CZ2013395A3

CZ2013395A3 - Charge programmable calibrator

Info

Publication number: CZ2013395A3
Application number: CZ2013-395A
Authority: CZ
Inventors: Josef Vedral; Radek Sedláček
Original assignee: České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Elektrotechnická
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2014-05-21
Also published as: CZ304480B6

Abstract

Programovatelný kalibrátor náboje je tvořen číslicově-analogovým převodníkem (1), jehož výstup (11) je propojen přes první rezistor (2) s prvním kontaktem (31) přepínače (3) a jehož druhý kontakt (32) je propojen jednak přes druhý rezistor (5) s referenční svorkou (12) číslicově-analogového převodníku (1) a jednak s neinvertujícím vstupem (71) operačního zesilovače (7). Třetí kontakt (33) přepínače (3) je propojen přes kondenzátor (4) s referenční svorkou (12) číslicově-analogového převodníku (1), ke které je jedním koncem připojen třetí rezistor (6). Druhý konec třetího rezistoru (6) je propojen s invertujícím vstupem (72) operačního zesilovače (7) a zároveň tvoří druhou svorku (92) izolačního systému diagnostikovaného elektrického stroje (9), jehož první svorka (91) je propojena s výstupem (73) operačního zesilovače (7). Na řídící vstup (13) číslicově-analogového přepínače (1) je připojen první výstup (82) řídícího obvodu (8), jehož druhý výstup (83) je spojen s řídícím vstupem (34) přepínače (3). Řídící obvod (8) je opatřen synchronizačním vstupem (81).The programmable charge calibrator is comprised of a digital-to-analog converter (1) whose output (11) is connected via a first resistor (2) to a first contact (31) of the switch (3) and whose second contact (32) is connected via a second resistor (5) with a reference terminal (12) of the digital-to-analog converter (1) and with the non-inverting input (71) of the operational amplifier (7). The third contact (33) of the switch (3) is connected via a capacitor (4) to a reference terminal (12) of a digital-to-analog converter (1) to which a third resistor (6) is connected by one end. The other end of the third resistor (6) is coupled to the inverting input (72) of the operational amplifier (7) and at the same time forms the second terminal (92) of the insulated electrical machine (9) whose first terminal (91) is connected to the output (73). operational amplifier (7). The control input (13) of the digital-analog switch (1) is connected to the first output (82) of the control circuit (8), the second output (83) of which is connected to the control input (34) of the switch (3). The control circuit (8) is provided with a synchronization input (81).

Description

Programovatelný kalibrátor nábojeProgrammable charge calibrator

Oblast technikyTechnical field

Vynález patří do oblasti bezdemontážní diagnostiky stavu izolačního systému vysokonapěťových elektrických strojů, při které se určují parametry částečných výbojů, které vznikají elektrickými průrazy v izolačním systému elektrických strojů při jejich provozu. Pro měření parametrů těchto výbojů se užívají měřiče částečných výbojů, které se před každým měřením musí kalibrovat s konkrétním diagnostikovaným strojem, neboť parametry izolačního systému stroje nejsou předem známy.The invention belongs to the field of non-dismantling diagnostics of the state of the insulation system of high-voltage electric machines, in which the parameters of partial discharges that arise from electrical breakdowns in the insulation system of electric machines during their operation are determined. Partial discharge meters are used to measure the parameters of these discharges, which must be calibrated with a particular machine to be diagnosed before each measurement, as the machine's insulation system parameters are not known in advance.

K tomuto účelu se užívají kalibrátory náboje, které jsou nedílnou částí diagnostického systému.Charge calibrators, which are an integral part of the diagnostic system, are used for this purpose.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Jsou známá následující řešení týkající se zapojení kalibrátoru. V patentuThe following solutions for calibrator connection are known. In the patent

CN202189141 (U) Calibrator for partial discharge detection equipment je uvedeno zapojení kalibrátoru, tvořeného mikroprocesorově řízeným sinusovým generátorem nosného signálu, ke kterému je připojen impulšní generátor včetně testovaného objektu. V patentu není detailně popsáno obvodové řešení kalibrátoru. V patentu óč JPH1019968 (A) Calibrator for partial discharge measurement je uveden způsob připojení impulsního generátoru k testovanému zařízení pomocí koaxiálního kabelu, zakončeného přizpůsobovacím adaptérem, tvořeným koaxiální tlumivkou a vazebním kondenzátorem. V patentu X.CZ9701313 (CZ) End stage of partial discharge metering calibrator je uvedeno řešení výstupního členu kalibrátoru se spínacím tranzistorem a vazebním kondenzátorem, vlastní řešení kalibrátoru není uvedeno.CN202189141 (U) Calibrator for partial discharge detection equipment is a wiring of a calibrator consisting of a microprocessor-controlled sinusoidal carrier signal generator to which a pulse generator including the test object is connected. The circumference of the calibrator is not described in detail in the patent. In patent JPH1019968 (A) Calibrator for partial discharge measurement, a method of connecting a pulse generator to a test device is provided by means of a coaxial cable terminated with an adapter consisting of a coaxial choke and a coupling capacitor. In the patent X.CZ9701313 (CZ) End stage of partial discharge metering calibrator is mentioned solution of calibrator output member with switching transistor and coupling capacitor, actual solution of calibrator is not mentioned.

Nevýhodou uvedených patentů je, že neuvádějí způsob generace impulsů s definovanými parametry, které jsou ve své podstatě výrazně závislé na impedanci izolačního systému elektrického stroje. Protože časové průběhy impulsů při měření částečných průrazů izolačních systémů elektrických strojů mají ve své podstatě exponenciální průběhy s proměnnou amplitudou, nábojem a vybíjecí časovou konstantou, je vhodnější z hlediska dosažení vyšší přesnosti a reprodukovatelnosti měření parametrů částečných výbojů užívat proudové impulsy s těmito nastavitelnými parametry, které jsou navíc nezávislé na impedanci izolačních systémů diagnostikovaných elektrických strojů. Tomuto požadavku lze vyhovět zapojením programovatelného kalibrátoru náboje podle vynálezu.A disadvantage of said patents is that they do not disclose a method of generating pulses with defined parameters, which are essentially dependent on the impedance of the electrical machine insulation system. Since the pulse waveforms for partial breakdown measurement of electrical machine insulation systems are inherently exponential waveforms with variable amplitude, charge, and discharge time constant, it is preferable to use current pulses with these adjustable parameters to achieve greater accuracy and reproducibility of partial discharge parameter measurements. moreover, they are independent of the impedance of the insulation systems of the diagnosed electrical machines. This requirement can be met by connecting a programmable charge calibrator according to the invention.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky odstraňuje programovatelný kalibrátor náboje podle předkládaného řešení. Jeho podstatou je, že je tvořen číslicově-analogovým převodníkem, jehož výstup je propojen přes první rezistor s prvním kontaktem přepínače. Druhý kontakt přepínače je propojen jednak přes druhý rezistor s referenční svorkou číslicově-analogového převodníku a jednak s neinvertujícím vstupem operačního zesilovače. Třetí kontakt přepínače je propojen přes kondenzátor s referenční svorkou číslicově-analogového převodníku. K této referenční svorce je také jedním koncem připojen třetí rezistor. Druhý konec třetího rezistoru je propojen s invertujícím vstupem operačního zesilovače, a zároveň tvoří druhou svorku izolačního systému diagnostikovaného elektrického stroje. První svorka izolačního systému diagnostikovaného elektrického stroje je propojena s výstupem operačního zesilovače. Na řídící vstup číslicově-analogového přepínače je připojen první výstup řídícího obvodu, jehož druhý výstup je spojen s řídícím vstupem přepínače. Řídící obvod je opatřen synchronizačním vstupem.The above-mentioned drawbacks are overcome by the programmable charge calibrator of the present invention. Its essence is that it consists of a digital-to-analog converter whose output is connected via the first resistor to the first switch contact. The second switch contact is connected via a second resistor to the reference terminal of the digital-to-analog converter and to the non-inverting input of the operational amplifier. The third switch contact is connected via a capacitor to the reference terminal of the D / A converter. A third resistor is also connected to this reference terminal. The other end of the third resistor is coupled to the inverting input of the operational amplifier, and at the same time forms the second terminal of the isolation system of the diagnosed electrical machine. The first terminal of the isolation system of the diagnosed electrical machine is connected to the operational amplifier output. The first output of the control circuit is connected to the control input of the digital-analog switch, the second output of which is connected to the control input of the switch. The control circuit is equipped with a synchronization input.

Výhodou tohoto zapojení je, že uvedené zapojení umožňuje generovat proudové impulšy s nezávisle nastavitelným nábojem, amplitudou a vybíjecí časovou konstantou.The advantage of this circuit is that it allows to generate current pulses with independently adjustable charge, amplitude and discharge time constant.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Příklad zapojení programovatelného kalibrátoru náboje podle předkládaného řešení je uveden na přiloženém výkrese.An example of a programmable charge calibrator connection according to the present solution is shown in the attached drawing.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Programovatelný kalibrátor náboje je tvořen číslicově-analogovým převodníkem 1, jehož výstup 11 je propojen přes první rezistor 2 s prvním kontaktem 31 přepínače 3. Druhý kontakt 32 přepínače 3 je propojen jednak přes druhý rezistor 5 s referenční svorkou 12 číslicově-analogového převodníku 1 a jednak s neinvertujícím vstupem 71 operačního zesilovače 7. Třetí kontakt 33 přepínače 3 je propojen přes kondenzátor 4 s referenční svorkou 12 číslicově-analogového převodníku 1. K této referenční svorce 12 je rovněž připojen jedním koncem třetí rezistor 6. Druhý konec třetího rezistoru 6 je propojen s invertujícím vstupem 72 operačního zesilovače 7 a tento spoj tvoří zároveň druhou svorku 92 izolačního systému diagnostikovaného elektrického stroje 9. První svorka 91 izolačního systému diagnostikovaného elektrického stroje_9 je propojena s výstupem 73 operačního zesilovače 7. Na řídící vstup 13 číslicově-analogového převodníku 1 je připojen první výstup 82 řídícího obvodu 8, jehož druhý výstup 83 je spojen s řídícím vstupem 34 přepínače 3. Řídící obvod 8 je opatřen synchronizačním vstupem 81.The programmable charge calibrator consists of a digital-to-analog converter 1, whose output 11 is connected via a first resistor 2 to the first contact 31 of the switch 3. The second contact 32 of the switch 3 is connected via a second resistor 5 to the reference terminal 12 of the digital-analog converter 1. with the non-inverting input 71 of the operational amplifier 7. The third contact 33 of the switch 3 is coupled via a capacitor 4 to the reference terminal 12 of the digital-to-analog converter 1. The third resistor 6 is also connected to one reference terminal 12. the inverting input 72 of the operational amplifier 7 and this connection also forms the second terminal 92 of the isolation system of the diagnosed electrical machine 9. The first terminal 91 of the isolation system of the diagnosed electrical machine 9 is coupled to the output 73 of the operational amplifier 7. In the analog converter 1, the first output 82 of the control circuit 8 is connected, the second output 83 of which is connected to the control input 34 of the switch 3. The control circuit 8 is provided with a synchronization input 81.

Funkci řídícího obvodu vykonává mikropočítač se zabudovaným programem, který umožňuje nastavovat velikost a polaritu výstupního napětí číslicověanalogového převodníku 1 a počet generovaných proudových impulsů po příchodu synchronizačního signálu na synchronizační vstup 81 řídícího obvodu.The function of the control circuit is performed by a microcomputer with a built-in program, which allows to adjust the magnitude and polarity of the output voltage of the digital-to-analog converter 1 and the number of generated current pulses after the synchronization signal arrives at the synchronization input 81 of the control circuit.

Podstatou vynálezu je řízené nabíjení kondenzátoru 4 proudem z číslicověanalogového převodníku 1 přes první rezistor 2 a přes sepnutý první kontakt 31 a třetí kontakt 33 přepínače 3 a řízené vybíjení náboje tohoto kondenzátoru 4 přes sepnutý druhý kontakt 32 a třetí kontakt 33 přepínače 3 a přes druhý rezistor 5. Takto generované napěťové impul jy na druhém rezistoru 5 jsou operačním zesilovačem 7 se třetím rezistorem 6 převedeny na proudové impulsy, kterými je buzen izolační systém diagnostikovaného elektrického stroje 9.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to the controlled charging of a capacitor 4 by a current from a digital-to-analog converter 1 via a first resistor 2 and through a closed first contact 31 and a third contact 33 of a switch 3 and controlled discharge of this capacitor 4 through a closed second contact 32 and a third contact 33 5. The thus generated voltage pulses on the second resistor 5 are converted by the operational amplifier 7 with the third resistor 6 into current pulses, which are driven by the isolation system of the diagnosed electric machine 9.

K nastavení parametrů proudových impulsů kalibrátoru, tedy amplitudy, vybíjecí časové konstanty a náboje je užit řídící obvod 8, jehož první výstup 82 řídí výstupní napětí číslicově-analogového převodníku 1 a jehož druhý výstup 83 řídí ’ 4 ‘ přepínání přepínače 3. Obě činnosti řídícího obvodu 8 jsou synchronizovány prostřednictvím jeho synchronizačního vstupu 81.The control circuit 8 is used to adjust the calibrator's current pulse parameters, ie amplitude, discharge time constant, and charge, whose first output 82 controls the output voltage of the D / A converter 1 and whose second output 83 controls the '4' switching of switch 3. 8 are synchronized via its synchronization input 81.

Amplituda proudových impulzů na výstupu 73 operačního zesilovače 7 je určena poměrem napětí na výstupu 11 číslicově-analogového převodníku £ k odporu třetího rezistoru 6. Časová konstanta proudových impulzů je určena součinem kapacity kondenzátoru 4 s odporem druhého rezistoru 5. Náboj proudových impulzů je určen součinem napětí na výstupu 11 číslicově-analogového převodníku £ s kapacitou kondenzátoru 4.The amplitude of the current pulses at the output 73 of the operational amplifier 7 is determined by the ratio of the voltage at the output 11 of the DAC to the resistance of the third resistor 6. The time constant of the current pulses is determined by the product of the capacitor 4 with the resistance of the second resistor 5. at the output 11 of a digital-to-analog converter 6 with a capacitor capacity of 4.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Uvedené zapojení podle vynálezu lze využít ke kalibraci měřičů nábojů částečných výbojů s měnitelnou amplitudou, nábojem a časovými konstantami generovaných proudových impulsů, jejichž časový průběh je nezávislý na impedanci izolačního systému diagnostikovaných elektrických strojů.The circuit according to the invention can be used to calibrate partial discharge charge meters with variable amplitude, charge and time constants of the generated current pulses, the time course of which is independent of the impedance of the insulation system of the diagnosed electrical machines.

Claims

Programmable charge calibrator characterized in that it consists of a digital-to-analog converter (1) whose output (11) is connected via a first resistor (2) to a first contact (31) of a switch (3) whose second contact (32) is connected on the one hand through a second resistor (5) with a reference terminal (12) of the digital-to-analog converter (1) and on the other hand with a non-inverting input (71) of the operational amplifier (7); 4) with a reference terminal (12) of a digital-to-analog converter (1), to which one end connects a third resistor (6), the other end of which is connected to the inverting input (72) of the operational amplifier (7) (92) of the isolation system of the diagnosed electrical machine (9), the first terminal (91) of which is coupled to the output (73) of the operational amplifier (7), and a digital-analog switchover control input (13) the first output (82) of the control circuit (8) is connected, the second output (83) of which is connected to the control input (34) of the switch (3) and the control circuit (8) is provided with a synchronization input (81).