DE3226169C2

DE3226169C2 - Funkenüberwachungsgerät, das in einer sich drehenden elektrischen Maschine mit Stromkollektorring an diesem erzeugte Funken überwacht

Info

Publication number: DE3226169C2
Application number: DE3226169A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Naka Ibaraki Michiguchi; Satoshi Nagasaki Tanisaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-07-14
Filing date: 1982-07-13
Publication date: 1985-07-18
Also published as: JPS5812556A; US4577151A; CA1207836A; DE3226169A1; JPH0221212B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Funkenüberwachungsgerät, das zur Erfassen von hochfrequentem Rauschen aufgrund von in einem Stromabnehmer erzeugten Funken einer sich drehenden elektrischen Maschine dient und einen Zustand der Funkenerzeugung aufgrund des Produkts eines Spitzenwerts der hochfrequenten Rauschkomponenten, das einen gegebenen Schwellwert überschreitet mit einem Zeitintervall während dem der Spitzenwert die Schwelle überschreitet, überwacht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Funkenüberwachungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Funkenüberwachungsgerät ist aus der JP-A 11 55 661/79 bekannt.

Das bekannte Funkenüberwachungsgerät übe:Avacht in einer sich drehenden elektrischen Maschine mit Stromkollektorring an diesem erzeugte Funken und weist auf

eine Antenneneinrichtung, die durch Funkenbildung entstehendes hochfrequentes Rauschen erfaßt und ein Rauschsignal abgibt,

eine Vergleichseinrichtung, die ein Funken-Erfassungssignal erzeugt, wenn der Pegel des Rauschsignals einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und einen Spitzcnwert-Detektor, der den Spitzenwert des den Schwellwert überschreiteten Pegels des Rauschsignals erfaßt und hält.

Das bekannte Funkenüberwachungsgerät stellt die Anwesenheit oder das Fehlen wesentlicher Funken aufgrund des während einer Zeiteinheit gebildeten Zählwerts eines Zählers fest. Dieses Gerät verwendet ein zweiwertiges Signal, das die Stärke des hochfrequenten Rauschens abhängig vom Überschreiten oder Nichtüberschreiten des Schwellwcrts darstellt. Mit Hilfe des zweiwertigen Signals kann das Überwachungsgerät die Frequenz der erzeugten Funken, aber nicht die Stärke der Funken erfassen, die zum genauen Einstellen des Bürstcnkontaktdrucks und zum Bestimmen der Zeit für das Auswechseln der Bürsten eine brauchbare Information ist.

Aus der DE-OS 29 00 365 ist eine Einrichtung bekannt, die unzulässiges Kommutatorfeucr bei Gleichstrommaschinen erfaßt. Bei Glcichstrommaschinen werden die Funken ausschließlich an der Vordergrunde der mit dem Kommutator in Kontakt befindlichen Bürste erzeugt. Deshalb kann die in der DE-OS 29 00 vorgesehene optische Einrichtung mit Hilfe einer Foto-

diode oder eines Fototransistors das in der Gleichstrommaschine entstehende Kommulatorfeuer vorteilhaft erfassen, da der Ort der Funkenerzeugung im voraus bekannt ist

Dagegen kann bei einer elektrischen Maschine mit Stromkollektorring die Funkenbildung an jedem Punkt der gesamten Oberfläche der Bürste, die mit dem Kollektorring in Kcr.takt steht, auftreten. Deshalb kann ein optischer Fühler wie bei der aus der DE-OS 29 OO 365 bekannten Einrichtung bei einer sich drehenden elektrischen Maschine mit Stromkollektomng die an der Innenfläche oder an Mittelteilen der Kontaktoberfläche der Bürste auftretenden Funken nicht erfassen, da diese von der Bürste selbst abgeschirmt werden. Dagegen ist eine Antenne, die das durch Funkenbildung entstehende hochfrequente Rauschen erfaßt, sehr gut zur Erfassung dieser Funken geeignet

Bei der aus der DE-OS 29 00 365 bekannten Einrichtung werden die Zeitdauer, in der die Funkensignale einen Sch weil wer i überschreiten, und die Anzahl der in der vorgegebenen Zeitdauer erzeugten Funkc.impulse für die Anzeige des Funkenzustands verwendet Da die Anzahl der Funkenimpulse von der Anzahl der abgenutzten Kcmmutatorbalken abhängt, ist es möglich, die Anzahl der abgenutzten Kommutatorbalken aus der Anzahl der während einer vorgegebenen Zeitdauer erzeugten Funkenimpulse und der Anzahl der Umdrehungen der Maschine während derselben Zeitdauer zu ermitteln. Die Zeitdauer der Funkensignale gibt jedoch nicht notwendigerweise die Funkenintensität wieder, da diese auch die Amplitude des Funkensignals beeinflußt Da im allgemeinen bei einer Gleichstrommaschine die Punkte, die die Funkenbildung verursachen, begrenzt sind und sich die Funkenintensität nicht wesentlich ändert, ist die aus der DE-OS 29 00 365 bekannte Einrichtung durchaus zur Erfassung der Funken in einer solchen Gleichstrommaschine geeignet.

Da sich jedoch die Art der Funkenbildung und deren Erscheinungsoild bei einer sich drehenden elektrischen Maschine mit Stromkollektomng von der oben geschilderten Funkenbildung bei Gleichsstrommaschinen gänzlich unterscheidet und sich auch die Funkenintensität von Fall zu Fall verändert (manchmal wird eine große Anzahl kleiner Funken und ein anderes Mal eine kleine Anzahl großer Funken erzeugt) eignet sich die aus der DE-OS 29 00 365 bekannte Einrichtung zur Überwachung der an einem Stromkollektorring erreugten Funken nicht.

Aus der DE-OS 29 20 389 ist eine Anordnung zur Überwachung einer Korona-Entladung, insbesondere bei Dynamomaschinen mit einem Rotor und einem Stator bekannt, wobei der Stator Nuten mit drei angeordneten isolierten Leitern aufweist. Auch dem Rotor ist eine Antenneneinrichtung zur Drehung mit dem Rotor und zum Empfang von Hochfrequcnzsignalen infolge einer Korona-Entladung in den Nuten vorgesehen. Die Antenneneinrichtung bewegt sich an d'-n Nuten der Reihe nach vorbei. Eine Einrichtung ist zur Übertragung der von der Anlenneneinrichtung empfangenen Hochfrequenzsignale zu einem externen Ort gegenüber der Dynamomaschine ungeordnet. Eine weitere Einrichtung ist zur Erfassung der Drehposition des Rotors und der Drehposition der Antenneneinrichtung zwecks Abgabc eines Positionssignals, welches die Position repräsentiert, vorhanden, eine Auswerfeinrichtung empfangt das lloehfrcqucnz.Ugnal von der das I loehfrcquetizsignal über.ragenden Einrichtung und das PosilimiKsignul und synchronisiert die Signale, um eine Anzeige für das Auftreten der I lochfrequeni-signale in bezug auf die Drehposition der Einrichtung zu liefern.

Die DE-OS 29 20 389 offenbart jedoch nicht, ein Produkt der Spitzenamplitude des Hochfrequenzsignals mit der Zeitdauer, in dem das Hochfrequenzsignal andauert, zu bilden und dieses zur Überwachung des Funkenzustands zu verwenden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Funkenüberwachungsgerät zu ermöglichen, da in sich drehenden elektrischen Maschinen mit Stromkollektomng an diesem erzeugte Funken und deren Stärke erfassen kann.

Die Lösung der obigen Aufgabe erfolgt bei einem Funkenüberwachungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale.

Die Unteransprüche 2 bis 8 kennzeichnen vorteilhafte Ausbildungen davon.

Im folgenden wird die Erfindung anhand konkreter Ausführungsbeispide anhand der Zchhnung näher er-

2ü läütcft. IIS Zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung einer ersten Ausführungsart;

Fig.2 typische Signalwellenformen eines von der Funkenbildung abgeleiteten hochfrequenten Rauschens;

Fig.3 Signalwellenformen an verschiedenen Schaltungsteilen, die zur Erläuterung der Funktionsweise der in F i g. 1 gezeigten ersten Ausführungsart dienen;

Fig.4 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung eines Integrators, der in der ersten Ausführungsart in Fi g. 1 verwendet wird;

Fi g. 5 eine zweite Ausführungsart die eine Abwandlung der ersten Ausführungsart in F i g. 1 ist, wobei die Schaltungsanordnung des abgeänderten Teils als Blockschaltbild dargestellt ist;

Fig.6 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung des abgewandelten Teils einer weiteren Veränderung der Ausführung in F i g. 1;

F i g. 7 Signalwellenformen an verschiedenen Schaltungjteilen, die zur Erläuterung der Funktionsweise der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsart dienen;

Fig.8 eine grafische Darstellung, die a-:n Ausführungsbeispiel von F i g. 1 gemessene Daten mit den Ergebnissen der Sichtüberwachung vergleicht;
Fig.9 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung einer weiteren Ausführungsart;

Fig. 10 ein erläuterndes Diagramm, das die Prinzipfunktion einer Histogrammverarbeitung, die bei der Ausführung von F i g. 9 Verwendung findet, darstellt; und

F i g. 11 ein Blockschaltbild einer Anordnung einer Histoivanimverarbeitungsschaltiing, die in der Ausführungsart von F i g. 9 verwendet wird.

In F i g. 1 bezeichi^t das Bezugszeichen 1 eine Anten-M ne, die für den Empfang des durch Funkenerzeugung hervorgerufenen hochfrequenten Rauschens ausgelegt ist und beispielsweise im Stromabnehmerringgehäuse eines Turbinengenerators oder dem Kommutator einer Gleichspannungsmaschine benachbart angeordnet ist. W) Ein Spitzenwert-Detektor 2 erfaßt und speichert den Spitzenwert der von der Antenne empfangenen hochfrequenten Rauschsignalc, wenn sie einen vorgegebenen Schwcllwert überschreiten. Ein Zeitdauerrechner 3 dient zur Messung einer Zeitdauer, in der die Amplitude h'j des Hochfrequenzrauschens dauernd den Schwcllwert überschreitet. Das Bc/.tigs/eichcn 4 bezeichnet einen Multiplizierer.

Der Spiticnwcrl-Dcicktor 2 wird aus hinein Hochfre-

quenzverstärkcr 5, einem Detektor 6, einem Zwischenfrequenzverstärker 7, einem Vcrglcichcr 8 und einer Spitzenhalteschaltung 9 gebildet. Der Verglcicher 8 ist mit einem Schwellwert-Eingangsanschluß 10 versehen.

Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Integrator, der ein Torsignal erzeugt, dessen Impulsbreite proportional zum Ausgangssignal des Multiplizierers 4 ist, 12 bezeichnet einen Taktimpulsgenerator; 13 eine Torschaltung aus UND-Schaltungen, und 14 bezeichnet einen Zähler.

Ein durch Funkenbildung erzeugtes hochfrequentes Rauschsignal besitzt eine Signalwellenform, wie sie sich bei der Amplitudenmodulation einer Trägerwelle von etwa 10 bis 100 MHz mit einer Funkenintensität ergäbe. Im Spitzenwert-Detektor 2 wird das von der Antenne 1 empfangene hochfrequente Rauschsignal von dem Hochfrequenzverstärker 5 verstärkt und die amplitudenmoduiierendcn Komponenten, die gewöhnlich eine Frequenz von einigen Hundert kHz entsprechend der Funkenintensität aufweisen, werden im verstärkten Hochfrequenzsignal vom Detektor 6 erfaßt. Das Ausgangssignal wird vom Zwischenfrequenzverstärker 7 verstärkt und es ergibt sich das von einer ausgezogenen Linie in Fig. 3(a) dargestellte Signal A. Ein Bczugssignal, dessen Höhe gleich dem gegebenen Schwellwert K ist, wie durch eine gestrichelte Linie in Fig.3(a) gezeigt wird, wird an den Sehwellwert-Eingangsanschluß 10 des Vergleichers 8 angelegt. Der Vergleicher 8 vergleicht das Signal A mit dem Bezugssignal K und erzeugt ein hohes Signal »1«, wie in Fig.3(b) gezeigt ist, wenn das Signal A den Schwellwert K überschreitet Die Spitzenwerthalteschaltung 9 empfängt das Signal A vom Zwischenverstärker 7 nur, wenn das Ausgangssignal vom Vergleichcr 8 »!«-Pegel hat. und hält den Spitzenwert h des in jedem Zeitintervall, in der der Ausgang Gcs vcrgiCiCiicrs s »■« S'ciS«, empfangenen Signals A. Die Spitzenwerthalteschaltung 9 erzeugt ein Signal, dessen Amplitude proportional zum Spitzenwert h ist, wie F i g. 3(c) zeigt. Der Zeitdauerrecnner 3 berechnet die Zeitdauer E, in der das Ausgangssignal vom Vergleicher seinen »1«- Pegel behält, und erzeugt dadurch ein Signal, dessen Impulshöhe der Zeitdauer W entspricht, wie F i g. 3(d) zeigt. Der Multiplizierer 4 multipliziert die Ausgangssignale der Spitzenwerthalteschaltung 9 mit dem Ausgangssignal des Zeitdauerrechners 3, wodurch das Spitzenwert-Zeitprodukt, das der Funkenslärke entspricht, erhalten wird und erzeugt ein Signal, dessen Impulshöhe proportional w ■ h ist, wie Fig.3(e)zeigt

Der Integrator 11 empfängt die Ausgangssignale des Multiplizierers 4 und erzeugt ein Signa!, das einen hohen Pegel »1« während einer nur Impulshöhe w ■ h proportionalen Zeitdauer behält, wie F i g. 3(f) zeigt Falls der Multiplizierer 4 ein Ausgangssignal mit relativ großer Amplitude w ■ h erzeugt und dann das darauffolgende Ausgangssignal sehr bald danach, kann die Integratorschaltung 11 ein Signal mit hohem Pegel in Abhängigkeit des vorausgehenden Ausgangssignals des Multiplizierers erzeugen, bevor das Signal mit hohem Pegel, das dem vorangehenden Signal entspricht, beendet ist In diesem Fall überlappen sich die zwei Signale mit hohem Pegel, wie weiter unten beschrieben wird, und bilden ein einziges kontinuierliches Signal mit hohem Pegel, wie in F i g. 3(0 gezeigt ist Das Aüsgangssignal des Integrators 11 liegt an der Torschaltung 13 an. Die Torschaltung 13 läßt die Impulse des Taktimpulsgenerators zum Zähler 14 während der Zeitdauer, in der das Ausgangssignal vom Integrator erscheint durch.

Abhängig von einem Zeitsignal, das von einem Zeilsignalgcnerator 20 erzeugt wird, legt immer dann, wenn der Ziihlweri eine vorbcsümmtc Anzahl dcrTaktimpulsc erreicht, der Zähler seinen Zählwert an den D/A-Wandler 22 an und wird dann zurückgesetzt. Der D/AWandler 22 wandelt den empfangenen Zählwert in ein Analogsignal um, das andererseits von einem Aufzeichnungsgerät 24 aufgezeichnet wird.

Die Spitzenwerthalteschaltung 9, der Multiplizierer 4 und der Integrator 11. sind, wie sie in der obigen Ausführung verwendet werden, bekannt, und deshalb ist eine genaue Beschreibung unnötig. Die Spitzenwerthalteschallung kann z. B. aus einer Abtast/Halte-Schaltung gebildet werden, wie /.. B. Modell AD583K. wie es die

i^r> Firma Analog Devices Co. in USA herstellt. Der Multiplizierer 4 kann aus einem Multipliziercr/Dividierschaltkrcis. wie das Modell AD532KH, das von derselben Firma hergestellt wird, gebildet sein. Der iriiegrmut kann in der in F i g. 4 gezeigten Weise aufgebaut sein.

2» In Fig.4 antwortet ein Umschalter 1101 auf einen Steuerimpuls, der von einem Steucrimpulsgcnerator

1102 erzeugt wird, und ändert dadurch seinen Verbindungszustand zwischen zwei Stellungen, wie eine ausgezogene und eine gestrichelte Linie zeigen, und ermöglicht, daß das Ausgangssignal des Multiplizierers 4 entweder einem ersten Integrator oder einem zweiten Integrator jinliegt Da der Schaltungsaufbau des ersten und zweiten Integrators 1103 und 1104 identisch ist, wird lediglich der erste Integrator 1103 beschrieben. Wenn der Umschalter IiOl die durch die ausgezogene Linie dargestellte Stellung abhängig vom Steuerimpuls des Steuerimpulsgenerators 1102 einnimmt, wird das Ausgangssignal vom Multiplizierer 4 dem ersten Integrator

1103 zugeleitet. Der Steuerimpuls wird ebenfalls der j5 Spitzenwerthalteschaltung 1105 eingegeben, so daß die-

J-IC"* I Λ A ·* «vceitvrtalc /J«c (VjIilit'rvli·^!

rers 4 hält und gleichzeitig einem Sägezahnsignalgenerator 1106, der dadurch die Erzeugung eines Sägezahnsignals, das monoton mit vorbestimmter, konstanter Steigung ansteigt, startet. Der Vergleicher 1107 vergleicht das von der Spitzenwerthalteschaltung 1105 gehaltene Signal mit dem Sägezahnsignal vom Sägezahnsignalgcncrator. Der Vergleicher erzeugt ein Signal »1« mit hohem Pegel, wenn das erste Signal größer als das zweite ist. was für eine Zeitdauer, die proportional dem Spitzenwert w ■ h des Ausgangssignal des Vervielfachers 4 der Fall ist. Wenn das Ausgangssignal des Vergleichcrs wieder auf tiefen Pegel geht, wird der Sägezahnsignalgenerator 1106 zurückgesetzt. Dann w<rd der

so Umschalter 1101 in die andere Stellung, die durch die gestrichelte Linie angezeigt ist, geschaltet, und das Ausgangssignal des Multiplizierers 4 an den zweiten Integrator 1104 angelegt der dann in derselben Weise für eine Zeitdauer, die dem Spitzenwerk w ■ h des angelegten Signals proportional ist, ein hohes »!«-Signal erzeugt Beide hohen »!«-Signale werden über eine ODER-Schaltung 1108 an die Torschaltung 13 angelegt Deshalb wird bei teilweiser Überlappung der hohen »1 «-Signale eine Signalwellenform erzeugt, als ob eines dieser Signale im Überlappungsbereich unwirksam würde, wie die Signalwellenform auf der rechten Seite der F i g. 3(f) zeigt

Nach dem oben angeführten wird, wenn sich die Ausgangssägnale des ersten und zweiten Integrators über-

lappen, eines der beiden Signale im Überlappungsbereich unwirksam gemacht Deshalb ist eine genaue Ermittlung der Funkenbedingung unmöglich. In der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsart werden die Ausgangs-

signale des ersten und /weilen Integrators 1103 und 1104 in einer Weise verarbcitel, daß beide Signale, auch wenn sie sich überlappen, gültig sind. Genauer gesagt, wird, wenn das Ausgangssignal vom ersten integrator 1103, wie in F ig.4 gc/.cigt, hohen »!«-Pegel besitzt,der vom Taktimpulsgencrator 12 erzeugte Taktimpuls über eine eti.e Torschaltung 1301 an einen ersten Zähler 1401 angelegt. Der erste Zähler 1401 zählt während einer vorgegebenen Zeiteinheit, die durch das vom Zeitsignalgenerator 20 erzeugte Zeitsignal bestimmt ist, Taktimpulse. Wenn die Einheitszeitdauer beendet ist, überträgt der Zähler seinen Zählwert an einen Addierer 1404 und wird zurückgesetzt. Genauso zählt ein zweiter Zähler 1402 die Taktimpulse, die empfangen werden, wenn das Ausgangssignal des /weiten Integrators i 104 hohen »1«-Pegel hat, legt auf den Empfang des Zcittaktsignals hin seinen Zählwcrt an den Addierer 1404 und wird zurückgesetzt. Der Addierer Ϊ4Ο4 addiere die Eingangssignale und legt das Ergebnis der Addition un den Digital/Aiialog-Wandlcr. Der Addierer 1404 wird vom Zeittaktsignal nach einer für den Additionsvorgang benötigten Zeitverzögerung zurückgesetzt. Auf diese Weise erreicht man bei der vorliegenden Ausführungsart eine unabhängige Verarbeitung und Addition der Ausgangssignale des ersten Integrators 1103 und des zweiten Irtegrators 1104. Daher wird, auch wenn sich beide Ausgangssignale überlappen, jedes der beiden Ausgangssignale im Überlappungsbereich gültig.

Obwohl die in den Fig.4 und 5 gezeigten Ausführungs&i-ten zwei Integratoren 1103 und 1104 verwenden, können selbstverständlich nötigenfalls auch mehr als zwei Integratoren eingesetzt werden.

F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsart in der die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsart abgewandelt ist, wobei nur der Schaltungsaufbau des abgewandelten Schal-

oll» ief ΓΊΪΑ ITiiti

nthält für λΙα·/»Κλ nach ausgewählt, daß das Tonsignal (h) dann erzeugt wird, wenn die Stellung des Rotors innerhalb einem vorgegebenen Winkclbercich ermittelt wird. Wenn das Torsignal »I« ist, gestattet die Torschaltung 15, daß das ^r> in l^;ig. 7(a) gezeigte Au.sgangssignal A des Zwischenfrequenzvcrstärkers 7 hindurch z.um Vergleicher 8 gehen kann. Der Vergleicher 8 erzeugt ein Signal, wie F i g. 7(b) zeigt, das dann, hoch geht, wenn die Amplitude des Eingangssignals A einen Schwellwert K überschreitet. Die darauffolgende Verarbeitung erfolgt genauso wie bei der Ausführungsart von F i g. 1 und F i g. 2.

Diese Ausführungsart ist dazu ausgelegt, die Funkenbildung nur dann zu überwachen, wenn der Rotor der sich drehenden elektrischen Maschine sich innerhalb einer ganz bestimmten Winkelposition, in der Funkenbildung auftritt, befindet. Das wirkt sich in einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Überwachung der Funkenbildung aus.

Fig.8 ist eine vergleichende Darstellung der Ergebnissc der Sichtüberwachung von in einer sich drehenden elektrischen Maschine erzeugten Funken und der vom Aufzeichnungsgerät des Funkenüberwachungsgeräts gemäß der Erfindung aufgezeichneten Ergebnisse. In dieser grafischen Darstellung stellt die Abszisse die Zeit und die Ordinate Werte des Spitzenwert-Zeitprodukts dar. Es werden vier verschiedene Funkenbildungsgrade durch die Nummern 1 bis 4 dargestellt. Dabei ist die Funkenummer ein Index, der einer bei der Sichtüberwachung festgestellten Funkenintensität entspricht.

Demgemäß nimmt, je größer die Funkennummer ist, die Intensität der Funken zu. Genauer gesagt, bezeichnet die Funkennummer 1 Funken, die kaum beobachtbar sind oder im wesentlichen Funkenfreiheit. Wie Fig.8 zeigt, entspricht ein Wert des Spitzenwert-Zeit-

j5 produkts. wie es das erfindungsgemäße Funkenüberwa-

Teile wie in Fig. 1 dieselben Bezugsziffern. In dieser Ausführung, die so ausgebildet ist, daß sie die Funkenbildung in einem bestimmten Winkelbereich des Rotors überwacht, ist eine Torschaltung 15 zwischen dem Zwischenfrequenzverstärker 7 und dem Vergleichcr 8 von F i g. 1 vorgesehen, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 7 selektiv an einen der Eingangsanschlüssc des Vergleichers 8 angelegt wird. Die Torschaltung 15 ist mit einem Drehzahlimpulsgenerator 19 über eine Triggerschaltung 17 und einen Torsignalgenerator 16 verbunden.

Die Funktion dieser Ausführung wird anhand der F i g. 7 beschrieben. Der Drehzahlimpulsgenerator 19 ist in einer Weise eingeschaltet, daß er synchron mit der Drehung des Rotors der rotierenden elektrischen Maschine mitdreht und damit ein Impulssignal, dessen Frequenz proportional zur Drehzahl des Rotors ist, und ein weiteres Impulssignal, das eine bestimmte Bezugswinkelposition des Rotors anzeigt, erzeugt. Die Triggerschaltung 17 bewirkt dann eine Impulsformung dieser Impulssignale und erzeugt die in Fig.7(g) gezeigten Impulse PX und P2. Die Amplitude der Impulse PI ist genügend größer als die Amplitude der Impulse PI, so daß die Impulse P2 deutlich von den impulsen P\ unterschieden werden können. Der Torsignalgcnerator 16 startet auf den Empfang des Impulses P2 mit dem Zählen der Impulse PX und erzeugt ein Torsignal, wie in Fig. 7(h) gezeigt ist, das auf einen hohen »!«-Pegel geht, wenn der Zählwert einen vorbestimmten Wert D1 erreicht und auf einen tiefen »0«-Pegel geht, wenn er weiter einen anderen vorbestimmten Wert D 2 der impulse Pl zählt Die Werte Dl und D 2 werden so dake, und somit kann der Wert des Spitzenwert-Zeitprodukts zur Anzeige der Funkenintensität oder Stärke verwendet werden.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsart anhand der F i g. 9 beschrieben. In dieser Figur sind gleiche Teile wie in F i g. 1 oder 2 mit denselben Bezugszeichen versehen. In dieser Ausführungsart ist eine zusätzliche Einrichtung 18 zur Histogrammverarbeitung des Spitzenwert-Zeitprodukts, das das Ausgangssignal des Vervielfachers 4 darstellt. Bei dieser Ausführung wird eine Umdrehungsperiode des Rotors in mehrere Segmente eingeteilt. Die Ausgangssignale, die vom Multiplizierer 4 erzeugt werden, wenn der Rotor sich dreht, werden in

so jedem Segment angesammelt. Wenn eine Umdrehungsdauer des Rotors in beispielsweise 4 Segmente I bis IV, wie F i g. 10 zeigt, eingeteilt wird, kann die Histogrammverarbeitungseinrichtung in einer in Fig. 11 gezeigten Weise aufgebaut werden. Wie bei der Ausführung von F i g. 6 erzeugt die Triggcrschaltung 17 ein Impulssignal PX mit einer zur Drehzahl des Rotors proportionalen Frequenz und ein weiteres Impuissignal P2, das eine bestimmte Bezugswinkelstcllung des Rotors darstellt, wie in Fig. 7(g) gezeigt ist. Der Zähler 22 wird vom

bo Impuls P2 zurückgesetzt und zählt dann die Impulse P X. Der Zähler 22 cr/.eugl einen Impuls P12, wenn der Zähler beim Hochzahlen einen Wert erreicht, der gleich der Anzahl der bei der Drehung des Rotors um einen dem Segment I entsprechenden Winke! ist. In derselben

b5 Weise erzeugt der Zähler impulse P 13 und P 14 nacheinander, wenn der Rotor die jeweiligen Winkel, die den Segmenten Il und III entsprechen, überstreicht. Das Flip-Flop 24-1 wird vom Impuls P2 gesetzt und vom

9

Impuls Pi2 zurückgesetzt. Das Ausgangssignal QA des Flip-Hops nimmt hohen »!«-Pegel an, wenn der Rotor innerhalb des Segments I ist und tiefen Pegel, wenn der Rotor innerhalb eines anderen Segments ist. In gleicher Weise werden die Ausgangssignale <?-ll bis QAW der Flip-Flops 24¹I bis 24-IV solange auf hohem »!«-Pegel gehalten, wie der Rotor die Segmente II bis IV jeweils überstreicht. Der Integrator i 1 erzeugt wie in F i g. 1 ein hohes »!«-Dauersignal, während einer zum Produkt w ■ h proportionalen Zeitdauer, wie in Fig.3(f)gezeigt ist. Eine UND-Schaltung 26-1 läßt die Taktimpulse durch, wenn das Ausgangssignal des Integrators 11 und das Ausgangssignal Q-\ des Flip-Flops 24-1 beide hoch liegen und der Zähler 28 sammelt die Taklimpul.se an. Deshalb entspricht der Zählwcri des Zählers 28-1 der Ansammlung des Spitzcnwcrt-Zcitprodukts abhängig von den erzeugten Funken, wahrend der Rotor das Segment I überstreicht. In der gleichen Weise stellen die Zählwerte der Zähler 28-11 bis 28-1V die angesammelten Spitzenwert-Zeitproduktc abhängig von den Funken. die, wenn der Rotor die Segmente 11 bis IV jeweils überstreicht, erzeugt werden, dar.

Bei dieser Ausführungsart können die wiederholt im selben Winkelbereich bei der Drehung des Rotors erzeugten Funken aufgrund des großen Akkumulationswerts erfaßt werden, auch wenn die Stärke jedes Funkens gering ist.

Obwohl die oben angeführte Ausführungsart einen vom Null-Pegel aus gemessenen Spitzenwert der hochfrequenten Rauschkomponenten verwendet, kann der Spitzenwert natürlich auch mit derselben Wirkung von jedem Schwellwert aus ermittelt werden.

Nach dem oben gesagten ermittelt das Funkenüberwachungsgerät nicht nur die Information ob Funken gebildet werden oder nicht, sondern auch ihre Stärke J5 oder intensität und kann damit genau die Funkenbiidungsbedingung überwachen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

40

45

50

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Funkenüberwachungsgerät, das in einer sich drehenden elektrischen Maschine mit Stromkollek- s torring an diesem erzeugte Funken überwacht und aufweist:

eine Antenneneinrichtung, die durch Funkenbildung entstehende hochfrequentes Rauschen erfaßt und ein Rauschsignal abgibt. Ό

eine Vergleichseinrichtung, die ein Funken-F.rfassungssignal erzeugt, wenn der Pegel des Rauschsignals einen vorgegebenen Schwcllwcrt überschreitet, und

einen Spitzenwert-Detektor, der den Spitzenwert is des den Schwellwert überschreitenden Pegels des Rauschsignals erfaßt und hält,
gekennzeichnet durch
einen Zefcdiuerrechner (3), der die Zeitdauer des Funken- Erfassungssignals berechnet, und

einen Multiplizierer (4), der das Produkt des Spitzenwerts des Rauschsignals mit der vom Zeitdauerrechner (3) berechneten Zeitdauer und daraus ein die Intensität der Funkenbildung darstellendes Signal bildet. »

2. Funkenüberwachungsgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Integrator (11), der das Ausgangssignal des Multiplizierers (4) während einer vorgegebenen Zeitdauer integr.ert.

3. Funkeiiüberwachungsgerät nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß /or der Vergleichseinrichtung (8) eine Einrichtung (15,16, 17, 19) eingeschaltet ist, die das Funken "jfassungssignal nur während der Rotor der sich drehenden elektrischen Maschine sich innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs dreht freigibt (Fig. 6).

4. Funkenüberwachungsgerät nach Anspruch 2 oder 2, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (17, 19), die eine Umdrehung des Rotors der sich drehenden elektrischen Maschine in mehrere diskrete Segmente einteilt, und eine der Einrichtung (17, 19) nachgeschaltete Einrichtung (22,24,26,28), die getrennt die Ausgangssignale des Integrators (11), wenn der Rotor sich jeweils innerhalb der diskreten Segmente befindet, zählt und dadurch für die jeweiligen Segmente eine getrennte Zählung der Ausgangssignale des Vervielfachers (4) durchführt (F i g. 9,11).

5. Funkenüberwachungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Digitalisierer (12, 13) dem Integrator (11) nachgeschaltet ist, wobei der Digitalisierer einen Digitalwert, der dem Ausgangssignal des Integrators entspricht, erzeugt und eine Einrichtung (14, 20), die während der gegebenen Zeitdauer erzeugten Digitalwerte zählt und das Zählergebnis am Ende der Integrationszeitdaucr erzeugt.

6. Funkenüberwachungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

der Integrator (11) aufweist: bo

mehrere Integratoren (1103, 1104), von denen jeder das Ausgangssignal des Multiplizierers (4) empfängt und ein zweiwertiges Signal erzeugt, das für eine, dem Ausgangssignal des Multiplizicrcrs entsprechende Zeit andauert, t>"> eine Einrichtung (1101), die aufeinanderfolgende Ausgangssignale des Multiplizierers nacheinander an die Integratoren (1103,1104) in einer vorgegebe

nen Weise liefert

7. Funkenüberwachungsgerät nach Anspruchs oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Digilalisicrer(12,13) aufweist: eine Torschaltung (13), die zwischen einem Taktimpulsgcncraior( 12) und einem Zähler (14) eingeschaltet Lsi und vom Taktinipulsgenerator (Ί2) erzeugte Taktimpulsc dem Zähler (14) zuleitet, wenn einer der Integratoren (1103. 1104) das Signal mit der einen Wertigkeit erzeugt, wobei der Zähler (14) die durch die Torschaltung (13) hindurchgclcitctcn Taktimpulsc zählt.

8. Funkenüberwachungsgerät nach Anspruch 7. gekennzeichnet durch

zwei Torschaltungen (1301,1302), die jedem der Integratoren (1103, 1104) zugeordnet und mit dem Taktimpulsgenerator (12) verbunden sind, die vom Taktimpulsgenerator (12) erzeugten Taktimpulse durchlassen, wenn der zugeordnete Integrator (1103, i iÖ4) das Signal mii einem Pegel erzeugt, ünu zwei Zähler (1401,1402), die mit jedem der Torschaltungen (1301,1302) verbunden sind und die von der jeweiligen Torschaltung durchgelassenen Taktimpulse während der Integrationszeitdauer zählen, und einen Addierer (1404), der mit den Ausgängen der Zähler (1402,14ii2) verbunden ist und die Zählwerte der Zähler (1401,1402) addiert {F i g. 5).