RU2798018C1 - Method for monitoring the condition of the insulation of the electrical wiring of a car - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used to monitor the operating condition of AC and DC electrical wiring. Essence: in a method for monitoring the working condition of an automotive wiring cable, an electric circuit is used, containing two back-to-back inductors connected in series with a capacitor, a high-frequency generator and a current sensor. In this case, the controlled cable acts as the core of two back-to-back inductors. Using a high-frequency generator, the electrical circuit is tuned to voltage resonance. When the current in the circuit decreases, a signal is sent to the electronic control unit of the car using a current sensor about a change in the working condition of the cable.

EFFECT: improving the accuracy of monitoring the working condition of automotive electrical wiring throughout the entire period of operation without dismantling the wiring.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для контроля рабочего состояния электрической проводки переменного и постоянного тока.The invention relates to electrical engineering and can be used to monitor the operating condition of AC and DC electrical wiring.

Техническим результатом изобретения является заблаговременное обнаружение изношенности, повреждения изоляции автомобильной электропроводки, а также обрыв кабеля, т.е. нарушение его рабочего состояния. Под рабочим состоянием кабеля понимается его нормальный режим работы, при котором значения параметров электрической проводки автомобиля не выходят за пределы, допустимые при заданных условиях эксплуатации. К нарушению параметров нормального режима работы электрической проводки относятся: механические повреждения изоляции, изменение сечения проводов в следствии их перегрева, возникновение коротких замыканий ввиду нарушения состояния изоляции. Кабель выполняет роль сердечника двух катушек индуктивности, изменение параметров сердечника оказывает непосредственное влияние на их индуктивность. Под изменением параметров сердечника понимается изменение его длины, сечения, состояния изоляции. Диагностика автомобильной электропроводки производится в момент поворота ключа в замке зажигания до запуска двигателя, так как после запуска системы зажигания автомобиля на систему могут повлиять дополнительные помехи от систем электрооборудования автомобиля, а также это необходимо для предупреждения сбоев в работе систем электрооборудования автомобиля в связи с нарушением рабочего состояния электропроводки. Для достижения технического результата, в систему вводятся последовательно включенные катушки индуктивности, генератор высокой частоты (ГВЧ), конденсатор и датчик тока (ДТ).The technical result of the invention is the early detection of deterioration, damage to the insulation of automotive electrical wiring, as well as a cable break, i.e. violation of its working condition. Under the working condition of the cable is understood its normal mode of operation, in which the values of the parameters of the electrical wiring of the car do not go beyond the limits permissible under the specified operating conditions. The violation of the parameters of the normal operation of the electrical wiring includes: mechanical damage to the insulation, a change in the cross section of the wires as a result of their overheating, the occurrence of short circuits due to a violation of the state of the insulation. The cable acts as the core of two inductors, changing the parameters of the core has a direct effect on their inductance. A change in the parameters of the core is understood as a change in its length, cross section, and the state of the insulation. Diagnostics of the automotive electrical wiring is carried out at the moment the key is turned in the ignition switch before the engine is started, since after starting the vehicle’s ignition system, the system may be affected by additional interference from the vehicle’s electrical systems, and this is also necessary to prevent malfunctions in the vehicle’s electrical systems due to a violation of the working wiring condition. To achieve a technical result, series-connected inductors, a high-frequency generator (HFG), a capacitor and a current sensor (DT) are introduced into the system.

Известен дифференциальный модулятор устройства контроля состояния изоляции электрооборудования, включающий два кольцевых сердечника, внутри которых проходят токопроводы, соединяющие электрооборудование с источником электрического питания, DE 2124178 [1].Known differential modulator device for monitoring the state of insulation of electrical equipment, including two annular core, inside which are conductors connecting the electrical equipment with a source of electrical power, DE 2124178 [1].

Недостатком устройства является то, что данное устройство имеет недостаточную точность контроля.The disadvantage of the device is that this device has insufficient control accuracy.

Известен дифференциальный модулятор устройства контроля состояния изоляции электрооборудования, включающий два закрытых экраном кольцевых сердечника, внутри которых проходят два размещенных один внутри другого токопровода, соединяющих электрооборудование с источником электрического питания; обмотки сердечников связаны с измерительной аппаратурой, которая, в свою очередь, связана с аппаратурой защитного отключения электрооборудования, SU 1566313 [1].Known differential modulator device for monitoring the state of insulation of electrical equipment, including two closed screen annular core, inside which are two placed one inside the other conductor connecting the electrical equipment with a source of electrical power; the core windings are connected to the measuring equipment, which, in turn, is connected to the equipment for the protective shutdown of electrical equipment, SU 1566313 [1].

Недостатком этого устройства является возможность выдачи ложного сигнала при больших токах, потребляемых электрооборудованием. Кроме того, устройство требует особо точной механической настройки, в частности, обеспечения строго коаксиального взаимного расположения сердечников и токопроводов; в ином случае также весьма вероятны ложные срабатывания, обусловленные не токами утечки, а нормальной работой электрооборудования.The disadvantage of this device is the possibility of issuing a false signal at high currents consumed by electrical equipment. In addition, the device requires particularly precise mechanical adjustment, in particular, ensuring a strictly coaxial relative position of the cores and conductors; otherwise, false alarms are also very likely, due not to leakage currents, but to the normal operation of electrical equipment.

Целью заявленного изобретения является повышение точности контроля рабочего состояния автомобильной электропроводки в течение всего срока эксплуатации, без демонтажа проводки.The purpose of the claimed invention is to improve the accuracy of monitoring the working condition of automotive electrical wiring during the entire period of operation, without dismantling the wiring.

Цель достигается за счет того, что две встречно включенные катушки индуктивности, внутри которых проходит кабель, последовательно включенные конденсатор, ГВЧ и ДТ, позволяют контролировать рабочее состояние автомобильной электропроводки в автономном режиме, тем самым повышается точность контроля состояния электропроводки.The goal is achieved due to the fact that two back-to-back inductors, inside which the cable passes, a capacitor connected in series, GHF and DT, allow you to control the working state of the automotive wiring in offline mode, thereby increasing the accuracy of monitoring the state of the wiring.

На фиг. 1 изображена функциональная схема способа контроля состояния изоляции, на которой обозначены: две катушки индуктивности 1, конденсатор - 2, ГВЧ - 3, ДТ - 4.In FIG. 1 shows a functional diagram of the method for monitoring the state of the insulation, on which are indicated: two inductors 1, a capacitor - 2, MHF - 3, DT - 4.

На фиг. 2 изображена резонансная кривая изменения тока в зависимости от состояния кабеля, которая определяется функцией:In FIG. 2 shows the resonance curve of the change in current depending on the state of the cable, which is determined by the function:

где U - подаваемое напряжение в В, R₁ и R₂ - активные сопротивления катушек индуктивности в Ом; X_L1 и X_L2 - реактивные сопротивления катушек индуктивности в Ом; Х_М - сопротивление взаимной индуктивности катушек в Ом; Х_С - реактивное сопротивление конденсатора в Ом [2].where U is the applied voltage in V, R ₁ and R ₂ are the active resistances of the inductors in ohms; X _L1 and X _L2 - reactances of inductors in Ohm; X _M - resistance of the mutual inductance of the coils in ohms; X _C is the reactance of the capacitor in ohms [2].

В приведенной выше функции выражение:In the function above, the expression is:

является полным сопротивлением цепи Z. Изменяющейся составляющей выражения является только индуктивная составляющая:is the impedance of the circuit Z. The changing component of the expression is only the inductive component:

при изменении рабочего состояния электропроводки автомобиля, будут изменятся индуктивные составляющие, соответственно и ток.when the working state of the car's wiring changes, the inductive components will change, respectively, and the current.

Контроль рабочего состояния кабеля и состояния изоляции реализуется следующим образом. Две катушки образуют электрическую цепь с индуктивно связанными элементами, которые включены встречно, и последовательно с соединенной емкостью, с помощью генератора высокой частоты цепь настраивается в резонанс напряжений, так как в режиме резонанса напряжений реактивное сопротивление равно нулю (X_L-Х_С=0), где X_L - реактивное сопротивление катушки индуктивности в Ом, Х_С - реактивное сопротивление конденсатора в Ом [4], то полное сопротивление Z в цепи при резонансной частоте f_p оказывается наименьшим и будет зависеть только от активного сопротивления катушки индуктивности и формула будет иметь вид:Monitoring of the working condition of the cable and the condition of the insulation is implemented as follows. Two coils form an electrical circuit with inductively coupled elements that are connected back to back and in series with a connected capacitance, using a high-frequency generator, the circuit is tuned to voltage resonance, since in the voltage resonance mode, the reactance is zero (X _L -X _C \u003d 0) , where X _L is the reactance of the inductor in Ohm, X _C is the reactance of the capacitor in Ohm [4], then the impedance Z in the circuit at the resonant frequency f _p turns out to be the smallest and will depend only on the active resistance of the inductor and the formula will have view:

Так как по закону Ома сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника [3]:Since, according to Ohm's law, the current strength in the conductor is directly proportional to the voltage at its ends and inversely proportional to the resistance of this conductor [3]:

то при неизменном подаваемом напряжении с увеличением частоты ток увеличивается и при резонансной частоте f_p достигает максимума I_p (т. 2 фиг. 2).then, at a constant applied voltage, with increasing frequency, the current increases and at the resonant frequency f _p reaches a maximum I _p (p. 2 of Fig. 2).

При изменении рабочего состояния кабеля на котором установлены две взаимно связанные индуктивности, произойдет изменение индуктивности катушек, а, следовательно, вся система выйдет из режима резонанса напряжений и значение тока уменьшится, это говорит о том, что произошло изменение рабочего состояния электрической проводки. Это явление наблюдается на резонансной кривой. Ток достигает своего максимального амплитудного значения (т. 2 фиг. 2) это обусловлено тем, что система находится в режиме резонанса, на остальных же участках кривой резонанс не наблюдается и соответственно ток будет меньше, для примера показаны т. 1 и т. 3 на фиг. 2. При уменьшении тока при помощи ДТ подается сигнал на электронный блок управления автомобиля о том, что рабочее состояние кабеля изменилось.When the operating state of the cable on which two interconnected inductances are installed changes, the inductance of the coils will change, and, consequently, the entire system will exit the voltage resonance mode and the current value will decrease, this indicates that there has been a change in the operating state of the electrical wiring. This phenomenon is observed on the resonance curve. The current reaches its maximum amplitude value (point 2 of Fig. 2), this is due to the fact that the system is in resonance mode, while resonance is not observed in the remaining parts of the curve and, accordingly, the current will be less, for example, points 1 and 3 are shown on fig. 2. When the current decreases with the help of DT, a signal is sent to the electronic control unit of the car that the working state of the cable has changed.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2005112303/22. G01R 31/02 (2000.01) от 27.10.2005.1. RF patent No. 2005112303/22. G01R 31/02 (2000.01) dated 10/27/2005.

2. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники, ч. 1 Линейные электрические цепи, - М.: Энергия, 178. - 592 с.2. Atabekov G.I. Theoretical foundations of electrical engineering, part 1 Linear electrical circuits, - M .: Energy, 178. - 592 p.

3. Нейман Л.Р. Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники т. 1. - М.: Энергоиздат, 1981 - 536 с.3. Neiman L.R. Demirchan K.S. Theoretical foundations of electrical engineering v. 1. - M .: Energoizdat, 1981 - 536 p.

4. Зевеке Г.В. Ионкин П.А. Нетушил А.В. Страхов С.В. Основы теории цепей, - М: Энергия, 1989 - 582 с.4. Zeveke G.V. Ionkin P.A. Netushil A.V. Strakhov S.V. Fundamentals of the theory of circuits, - M: Energy, 1989 - 582 p.

Claims (1)

Способ контроля рабочего состояния кабеля автомобильной электропроводки, использующий электрическую цепь, содержащую встречно включенные катушки индуктивности, генератор, отличающийся тем, что электрическая цепь состоит из двух встречно включенных катушек индуктивности, последовательно соединенных с конденсатором, генератором высокой частоты и датчиком тока, при этом контролируемый кабель выполняет роль сердечника двух встречно включенных катушек индуктивности, с помощью генератора высокой частоты электрическую цепь настраивают в резонанс напряжений и при уменьшении тока в цепи при помощи датчика тока подают сигнал на электронный блок управления автомобиля об изменении рабочего состояния кабеля.A method for monitoring the working condition of an automotive wiring cable using an electrical circuit containing back-to-back inductors, a generator, characterized in that the electrical circuit consists of two back-to-back inductors connected in series with a capacitor, a high-frequency generator and a current sensor, while the cable being monitored acts as the core of two back-to-back inductors, with the help of a high-frequency generator, the electrical circuit is tuned to resonance voltages and, when the current in the circuit decreases, a signal is sent to the electronic control unit of the car about a change in the working state of the cable using a current sensor.

Images