1 Техническое задание

Требуется разработать систему автоматического контроля изоляции статорных обмоток генератора. Составим функциональную схему требуемой системы:

Рисунок 1- Функциональная схема системы.

Обозначения на рисунке 1:

ГД – группа датчиков: луп – антенна, СТ – датчик и датчик волнового импеданса;

ФВЧ – высоко – частотный фильтр (полоса пропускания 0–100 Гц);

ИУ – индикаторное устройство. Оно включает в себя:

PDPA – амплитудный анализатор наносекундных импульсов;

TDS – 524 – цифровой осциллограф.

ЭВМ – IBM PCс рабочей частотой процессора 200 МГц;

СУ – сигнализирующее устройство;

X– входной сигнал;

ИС – информационный сигнал с датчиков;

ЦИС – оцифрованный ИС;

СИ – сигнальная информация;

Y – выходной сигнал системы.

Кратко о принципе действия: ГД регистрирует параметры статорной обмотки генератора и через ФВЧ передает собранную информацию на ИУ. Несколько типов датчиков используются для того, чтобы входной сигнал, имеющий несколько составляющих, как можно более полно регистрировался. На ИУ сигнал, имеющий аналоговый вид, проходит оцифровку и предварительный анализ. Далее сигнал подается на ЭВМ. ЭВМ сравнивает полученные параметры с предельно допустимыми, и на СУ выдает результат своей работы в виде сообщения о степени работоспособности контролируемой установки.

Технические характеристики, закладываемые в разрабатываемую систему:

—Диапазон измерения изоляции 1 – 2000 МОм;

—Погрешность измерения - от 1 до 300 МОм 5%;

- от 300 до 800 МОм 8%;

- от 800 до 2000 МОм 10%;

—Добротность системы М - 1,13

—Требуемое время регулирования - 0,01 с;

—Максимальная допустимая погрешность 0,0025.

2 Выбор элементов системы и расчет их передаточных функций

Теперь, когда поставлена задача, необходимо выбрать конкретные устройства для системы.

2.1 Группа датчиков.

В нее входят луп – антенна, СТ – датчик и датчик волнового импеданса. Выберем для системы конкретные устройства:

2.1.1 СТ – датчик представляет собой высокочастотный трансформатор тока. По техническим характеристикам к системе подходит датчик СТ68М.

Его технические характеристики:

Рабочая длина импульсов 10 – 500 нс;

Полоса пропускания частот 0,5 – 50 МГц.

Так как датчик имеет большую полосу пропускания и чувствителен к коротким импульсам тока, то он подходит для данной системы, т.к. длительность частичных разрядов в системе очень мала, а их частота следования может варьироваться в очень широком диапазоне.

Т.к. СТ – датчик представляет собой трансформатор, то для него передаточной функцией является коэффициент трансформации. По технической документации он равен 0,2, а следовательно:

W_cт=0,2 (1).

2.1.2 Луп – антенна представляет собой рамочную антенну с широкой полосой рабочих частот. По свои техническим характеристика в систему выбрана луп – антенна типа 2L.

Технические данные устройства:

Чувствительность не менее 5 пКл/мВ;

Рабочая полоса частот 1 – 30 МГц.

Данная антенна удовлетворят требованиям системы, так как имеет достаточно высокую чувствительность и большую рабочую область частот.

Так как луп – антенна не имеет никаких дополнительных устройств коррекции, то ее коэффициент передачи равен 1, а следовательно:

W_ла=0,95 (2).

2.1.3 Датчик волнового импеданса представляет собой четырехполюсник, состоящий из измерительного сопротивления и конденсатора, согласующего волновое сопротивление датчика.

В представленной системе использован датчик ПВИ – 24. Он выбран исходя из его технических характеристик: это чувствительность к очень коротким токовым импульсами широкий диапазон рабочих частот.

Технические характеристики:

полоса пропускания 0,5 – 100 МГц;

рабочий диапазон длительности импульсов 10 – 500 нс.

Теперь определимся с передаточной функцией датчика: по техническим данным у датчика коэффициент передачи равен 0,95, а следовательно:

W_ви=0,95 [1] (3).

2.2 Индикаторное устройство

Так как в системе регистрируются частичные разряды, имеющие очень малую длительность и амплитуду, а также произвольную частоту следования, то в системе необходимо использование регистратора и анализатора наносекундных импульсов. Кроме того, прибор должен удовлетворять ряду требований, таких как:

высокая чувствительность;

высокое быстродействие;

возможность подключения нескольких датчиков одновременно.

Всем этим требованиям удовлетворяет прибор PDPA. Вот его технические характеристики:

число входов 6;

скорость нарастания сигнала g` 0,003 В/мкс;

диапазон измерения 0,01 – 100 пКл;

разрешение по времени 10 нс;

разрешение по амплитуде 0,2 дБ. [1]

Найдем передаточную функцию.

Реально в приборе содержится 6 АЦП и сумирующее устройство, объединяющее их.

Рисунок 2 – Структурная схема PDPA.

Передаточная функция АЦП вычисляется так:

W_АЦП=Т₀[2] (4);

где Т₀– величина обратная частоте работы процессора. Так как в системе выбран процессор с тактовой частотой 200 МГц, то передаточная функция индикаторного устройства по каждому входу будет выглядеть следующим образом:

W_АЦП=1/20010⁶(5).

2.3 Фильтр высокой частоты

Он представляет собой по сути следующую RC – цепь:

Рисунок 3 – Схема ФВЧ.

В этой схеме R должно иметь большое сопротивление, а С – маленькую емкость.

Для такого звена передаточная функция выглядит следующим образом:

[2] (6);

где Т=RC.

Так как система работает на очень высоких частотах, то емкость конденсатора должна быть меньше 100 пФ, сопротивление резистора равняться по сути сопротивлению изоляции кабеля, т.е. быть больше 100 МОм.

Примем С=80 пФ, а R=500 МОм.

Тогда можно вычислить Т:

Т=8010^-350010⁶=40 (7);

В итоге получим следующую передаточную функцию:

(8).

2.4 ЭВМ и сигнальное устройство

В системе ЭВМ и СУ совмещен в одном блоке, т.е. роль СУ будет выполнять периферия ЭВМ. Для системы необходима недорогая, но надежная и мощная машина. Этим требованиям удовлетворяет выбранный вариант IBM PC 200. Основой ЭВМ является процессор, а значит передаточная функция ЭВМ равна передаточной функции процессора:

[2] (9);

Подсчитав, получим:

(10).