RU133931U1 - DIAGNOSTIC DEVICE FOR DC AND AC POWER Locomotives - Google Patents

Abstract

Устройство диагностирования электрических цепей локомотивов постоянного и переменного тока, содержащее ЭВМ с принтером и блоком беспроводного интерфейса, подсистему диагностирования электрических цепей, измеритель изоляции, внешний порт передачи данных, подсистема управления электрическими цепями имеет распределенную структуру и содержит два блока измерения и управления с преобразователями электросигналов, блоки питания, при этом измеритель изоляции подключен к внешнему порту передачи данных, ЭВМ соединена с блоками измерения электрических цепей, блоками питания и управления, блоки измерения подключены к электрическим цепям, блоки питания, измерения и управления соединены с преобразователями электросигналов, подключены к силовым и вспомогательным электрическим цепям, отличающееся тем, что блоки распределенной структуры измерения электрических цепей выполнены в виде модулей, в которых составляющие устройство диагностирования компоненты распределены следующим образом: один блок в виде "мегаомметра", другой блок в виде "Z-метра", при этом модуль "мегаомметр" содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, гальванически развязанный блок питания, формирователь высоковольтного выходного напряжения, усилитель тока, усилитель напряжения, схему управления, интерфейса UART, а блок "Z-метр" содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, генератор измерительного сигнала, узел преобразователей, узA device for diagnosing electrical circuits of DC and AC locomotives, containing a computer with a printer and a wireless interface unit, an electrical circuit diagnostics subsystem, an insulation meter, an external data port, an electrical circuit management subsystem has a distributed structure and contains two measurement and control units with electrical signal converters, power supplies, while the insulation meter is connected to an external data port, the computer is connected to electronic measurement units ctric circuits, power supply and control units, measurement units are connected to electric circuits, power supply, measurement and control units are connected to electric signal converters, connected to power and auxiliary electric circuits, characterized in that the units of the distributed structure for measuring electric circuits are made in the form of modules, in whose components the diagnostic device components are distributed as follows: one block in the form of a "megaohmmeter", another block in the form of a "Z-meter", while the module "megaohmmeter" It has a microcontroller, non-volatile memory, a real-time clock chip, a USB driver, a power supply, a battery pack, a battery, a galvanically isolated power supply, a high-voltage output voltage shaper, a current amplifier, a voltage amplifier, a control circuit, a UART interface, and a “Z- meter "contains a microcontroller, non-volatile memory, a real-time clock chip, a USB driver, a power supply, a battery charge unit, a battery, a measuring signal generator, a converter assembly,

Description

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу и предназначена для измерения параметров электрических цепей постоянного и переменного тока: сопротивления изоляции, возвратного напряжения, тока реабсорбции, емкости, индуктивности, активного сопротивления. Устройство позволяет также вычислять проводимость, фактор потерь, добротность и коэффициент абсорбции.The utility model relates to railway rolling stock and is intended for measuring the parameters of electric circuits of direct and alternating current: insulation resistance, return voltage, reabsorption current, capacitance, inductance, active resistance. The device also allows you to calculate the conductivity, loss factor, quality factor and absorption coefficient.

Данные параметры позволяют судить о качестве изоляции электрооборудования, контролировать индуктивность электромагнитных систем, формировать характеристики тяговых трансформаторов, а также определять техническое состояние электрических машин и тяговых двигателей и объем требуемого ремонта, с выявлением неисправных узлов.These parameters make it possible to judge the quality of insulation of electrical equipment, control the inductance of electromagnetic systems, shape the characteristics of traction transformers, and also determine the technical condition of electric machines and traction motors and the amount of repair required, with the identification of faulty components.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого технического решения является система комплексной диагностики электросекций мотор-вагонного подвижного состава (см. патент RU №2386943 C1, кл. МПК G01M 17/08, опубл.20.04.10).The closest analogue (prototype) of the proposed technical solution is a system for the comprehensive diagnostics of electric sections of motor-car rolling stock (see patent RU No. 2386943 C1, class IPC G01M 17/08, published on 04/20/10).

Система диагностики образована путем объединения в единый комплекс разнородных систем, обеспечивающих диагностику электрической изоляции, колесно-моторных блоков, автотормозной системы, включая подвагонный компрессор, электрических цепей управления, силовых и вспомогательных электрических цепей, токоприемника электросекции мотор-вагона. Такая система позволяет осуществлять диагностику на испытательных участках в производстве или ремонте. В состав системы включены измеритель изоляции и беспроводной терминал. В состав диагностического поста включен блок связи с полевым оборудованием. Устройство диагностики токоприемников оборудовано внешним портом передачи данных. Технический результат заключается в повышении достоверности и сокращении продолжительности диагностики электросекции мотор-вагонного подвижного состава до нескольких часов.The diagnostic system is formed by combining heterogeneous systems providing diagnostics of electrical insulation, wheel-motor blocks, an autobrake system, including a car compressor, electric control circuits, power and auxiliary electric circuits, and a current collector of an electric section of a motor car. Such a system allows diagnostics to be carried out at test sites in production or repair. The system includes an isolation meter and a wireless terminal. The diagnostic station includes a communication unit with field equipment. The current collector diagnostic device is equipped with an external data port. The technical result is to increase the reliability and reduce the duration of the diagnosis of electrical sections of motor-car rolling stock to several hours.

Недостатком прототипа, является то, что система не позволяет осуществить комплексную диагностику электрических цепей управления, силовых и вспомогательных электрических цепей локомотивов постоянного и переменного тока с определением таких параметров, как, например, возвратное напряжение, ток реабсорбции, вследствие чего имеет недостаточно высокую достоверность диагностики технического состояния, а универсальность блоков снижает быстродействие системы в целом..The disadvantage of the prototype is that the system does not allow comprehensive diagnostics of the electrical control circuits, power and auxiliary electric circuits of DC and AC locomotives with the determination of parameters such as, for example, the return voltage, reabsorption current, as a result of which the diagnostics of the technical conditions, and the universality of blocks reduces the speed of the system as a whole ..

Задача полезной модели состоит в том, чтобы повысить достоверность диагностики технического состояния путем осуществления комплексной диагностики электрических цепей, а также быстродействие измерений и вычисления параметров.The objective of the utility model is to increase the reliability of diagnostics of the technical condition by means of complex diagnostics of electric circuits, as well as the speed of measurements and calculation of parameters.

Поставленная задача решается тем, что в известном техническом решении, включающем устройство диагностирования электрических цепей локомотивов постоянного и переменного тока, содержащее ЭВМ с принтером и блоком беспроводного интерфейса, подсистему диагностирования электрических цепей, измеритель изоляции, внешний порт передачи данных, подсистема управления электрическими цепями имеет распределенную структуру и содержит два блока измерения и управления с преобразователями электросигналов, блоки питания, при этом измеритель изоляции подключен к внешнему порту передачи данных, ЭВМ соединена с блоками измерения электрических цепей, блоками питания и управления, блоки измерения подключены к электрическим цепям, блоки питания, измерения и управления соединены с преобразователями электросигналов, подключены к силовым и вспомогательным электрическим цепям, предложенное устройство, согласно полезной модели отличается тем, что блоки распределенной структуры измерения электрических цепей выполнены в виде модулей, в которых составляющие устройство диагностирования компоненты распределены следующим образом: один блок в виде «мегаомметра», другой блок в виде «Z-метра», при этом модуль «мегаомметр» содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, гальванически развязанный блока питания, формирователь высоковольтного выходного напряжения, усилитель тока, усилитель напряжения, схему управления, интерфейса UART, а блок «Z-метр» содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, генератор измерительного сигнала, узел преобразователей, узел синхронного детектора и интегратор логического узла.The problem is solved in that in the known technical solution, including a device for diagnosing electrical circuits of DC and AC locomotives, containing a computer with a printer and a wireless interface unit, a subsystem for diagnosing electrical circuits, an isolation meter, an external data port, and a control subsystem for electrical circuits structure and contains two measurement and control units with electrical signal converters, power supplies, while the isolation meter and connected to an external data transfer port, the computer is connected to electric circuit measuring units, power and control units, measuring units are connected to electric circuits, power, measuring and control units are connected to electric signal converters, connected to power and auxiliary electric circuits, the proposed device, according to the utility model, it is characterized in that the blocks of the distributed structure for measuring electrical circuits are made in the form of modules in which the components of the diagnostic device are the components are distributed as follows: one block in the form of a “megaohmmeter”, another block in the form of a “Z-meter”, while the module “megaohmmeter” contains a microcontroller, non-volatile memory, a real-time clock chip, a USB driver, a power supply, a battery charge unit, a battery, galvanically isolated power supply unit, a high-voltage output voltage driver, a current amplifier, a voltage amplifier, a control circuit, a UART interface, and the Z-meter unit contains a microcontroller, non-volatile memory, a real-time clock chip th time, USB driver, power supply, battery charge unit, a battery, a measuring signal generator, transducer assembly, the synchronous detector unit and a logical node integrator.

Разделение функций измерения разнородных электрических величин за счет блоков, один из которых выполнен в виде «мегаомметра», а другой - в виде «Z-метра», дает специализацию по измерениям близких по физической сути параметров, что упрощает общую схему устройства и программное обеспечение. За счет этого повышается быстродействие измерений и вычисления параметров.The separation of the measurement functions of dissimilar electrical quantities due to the blocks, one of which is made in the form of a “megaohmmeter” and the other in the form of a “Z-meter”, gives specialization in measurements of parameters close in physical essence, which simplifies the general device diagram and software. Due to this, the performance of measurements and calculation of parameters increases.

Полезная модель поясняется схемами: на фиг.1 показана схема мегаомметра; на фиг.2 - схема «Z-метра».The utility model is illustrated by diagrams: figure 1 shows a diagram of a megohmmeter; figure 2 is a diagram of the "Z-meter".

В основу работы модуля «Мегаомметр» положен закон Ома для электрических цепей.The operation of the Megaohmmeter module is based on Ohm's law for electrical circuits.

Работой модуля управляет микроконтроллер со встроенным 10-разрядным аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Для связи с внешними устройствами используется интерфейс UART. Интерфейс имеет гальваническую развязку, реализованную на оптопарах с напряжением изоляции 6 кВ. Блок питания выполнен по схеме обратноходового преобразователя с гальванической развязкой от питающего напряжения.The module is controlled by a microcontroller with a built-in 10-bit analog-to-digital converter (ADC). For communication with external devices, the UART interface is used. The interface has a galvanic isolation, implemented on optocouplers with an insulation voltage of 6 kV. The power supply unit is designed according to a flyback converter with galvanic isolation from the supply voltage.

Блок питания выдает напряжение ±12B для питания интерфейса UART с напряжением изоляции 500B, а также напряжение для питания самого модуля ±15B, +5B и +50B. Для формирования высоковольтного измерительного напряжения применяется микросхема однотактного контроллера с широтно-импульсной модуляцией. Для усиления выходного тока применен биполярный транзистор с изолированным затвором. Выходное напряжение задается микроконтроллером, в зависимости от полученной команды. Для уменьшения пульсаций выходного высоковольтного измерительного напряжения на выходе выпрямителя установлен RC-фильтр.The power supply supplies a voltage of ± 12 V for powering the UART interface with an isolation voltage of 500 V, as well as a voltage for powering the module itself ± 15 V, + 5 V and + 50 V. To form a high-voltage measuring voltage, a single-cycle controller chip with pulse-width modulation is used. To amplify the output current, a bipolar transistor with an insulated gate is used. The output voltage is set by the microcontroller, depending on the received command. To reduce the ripple of the output high-voltage measuring voltage, an RC filter is installed at the output of the rectifier.

При подаче на клеммы X2 и X3 высоковольтного измерительного напряжения на передней панели модуля зажигается красный светодиод. Источник опорного напряжения имеет высокую временную и температурную стабильность и служит для повышения точности измерений. Усилители тока и напряжения выполнены однотипно. Они преобразуют входной ток в выходное напряжение, пропорциональное измеряемому сигналу. Усилители имеют по три фиксированных коэффициента усиления, которыми управляет микроконтроллер.When a high voltage measurement voltage is applied to terminals X2 and X3, a red LED lights up on the front panel of the module. The reference voltage source has high temporal and temperature stability and serves to increase the accuracy of measurements. Amplifiers of current and voltage are made of the same type. They convert the input current into an output voltage proportional to the measured signal. Amplifiers have three fixed gain factors controlled by the microcontroller.

Микроконтроллер, для определения сопротивления изоляции объекта, подключенного к выходным клеммам X2 и X3, измеряет ток и напряжение с помощью встроенного АЦП. Затем эти данные передаются по интерфейсу UART в управляющее устройство, где происходит вычисление сопротивления изоляции измеряемого объекта.The microcontroller, to determine the insulation resistance of an object connected to the output terminals X2 and X3, measures current and voltage using the built-in ADC. Then this data is transmitted via the UART interface to the control device, where the insulation resistance of the measured object is calculated.

Для вычисления коэффициента абсорбции измерение сопротивления изоляции производится через 15 и 60 секунд от начала подачи высоковольтного измерительного напряжения на измеряемый объект. По полученным данным вычисляется коэффициент абсорбцииTo calculate the absorption coefficient, the insulation resistance is measured after 15 and 60 seconds from the beginning of the supply of the high voltage measuring voltage to the measured object. Based on the data obtained, the absorption coefficient is calculated

K_абс=R (60 секунд)*R^-1(15 секунд)K _abs = R (60 seconds) * R ^-1 (15 seconds)

где: К_абс - коэффициент абсорбции;where: K _abs is the absorption coefficient;

R (60 секунд) - сопротивление изоляции через 60 с после начала измерения;R (60 seconds) - insulation resistance 60 s after the start of measurement;

R (15 секунд) - сопротивление изоляции через 15 с после начала измерения.R (15 seconds) - insulation resistance 15 s after the start of measurement.

В основу работы модуля «Z-метра» положен интегрирующий метод измерения со вспомогательным опорным напряжением.The “Z-meter” module is based on an integrating measurement method with auxiliary reference voltage.

Напряжение рабочей частоты с генератора подается на измеряемый объект, подключаемый к преобразователю Y→U_т, U_н. Преобразователь формирует два напряжения, одно из которых (U_т) пропорционально току, протекающему через измеряемый объект, другое (U_н) - напряжению на нем. Отношение этих напряжений равно полной проводимости (Y) или полному сопротивлению (Z).The voltage of the operating frequency from the generator is supplied to the measured object, connected to the converter Y → U _t , U _n . The converter generates two voltages, one of which (U _t ) is proportional to the current flowing through the measured object, the other (U _n ) - to the voltage on it. The ratio of these voltages is equal to the total conductivity (Y) or impedance (Z).

Измерение отношения напряжений производится аппаратно-программным логометром. Аппаратная часть логометра состоит из коммутатора, масштабного усилителя, синхронного детектора, интегратора, счетчика результата измерения (старшие разряды счетчика реализованы программно). Итогом работы программной части логометра является расчет отношения напряжений, который производится программным обеспечением.Measurement of the voltage ratio is performed by a hardware-software logometer. The hardware of the logometer consists of a switch, a large-scale amplifier, a synchronous detector, an integrator, a counter of the measurement result (the highest bits of the counter are implemented in software). The result of the software part of the logometer is the calculation of the stress ratio, which is performed by the software.

Процесс измерения происходит следующим образом: проекции векторов U_т и U_н на опорное напряжение U_оп и jU_оп выделяются синхронным детектором и измеряются в некотором произвольном масштабе измерителем интегрирующего типа.The measurement process is as follows: the projections of the vectors U _t and U _n on the reference voltage U _op and jU _op are selected by a synchronous detector and are measured at some arbitrary scale by an integrating type meter.

При измерении высокоомных объектов, когда генератор сигнала является источником напряжения измерения производятся в виде составляющих полной проводимости (U_x=U_т, U_о=U_н). В случае измерения низкоомных объектов источник сигнала работает как генератор тока и измерения производятся в форме составляющих полного сопротивления (U_x=U_н, U_о=U_т). Требуемая форма представления иммитанса достигается пересчетом из первичной формы (G, B' или X, R) и осуществляется программным обеспечением СКД. Расширение пределов измерения достигается за счет изменения коэффициента передачи усилительного тракта логометра при измерении составляющих числителя U_x в 10, 100 и 1000 раз.When measuring high-resistance objects, when the signal generator is a voltage source, measurements are made in the form of components of the total conductivity (U _x = U _t , U _о = U _n ). In the case of measuring low-impedance objects, the signal source acts as a current generator and measurements are made in the form of impedance components (U _x = U _n , U _о = U _t ). The required form of representation of the immitance is achieved by recounting from the primary form (G, B 'or X, R) and is carried out by SKD software. The expansion of the measurement limits is achieved by changing the gain of the amplification path of the logometer when measuring the components of the numerator U _x 10, 100 and 1000 times.

Промышленная применимость обеспечивается применением известных современных средств.Industrial applicability is provided by the use of well-known modern means.

Claims (1)

Устройство диагностирования электрических цепей локомотивов постоянного и переменного тока, содержащее ЭВМ с принтером и блоком беспроводного интерфейса, подсистему диагностирования электрических цепей, измеритель изоляции, внешний порт передачи данных, подсистема управления электрическими цепями имеет распределенную структуру и содержит два блока измерения и управления с преобразователями электросигналов, блоки питания, при этом измеритель изоляции подключен к внешнему порту передачи данных, ЭВМ соединена с блоками измерения электрических цепей, блоками питания и управления, блоки измерения подключены к электрическим цепям, блоки питания, измерения и управления соединены с преобразователями электросигналов, подключены к силовым и вспомогательным электрическим цепям, отличающееся тем, что блоки распределенной структуры измерения электрических цепей выполнены в виде модулей, в которых составляющие устройство диагностирования компоненты распределены следующим образом: один блок в виде "мегаомметра", другой блок в виде "Z-метра", при этом модуль "мегаомметр" содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, гальванически развязанный блок питания, формирователь высоковольтного выходного напряжения, усилитель тока, усилитель напряжения, схему управления, интерфейса UART, а блок "Z-метр" содержит микроконтроллер, энергонезависимую память, микросхему часов реального времени, драйвер USB, блок питания, блок заряда аккумуляторов, аккумулятор, генератор измерительного сигнала, узел преобразователей, узел синхронного детектора и интегратор логического узла.

A device for diagnosing electrical circuits of DC and AC locomotives, containing a computer with a printer and a wireless interface unit, an electrical circuit diagnostics subsystem, an insulation meter, an external data port, an electrical circuit management subsystem has a distributed structure and contains two measurement and control units with electrical signal converters, power supplies, while the insulation meter is connected to an external data port, the computer is connected to electronic measurement units ctric circuits, power supply and control units, measurement units are connected to electric circuits, power supply, measurement and control units are connected to electric signal converters, connected to power and auxiliary electric circuits, characterized in that the units of the distributed structure for measuring electric circuits are made in the form of modules, in whose components the diagnostic device components are distributed as follows: one block in the form of a "megaohmmeter", another block in the form of a "Z-meter", while the module "megaohmmeter" It has a microcontroller, non-volatile memory, a real-time clock chip, a USB driver, a power supply, a battery pack, a battery, a galvanically isolated power supply, a high-voltage output voltage shaper, a current amplifier, a voltage amplifier, a control circuit, a UART interface, and a “Z- meter "contains a microcontroller, non-volatile memory, a real-time clock chip, a USB driver, a power supply, a battery charge unit, a battery, a measuring signal generator, a converter assembly, He ate a synchronous detector and an integrator of a logical node.

Images