Устройство для измерения давлений щетки на коллектор электрических машин

 

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ . ДАВЛЕНИЙ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАМИН по авт. св. №919004 отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения изменений давления, ускорений, развиваемых щеткой, частот колебаний щетки, массы щетки и ее износа в динамических режимах работы машины, в него дополнительно введены два блока деления , блок умножения, блок вычитания, масштабный блок, квадратор, преобразователь частоты в постоянное напряжение , преобразователь переменного напряжения в постоянное и детектор, ход которого соединен с высоковольтными конденсаторами в измерительной цепи датчика давления, а выход одновременно соединен с входами преобразователя частоты в постоянное напряжение и преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход последнего соединен с первым входом регистрирующего прибора и первыми входами блока умножения и первого блока деления, который связан своим выходсм со вторым входом регистрирующего прибора и первым входом блока вычитания, второй вход, которого соединен с масштабным блоком , а -выход блока вычитания соединен с первым входом второго блока деления, который связан вторым входом с масштабным блоком, выход второго блока деления соединен с третьим вхо-g дом регистриругяцего прибора, а выход СП преобразователя частоты в постоянное напряжение одновременно соединен с пятым входом регистрирующего прибо- , ра и входом квадратора, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, выход которого соединен с четвертым входом регистрирующего прибора и с вторым входомпервого блока деления. IsD О IsD

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„102 А

5(51) Н 01 R 39/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЧ( 6l) 919904 (21) 3404434/24-.07 (22) 01. 03.82 (46) 30.06.83, Вюл. 9 24 (72) А.Е.Дубинин (71) Куйбышевский авиационный институт им. С.П.Королева (53) 621.3.047.001.4(088.8) (54) (57) устрОЙстВО Для измерения

ДАВЛЕНИЙ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН о авт.св. Р 919004 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения изменений давления, ускорений, развиваемых щеткой, частот колебаний щетки, массы щетки и ее износа в динамических режимах работы машины, в него дополнительно введены два блока деления, блок умножения, блок вычитания, масштабный блок, квадратор, преобразователь частоты в IIocTQHHBoe напряжение, преобразователь переменного напряжения в постоянное и детектор, вход которого соединен с высоковольтными конденсаторами в измерительной цепи датчика давления, а выход од- . новременно соединен с входами преобразователя частоты в постоянное напряжение и преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход последнего соединен с первым входом регистрирующего прибора и первыми входами блока умножения и первого блока деления, который связан своим выходом со вторым входом регистрирующего прибора и первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с масштабным блоком, а выход блока вычитания соединен с первым входом второго блока деления, который связан вторым входом с масштабным блоком, выход второго блока деления соединен с третьим вхо-îo дом регистрирующего прибора, а выход преобразователя частоты в постоянное напряжение одновременно соединен с пятым входом регистрирующего прибора и входом квадратора, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, выход которого соеди« нен с четвертым входом регистрирующего прибора и с вторым входом перво- (, ) го блока деления.

1026211

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для измерения давлений щетки на коллектор электрических машин.

По основному авт.св. Р 919004 известно устройство для измерения 5 давлений, щетки на коллектор электрических машин, содержащее регистрирующий прибор, датчик давления в виде упругого чувствительного и компенса ционного элементов с обмотками воз- 1р буждения и измерительными, расположенными в корпусе, металлический шар, взаимодействующий с указанным датчиком, щетку, щеткодержатель, источник синусоидального напряжения, контурный и высоковольтные конденсаторы, а также разделительные трансформаторы.

Данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет определять в динамике измерения давления, ускорения, развиваемые щеткой, и массу . щетки, которая в .процессе работы меняется в результате износа,, что оказывает влияние на динамическое давление щетки на коллектор электрической машины. Кроме того, известное устройство не позволяет определять частоту колебаний щетки в динамике, которая

4 влияет на ускорение, что, в свою очередь, приводит к изменению давления щетки на,коллектор, а также определять износ щетки в процессе работы. 35

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства путем измерения изменений давления, ускорений, развиваемых щеткой, частот колебаний щетки, массы 4Q щетки и ее износа в динамических режимах работы машины.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены два блока деления, блок умно- 45 жения, блок. вычитания, масштабный блок, квадратор, преобразователь частоты в постоянное напряжение, преобразователь переменного напряжения в постоянное и детектор, вход которого соединен с высоковольтными конденсаторами в измерительной цепи датчика давления, а выход одновременно соединен с входами преобразователя частоты в постоянное напряжение и преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход последнего соединен с первым входом регистрирующего прибора и первыми входами блока умножения.и первого блока деления, связанного 60 своим выходом со вторым входом регистрирующегр прибора и первым входом блока вычитания, второй вход которого, соединен с масштабным блоком, à Выхрд. блока вычитания — c

Я первым входом второго блока деления, связанного вторым входом с масштабным блоком, выход второго блока деления соединен с третьим входом регистрирующего прибора, а выход преобразователя частоты в постоянное напряжение одновременно соединен с пятым входом регистрирующего прибора и входом квадратора, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, выход которого соединен с четвертым входом регистрирующего прибора и вторым входом первого блока деления.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство для измерения давлений щетки на коллектор состоит из биметаллического корпуса 1, с которым соединена щетка 2, расположенная в щеткодержателе 3. Щетка 2 через. защитное устройство 4 и метал-. лический шар 5 связана с чувствительным силоизмерительным элементом б.

Компенсационный силоизмерительный элемент 7 также установлен в корпусе

l. Нажимной палец 8 опирается на корпус 1.

Обмотка 9 возбуждения чувствительного силоизмерительного элемента 6 соединена с обмоткой 10 компенсаци- онного силоизмерительного элемента 7 последовательно-согласно. Выходные .концы обмоток 9 и 10 силоизмерительных элементов 6 и 7 подключены параллельно обмотке 11 разделительного трансформатора 12. Первичная обмотка 13 этого трансформатора через разделительные высоковольтные конденсаторы 14 и 15 связана с источником 16 синусоидального напряжения, Измерительная обмотка 17 чувствительного силоизмерительного элемента 6 соединена с измерительной обмоткой 18 компенсационного силоизмерительного элемента 7 последовательно-встречно. Выходные концы обмоток 17 и 18 силоизмерительных элементов 6 и 7. подключены параллельно обмотке 19 разделительного трансформатора 20 и параллельно им подключен контурный конденсатор 21, образующий совместно с этими обмотками резонанс-, ный контур. Вторичная обмотка 22 разделительного трансформатора 20 через высоковольтные конденсаторы

23 и 24 связана. с детектором 25.

Выход детектора 25 соединен с входом преобразователя 26 частоты в постоянное напряжение и входом преобразователя 27 переменного напряжения в постоянное.

Выход преобразователя 27 соединен с первым входом регистрирующего прибора 28 и первыми входами блока 29 умножения и первого блока 30 деления. Выход блока 30 деления связан со вторым входом регистрирующего

1026211

4 прибора 28 и первым входом блока 31 вычитания. Выход блока 31 вычитания соединен с первьва входом второго блока 32 деления, а второй вход-блока 31 вычитания соединен с масштабным блоком 33. Выход второго блока 32 де- 5 ления соединен с третьим входом регистрирующего прибора 28. Выход преоб- . разователя 26 частоты в постоянное напряжение одновременно соединен с пятью входом регистрирующего прибо- 10 ра 28 и входом квадратора 34. Выход квадратора 34 соединен со вторым входом блока 29 умножения. Выход блока 29 умножения соединен с четвертым входом регистрирующего прибора 28 и вторьм входом первого блока 30. деления.

Устройство работает следующим образом.

Перед измерением давления схема устройства приводится в исходное состояние, для чего масштабным блоком .

33 задается выходное напряжение, пропорциональное массе новой щетки mo, От источника 16 напряжение питания датчика подается через высоковольтные конденсаторы.14 и 15 и разделительный трансформатор 12 на обмотки

9 и 10, отделяя тем самым источник 16 сийусоидального напряжения от высокого потенциала щеткодержателя 3.

Защитное устройство 4 предохраняет чувствительный силоизмерительный элемент 6 от резких ударов нажимного пальца. При отсутствии давления нажимного пальца 8 схема устройства сбалансирована и сигналы на входах регистрирующего прибора 28 равны нулю. При опущенном нажимном пальце 8 щеткодержателя 3 и вращении коллектора создается динамическое давление 4О на корпус 1 и через чувствительный элемент 6, металлический шар 5, защитное устройство 4 и щетку 2 передается на коллектор электрической машины. Под действием давления нажимного пальца в чувствительном силоиэмерительном элементе,6 возникают механические напряжения, которые приводят -к изменению его магнитной проницаемости В результате этого на выходах измерительных обмоток 17 и 18 появляется разностный сигнал пропорциональный давлению щетки, Этот сигнал за счет резонансных . свойств контура, образованного измерительными обмотками 1 7 и 18, обмоткой 19 разделительного трансформатора 20 и контурного конденсатора 21, усиливается в первичной обмотке 19 трансформатора 20 и трансформируется в,обмотку 22 трансформа- 60

Тора 20, отделяясь от высокого потенциала щеткодержателя 3 электрической машины. Далее сигнал с обмотки 22 разделительного трансформатора 20 через высоковольтные конденсаторы 23 65 и 24, предназначенные для повышения надежности и безопасности в случае пробоя изоляции обмоток 19 и 22 разделительного трансформатора 20, подается на вход детектора 25. В результате детектирования сигнал отделяется от несущей частоты генератора 16 синусоидального напряжения питания датчика и подается на входы блоков преобразователя 26 частоты в постоянное напряжение и преобразователя 27 переменного напряжения в постоянное. С выхода блока 27 сигнал, пропорциональный динамическому. давлению Р, подается на первый вход регистрирующего прибора 28 и на входы .блока 30 деления и блока 29 умножения. В то же время сигнал с выхода блока 26, пропорциональный частоте колебаний.f щетки, подается на пятый вход регистрирующего прибора 28,и на вход квадратора 34, где происходит возведение в квадрат сигнала f. С выхода бароха 34 сигнал, пропорциональный f, подается на вход блока 29 умножения, в котором происходит умножение сигнала Р, поданного. на другой вход блока 29 умножения, на сигнал, f . В результате этого на выходе блока 29 появляется сигнал, пропорциональный ускорению а f P. Сигнал, пропорциональный а, 2 с выхода блока 29 подается на четвертый вход регистрирующего прибора 28 и Иа первый блок деления 30. На выходе блока 30 образуется сигнал, .Р пропорциональный массе щетки m = — .

Этот сигнал подается.на второй вход . регистрирующего прибора 28 и на блок

31 вычитания, на другой вход которого подаетея сигнал, пропорциональный массе новой щетки m, с масштабного блока 33.. На выход блока 31 вычитания появляется сигнал, пропорциональный абсолютному износу щетки g m.

Этот сигнал подается на второй блок

32 деления, на другой вход которого подается сигнал, пропорциональный массе новой щетки m, с масштабного блока 33. В результате на выходе блока 32 образуется сигнал, пропорциональный относительному (процентНоМу) износу щетки вЂ, который no5m

mo дается на третий вход регистрирующего прибора 28..

Использование в .устройстве двух блоков деления, блока умножения, блока вычитания, масштабного блока,. квадратора, преобразователя частоты в постоянное напряжение, преобразователя переменного напряжения.в постоянное и детектора расширяет функциональные воэможности устройства и позволяет измерять в динамике изменения щетки на коллектор, ускорения, развиваемые щеткой, и маа1026211

ВНИИПИ Заказ 4568/44 Тираж 590 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

1 су щетки, которая в процессе работы меняется в результате износа, что оказывает влияние на динамическое давление щетки на коллектор, частоты колебаний щетки, износ щетки в процессе рабс ты. Определение всех этих параметров во время работы электрической машины оптимизирует конструктивные и рабочие параметры щеточно-коллекторного узла и повышает

его надежность.

Предлагаемое устройство позволяет изменять комплекс параметров щеточноколлекторного узла электрических машин в динамических режимах их рабо- 15 ты и может использоваться при промышленных испытаниях и при исследованиях электрических машин с различным по величине напряжением питания, например, может быть установлено íà 20 электровозе. В качестве регистрирующих приборов можно использовать самопишущие приборы (шлейфовый осциллограф), которые позволяют за опре- . деленное время пробега электровоза набрать статистический материал по работе щеточно-коллекторного узла и электродвигателя в целом. Анализируя этот материал можно выбрать оптимальные параметры этого узла г давление щетки на коллектор как в статическом,так и динамическом режимах работы с учетом массы щетки и ее износа, оптимальную конструкцию щеток и других элементов узла, а также оптимальный режим работы ще точно-коллекторного узла и всего электродвигателя в целом, что обусловливает снижение износа узла, увеличение срока службы и пробега подвижного состава.

Устройство может также использоваться при ресурсных испытаниях щеточно-коллекторного узла электрических машин.

Оптимизация параметров щеточноколлекторного узла снижает механические и электрические потери в месте контакта и повышает КПД машины.

Применение изобретения в заводских условиях позволит осуществлять проверку и подстройку элементов контактного узла на самой машине с учетом его динамических характеристик, что обеспечивает повышение произво- . дительности труда при проведении промышленных испытаний и настройки узла не менее чем в 4 раза, а также качества -испытаний и исследований.