Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
7.4.Диагностика вентильных элементов трансформаторно-выпрямительного блока по кинетике внешних магнитных полей
Обычно для питания радиоэлектронных устройств используется постоянное напряжение, которое получается путем выпрямления напряжения вторичной обмотки. Эта задача решается большим числом способов [7.14–7.16]. В основе всех схем преобразования напряжения лежит работка нелинейных элементов – вентилей, которые пропускают ток только в одном направлении. Выход из строя вентильного элемента приводит к изменению условий намагничивания сердечника трансформатора и неизбежно проявляется в кинетике ВМП. Поэтому оказывается возможным осуществить бесконтактную диагностику вентильных элементов неразрушающим методом.
Наиболее распространенной схемой выпрямления является мостовая двухполупериодная схема [7.14–7.16], поэтому она выбрана для изучения. Лабораторная установка для проведения исследований базировалась на описанном в предыдущем параграфе трансформаторе. Эксперименты показали, что кинетика ВМП оказывается чувствительной к состоянию вентильных элементов ТВБ, схема которого представлена на рис. 7.5. Мостовая выпрямительная схема с нагрузочным сопротивлением обеспечивала введение искусственных дефектов вентилей. Вентильные элементы могут характеризоваться одним из трех состояний: норма – исправный диод, обрыв – неисправность 1 и пробой – неисправность 2. Если любой из вентильных элементов характеризуется неисправностью 2, то мостовая схема переводит трансформатор в режим короткого замыкания. Ток первичной обмотки резко возрастает и перегорает предохранитель. Использовать ВМП для диагностики нет нужды.
а
б
в
Рис. 7.5. Внешнее магнитное поле силового трансформатора при обрыве в одном из выпрямительных диодов мостового выпрямителя: а – диоды исправны; б – обрыв в одном из диодов верхнего плеча; в – обрыв в одном из диодов нижнего плеча; 1 – ВМП трансформатора; 2 – пульсации тока в нагрузке
Если один из диодов характеризуется неисправностью 1, то двухполупериодная мостовая схема превращается в обычную схему однополупериодного выпрямления. ТВБ сохраняет работоспособность, но качество выпрямленного выпрямленного напряжения ухудшается. Кинетика ВМП трансформатора ТВБ для различных состояний вентильных элементов представлен на рис. 7.5. Исправный мост (рис. 7.5,а) создает ВПМ с такой же кинетикой как и при актив- ной нагрузке R.
При обрыве вентиля одного из плеч, кинетика ВМП существенно меняется. Это может быть объяснено намагничиванием магнитопровода током вторичной обмотки, как показано на рис. 7.5,б. Если наблюдается обрыв вентиля другого плеча, то изменяется фаза ВМП, что иллюстрируется на рис. 7.5,в.
Таким образом, кинетика ВМП позволяет осуществлять бесконтактную диагностику электротехнических устройств, содержащих трансформатор.
Кинетика ВМП содержит диагностическую информацию о состоянии элементов блока питания и для более сложных объектов. Для ее выделения можно использовать информацию, полученную при исследовании простых ТВБ. В качестве примера приведем результаты экспериментальных исследований диагностических возможностей ВМП блока питания генератора импульсов Г5-15. Внешний вид генератора приведен на рис. 7.6.
Рис. 7.6. Внешний вид генератора импульсов Г5-15 без кожуха
Генератор Г5-15 относится к измерительной аппаратуре прошлого века, работающий на радиолампах. По прямому назначению он уже не используется, но его блок питания подходит для экспериментальных исследований функциональной диагностики по кинетике ВМП. Выбор этого генератора в качестве объекта исследований был обусловлен тем, что его блок питания содержит многообмоточный конденсатор, однополупериодный выпрямитель, мостовую схему выпрямления и цепи питания накала ламп. Фрагмент схемы генератора показан на рис. 7.7.
Рис. 7.7. Фрагмент схемы силовой части генератора импульсов Г5-15
Важность отмеченных конструкционных особенностей генератора заключается в том, что наличие несимметрии нагрузки во вторичной обмотке трансформатора приводит к появлению аномалий в кинетике ВМП. Наличие двух типов схем выпрямления в блоке питания генератора Г5-15 позволило в ходе экспериментов смоделировать четыре режима работы генератора:
– неисправность обоих выпрямителей;
– выход из строя только мостовой схемы выпрямителя;
– отключение однополупериодного выпрямителя;
– нормальный режим работы.
Магнетронный преобразователь магнитного поля [7.11] располагался вне генератора на расстоянии 70 мм от силового трансформатора.
Осциллограммы кинетики ВМП неподвижным измерительным преобразователем в точке наблюдения Д трансформатора соответственно для четырех модельных ситуаций представлены на рис. 7.8.
Рис. 7.8. Кинетика ВМП силового трансформатора генератора Г5-15 при различных дефектах ТВБ: 1 – работают только обмотки накала ламп. Активная нагрузка; 2 – подключена и исправна только обмотка с однополупериодным выпрямителем. Обмотка с двухполупериодным выпрямителем отключена; 3 – подключена и исправна только обмотка с двухполупериодным выпрямителем. Обмотка с однополупериодным выпрямителем отключена; 4 – работают все узлы ТВБ
Как видно из представленных осциллограмм каждому модельному состоянию блока питания генератора соответствует строго определенная кинетика ВМП. Следует обратить внимание на имеющие место закономерности в кинетике в зависимости от исправности схем выпрямления блока питания генератора, полностью соответствующие установленным выше закономерностям кинетики ВМП.
Из рисунка видно, что в закономерностях изменения кинетики присутствуют характерные участки, обусловленные электромагнитными процессами в трансформаторе при изменении технического состояния нагрузки. Так на осциллограммах 2 и 4 четко наблюдается намагничивание сердечника током однополупериодного выпрямителя. Более детальную диагностику по кинетике ВМП можно осуществлять после выработки соответствующих алгоритмов.