Gleichrichtermodul-Monitor
Derzeit verwenden viele Technologiezweige handelsübliche Schaltgleichrichtermodule - AC-DC-Wandler.Im Vergleich zu Transformatorstromversorgungen haben sie viel kleinere Abmessungen und gleichzeitig einen ausreichend hohen Wirkungsgrad (bis zu 96%). Die meisten von ihnen (insbesondere Module mit hoher Ausgangsleistung) erfordern jedoch eine Zwangskühlung, weshalb sie über einen eingebauten Lüfter verfügen.Der Ausfall dieses Lüfters (oder seine starke Verschmutzung) kann zu einer Überhitzung der eingebauten elektronischen Schaltung und zum Ausfall des Gleichrichters führen. Wenn ein solcher Gleichrichter wichtige Geräte liefert, die beispielsweise Teil des Basisstationsnetzteils (EPU) für die Mobilfunkkommunikation sind, können die Folgen seines Ausfalls sehr bedauerlich sein.Daher ist es häufig erforderlich, nicht nur den Ausfall des Lüfters selbst zu kontrollieren, sondern auch dessen möglichen Ausfall in naher Zukunft vorherzusagen. Einige AC / DC-Wandler verfügen über einen eingebauten Lüfterdrehzahlsensor (Drehzahlmesser) und einen Stromkreis, der einen Alarm ausgibt, wenn die Drehzahl unter den Grenzwert fällt. Solche Schaltungen sind jedoch nicht in allen Gleichrichtern verfügbar, so dass häufig eine Art externes Steuergerät erforderlich ist.Auf den ersten Blick ist es am einfachsten, eine Verbindung zum Lüfter selbst herzustellen und das Signal von ihm zu verarbeiten. Diese Option ist jedoch nicht immer verfügbar, da das Gleichrichtergehäuse geöffnet und der interne Stromkreis abgeschlossen werden muss. Und das ist oft unmöglich, weil der Gleichrichter beispielsweise unter Garantie steht.Daher besteht die Herausforderung darin, eine berührungslose Methode zur Erkennung einer Fehlfunktion zu entwickeln. Im Folgenden werde ich eine Methode beschreiben, die auf dem Prinzip der Steuerung des Luftstroms durch den Gleichrichter basiert. Bei einem solchen Durchfluss wird eine Schlussfolgerung über den Betrieb des Lüfters gezogen. Die Temperatur des Luftstroms ergibt einen ziemlich genauen Wert der Durchschnittstemperatur im Gleichrichter, wodurch es möglich wird, seinen Ausfall aufgrund von Überhitzung vorherzusagen.LÜFTERSTOP-STEUERUNGSOPTIONEN
Obwohl ich oben geschrieben habe, dass ich zur Steuerung des Lüfters eine Methode zur Schätzung des Luftstroms verwenden werde, begannen die Experimente in Wirklichkeit mit dem Testen der optischen Steuerung des Lüfterlaufrads. Hierzu wurde ein funktionierender Lüfter von einer unmodulierten LED beleuchtet und eine variable Komponente am Fotodetektor ausgewertet. Es wurde angenommen, dass Reflexionen von den Blütenblättern des Laufrads eine variable Komponente ergeben, die ein Vielfaches der Drehzahl ist. Es stellte sich jedoch heraus, dass sein Pegel extrem niedrig war (der Lüfter war mattschwarz, die Reflexion von ihm war gering), und der Dynamikbereich des Signals unter Berücksichtigung der konstanten Komponente war einfach enorm.Von hier aus kam ich zu dem Schluss, dass die optische Methode unzuverlässig und daher nicht akzeptabel ist.Als nächstes ging ich zur Hauptversion mit einer Schätzung des Luftstroms über. Zwar gab es hier zwei Möglichkeiten - die Strömung mechanisch (durch Auslenkung der Schwebekeule) oder nach dem Prinzip eines Wärmestrommessers (durch Wärmeübertragung durch Luftströmung) zu bewerten.Die erste Option scheint recht einfach zu implementieren zu sein, kann jedoch im Betrieb unzuverlässig sein: jegliche Verunreinigung der Lappenachse usw. kann den Betrieb des Gleichrichterüberwachungsgeräts stören.Die zweite Option scheint effektiver zu sein. In diesem Fall kann eine numerische Schätzung des Luftstroms erhalten werden (tatsächlich ist dies ein Luftmassenstromsensor) und daher eine Analyse des Zustands des Lüfters. Gleichzeitig kann auch eine Schätzung der Temperatur der durch den Gleichrichter angetriebenen Luft erhalten werden (dies kann jedoch die Verwendung eines anderen Temperatursensors erfordern).LAYOUT
Für die Erstellung des Layouts habe ich eine Heizung in Form eines 0,25-W-Ausgangswiderstands verwendet, der an ein Labornetzteil angeschlossen ist, sowie einen Temperatursensor (Multimeter-Thermoelement):
Layoutdiagramm eines Lüfterstopp-SteuergerätsIn diesem Layout haben wir die Auswirkungen des Luftstroms auf die Thermoelementtemperatur bei verschiedenen untersucht Kombinationen von Heizung und Sensor (ihre unterschiedliche relative Position in Bezug auf die Luftströmungsrichtung, unterschiedlicher Abstand zwischen Heizung und Sensor ( d )).Der Luftstrom wurde durch teilweise oder vollständige Überlappung des Einlassgitters des Gleichrichters gesteuert.Das Ergebnis der Experimente war das folgende. Das Prinzip eines Wärmestrommessers in seiner klassischen Form erwies sich bei niedriger Heizertemperatur als wenig nützlich. Der Luftstrom des Arbeitsventilators erwies sich als zu stark, und die Wärmeübertragung vom Heizgerät zum Sensor erwies sich als unauffällig. Ein Temperaturanstieg ist aufgrund einer möglichen Überhitzung aufgrund von Verschmutzung / Staubbildung der Oberfläche des Heizgeräts oder Sensors unerwünscht.Am effektivsten war die Beurteilung des Kühlungsgrades des Heizgeräts durch Luftstrom. Gleichzeitig wird eine feste Leistung in die Heizung "gepumpt", die eine Erwärmung um einen festen Wert über der Umgebungstemperatur gewährleistet. In den Experimenten wurde ein Wert von etwa 30 ° C gewählt.In diesem Fall befindet sich der Sensor in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Heizgeräts (d ≈ 1 ÷ 2 mm) und kann sich ohne Strömung frei von Strahlung erwärmen. Dieser Ansatz eliminiert praktisch den Einfluss der relativen Position des Sensors und der Heizung relativ zum Luftstrom des Gleichrichters und den Konvektionsströmen.Der Gleichrichterluftstrom, der viel kälter als die Temperatur des Heizgeräts ist, kühlt ihn ab, was zu einem Temperaturabfall des Sensors führt. Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, unterscheidet sich das Messprinzip erheblich von dem Wärmestrommesser, bei dem der Luftstrom die Temperatur des Sensors mit der vom Heizgerät übertragenen Wärme erhöht .Die Experimente mit dem vollen Luftstrom (Umgebungstemperatur 22 ° C) und dem fehlenden Luftstrom zeigten, dass die Temperaturdifferenz des Sensors 7 ° C oder mehr betrug (die Temperaturdifferenz steigt mit der Heizleistung) und durchschnittlich etwa 10 ° C betrug.Die experimentellen Ergebnisse sind in der Abbildung dargestellt:
Temperatur gegen Spannung am Heizgerät Diegestrichelte Linie zeigt die Temperatur gegen Spannung am Heizgerät (0,25 W Widerstand mit einem Widerstand von 1 kOhm) bei vollem Luftstrom vom Lüfter und ein festes mit teilweise verstopftem Gleichrichter-Einlassgitter.Wie aus dieser Abbildung ersichtlich ist, können wir mit der vorgeschlagenen Lösung die Tatsache aufzeichnen, dass die Lüfter angehalten wurden, und den Grad ihrer Funktionsfähigkeit quantifizieren, um ihren Ausfall vorherzusagen.Nachfolgend sind Fotos des zusammengebauten Modells zur Beurteilung des Kühlungsgrades des Heizgeräts durch Luftstrom dargestellt.
Simulierter LüfterstoppIn Abwesenheit einer Luftbewegung zeichnete das Thermoelement eine Temperatur von etwa 50 ° C auf.
Der Luftstrom vom Lüfter tritt in den Sensor ein.Als der Luftstrom vom Lüfter zum Sensor geleitet wurde, fiel die Temperatur stark auf 24 ° C.PROTOTYP ERSTELLEN
Der Prototyp des Gleichrichtermonitors wurde auf Basis des Mikrocontrollers PIC16F1824 und zweier Wärmesensoren MCP9700A hergestellt. Als Heizelement wurde derselbe Widerstand mit einer Leistung von 0,25 W verwendet wie im Layoutschema:
Aussehen des GleichrichtermonitorsEin Wärmesensor (neben dem Heizwiderstand) dient zur Abschätzung des Luftstroms vom Lüfter und der zweite zur Messung der Temperatur im Gleichrichter.Auf der Karte ist auch ein RS-485-Treiber installiert, mit dem mehrere dieser Monitore in ein Netzwerk integriert werden können. Der DIP-Schalter stellt die Adresse eines bestimmten Monitors ein.Das Erscheinungsbild von Monitoren, die auf einer echten elektronischen Steuereinheit installiert sind, ist unten dargestellt:
Monitore, die auf einer elektronischen Steuereinheit installiert sindMehrere ähnliche Geräte wurden an echten Steuergeräten getestet. Die Zeit, um festzustellen, ob der Lüfter gestoppt war, betrug durchschnittlich etwa 30 Sekunden. Grundsätzlich könnte es durch Reduzierung der Schwellwertänderung reduziert werden, aber der Kunde war mit dieser Option zufrieden.Source: https://habr.com/ru/post/de382271/
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