Устройство для измерения давления щетки на коллектор электрических машин

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН по авт. св. № 919004, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности одновременного измерения силы нажатия щетки на коллектор, ускорения, развиваемого щеткой в динамике, частоты колебания щетки, массы щетки и ее износа, между первой парой разделительных высоковольтных конденсаторов и измерительным прибором дополнительно введены первый и второй блоки деления, блок умножения, блок вычитания, масштабный блок, квадратор, преобразователь частоты в постоянное напряжение , преобразователь переменного напряжения в постоянное и детектор, при этом вход детектора соединен с разделительными высоковольтными конденсаторами , а выход одновременно с входами преобразователя частоты в постоянное напряжение и преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход последнего соединен с первым входом измерительного прибора и входами блока умножения и первого блока деления, выход которого подключен к второму входу измерительного прибора и через блок вычитания и второй блок деления, которые связаны с выходом масштабного блока, соединен с третьим в.ходом измерительного прибора, четвертый вход (Л которого соединен с первым блоком деления и через блок умножения и квадратор - с выходом преобразователя частоты в постоянное напряжение, выход которого соединен с пятым входом измерительного прибора. О5 со о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) Н 01 R 39/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СР

ОЪ

cD

1Р

С0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 919004 (21) 3516434/24-07 (22) 26. 11.82 (46) 230184. Бюл. № 3 (72) А. Е. Дубинин и А. В. Потапов (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 621.313.045.004.5:531.781 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 919004, кл. Н 01 R 39/58, 1980 (прототип) . (54) (57) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН по авт. св. № 919004, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности одновременного измерения силы нажатия щетки на коллектор, ускорения, развиваемого щеткой в динамике, частоты колебания щетки, массы щетки и ее износа, между первой парой разделительных высоковольтных конденсаторов и измерительным прибором дополнительно введены первый и вто„„SU„„1069040 А рой блоки деления, блок умножения, блок вычитания, масштабный блок, квадратор, преобразователь частоты в постоянное напряжение, преобразователь переменного напряжения в постоянное и детектор, при этом вход детектора соединен с разделительными высоковольтными конденсаторами, а выход одновременно с входами преобразователя частоты в постоянное напряжение и преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход последнего соединен с первым входом измерительного прибора и входами блока умножения и первого блока деления, выход которого подключен к второму входу измерительного прибора и через блок вычитания и второй блок деления, которые связаны с выходом масштабного блока, соединен с третьим вхо дом измерительного прибора, четвертый вход которого соединен с первым блоком деления и через блок умножения и квадратор— с выходом преобразователя частоты в постоянное напряжение, выход которого соединен с пятым входом измерительного прибора.

Изобретение относится к электротехнике в части создания устройств для контроля параметров давления щетки на коллектор.

По оснозному авт. св. № 919004 известно устройство для измерения давле(шя 1цсгки II I коллектор электрических машин, сод(ржяц(с(э.(ектроизмсрительный прибор, пят шк давления в виде упругого чувствнi c lI>I;(>t.o силоизмерительного элемента с

<,чоткямп возбуждения и измерительной, ря«tto.,oæåííbté в корпусе .металлический шар, вз: 11х(одействук>ший с указанным датчиком, щсткодержатсль и источник ш(ну«оидального напряжения. Устройство также содержит второй упругий компенсационtI»tIt силонзмерительный элемент с обмотками возбуждения и измерительной, два разделительных трансформатора, четыре разделительных высоковольтных конденсатора и контурный конденсатор, образующий совместно с включенными последовательновстречно измерительными обмотками чув«твительного и компенсационного силопзмерительных элементов и первичной обмо1кой первого разделительного трансформатора резонансный контур, а вторичная обмотка этого же трансформатора через первую пару разделител ьн ых высоковольтных конденсаторов связана с измерительным прибором, при этом источник синусоидального напряжения через другую пару разделитслbtiûõ высоковольтных кондеllсаторов связан с первичной оомоткой второго разделительного трансформатора, вторичная Оомотка которого связана с последовательно-согласно включенными обмотками возбуждения чувствительного и компенсационного силоизмерительных элементов (1).

Устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет определять в динамике ускорение, развиваемое (цеткой, и массу щетки, которая в процессе работы меняется за счет износа. что оказывает влияние на динами pet(o«давление щетки на коллектор элсктричс«кой чап(ины. Кроме того, данное устрой«1во не позволяет oitpe. (елять частоту колебаний (цетки в динамике, которая влияс; ня «корение, что, в свою очередь, приноднг к измененик1 давления щетки в про1(сс«с сс работы.

11ель О изобретения является расширение функциональных возможностей устройства пут(м ooLOII(.it(ни я Одновременного изм(рсI!1tH «11лы нажатия н(етt(ii ня ко (лектор, у. корения, развиваемого и(сткой в диначике, частоты колебаний 1цетки, (1ассы

1цетки и ее износа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения давления щетки на коллектор электрических машин между первой парой разделительных высоковольтныx. конденсаторов и измерительным

1о (5

20 рс зо

4о

55 приборо vt дополнительно введены первый и второй блоки деления, блок умножения, блок вычитания, масштабный блок, квадратор, преобразователь 1астоты в постоянное напряжение, преобразователь переменного напряжения в постоянное и детектор, прп этом вход детектора соединен с разделительными высоковольтными конденсаторами а выход одновременно — с в:<одами преобразователя частоты в постоянное напряжение и преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход последнего соединен с первым входом измерительного прибора и входами блока умножения и первого блока деления, выход которого подключен к второму входу измерительного прибора и через блок вычитания и второй блок деления, которые связаны с выходом масштабного блока, соединен с третьим входом измерительного прибора, четвертый вход которого соединен с первым блоком деления и через блок умножения и квадратор — с выходом преобразователя частоты в постоянное напряжение, выход которого соединен с пятым входом измерительного прибора.

На фиг. 1 представлено устройство; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема устройства.

Устройство для измерения давления щетки на коллектор состоит из биметаллического корпуса 1, с которым соединена щетка 2, расположенная в щеткодержателс 3. Шетка 2 через за(цитное устройство

4 и металлический шар 5 связана с упругим чувствительным силоизмерительным элементом 6. Упругий компенсационный силоизмерительный элемент 7 также установлен в корпусе 1. Нажимной палец 8 опирается на корпус 1.

Обмотка 9 возбуждения чувствительного силоизмерительного элемента 6 соединена с обмоткой 10 компенсационного силоизмерительного элемента 7 последовательносогласно. Измерительная обмотка 11 чувствительного силоизмерительного элемента 6 соединена с измерительной обмоткой ! 2 коMпенсационного силоизмерительного элемента 7 последовательно-встречно. Выходные концы обмоток 11, 2 силоизмерительных элcìåíтов подключены параллельно обмотке 13 разделительного трансфор»atopa 14 и параллельно им подключен контурный конденсатор 15, образующий совместно «этими обмотками резонансный контур. Вторичная обмотка 16 разделительного трансформатора 14 через первую пару разделительных высоковольтных конденсаторов !7, 18 связана с детектором 19. Выходные концы обмоток 9, 10 силоизмерительных элементов 6, 7 подкл(очены I,àðàëëåëüIo обмотке 20 разделительного трансформатора 21. Первичная обмотка 22 этого трансформатора через вторую пару разделитель1069040

55 ных высоковольтных конденсаторов 23, 24 связана с источником 25 синусоида ll>ного напряжения. Выход детектора 19 соединен с входом преобразователя 26 частоты в постоянное напряжение и входом преобразователя 27 переменного напрям<ения в постоянное. Выход преобразователя

27 соединен с первым входом регистрирующего прибора 28, блоком 29 умножения и входом первого блока 30 деления. Выход блока 30 деления связан с вторым входом регистрирующего прибора 28 и через блок

31 вычитания, второй блок 32 деления связан с третьим входом регистрирующего прибора 28. Масштабный блок 33 соединен с блоком 31 вычитания и блоком 32 деления. Четвертый вход регистрирующего при. бора 28 связан с блоками 29, 30. Выход преобразователя 26 частоты в постоянное напряжение соединен с пятым входом регистрирующего прибора 28 и через квадратор 34 связан с входом блока 29 умножения.

Устройство для измерения давлений щетки на коллектор электрических машин работает следующим образом.

Перед измерением давления схема устройства приводится в исходное состояние. для чего масштабным блоком 33 задается выходное напряжение, пропорциональное массе новой гцетки m. От источника 25 синусоидального напряжения напряжение питания датчика подается через высоковольтные конденсаторы 23, 24 и разделительный трансформатор 21 на обмотки 9, 10, отделяя тем самым источник 25 синусоидального напряжения от высокого потенциала щеткодержателя 3. Защитное устройство 4 предохраняет чувствительный силоизмерительный элемент 6 от резких ударов нажимного пальца 8. 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 создается давление на корпус 1 и через чувствительный силоизмерительный элемент 6, металлический шар 5, защитное устройство 4, щетку 2 передается на коллектор электрической машины. Под действием давления нажимного пальца 8 в чувствительном силоизмерительном элементе 6 возникают механические напряжения, которые приводят к изменению его магнитной проницаемости.

В результате этого на выходе измерительных обмоток 11, 12 появляется разностный сигнал, пропорциональный давлению щетки 2. Этот сигнал за счет резонансных свойств контура, образованного измерительными обмотками 11, 12, обмоткой 13 разделительного трансформатора

14 и контурного конденсатора 15, усиливается в первичной обмотке 13 трансфор- матора 14 и трансформируется в обмотку

40!

6 трансформатора 14, отделяясь от высокого потенциала шсткодсржатсля 3 электрической машины. Л,алее сигнал с обмотки 16 разде чительного трансформатора 14 через высоковольтпыс конденсаторы 17, 18, прсдназначенныс для повы ñ.íèÿ надежности и безопасности в случае пробоя изоляции обмоток 13, 16, разделительного трансформатора 14, подается на вхоl детектора 19. В результате детектирования сигнал отделяется от несущей частоты генератора 25 синусоидального напряжения питания датчика и подается на входы Ilpcобразователя 26 частоты в постоянное напряжение и преобразователя 27 переменного напряжения в постоянное. С выхода преобразователя 7 сигнал, пропорциональный силе Р, подается на первый вход регистрирующего прибора 28 и на вход первого блока 30 деления и блока 29 умножения. В то же время сигнал с выхода блока 26, пропорциона IbHbIH частоте колебаний f щетки, подается на пятый вход регистрирующего прибора 28 и на вход квадратора 34, где происходит возведение в квадрат сигнала 1. С выхода квадратора 34 сигнал, пропорциональный 1 подается на

- ь вход блока 29 умножения на сигнал f В результате этого на выходе блока 29 появляется сигнал, пропорциональный ускорению а

= f .Р. Сигнал, пропорциональный ускорению а с выхода блока 29 подается на четвертый вход регистрирх ющего прибора 28 и на первый блок 30 деления. На выходе блока 30 образ ется сигнал, пропорциональный массе щетки ш = —. Этот сигнал р а подастся на второй вход регистрирующего прибора 28 и на блок 31 вычитания, на другой вход которого подастся сигнал, пропорциональный массе новой щетки m с масштабного блока 33. На выходе блока 31 вычитания появляется сигнал, пропорциональный абсолютному износу щетки д пь Этот сигнал подается на второй блок 32 деления, иа другой вход которого подается сигнал, пропорциональный массе новой щетки гп„с масштабного блока 33.

В результате на выходе блока 32 образуется сигнал, пропорциональный относительному (процентному) износу щетки гпо который подается на третий вход регистрирующего прибора 28.

Использование в устройстве соответствующим образом связанных двух блоков деления, блока умножения, блока вычитания, масштабного блока, квадратора, преобразователя частоты в постоянное напряжение, преобразователя переменного напряжения в постоянное и детектора расширяет функциональные возможности устройства, так как позволяет измерять в динамике силу нажатия щетки на коллектор, ускорение, развиваемое щеткой, и массу щетки, которая в процессе работы меняется за счет износа, что оказывает влияние на динами1069040 ческое давление щетки на коллектор, частоту колебаний щетки, износ щетки в процессе работы. Определение всех этих параметров во время работы электрической машины позволит оптимизировать конструктивные и рабочие параметры шеточно-коллекторного узла и повысить его надежность.

Устройство позволяет производить измерение комплекса параметров Шеточноколлекторного узла непосредственно на работающих электрических машинах с большим напряжением питания.

Устройство может быть, например, установлено на электровозе или на стенде на работающей машине в цеховых условиях.

В качестве регистрирующих приборов можно использовать са мопи шушие приборы, которые позволят за определенное время работы электрической машины набрать статистический материал по работе щеточно-коллекторного узла и электродвигателя в целом. Анализ этого материала позволит выбрать оптимальные параметры этого узла: давление щетки на коллектор исходя из динамики работы узла с учетом массы щетки и износа щетки и других его элементов, оптимальную конструкцию щетки и других элементов узла. Это позволит выбрать оптимальный режим работы щеточно-коллекторного узла и всего электродвигателя в целом, а также снизить его износ и увеличить срок службы.

В настоящее время контроль шеткодержателей на электровозостроительных заводах производится либо механическими динамометрами, либо с помощью устройств с применением датчиков перемещения.

Настройка щеткодержателей этими устройствами производится на стенде без токовых и механических нагрузок в статическом режиме с невысокой точностью измерения, обусловленной применением динамометров и датчиков перемещения.

Известно, что магнитоупругие датчики имеют высокую чувствительность и обеспечивают большую точность измерения по сравнению с датчиками перемещения, поэтому использование магнитоупругого датчика в предлагаемом устройстве позволяет уменьшить погрешность измерения силы нажатия щетки на коллектор примерно на порядок. Такое уменьшение погрешности измерения позволяет наиболее точно установить заданное значение силы нажатия щетки на коллектор, что улучшает условия коммутации щеточно-коллекторно20 го узла.

Контроль только одного параметра (силы нажатия щетки на коллектор) при данных конструкциях щеткодержателей позволяет получить экономический эффект 91,04 тыс. руб в год на предприятиях, выпускающих

700 электровозов в год. Экономический эффект 91,04 тыс. руб образуется за счет экономии электроэнергии — 62,35 тыс, руб за счет эконо ии меди, идущей на изготовление коллекзо1;; — 6,2 тыс. руб, за счет увеличения длител ьности пробега

22,42 тыс. руб.

1069040

Составитель М. Кузнецова

Редактор Т. Кугрышева Техред И. Верес Корректор О. Тигор

Заказ 0969/50 Тираж 597 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам Изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4