RU193235U1

RU193235U1 - Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя по ЭДС самоиндукции

Info

Publication number: RU193235U1
Application number: RU2019105361U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Бондарь; Александр Витальевич Вострухин; Елена Артуровна Вахтина; Иоанн Игоревич Бурлак
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2019-10-18

Abstract

Полезная модель относится к области электроизмерительной техники, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использована в средствах для диагностики состояния межвитковой изоляции обмотки асинхронного двигателя или трансформатора.Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к расширению ее функциональных возможностей за счет проведения диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя по ЭДС самоиндукции с использованием вычислительных ресурсов компьютера.Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя по ЭДС самоиндукции содержит микроконтроллер, делитель напряжения, цифро-аналоговый преобразователь, управляемый ключ, преобразователь интерфейсов USART/USB, RC-фильтр, управляемый источник тока. Устройство выполнено с возможностью передачи сигнала на компьютер с помощью преобразователя интерфейсов USART/USB. 1 ил.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области электроизмерительной техники в частности, к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использована в средствах для диагностики состояния межвитковой изоляции обмотки асинхронного двигателя или трансформатора.

Уровень техники

В результате старения изоляции обмотки асинхронного двигателя снижается ее пробивное напряжение и сопротивление, что в свою очередь ведет к внезапному отказу двигателя. Для своевременного предупреждения повреждения изоляции необходима ее диагностика, т.е. контроль качества (состояния) межвитковой изоляции.

Известно микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя по ЭДС самоиндукции (патент RU 2498327 С1, МПК G01R 27/26, 03.05.2012) содержащее микроконтроллер, делитель напряжения, два RC-фильтра, управляемый ключ, индикатор, управляемый источник тока, диагностируемую обмотку электродвигателя, при этом: к выходу первого широтно-импульсного модулятора (ШИМ) микроконтроллера подключен вход первого RC-фильтра, выход которого подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера; крайние выводы делителя напряжения подключены к выводам ключа; средний вывод делителя напряжения подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера; первый вывод ключа подключен к первому выводу диагностируемой обмотки; вход управления ключом подключен к цифровому выходу микроконтроллера; индикатор подключен к выходу соответствующего порта микроконтроллера; выход второго ШИМ микроконтроллера подключен ко входу второго RC-фильтра, выход которого подключен к входу управления источника тока, первая клемма которого подключена ко второму выводу ключа, а вторая клемма подключена ко второму выводу диагностируемой обмотки.

Используемый в данном устройстве первый RC-фильтр и первый ШИМ микроконтроллера выполняют функции источника опорного напряжения (ИОН) аналогового компаратора микроконтроллера. При этом, в силу влияния первого ШИМ микроконтроллера (AVR131: Using the AVR's Highspeed PWM. Режим доступа: http://www.gaw.ru/pdf/Atmel/app/avr/AVRl31.pdf), формируемое на выходе первого RC-фильтра напряжение характеризуется повышенным уровнем шума.

В то же время, для нормального функционирования ИОН, на базе первого RC-фильтра и первого ШИМ микроконтроллера, необходима непрерывная генерация ШИМ сигналов, сопровождаемая резкими скачками потребления тока цифровой частью микроконтроллера, что в свою очередь приводит к снижению чувствительности аналогового компаратора микроконтроллера, в силу формирования дополнительных помех в цепи питания аналоговой части микроконтроллера (Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 1 / С.М. Рюмик - М.: Издательский дом «Додека-ХХ1», 2010. - 356 с., стр. 39.), а значит приводит к увеличению погрешности диагностики изоляции обмотки асинхронного двигателя.

Недостатком устройства является низкая точность диагностики изоляции обмотки асинхронного двигателя, а так же ограниченные функциональные возможности по причине конструктивных особенностей микроконтроллера, заключающихся в ограниченной мощности процессора и объема памяти, что не позволяет выполнять архивирование результатов измерений, их вывод в форме графиков, сравнение полученных данных с эталонными образцами.

Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является микроконтроллерное устройство диагностики изоляции обмотки асинхронного двигателя (патент RU 181798 U1, МПК G01R 31/06, G01R 27/02, 12.03.2018).

Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя по ЭДС самоиндукции содержит микроконтроллер, делитель напряжения, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), управляемый ключ, индикатор, RC-фильтр, управляемый источник тока, диагностируемую обмотку электродвигателя, при этом второй вывод управляемого источника тока подключен ко второму выводу диагностируемой обмотки электродвигателя, а первый вывод управляемого источника тока подключен ко второму выводу управляемого ключа и второму крайнему выводу делителя напряжения, первый крайний вывод которого подключен к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя и управляемого ключа, вывод управления которого подключен к микроконтроллеру, средний вывод делителя напряжения подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, индикатор подключен к микроконтроллеру по средством первой группы выходов микроконтроллера, входы управления ЦАП подключены к регистру данных микроконтроллера по средством второй группы выходов микроконтроллера, выход ЦАП подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, выход ШИМ микроконтроллера подключен ко входу RC-фильтра, выход которого подключен к входу управления источника тока.

Недостатком известного решения являются ограниченные функциональные возможности по причине конструктивных особенностей микроконтроллера, заключающихся в ограниченной мощности процессора и объема памяти, что не позволяет выполнять архивирование результатов измерений, их вывод в форме графиков, сравнение полученных данных с эталонными образцами.

Раскрытие полезной модели

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к расширению ее функциональных возможностей за счет проведения диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя по ЭДС самоиндукции с использованием вычислительных ресурсов компьютера.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя по ЭДС самоиндукции, содержащее микроконтроллер, делитель напряжения, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), управляемый ключ, RC-фильтр, управляемый источник тока, второй вывод которого подключен ко второму выводу диагностируемой обмотки электродвигателя, а первый вывод управляемого источника тока подключен ко второму выводу управляемого ключа и второму крайнему выводу делителя напряжения, первый крайний вывод которого подключен к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя и управляемого ключа, вывод управления которого подключен к микроконтроллеру, средний вывод делителя напряжения подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, входы управления ЦАП подключены к регистру данных микроконтроллера по средством группы выходов микроконтроллера, выход ЦАП подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, выход ШИМ микроконтроллера подключен ко входу RC-фильтра, выход которого подключен к входу управления источника тока, введен преобразователь интерфейсов USART/USB, причем модуль USART микроконтроллера подключен к указанному преобразователю интерфейсов USART/USB, выполненному с возможностью подключения к интерфейсу USB компьютера.

Краткое описание чертежей

На фиг. представлена структурная схема микроконтроллерного устройства диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя по ЭДС самоиндукции.

Осуществление полезной модели

Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя по ЭДС самоиндукции содержит (фиг.) микроконтроллер 1, делитель напряжения 2, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 3, управляемый ключ 4, преобразователь интерфейсов USART/USB 5, RC-фильтр 6, управляемый источник тока 7, компьютер 8.

Второй вывод управляемого источника тока 7 подключен ко второму выводу диагностируемой обмотки 9 электродвигателя, а первый вывод управляемого источника тока 7 подключен ко второму выводу управляемого ключа 4 и второму крайнему выводу делителя напряжения 2, первый крайний вывод которого подключен к первым выводам диагностируемой обмотки 9 электродвигателя и управляемого ключа 4, вывод управления которого подключен к микроконтроллеру 1, средний вывод делителя напряжения 4 подключен ко второму входу аналогового компаратора (на фиг. не показан) микроконтроллера 1, входы управления ЦАП 3 подключены к регистру данных микроконтроллера 1 (на фиг. не показан) по средством группы выходов микроконтроллера 1, выход ЦАП 3 подключен к первому входу аналогового компаратора (на фиг. не показан) микроконтроллера 1, выход ШИМ микроконтроллера 1 подключен ко входу RC-фильтра 6, выход которого подключен к входу управления источника тока 7, модуль USART (на фиг. не показан) микроконтроллера 1 подключен к преобразователю интерфейсов USART/USB 5, который подключен к интерфейсу USB компьютера 8.

Микроконтроллерное устройство диагностики изоляции обмотки асинхронного двигателя работает следующим образом.

Микроконтроллер 1 устанавливает на выходе ЦАП 3 заданный уровень опорного напряжения в соответствии с кодом поступающим с регистра данных микроконтроллера 1 на управляющие входы ЦАП 3 по средством группы выходов микроконтроллера 1.

Микроконтроллер 1 замыкает ключ 4 и с помощью ШИМ, и RC-фильтра 6, формирует на входе управления источником тока 7 значение напряжения, которое обеспечивает на выходе управляемого источника тока 7 заданный ток через диагностируемую обмотку 9 электродвигателя.

В результате замыкания ключа 4, по цепи: первый вывод источника тока 7, диагностируемая обмотка 9 электродвигателя, ключ 4, второй вывод источника тока 7 протекает установившийся ток (ток разрыва).

Затем микроконтроллер 1 размыкает ключ 4, на выводах диагностируемой обмотки 9 электродвигателя возникает ЭДС самоиндукции, которая приложена к делителю напряжения 2. Если напряжение на среднем выводе делителя 2 превысит опорное, то аналоговый компаратор микроконтроллера 1 поменяет на выходе логический уровень. По этому сигналу микроконтроллер 1 оценивает значение амплитуды ЭДС самоиндукции. При отсутствии в межвитковой изоляции дефектов, значение ЭДС самоиндукции будет максимальным. Если, изоляция содержит дефекты, а также обладает малым комплексным сопротивлением, вследствие высокой степени ее увлажнения и износа, то часть энергии запасенной в диагностируемой обмотке 9 электродвигателя после размыкания ключа 4 преобразуется в тепло на межвитковых дефектах изоляции. В этом случае амплитуда ЭДС самоиндукции будет ниже определенного значения и аналоговый компаратор микроконтроллера 1 не поменяет логический уровень на выходе.

Затем микроконтроллер 1 переходит к следующему циклу измерения амплитуды ЭДС самоиндукции. Микроконтроллер 1 снижает напряжение на выходе ЦАП 3 и вновь замыкает ключ 4, цикл повторяется до тех пор, пока микроконтроллер 1 не определит значение амплитуды ЭДС самоиндукции.

Результаты измерений микроконтроллер 1 пересылает через преобразователь интерфейсов USART/USB 5 на компьютер 8. Который, в сравнении с микроконтроллером 1, обладает большей мощностью процессора и объемом памяти, обеспечивающих архивирование результатов измерений, вывод их в графической форме на монитор, сравнение с эталонными образцами или их моделями, а значит и более высокую степень достоверности диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя по ЭДС самоиндукции.

Разработанное устройство по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество - расширены функциональные возможности микроконтроллерного устройства для диагностики изоляции обмотки электродвигателя за счет организации измерения с использованием вычислительных ресурсов компьютера.

Claims

Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя по ЭДС самоиндукции выполнено с возможностью передачи сигнала на компьютер с помощью преобразователя интерфейсов USART/USB, содержащее микроконтроллер, делитель напряжения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), управляемый ключ, RC-фильтр, управляемый источник тока, второй вывод которого подключен ко второму выводу диагностируемой обмотки электродвигателя, а первый вывод управляемого источника тока подключен ко второму выводу управляемого ключа и второму крайнему выводу делителя напряжения, первый крайний вывод которого подключен к первым выводам диагностируемой обмотки электродвигателя и управляемого ключа, вывод управления которого подключен к микроконтроллеру, средний вывод делителя напряжения подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, входы управления ЦАП подключены к регистру данных микроконтроллера по средством группы выходов микроконтроллера, выход ЦАП подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, выход ШИМ микроконтроллера подключен ко входу RC-фильтра, выход которого подключен к входу управления источника тока, отличающееся тем, что микроконтроллер оснащен модулем USART, а в устройство дополнительно введен преобразователь интерфейсов USART/USB, причем модуль USART микроконтроллера подключен к указанному преобразователю интерфейсов USART/USB, выполненному с возможностью подключения к интерфейсу USB компьютера.