RU1771087C

RU1771087C - Device for electric accelerated tests of ac resistance heating plants

Info

Publication number: RU1771087C
Application number: SU894702911A
Authority: RU
Inventors: Роберт Викторович Минеев; Иван Андреевич Игнатов; Александр Федорович Соколов; Александр Робертович Минеев
Original assignee: Центральное Производственно-Техническое Предприятие "Центроэнергочермет"
Priority date: 1989-06-08
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 1992-10-23

Abstract

Устройство дл электрических ускоренных испытаний установок резистивного нагрева переменным током. Использование: ускоренное испытание резистивных установок , в том числе битовых электронагревательных приборов. Сущность изобретени : устройство проводит анализ динамической вольтамперной характеристики объекта дл вы влени преддугового или дугового режима по сравнению с синусоидальным режимом . 4 ил.Device for accelerated electrical testing of resistance heating systems with alternating current. Usage: accelerated testing of resistive installations, including bit electric heaters. SUMMARY OF THE INVENTION: a device analyzes the dynamic current-voltage characteristics of an object to detect a pre-arc or arc mode compared to a sinusoidal mode. 4 ill.

Description

Изобретение касаетс электрических испытаний, в частности устройств электрических ускоренных испытаний установок резистивного нагрева переменным током, например, бытовых электронагревательных приборов.The invention relates to electrical tests, in particular, accelerated electrical testing devices for resistive heating with alternating current, for example, household electric heating appliances.

При электрических ускоренных испытани х установок нагрева переменным током необходимо при интенсивной эксплуатации определить момент времени, место и причину развивающегос короткого замыкани , например, из-за пробо изол ции на корпус бытового электронагревательного прибора, а также намечающеес место и причину разрыва токоподвод щего проводника или рабочего токопровод щего элемента нагрева, например, спирали в конфорке.During electrical accelerated tests of AC heating installations, it is necessary during intensive operation to determine the time point, place and cause of the developing short circuit, for example, due to a breakdown of insulation on the housing of a household electric heating device, as well as the place and cause of the breakdown of the current-carrying conductor or working a conductive heating element, for example a coil in a burner.

В качестве устройства электрических испытаний установок нагрева переменным током, например, в бытовых электронагревательных приборах можно использовать автоматические выключатели, предназначенные дл отключени электроприбора при КЗ, перегрузках и недопустимых снижени х напр жени , вз тые нами в качестве аналога.As a device for electrical testing of heating installations with alternating current, for example, in domestic electric heaters, circuit breakers can be used to turn off the appliance during short-circuit, overloads and unacceptable voltage drops, which we took as an analog.

Недостатком аналога вл етс невозможность с его помощью довести испытание до критического момента возникновени преддугового режима в случа х развити КЗ через изол цию электронагревательного прибора на корпус или разм гчени токопровод щего элемента перед его оплавлением и разрывом, так как при ускоренных испытани х из-за защит 1 VJThe disadvantage of the analogue is the impossibility of using it to bring the test to a critical moment of the occurrence of the pre-arc mode in the case of short circuit development through insulation of the electric heating device on the casing or softening of the conductive element before its melting and rupture, since during accelerated tests due to protection 1 VJ

О 00About 00

xjxj

ных функций прототипа последний не позвол ет развитьс этим влени м. В случа х же превышени уставок значительно больших критических оперативные действи технического объекта, вз того в качестве аналога, окажутс зашунтированными, что повлечет трудноанализируемые разрушени электрических приборов.These functions do not allow the prototype to develop these phenomena. In the case of exceeding the settings significantly greater than critical, the operational actions of the technical object, taken as an analog, will be shunted, which will lead to difficult to analyze damage to electrical devices.

В значительной степени эти недостатки устран ютс , если в качестве устройства испытаний использовать стенд дл испытаний установок резистивного нагрева. Стенд содержит датчики тока и напр жени испытуемой установки, снабженный задатчиком блок сравнени , выход которого подключен к управл ющему входу исполнительного блока.To a large extent, these drawbacks are eliminated by using a test bench for testing resistance heating plants as a test device. The test bench contains current and voltage sensors of the unit under test, a comparison unit equipped with a setter, the output of which is connected to the control input of the executive unit.

Недостатком прототипа вл етс длительное врем испытаний с подсчетом израсходованной энергии И больша инерционность в распознавании момента выхода из стро электроустановки.The disadvantage of the prototype is the long test time with the calculation of the consumed energy and greater inertia in recognizing the moment of failure of the electrical installation.

Целью изобретени вл етс резкое снижение времени распознавани , повышение точности ускоренных испытаний, ма- териало- и энергосбережени путем определени качественной характеристики с количественной оценкой степени развивающегос дугового разр да как дефектоно- сител . Практически это достигаетс за счет индикации степени нелинейности динамической вольтамперной характеристики испытуемого бытового электронагревательного прибора на основе подсчета числа ее перегибов.The aim of the invention is to drastically reduce the recognition time, increase the accuracy of accelerated tests, material and energy savings by determining the quality characteristics with a quantitative assessment of the degree of developing arc discharge as a defective carrier. In practice, this is achieved by indicating the degree of non-linearity of the dynamic current-voltage characteristics of the test household electric heating device based on counting the number of its bends.

Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл электрических ускоренных испытаний установок резистивного нагрева переменным током, содержащее датчики тока и напр жени испытуемой установки, снабженный задатчиком блок сравнени , выход которого подключен к управл ющему входу исполнительного блока дл отключени испытуемой установки, а вход - к выходу счетчика импульсов, причем два операционных усилител , три триггера Шмитта, фильтр первой гармоники, второй счетчик импульсов и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к входу первого счетчика импульсов, управл ющий вход которого через второй счетчик импульсов, третий триггер Шмитта и фильтр первой гармоники соединен с выходом датчика напр жени .This goal is achieved in that a device for electrical accelerated testing of installations of resistive heating with alternating current, comprising current and voltage sensors of the tested installation, a comparison unit equipped with a setter, the output of which is connected to the control input of the executive unit to disconnect the tested installation, and the input to the output a pulse counter, and two operational amplifiers, three Schmitt triggers, a first harmonic filter, a second pulse counter and an EXCLUSIVE OR element, the output of which is connected to the input of the first pulse counter, the control input of which is through the second pulse counter, the third Schmitt trigger and the filter of the first harmonic are connected to the output of the voltage sensor.

Существенным отличием за вл емого устройства электрических испытаний установок нагрева переменным током вл етс то, что ни в одном из известных устройств аналогичного назначени не достигаетс точности определени места, времени, степени и причин при материалоэнергосбере- гающем характере испытаний путем количе- ственного анализа характеристик развивающегос дугового разр да как дефектоносител .A significant difference between the claimed device for electrical testing of AC heating installations is that in none of the known devices of a similar purpose the accuracy of determining the place, time, degree and reasons for the material-energy-saving nature of the tests is achieved by quantitative analysis of the characteristics of the developing arc discharge as a defective carrier.

На фиг. 1 приведена блок-схема за вл емого устройства электрических испытаний установки резистивного нагрева; на фиг. 2-4 - динамические вольтамперные харак0 теристики за один электрический период 0,02 с дл Гц дл различных состо ний электрической установки.In FIG. 1 is a block diagram of an inventive electrical test apparatus for a resistive heating apparatus; in FIG. 2-4 are dynamic current-voltage characteristics for one electric period 0.02 s for Hz for various states of the electrical installation.

На блок-схеме (см. фиг. 1) изображена испытуема установка 1 переменного тока,The block diagram (see Fig. 1) shows the test installation 1 AC,

5 датчики 2 и 3 напр жени и тока. Выходы датчиков 2 и 3 напр жени и тока через смещающие параллельные RC-цепочки 4 и 5 соответственно напр жени и тока, операционные усилители 6 и 7 и триггеры 8 и 95 voltage and current sensors 2 and 3. The outputs of voltage and current sensors 2 and 3 through bias parallel RC circuits 4 and 5, respectively, of voltage and current, operational amplifiers 6 and 7, and triggers 8 and 9

0 Шмитта включены к входам логического блока 10 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен со счетчиком 11 импульсов. Счетчик 11 импульсов запитан от фильтра 12 первой гармоники напр жени испы5 туемой установки 1 переменного тока через третий триггер 13 Шмитта и второй счетчик 14 импульсов, Выход счетчика 11 импульсов соединен через блок 15 сравнени уровн , второй инициативный вход которого под0 ключей к блоку 16 задани , с исполнительным блоком 17.Schmitt 0 are connected to the inputs of the logic block 10 EXCLUSIVE OR, the output of which is connected to the counter 11 pulses. The pulse counter 11 is supplied from the filter 12 of the first harmonic voltage of the test installation 1 of the alternating current through the third Schmitt trigger 13 and the second pulse counter 14. The output of the pulse counter 11 is connected via the level comparison unit 15, the second initiative input of which is connected to the task unit 16 by keys. with executive unit 17.

На фиг. 2 приведена динамическа вольтамперна характеристика дл чисто синусоидальных токов и напр жений приIn FIG. Figure 2 shows the dynamic current-voltage characteristic for purely sinusoidal currents and voltages at

5 ненарушенном режиме установки нагрева переменным током, подвергающейс ускоренным испытани м. На фиг. 3 изображена динамическа вольамперна характеристика дл работы установки с так называемым5 undisturbed operation of an AC heating installation undergoing accelerated testing. FIG. 3 shows a dynamic volt-ampere characteristic for the operation of the installation with the so-called

0 преддуговым режимом, когда энерги выде- .л етс без наличи вно выраженного дугового разр да, но при начале местного оплавлени или разм гчении основного то- коподвод щего или тепловыдел ющего эле5 мента электрического контура бытового электронагревательного прибора. Здесь еще не наблюдаетс пиков зажигани электрической дуги, так как электрическа цепь находитс пока в ненарушенном состо нии0 in the pre-arc mode, when energy is released without the presence of an explicit arc discharge, but at the beginning of local reflow or softening of the main current-carrying or heat-generating element5 of the electric circuit of the household electric heating device. Here, ignition peaks of the electric arc have not yet been observed, since the electric circuit is still in an undisturbed state

0 и типичной фигурой вл етс характеристика с вогнутост ми посередине, т.е. число перегибов кривой увеличиваетс при анализе серии электрических периодов в 1,5-2 раза по сравнению с синусоидальным режи5 мом. Наконец, на фиг. 4 приведена динамическа вольтамперка характеристика, типична дл возникновени в цепи установки дугового разр да с вно выраженными пиками зажигани и отрицательным дифференциальным сопротивлением на падающем участке кривой. Следовательно, задача за вл емого устройства ускоренных испытаний установок резистивного нагрева переменным током отреагировать на диапазон числа перегибов заданного количества динамических вольтамперных характеристик за выбираемый отрезок времени, соответствующий доверительному интервалу испытаний. Это происходит следующим образом . В соответствии с приведенными описани ми структуры и звеньев блок-схемы фиг. 1 основное функциональное назначение за вл емого устройства электрических ускоренных испытаний установок резистивного нагрева переменным током заключаетс в формировании сигнала, например, по напр жению, величина которого пропорциональна просуммированному за калиброванный интервал времени числу импульсов, ИСКЛЮЧАЮЩИХ ИЛИ при логическом сравнении двух электрических сигналов, вл ющихс сигнатурными характеристиками смещенных во времени измеренных напр жени и тока испытуемой электроустановки резистивного нагрева.0 and a typical figure is a characteristic with concavities in the middle, i.e. the number of kinks of the curve increases in the analysis of a series of electric periods by 1.5-2 times in comparison with a sinusoidal mode. Finally, in FIG. Figure 4 shows the dynamic current-voltage characteristic typical of an arcing in the installation circuit with distinct ignition peaks and negative differential resistance in the falling section of the curve. Therefore, the task of the claimed device for accelerated testing of resistive heating installations with alternating current is to respond to the range of the number of bends of a given number of dynamic current-voltage characteristics for a selected period of time corresponding to a confidence interval of testing. This happens as follows. In accordance with the above descriptions of the structure and links of the flowchart of FIG. 1, the main functional purpose of the claimed device for electric accelerated testing of resistive heating installations with alternating current is to generate a signal, for example, by voltage, the magnitude of which is proportional to the number of pulses summed over a calibrated time interval, EXCLUDING OR, when a logical comparison of two electrical signals, which are signature the characteristics of the time-shifted measured voltage and current of the tested electrical installation of the resistive heating.

Устройство электрических ускоренных испытаний установок нагрева переменным током работает следующим образом.The device electrical accelerated testing of heating installations with alternating current operates as follows.

От датчиков 2 и 3 напр жени и тока испытуемой установки 1, электрические сигналы, пропорциональные напр жению и току установки 1, поступают через смещающие параллельные RC-цепочки 4 и 5 соответственно напр жени и тока, операционные усилители 6 и 7 и триггеры 8 и 9 Шмитта. Таким образом, получаем электрические сигналы, по величине пропорциональныечислузнаков , продифференцированных в смещающих параллельных цепочках 4 и 5 токов и напр жений . Далее дл того, чтобы избежать операции делени du/di, не рекомендуемой в электронике, но необходимой дл подсчета числа перегибов динамической вольтам- перной характеристики, подсчет числа смены знаков производной проведем методом логического сопоставлени в логическом блоке 10 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, импульсы с которого суммируютс счетчиком 11 импульсов. Врем подсчета серий (выборки) динамических вольтамперных характеристик калибруетс совокупностью трех блоков: фильтром 12 первой гармоники напр жени , третьим триггером 13 Шмитта и вторым счетчиком 14 импульсов. Блок сравнени 15 уровн проводит сравнительную количественную оценку степени нелинейности динамических вольтамперных характеристик, т.е. отсутствие или приближение к дуговому режиму, а также приближение к крайним режимам, например, обрыва цепи (резкое увеличение пиков, а следо- вательно, и числа смены знаков производной du/di при вной нестабильности дугового разр да перед погасанием), получающуюс из величины электрического сигнала, например, по напр жению, пропорциональному сумме за калиброванный интервал времени числа импульсов ИСК0 ЛЮЧАЮЩИХ ИЛИ при логическом сравнении двух электрических сигналов, вл ющихс знаковыми характеристиками sign du/di смещенных во времени измеренных напр жений и тока испытуемого элект5 ронзгревательного прибора или установки резистивного нагрева переменным током, т.е. числа перегибов динамической вольтам- перной характеристики упом нутого испытуемого объекта за заданный отрезокFrom the voltage and current sensors 2 and 3 of the test setup 1, electrical signals proportional to the voltage and current of setup 1 are supplied through bias parallel RC circuits 4 and 5, respectively, of voltage and current, operational amplifiers 6 and 7, and triggers 8 and 9 Schmitt. Thus, we obtain electrical signals proportional to the number of signs differentiated in the offset parallel chains of 4 and 5 currents and voltages. Further, in order to avoid the du / di division operation, which is not recommended in electronics, but necessary for counting the number of kinks of the dynamic current-voltage characteristic, we calculate the number of sign changes of the derivative by the logical matching method in logic block 10 EXCLUSIVE OR, the pulses from which are added up by the counter 11 pulses. The time of counting series (samples) of dynamic current-voltage characteristics is calibrated by a combination of three blocks: a filter 12 of the first voltage harmonic, a third Schmitt trigger 13 and a second pulse counter 14. A level comparing unit 15 conducts a comparative quantitative assessment of the degree of non-linearity of the dynamic current-voltage characteristics, i.e. the absence or approach to the arc mode, as well as approaching extreme modes, for example, an open circuit (a sharp increase in the peaks and, consequently, the number of changes in the signs of the derivative du / di with a clear instability of the arc discharge before extinction), obtained from the electric signal, for example, by the voltage proportional to the sum over the calibrated time interval of the number of pulses LOOKING FOR THE BEST OR in a logical comparison of two electrical signals, which are sign characteristics of sign du / di offset in time from measured voltages and current of the electric heating device under test5 or a resistive heating installation with alternating current, i.e. the number of bends of the dynamic voltammetric characteristics of the said test object for a given segment

0 времени.0 time.

При сравнении в блоке 15 уровн с соответствующим заданным уровнем блоком 16 и соответствующим числу, например, более 300-400 в секунду за заданный (калиб5 рованный) отрезок времени испытаний, с блока сравнени 15 поступает инициативный сигнал на исполнительный блок 18 дл отключени испытуемой установки 1, распечатки данных последнего режима и анализаWhen comparing the level block 15 with the corresponding given level block 16 and the corresponding number, for example, more than 300-400 per second for a given (calibrated) length of the test time, an initiative signal is sent from the comparison block 15 to the executive block 18 to turn off the test setup 1 printouts of the latest mode data and analysis

0 места, характера и причин развити предду- гового режима работы цепи тока испытуемой установки резистивного нагрева.0 places, nature and reasons for the development of the pre-arc mode of operation of the current circuit of the tested resistive heating installation.

Практическа реализуемость за вл емого устройства электрических ускоренныхThe feasibility of the claimed electric accelerated device

5 испытаний установок резистивного нагрева переменным током не вызывает сомнений, так как все примен емые элементы могут быть выбраны из серийно выпускаемых, в том числе цепочки R С-смещени известны,5 tests of installations of resistive heating by alternating current are beyond doubt, since all the elements used can be selected from commercially available ones, including the chains of R C-bias are known,

0 операционные усилители К2УС281, К2УИ181, триггеры Шмитта, например К1Ш181А, Б, В, Г, Д, логический блок ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ К1ЛБ065, К1ЛБ066, К1ЛБ0610, сумматор К2ИЛ231. См., напри5 мер, Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам . Под обшей редакцией Н.Н. Горюнова. М., Энерги , 1977, УДК 621.382.2/3 (03). или М.И. Маклюков, В.А. Протопопов Примене0 ние аналоговых интегральных микросхем в вычислительных устройствах. М,, Энерги , 1980, УДК 621.3.049-79. Блок сравнени уровн и задатчики напр жени , тока, фильтр первой гармоники также известны.0 operational amplifiers K2US281, K2UI181, Schmitt triggers, for example K1Sh181A, B, V, G, D, logic block EXCLUSIVE OR K1LB065, K1LB066, K1LB0610, adder K2IL231. See, for example, the Handbook of Semiconductor Diodes, Transistors, and Integrated Circuits. Edited by N.N. Goryunova. M., Energy, 1977, UDC 621.382.2 / 3 (03). or M.I. Maklyukov, V.A. Protopopov Use of analog integrated circuits in computing devices. M ,, Energy, 1980, UDC 621.3.049-79. A level comparator and voltage, current, and first harmonic filters are also known.

55

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A device for electric accelerated testing of resistive heating installations with alternating current, comprising current and voltage sensors of the test installation, a comparison unit equipped with a setter, the output of which is connected to the control input of the executive unit to turn off the test installation, and the input to the output of the pulse counter characterized in that, in order to improve the accuracy of tests and power supply, two parallel RC voltage and current bias circuits, two operating circuits are introduced into the device Ithel three Schmitt trigger, the first harmonic filter, the second

the pulse counter and the EXCLUSIVE OR element, the outputs of the voltage and current sensors through a series-connected RC circuit, the operational amplifier and the Schmitt trigger are connected to the inputs of the EXCLUSIVE OR element, the output of which is connected to the input of the first pulse counter, whose control input is through the second pulse counter, a third Schmitt trigger and a first harmonic filter are connected to the output of the voltage sensor.

Figure 1

L lg p

i 111 "C

fig.Z

i- 4