Спосіб контролю ступеневого перемикача

Реферат: Винахід стосується способу контролю ступеневого перемикача із застосуванням відомого "методу вікон", причому для синхронізації безперервно визначають струм (І) силового перемикача і формують ефективне значення (Іeff), яке потім диференціюють. Відповідний момент часу (t2), на який припадає максимум або мінімум диференційованого значення, оцінюють як момент часу стрибкоподібного перемикання силового перемикача (tLU), і генерують синхроімпульс. UA 112794 C2 (12) UA 112794 C2 UA 112794 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується способу контролю ступеневого перемикача, який застосовують для безрозривного перемикання відводів обмотки ступеневого трансформатора. Протягом багатьох років ступеневі перемикачі застосовують у всьому світі для безрозривного перемикання різних відводів обмотки ступеневих трансформаторів. Подібні ступеневі перемикачі згідно в смислі даного винаходу містять селектор для електроенергонезалежного вибору відводу обмотки ступеневого трансформатора, на який має бути здійснене перемикання, а також силовий перемикач для здійснення перемикання з поточного відводу обмотки на новий, попередньо вибраний відвід обмотки. Стрибкоподібне перемикання, називане також стрибкоподібним перемиканням навантаження, здійснюють, як правило, за допомогою енергоакумулятора, спрацьовування якого спричиняє швидке обертання перемикального вала. Крім цього, силовий перемикач зазвичай містить перемикальні та резисторні контакти. При цьому перемикальні контакти забезпечують пряме з'єднання відповідного відводу обмотки з силовим відводом, а резисторні контакти – короткочасне підключення, тобто шунтування за допомогою одного чи кількох проміжних резисторів. Такий спосіб відомий із публікації DE 197 44 465 C1, яка утворює обмежувальну частину пункту 1 формули даного винаходу. В цьому відомому способі при приведенні в дію ступеневого перемикача одночасно реєструють обертальний момент на привідному двигуні та відповідне поточне положення ступеневого перемикача. Потім записують часову характеристику змін обертального моменту, причому характеристику змін обертального моменту розподіляють на типові часові інтервали, в рамках кожного з яких здійснюють окреме порівняння заданого і фактичного значень. Таким чином, у відомому способі реєструють розподіл відповідних обертальних моментів у часі, які, в свою чергу, пов'язані з кутом обертання перемикального вала при перемиканні навантаження. Потім здійснюють синхронізацію за допомогою синхроімпульсу, який генерують при досягненні характеристичного стану при перемиканні навантаження в певний, визначений момент часу. Синхронізація дозволяє нормувати характеристику обертального моменту і потім розподіляти на типові часові інтервали, контрольні вікна, які відповідають певним, специфічним для конкретного перемикача ділянкам послідовності перемикання. Після цього здійснюють порівняння обертальних моментів окремих контрольних вікон із попередньо записаними в пам'ять характеристичними заданими значеннями. Цей розподіл характеристики обертального моменту на окремі вікна є предметом вищевказаної публікації DE 197 44 465 C1. Для описаної синхронізації і, таким чином, для генерування синхроімпульсу, в описаному відомому способі переважно використовують момент часу спрацьовування енергоакумулятора, який, в свою чергу, спричиняє стрибкоподібне переміщення силового перемикача. Це спрацьовування енергоакумулятора, як і наступне стрибкоподібне перемикання навантаження, дозволяють одержати типовий, швидко одержуваний і завдяки цьому придатний для простої реєстрації та відповідний короткому часовому інтервалу результат при кожному приведенні в дію ступеневого перемикача. Таким чином, відомий спосіб контролю ступеневого перемикача за допомогою "методу вікон" вимагає якомога точнішого визначення моменту часу спрацьовування енергоакумулятора і, таким чином, стрибкоподібного перемикання навантаження, для забезпечення можливості здійснення вищеописаної синхронізації. Для цього зазвичай відомим чином контролюють процес перемикання у ступеневому перемикачі або у відповідному моторному приводі. Проте, в разі відмови системи такого контролю перемикання синхронізація виявляється неможливою. Крім цього, існують численні ступеневі перемикачі, конструкція яких не передбачає контролю перемикання. Утім, відсутність синхронізації призводить до спричинених коливаннями температури та іншими зовнішніми чинниками розбіжностей між залежними від напрямку обертання моментів часу спрацьовування кінематичного ланцюга моторного приводу і ступеневого перемикача, що може призвести до помилкових результатів розрахунку обертальних моментів відносно відповідного моменту часу чи відповідного вікна, і внаслідок цього помилкових або необґрунтованих попереджувальних повідомлень про несправності або навіть відключення моторного приводу без фактичної несправності ступеневого перемикача. Із публікації DE 10 2010 033 195 B3 відомий також спосіб, який дозволяє визначати момент часу стрибкоподібного перемикання силового перемикача за диференційованим обертальним моментом в обмеженому вікні оцінки. При цьому диференціюють зареєстровану характеристику обертального моменту при перемиканні, потім визначають мінімум диференційованої характеристики обертального моменту, а момент часу появи визначеного таким чином мінімуму 1 UA 112794 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 оцінюють як момент часу стрибкоподібного перемикання силового перемикача, який, таким чином, генерує синхроімпульс. Проте, цей вдосконалений спосіб має різні недоліки. У деяких ступеневих перемикачів (вузьке) часове вікно від стрибкоподібного перемикання силового перемикача до зупинення моторного приводу виявляється недостатнім для надійного визначення моменту часу стрибкоподібного перемикання силового перемикача. Додатково слід враховувати, що результатом великого вмісту вищих гармонік у напрузі живлення моторного приводу є "зашумлення" характеристики обертального моменту, внаслідок чого не виключена можливість помилкової інтерпретації результату диференціювання характеристики обертального моменту і, разом із цим, відхилення при визначенні моменту часу стрибкоподібного перемикання силового перемикача. Це призводить до значного розсіяння, яке перешкоджає надійній синхронізації. Задачею винаходу є розроблення вдосконаленого способу контролю ступеневого перемикача, який дозволяє просто і надійно визначати момент часу спрацьовування енергоакумулятора і, таким чином, стрибкоподібного перемикання силового перемикача, та забезпечує надійну синхронізацію. Цю задачу вирішено в способі контролю ступеневого перемикача ознаками першого пункту формули винаходу. Залежні пункти формули винаходу стосуються особливо переважних вдосконалених форм виконання винаходу. Загальна винахідницька ідея полягає у використанні зміни струму навантаження, тобто струму через ступеневий перемикач, при перемиканні навантаження для визначення синхроімпульсу. В процесі перемикання навантаження струм через силовий перемикач змінюється, що зумовлене короткочасним електричним контактом із обома сусідніми відводами обмотки трансформатора і наступним здійсненням перемикання на новий відвід обмотки, тобто на наступний ступінь напруги. Згідно з винаходом цю зміну струму відтворюють шляхом безперервного формування ефективного значення і його наступного диференціювання. Потім визначають максимальне диференційоване ефективне значення струму; момент часу його появи, тобто максимального значення, ставлять у відповідність із моментом часу стрибкоподібного перемикання силового перемикача, тобто з моментом часу спрацьовування енергоакумулятора і використовують як момент часу синхронізації для синхроімпульсу для забезпечення нормування способу контролю відносно попередньо визначеної, характеристичної події, а саме стрибкоподібного перемикання ступеневого перемикача, в процесі перемикання ступеневого перемикача. Завдяки тому, що згідно з винаходом стрибкоподібне перемикання силового перемикача ставлять у відповідність із моментом часу синхронізації, потім, оскільки момент часу його спрацьовування відомий, згідно з так званим "методом вікон", який деталізована описаний у публікації DE 97 46 574 C1, можна визначати положення окремих вікон і, разом із цим, робити висновки щодо функціонування окремих конструктивних вузлів ступеневого перемикача, таких як преселектор чи реверсор, селектор ступенів для точного регулювання або силовий перемикач, які у певній послідовності приводять поспіль у дію при кожному перемиканні навантаження. Особливо переважним для компенсації можливих мережних перешкод та уникнення помилкової синхронізації є додатковий контроль струму і визначеного максимуму диференційованого ефективного значення. Якщо струм до і після детектованого перемикання навантаження не змінюється, це означає, що перемикання навантаження не відбулося; навпаки, йдеться про мережні перешкоди. В цьому випадку детектоване значення залишають поза увагою і не використовують для синхронізації. Окрім цього, може виявитися переважним уникнення помилкового детектування за рахунок контролю струму лише у вузькому часовому вікні для оцінки результатів і диференціювання його ефективного значення, при якому слід очікувати стрибкоподібного перемикання силового перемикача при належному функціонуванні ступеневого перемикача. Особливо переважним згідно з винаходом є те, що при безперервній реєстрації струму перемикання навантаження при ввімкненому трансформаторі можна встановити безпосередньо на підставі зміни струму при перемиканні, тобто незалежно від механічного впливу. Також переважним є те, що відповідний винаходові спосіб можна застосовувати при ручному приведенні в дію ступеневого перемикача, тобто при застосуванні кривошипної рукоятки без допомоги електричного моторного приводу. Рівень техніки не передбачає такої можливості. Далі відповідний винаходові спосіб контролю ступеневого перемикача пояснюється докладніше на прикладах за допомогою креслень. На кресленнях наведено: Фіг. 1: Схема здійснення відповідного винаходові способу 2 UA 112794 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фіг. 2: Типова характеристика струму, а також відповідні процеси після диференціювання згідно з відповідним винаходові способом при перемиканні навантаження ступеневого перемикача Фіг. 3: Переважна вдосконалена форма виконання відповідного винаходові способу, зображеного на фіг. 1. У наведеному далі описі способу контролю ступеневого перемикача в основному пояснюються відповідні винаходові стадії способу для визначення моменту часу спрацьовування енергоакумулятора. Інші стадії способу вказані як такі, що вже відомі фахівцям відповідної галузі, оскільки вони вже докладно описані в складених заявником описах винаходу до патентів Німеччини DE 19746 574 C1, DE 197 44 465 C1, а також DE 10 2010 033 195 B3. На фіг. 1 зображена схема відповідного винаходові способу. При приведенні в дію ступеневого перемикача, тобто ініціювання перемикання з одного відводу обмотки на інший сусідній відвід, спочатку визначають струм І, який надходить на силовий перемикач ступеневого перемикача. Для цього в рівні техніки передбачені різні засоби. На наступній стадії відомим чином визначають положення ступеневого перемикача, тобто його відносне положення протягом часового інтервалу t в рамках всього процесу перемикання. На підставі отриманих результатів можна зробити висновок щодо того, в якому поточному положенні перебувають у конкретний момент часу окремі конструктивні вузли, такі як преселектор, селектор і силовий перемикач у рамках усієї здійснюваної послідовності перемикання. Цю реєстрацію положення особливо переважно здійснюють за допомогою датчика положення, який забезпечує можливість безперервної реєстрації. Крім цього, в процесі приведення в дію реєструють обертальний момент сполученого зі ступеневим перемикачем привідного двигуна. Його можна визначати особливо просто шляхом, наприклад, реєстрації ефективного значення струму і напруги сполученого зі ступеневим перемикачем привідного двигуна, визначення відомим чином ефективної потужності на підставі одержаних результатів і розрахунку відповідного обертального моменту, виходячи з визначеної ефективної потужності. Потім записують у пам'ять значення струму І на силовому перемикачі, визначені протягом часового інтервалу t. Після цього згідно з винаходом формують ефективне значення leff струму I силового перемикача. Це здійснюють безперервно. Після цього диференціюють відповідне ефективне значення leff струму силового перемикача; одержують dIeff/dt. Потім знаходять максимум чи мінімум диференційованої характеристики dIeff/dt і зіставляють з відповідним моментом часу t2, на який він припадає. Обґрунтуванням цього є те, що, залежно від збільшення чи зменшення струму, спричиненого стрибкоподібним перемиканням силового перемикача, при диференціюванні характеристики одержують максимум або мінімум. Іншими словами: згідно з винаходом реєструють (без знаку) максимум величини. Цей момент часу t2 появи максимуму чи мінімуму визначають як момент часу стрибкоподібного перемикання силового перемикача tLU, тобто момент часу спрацьовування енергоакумулятора. Таким чином визначають однозначний момент часу синхронізації. Здійснюють синхронізацію. Після успішного здійснення синхронізації характеристику обертального моменту привідного двигуна відомим чином розподіляють на типові часові діапазони – "вікна". При цьому кожне вікно відповідає характеристичній частині здійснюваної послідовності перемикання. Такі вікна можуть охоплювати, наприклад, проміжок часу приведення в дію преселектора, селектора ступенів точного регулювання або силового перемикача. При цьому кожне вікно обмежене двома характеристичними моментами часу, які визначають початок і кінець вікна: t0-t1, t1,…, tsyntn. Кожне з цих вікон порівнюють із попередньо записаними в пам'ять характеристичними заданими значеннями. Селективний порівняльний метод дозволяє не лише виявляти відхилення дійсних значень обертального моменту від заданих і, таким чином, помилки, але й встановлювати зв'язок між несправністю і певним конструктивним вузлом, який її спричинив, як підставу для висновків про функціонування окремих конструктивних вузлів ступеневого перемикача, таких як преселектор чи реверсор, селектор ступенів для точного регулювання або силовий перемикач, які у певній послідовності приводять поспіль у дію при кожному перемиканні навантаження. На фіг. 2 схематично зображені відповідні процеси при перемиканні. Зображений спочатку відповідний струм I силового перемикача, потім його верхнє порогове значення l g. Спочатку формують ефективне значення цього струму I; одержане ефективне значення Ieff зображене потовщеною лінією. В момент часу t1 приводять у дію силовий перемикач LU, починається процес перемикання навантаження. Через певний відрізок часу починають електричне перемикання відводів обмотки. Здійснюють, як вже було описано, диференціювання 3 UA 112794 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ефективного значення dIeff/dt. Також потовщеною лінією зображений максимум протягом короткого часу в процесі перемикання навантаження. Підґрунтям цього є те, що в процесі перемикання навантаження зростає струм I ступеневого перемикача і разом із цим його ефективне значення Ieff внаслідок короткочасного електричного контакту між контактами силового перемикача і двома відводами обмотки, а саме поточним відводом і наступним відводом, на який здійснюють перемикання. Це типовий процес для всіх ступеневих перемикачів, виконаних за принципом швидкодіючого резисторного перемикача, відомого фахівцям із рівня техніки. При такому короткочасному швидкому зростанні струму, як описано вище, зумовленому функціональними особливостями, одержують максимум диференційованого значення dIeff/dt. Момент часу появи зображеного максимуму dIeff/dt позначають як t2 і згідно з винаходом встановлюють як момент часу стрибкоподібного перемикання силового перемикача tLU, який є основою наступної синхронізації. Як зображено на кресленні, навантаження ефективне значення струму Іeff1 до перемикання навантаження є вищим або нижчим, аніж ефективне значення струму Ieff2 після перемикання навантаження. Є воно вищим або нижчим, залежить від того, в якому напрямку приводять у дію ступеневий перемикач, тобто в сторону збільшення чи зменшення напруги. Цей ефект може бути ефективно використаний для вдосконалення відповідного винаходові способу, як зображено на фіг. 3. При цьому між позначеними на фіг. 1 літерами a та b моментами часу здійснення відповідного винаходові способу додано ще одну зображену на фіг. 3 стадію. При цьому ефективне значення струму leff1 до моменту часу t 2 порівнюють із ефективним значенням струму Ieff2 після моменту часу t2. Якщо обидва ефективних значення leff1 та Ieff2 помітно відрізняються один від одного, це вважають ознакою належно здійсненого перемикання навантаження, а визначений момент часу t2 ставлять у відповідність із моментом часу стрибкоподібного перемикання силового перемикача tLU та використовують для синхронізації. В іншому випадку вважають, що можливість перемикання навантаження не забезпечується. Це можна пояснити мережними перешкодами; в такому випадку синхронізація не відбувається, оскільки покладений в основу момент часу t 2 в такому випадку є невідповідним і не відповідає моменту часу перемикання навантаження. Також у рамках винаходу є можливим здійснення контролю струму I лише в одному часовому (специфічному для конкретного ступеневого перемикача) вікні для оцінки, в якому при належному функціонуванні ступеневого перемикача очікують стрибкоподібне перемикання силового перемикача. Таким чином, за результатами поточного визначення струму I та наступного відповідного винаходові формування ефективного значення і диференціювання можна дуже точно визначати момент часу перемикання навантаження при включеному трансформаторі; крім цього, він не залежить від впливу механічних чинників. Іншою перевагою відповідного винаходові способу є те, що він може бути застосований також при використанні кривошипної рукоятки, тобто без електричного моторного приводу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб контролю ступеневого перемикача, де в процесі приведення в дію ступеневого перемикача реєструють обертальний момент привідного двигуна, причому одночасно реєструють відповідне поточне положення ступеневого перемикача, після цього записують визначені протягом певного інтервалу часу значення обертального моменту, потім здійснюють синхронізацію за допомогою синхроімпульсу, і характеристику обертального моменту розподіляють на типові часові інтервали, протягом кожного з яких здійснюють окреме порівняння дійсного значення із заданим значенням, який відрізняється тим, що безперервно визначають струм I силового перемикача, і також безперервно визначають ефективне значення leff струму I силового перемикача, потім відповідне ефективне значення leff струму І силового перемикача диференціюють таким чином, що одержують диференційоване значення dleff/dt, а потім визначають максимум диференційованого значення dleff/dt і ставлять його у відповідність з відповідним моментом часу t2, на який він припадає, потім момент часу t2 появи максимуму значення оцінюють як момент часу tLU стрибкоподібного перемикання силового перемикача для його використання як моменту часу синхронізації для синхроімпульсу. 4 UA 112794 C2 5 10 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після визначення максимуму диференційованого значення dleff/dt і встановлення відповідності між ним і відповідним моментом часу t2, на який він припадає, додатково ефективне значення струму leff1 до моменту часу t2 порівнюють із ефективним значенням струму leff2 після моменту часу t2, потім момент часу t2 ставлять у відповідність із моментом часу стрибкоподібного перемикання силового перемикача tLU і використовують для синхронізації лише в тому випадку, якщо обидва ефективних значення leff1 та leff2 значно відрізняються одне від одного. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що визначення струму I здійснюють лише в межах специфічного для конкретного ступеневого перемикача часового вікна оцінки, в якому очікують стрибкоподібне перемикання силового перемикача. 5 UA 112794 C2 6 UA 112794 C2 7 UA 112794 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8