора действующих значений, а другой выход - с входами программатора квазимощности. Выход программатора действующих значений соединен с входом множителя, выход которого соединен с входом делителя. Выход программатора квазимощности соединен с входом делителя, в котором измеряют мгновенные значения двух сигналов a(t) и b(t), оцифровывают их для одних и тех же моментов времени.
Основным недостатком данных устройств является низкая точность определения угла сдвига фаз между сигналами.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является «Устройство для контроля коммутации электрической машины» [авторское свидетельство SU на изобретение №907476], содержащее датчик радиосигналов, блок радиофильтров и блок индикации. Блок фильтров выполнен в виде набора настроенных на разную частоту полосовых фильтров, выходы которых подключены к соответствующим интеграторам. Блок индикации содержит наборы схем сравнения, схем опорных сигналов и дешифратор. Каждая из схем сравнения подключена одним входом к схеме опорных сигналов, а выходы схем сравнения соединены с входами дешифратора.
Однако использование данного устройства не позволяет добиться приемлемой точности измерения, так как наличие и отсутствие спектра высокочастотных электромагнитных колебаний незначительно зависят от интенсивности искрения и при слабом искрении (степень искрения порядка 1,5 балла), которое со временем может приобрести прогрессирующий характер, спектр высокочастотных электромагнитных колебаний во время нарушения коммутации не регистрируется. Этот недостаток обусловлен тем, что испарение меди с поверхности коллекторных пластин при замедленной или ускоренной коммутации зависит от среднего значения выделяющейся энергии, которая, в свою очередь, связана с интенсивностью искрения. Кроме того, показания индикатора зависят не только от интенсивности излучения электромагнитных помех источника, но и от взаимного расположения источника и датчика регистрации радиопомех, а также от внешних электромагнитных помех.
Изготовление и установка самого датчика радиосигналов в коллекторно-щеточный узел электрической машины, а также дальнейшее техническое обслуживание системы контроля связаны со значительными экономическими затратами.
Задачей заявляемого изобретения является разработка устройства, обеспечивающего возможность проведения измерения трех названных выше технических параметров электродвигателя постоянного тока одним прибором при упрощении конструкции устройства и повышении точности результатов.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что устройство контроля работоспособности электродвигателя постоянного тока, включающее помещенные в корпус фильтры частот и соответствующие им интеграторы, блок обработки сигналов, порт с выводами на средства индикации и визуализации, содержит преобразователи тока и напряжения, выполненные на основе датчиков Холла и установленные дистанционно с возможностью подключения их к шине питания электродвигателя постоянного тока; в корпус дополнительно введены усилитель, амплитудный селектор, источник опорного напряжения, блок измерения разности фаз и блок допускового контроля разности фаз, порт с клеммами для передачи информационных сигналов, порт с клеммами для дополнительного питания дистанционных элементов, при этом в качестве фильтров частот использованы фильтр нижних частот и полосовой фильтр, каждый из которых образует с соответствующим ему интегратором параллельные электрические цепи; вышеназванные блоки и элементы соединены следующим образом: амплитудный селектор - с усилителем, с источником опорного напряжения и посредством вышеуказанных параллельных электрических цепей - с блоком обработки сигналов, который подключен к источнику опорного напряжения, к порту с выводами на средства индикации и визуализации, к блоку допускового контроля разности фаз, связанному с блоком измерения угла разности фаз, причем последний соединен портом с клеммами для передачи информационных сигналов, который подключен к усилителю, а порт с клеммами для подключения питания дистанционных элементов соединен с источником опорного напряжения.
Заявляется также устройство контроля работоспособности электродвигателя постоянного тока с вышеописанными признаками, блок измерения угла разности фаз которого содержит источник питания, два усилителя-ограничителя, формирователь импульсов, два триггера, преобразователь скважность-напряжение, выход и два входа, при этом вышеназванные элементы соединены следующим образом: к источнику питания подключены усилители-ограничители, формирователь импульсов, триггеры, преобразователь скважность-напряжение; усилители-ограничители соединены с входами блока и один из усилителей-ограничителей соединен с одним из триггеров, а другой усилитель-ограничитель связан с формирователем импульсов, который, в свою очередь, соединен с триггерами, причем последние подключены к преобразователю скважность-напряжение, соединенному с выходом блока.
Кроме того, заявляется также устройство контроля работоспособности электродвигателя постоянного тока с вышеописанными признаками, блок допускового контроля разности фаз которого содержит стратегический идентификатор, оперативный идентификатор, первый и второй согласующие элементы, первую, вторую, третью схемы совпадения, первый, второй, третий счетчики импульсов, первую и вторую схемы сравнения, выходной элемент, вход и выход, при этом названные элементы соединены следующим образом: первый согласующий элемент соединен с первой и второй схемами совпадения, подключенными к соответствующим им первому и второму счетчикам импульсов, соединенным между собой и с первой схемой сравнения; второй согласующий элемент подключен к последовательно соединенным третьей схеме совпадения, третьему счетчику импульсов, второй схеме сравнения, которая, в свою очередь, подключена к первому счетчику импульсов; стратегический идентификатор подключен к входу, к третьему счетчику импульсов, к выходному элементу и к оперативному идентификатору, соединенному со всеми схемами совпадения; обе схемы сравнения соединены с входным элементом, связанным с выходом, а оба согласующих элемента соединены с входом.
Технический результат заявляемого изобретения.
Предлагаемая авторами схема устройства является бортовой системой технической диагностики транспорта и обеспечивает экспресс-анализ технического состояния электрических машин постоянного тока, чему способствуют организованные в заявляемом устройстве электрические цепи: первая - для контроля частоты вращения якоря, с помощью которой можно снять параметр угловой скорости, вторая - для контроля степени коммутации якоря электродвигателя, третья - для контроля угла разности фаз между током и напряжением, по величине которого фиксируется наличие неисправности, например межвиткового замыкания обмотки якоря и обрыв секции якоря электродвигателя. Конструктивные особенности заявляемого устройства дали возможность осуществить контроль основных параметров не тремя типами измерительных приборов, а всего одним с минимально возможным количеством блоков и элементов, поскольку некоторые из них для измерения этих разных параметров сходны. Это позволило упростить, облегчить и минимизировать схему измерения и контроля интересующих параметров. Данные технические результаты позволили также повысить надежность схемы контроля с возможностью исключения аварийной ситуации по причине несоответствия значимых трех параметров заданному режиму. Это позволяет даже при неисправном состоянии электродвигателя постоянного тока избежать нарастания аварийной ситуации, например, отключением неисправного электродвигателя из рабочей схемы, ограничиваясь остальными электродвигателями без остановки локомотива. Перечисленный набор технических преимуществ заявляемого изобретения авторы получили в том числе и с использованием в схеме преобразователей тока и напряжения на основе датчиков Холла, обеспечивающих гальваническую развязку цепи питания электродвигателя постоянного тока и заявляемого устройства.
Существующее правило запрета вторжения непосредственно в зону электродвигателя для измерения динамических параметров практически во всех аналогах (см. обзор публикаций в данной заявке) был нарушен по той причине, что, скорее всего, это двигатели не транспортного средства - самолета или железнодорожного локомотива, а бытового прибора. Поэтому в заявляемом предложении невозможность установления датчиков-измерителей в запретную зону двигателя решается снятием параметров контроля непосредственно с шины питания электродвигателя постоянного тока с помощью описанных выше преобразователей тока и напряжения.
Заявляемое изобретение поясняется с помощью Фиг., на которой изображена блок-схема заявляемого устройства. На Фиг. позициями 1-35 обозначены:
1 - преобразователь тока;
2 - преобразователь напряжения;
3 - порт с клеммами для передачи информационных сигналов;
4 - порт с клеммами для подключения питания дистанционных элементов;
5 - усилитель;
6 - амплитудный селектор;
7 - фильтр нижних частот;
8 - интегратор для фильтра нижних частот;
9 - блок обработки сигналов;
10 - полосовой фильтр;
11 - интегратор для полосового фильтра;
12 - источник опорного напряжения;
13 - блок измерения разности фаз;
14 - источник питания блока 13;
15, 16 - усилители-ограничители блока 13;
17 - формирователь импульсов блока 13;
18, 19 - триггеры блока 13;
20 - преобразователь скважность-напряжение блока 13;
21 - блок допускового контроля разности фаз;
22 - первый согласующий элемент блока 21;
23 - второй согласующий элемент блока 21;
24 - первая схема совпадения;
25 - вторая схема совпадения;
26 - третья схема совпадения;
27 - первый счетчик импульсов;
28 - второй счетчик импульсов;
29 - третий счетчик импульсов;
30 - первая схема сравнения;
31 - вторая схема сравнения;
32 - стратегический идентификатор;
33 - оперативный идентификатор;
34 - выходной элемент блока 21;
35 - выходной порт для средств индикации и визуализации.
Вышеназванные узлы и детали в устройстве соединены следующим образом. Преобразователи тока 1 и напряжения 2 выполнены на основе датчиков Холла и установлены дистанционно с возможностью подключения к шине питания электродвигателя постоянного тока, к порту 3 с клеммами для передачи информационных сигналов и порту 4 с клеммами для подключения питания к дистанционным элементам 1, 2.
Цепь для измерения угловой скорости электродвигателя постоянного тока образована следующим образом. Порт 3 для передачи информационных сигналов соединен с усилителем 5, подключенным к амплитудному селектору 6. Последний через одну параллельную электрическую цепь, включающую фильтр нижних частот 7 и соответствующий ему интегратор 8, соединен с блоком обработки сигналов 9.
Цепь для измерения степени коммутации электродвигателя образована описанной выше цепью и отличается тем, что амплитудный селектор 6 соединен с блоком обработки сигналов 9 через вторую параллельную электрическую цепь, включающую полосовой фильтр 10 и соответствующий ему интегратор 11.
К порту 4 для подключения питания к дистанционным элементам 1, 2 подсоединен источник опорного напряжения 12, который, в свою очередь, соединен с амплитудным селектором 6 и блоком обработки сигналов 9.
В цепи для измерения угла разности фаз порт 3 с клеммами для передачи информационных сигналов связан с входами блока измерения угла разности фаз 13, в котором элементы соединены следующим образом. Источник питания 14 подключен к усилителям-ограничителям 15, 16, к формирователю импульсов 17, триггерам 18, 19, к преобразователю скважность-напряжение 20. Усилители-ограничители 15, 16 соединены с входами блока 13. Один из усилителей-ограничителей 15 соединен с одним из триггеров 18, а другой усилитель-ограничитель 16 связан с формирователем импульсов 17, который, в свою очередь, соединен с триггерами 18, 19. Последние подключены к преобразователю скважность-напряжение 20, соединенному с выходом блока измерения угла разности фаз 13, который связан с входом блока допускового контроля разности фаз 21, элементы которого соединены следующим образом. Оба согласующих элемента 22, 23 соединены с входом блока 21. Первый согласующий элемент 22 соединен с первой 24 и второй 25 схемами совпадения. Второй согласующий элемент подключен к третьей схеме совпадения 26. Первая 24, вторая 25 и третья 26 схемы совпадения подключены к соответствующим им первому 27, второму 28 и третьему 29 счетчикам импульсов. Первый 27 и второй 28 счетчики импульсов соединены между собой и с первой схемой сравнения 30. Третий счетчик импульсов 29 соединен со второй схемой сравнения 31, которая, в свою очередь, подключена к первому счетчику импульсов 27. Стратегический идентификатор 32 подключен к входу блока 21, к третьему счетчику импульсов 29, к оперативному идентификатору 33, соединенному со всеми схемами совпадения 24, 25, 26 и с выходным элементом 34. Обе схемы сравнения 30, 31 соединены с входным элементом 34, связанным с выходом блока 21 допускового контроля разности фаз, который подключен к блоку обработки сигналов 9, выходной порт для средств индикации и визуализации 35 блока обработки сигналов 9 соединен с блоком индикации, не входящим в заявляемое устройство и не показанным на Фиг.
Устройство контроля работоспособности электродвигателя постоянного тока работает следующим образом.
Преобразователи тока и напряжения подключены к шине питания электродвигателя постоянного тока последовательно с обмоткой возбуждения якоря электродвигателя постоянного тока. Ток, протекающий по шине, индуцирует в магнитопроводе магнитную индукцию, которая преобразуется в пропорциональное напряжение соответствующего знака. Конструкции преобразователя тока и преобразователя напряжения организованы на основе компенсационных схем преобразования. Усиленный сигнал с преобразователей тока и напряжения подается в обмотку, компенсирующую магнитное поле измеряемого тока, текущего по входной шине, пропущенной в отверстие магнитопровода. Преобразователи тока и напряжения работают как элементы сравнения в очень узкой области характеристики преобразования, чем достигается малая нелинейность преобразования и низкая зависимость от индивидуального разброса параметров преобразователей. Компенсирующий ток в преобразователях является одновременно их выходным информационным сигналом с линейным токовым выходом.
После включения электродвигателя на обмотку возбуждения якоря поступает пульсирующее постоянное напряжение. Так как коллектор электродвигателя постоянного тока является механическим преобразователем частоты, то ток в цепи якоря изменяет свое направление в обмотке якоря с коллекторной частотой
k
f=n·z/60,
где n - число оборотов якоря в минуту,
z - число коллекторных пластин.
Преобразованный сигнал с преобразователя тока поступает на вход усилителя. После усиления сигнал подается на амплитудный селектор, где происходит ограничение амплитуды сигнала до расчетного уровня, который задается источником опорного напряжения. С амплитудного селектора 6 сигнал подается на фильтр нижних частот и полосовой фильтр и соответствующие интеграторы. После выделения фильтром нижних частот информационный сигнал подается в блок обработки сигналов и обеспечивает измерение угловой скорости вращения якоря электродвигателя. Наряду с этим при нарушении условий коммутации информационный сигнал средних частот поступает на полосовой фильтр, где происходит выделение нужной частоты. Далее сигнал с полосового фильтра поступает через соответствующий интегратор в блок обработки сигналов, где осуществляется сравнение принятого с полосового фильтра сигнала и эталонных сигналов при разных видах коммутации. При сравнении, если частота попадает в диапазон коллекторных частот
K
fот 610 до 930 кГц,
сигнал оценивается как соответствующий замедленной или ускоренной коммутации (предаварийное состояние), если коллекторная частота
K
f≥930 кГц,
то оценивается как соответствующий круговому огню по коллектору (аварийная ситуация). Блок обработки сигналов преобразует полученные результаты в цифровой код, которые через порт заявляемого устройства выводятся на средства индикации и визуализации, в частности на пульт управления и бортовой регистратор транспорта.
Для измерения величины напряжения питания электродвигателя используется преобразователь напряжения. Преобразователь ДИТ-300 Н RMS преобразует измеряемый сигнал в напряжение, пропорциональное среднеквадратичному значению входного тока. В преобразователях с пропорциональным среднеквадратичным выходным напряжением описанная выше схема обработки сигнала дополнена детектором истинных среднеквадратических значений (True RMS). Сигнал, выделенный схемой получения линейного токового выхода, преобразуется этим детектором в положительное напряжение, значение которого пропорционально истинному среднеквадратичному значению измеряемого тока.
ЭДС, выделенная схемой преобразователя напряжения, определяется по формуле:
H
H
S
E=KVB,
H
S
где K - коэффициент Холла, V - напряжение в цепи питания датчика, В - магнитная индукция от кабеля питания тягового электродвигателя.
Преобразователи тока и напряжения на основе датчиков Холла, используемые для контроля коммутации и неисправностей электродвигателя, также позволяют измерить угол разности фаз между током и напряжением.
Для работоспособного электродвигателя угол сдвига фаз между током и напряжением имеет значение от 16 до 40 градусов. Для электродвигателя с нарушением условий коммутации угол сдвига фаз имеет значение соответственно от 60 до 74 градусов. Значения углов сдвига фаз между током и напряжением питания электродвигателя обеспечивают повышение надежности эксплуатации электродвигателей постоянного тока.
Сигналы с преобразователя тока и преобразователя напряжения поступают на вход блока измерения разности фаз, где преобразуются в форму одиночных импульсов длительностью ΔT, равную соответственно углу сдвига фаз между напряжением и током в цепи якоря электродвигателя постоянного тока.
1
2
1
1
2
Блок измерения разности фаз работает следующим образом. Входные сигналы, поступающие с преобразователя тока в виде переменного напряжения U и из преобразователя напряжения в виде постоянного напряжения U, усиливаются и ограничиваются усилителями-ограничителями. Напряжение с усилителя-ограничителя, фронты которого соответствуют переходам через нуль входного сигнала U, поступает на вход двухканального коммутируемого формирователя импульсов, выходные импульсы которого соответствуют фронтам выходного напряжения усилителя-ограничителя. Выходное напряжение усилителя-ограничителя поступает на вход триггера. Триггеры, на которые поступают импульсы по шинам, формируют импульсы, длительность которых равна временному интервалу между переходами через нуль в одном направлении сигналов U и U длительностью
1
2
1
2
4
3
Δt=t-t, Δt=t-t.
Выходные сигналы с триггеров поступают на входы преобразователя скважность-напряжение, который вырабатывает напряжение, пропорциональное
<mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
порог
т.е. обратно пропорциональное усредненной скважности импульсных последовательностей с выходов триггеров. Таким образом реализуется принцип работы фазометрического преобразователя разность фаз-напряжение. Также в преобразователе скважность-напряжение осуществляется форсированный перезаряд конденсаторов фильтра. Эти импульсы могут быть использованы для отсчета пройденных циклов измерения с помощью реверсивного счетчика. С выхода преобразователя скважность-напряжение информационный сигнал в виде последовательности импульсов поступает на вход блока допускового контроля разности фаз. Последний блок служит для сопоставления фазового сдвига φ с заданным пороговым значением φ.
Блок допускового контроля разности фаз работает следующим образом. На входы устройства поступают импульсные сигналы из блока измерения разности фаз. Оперативный идентификатор вырабатывает на выходах соответственно импульсы с частотой
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>K</mi></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub><mi>A</mi></mrow><mi>K</mi></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub><mi>Б</mi></mrow><mi>К</mi></mfrac></mrow>
,
,
,
1
где F - частота сигналов тактового генератора, поступающая из оперативного идентификатора. Импульсы с частотой
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>K</mi></mfrac></mrow>
являются счетными для определения длительности входных импульсов первой последовательности (первых входных импульсов).
Коэффициент А определяет, какую часть длительности первого входного импульса составляет ширина допуска на измерении разности фаз, а коэффициент Б - какую часть длительности первого входного импульса составляет временной интервал, соответствующий заданной угловой разности фаз.
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mi>t</mi></msub></mrow><mi>K</mi></mfrac></mrow>
Стратегический идентификатор выдает одиночные импульсы после фронта среза первого входного импульса. На выходе первой схемы совпадения формируется пачка импульсов с частотой
и длительностью, равной длительности первого входного импульса. На выходе второй схемы совпадения формируется пачка импульсов с частотой
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mi>t</mi></msub><mi>A</mi></mrow><mi>K</mi></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>A</mi></mfrac></mrow>
и длительностью, равной
длительности t первого входного импульса. На А выходе третьей схемы совпадения формируется пачка импульсов с частотой
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mi>t</mi></msub><mi>Б</mi></mrow><mi>K</mi></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>Б</mi></mfrac></mrow>
и длительностью, равной
длительности t второго входного импульса. Импульсы с выходов всех схем совпадения подсчитываются соответствующими счетчиками импульсов.
На обнуляющий вход первого счетчика импульсов подается короткий импульс непосредственно после спада импульса первой последовательности. При достижении равенства входных кодов на выходах первой и второй схем сравнения появляются сигналы, останавливающие работу второго и третьего счетчиков импульсов. Второй счетчик импульсов обнуляется импульсом стратегического идентификатора, формируемым по фронту первого входного импульса, а третий счетчик импульсов - импульсом стратегического идентификатора, формируемым по фронту и спаду первого входного импульса.
На выходе первой схемы сравнения формируется импульс, длительность которого соответствует интервалу времени, составляющему часть
<mrow><mi>t</mi><mo>−</mo><mfrac><mi>t</mi><mi>A</mi></mfrac></mrow>
длительности первого входного импульса. Первая схема сравнения сопоставляет имеющийся код на выходах первого счетчика импульсов с текущим кодом на выходах второго счетчика импульсов. Поскольку на второй счетчик импульсов поступают сигналы с частотой в А раз выше, чем на первый счетчик импульсов, равенство кодов достигается за время в А раз более короткое, чем длительность первого входного импульса.
В случае совпадения кодов первая схема сравнения выдает логическую единицу и останавливает первый счетчик импульсов.
Равенство кодов сохраняется до обнуления первого счетчика импульсов с помощью импульса стратегического идентификатора в момент прихода фронта первого входного импульса.
Логическая единица на выходе первой схемы сравнения сохраняется от момента равенства кодов до фронтов первого входного импульса. Вторая схема сравнения работает аналогично с той разницей, что формирует импульс, длительность которого соответствует интервалу времени, составляющему часть
<mrow><mi>t</mi><mo>−</mo><mfrac><mi>t</mi><mi>Б</mi></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>Б</mi></mfrac></mrow>
второго входного импульса. Логическая единица на выходе второй схемы сравнения сохраняется от момента окончания
части второго входного импульса Б до момента фронта первого входного импульса.
<mrow><mfrac><mi>t</mi><mi>Б</mi></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mi>t</mi><mi>A</mi></mfrac></mrow>
Выходной элемент вырабатывает сигнал индикации, если момент появления логической единицы на выходе второй схемы сравнения совпадает с временем сохранения логической единицы на выходе первой схемы сравнения, что соответствует наличию конца интервала, кратного Б, вне временного интервала соответствующего ширине первого входного импульса и вне интервала, кратного А. Это означает наличие сдвига фаз первого и второго входных импульсов на угловую величину
с допуском
. Для измерения угловой разности фаз в пределах π-2π достаточно инвертировать второй выходной импульс. Данные поступают с блока допускового контроля разности фаз на блок обработки сигналов, с которого данные выводятся на средства индикации и визуализации.
Устройство обеспечивает высокое быстродействие измерения, результат выдается за время, меньшее периода входного сигнала.
Пример.
Преобразователи тока и напряжения могут быть представлены схемами ДИТ-300 Н и ДИТ-300 Н RMS соответственно, которые состоят из размещенных в изолированном корпусе замкнутого магнитопровода с датчиком Холла в его зазоре и печатной платы с электронной схемой обработки сигнала. Усилитель может быть выполнен на микросхеме операционного усилителя К140УД3, амплитудный селектор на микросхеме К174АФ1. Блок обработки сигналов выполнен на интегральных микросхемах АЦП К572ПВ2, компараторов К555СП1, дешифраторов К531ИД14. Фильтр нижних частот и полосовой фильтры выполнены на интегральной микросхеме К140УД1.
Источник опорного напряжения выполнен на интегральной схеме МАХ038.
Блок измерения разности фаз может содержать источник питания; усилители-ограничители, выполненные на интегральных микросхемах К140УД1; формирователь импульсов; триггеры, выполненные на интегральных микросхемах К564ТР2, преобразователь скважность-напряжение.
Блок допускового контроля состоит из:
- согласующих устройств, выполненных на микросхеме операционного усилителя К140УД1;
порог
- стратегического идентификатора - на микросхеме ППЗУ К500РЕ149, содержащего информацию о критических значениях параметров контроля φ и производящего вычисление поступающих входных импульсов;
- оперативного идентификатора, выполненного на микросхеме АЛУ К1800ВС1, реализованного с помощью программного обеспечения, который вычисляет прогнозные значения параметров контроля, производит в процессе функционирования обучения параметров контроля в виде портретных характеристик работоспособности электродвигателя;
- схем совпадения, выполненных на интегральных микросхемах серии 561 КМОП;
- счетчиков импульсов, выполненных на интегральных микросхемах К561ТВ1;
- схем сравнения, выполненного на интегральных микросхемах К555СП1;
- выходного элемента, выполненного на интегральных микросхемах К531ИД14.
Все комплектующие, названные в примере и в других разделах описания, выполнены стандартным образом, описание которых широко представлены в учебной и специальной литературе по данной тематике.