Способ индикации искрения машин постоянного тока
Владельцы патента RU 2303272:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU)
Предложенное изобретение относится к электрическим машинам, а именно к коллекторным машинам постоянного тока, и может быть использовано для оценки искрения на коллекторе машин постоянного тока. Задачей изобретения является упрощение индикации искрения на коллекторе электрической машины постоянного тока с разрезными щетками без препарирования конструкции электрической машины. Предложенный способ оценки искрения машин постоянного тока заключается в измерении тока коммутируемой секции, по которому судят о наличии искрения, при этом регистрируют величину и форму тока, протекающего между отдельными частями разрезной щетки, установленной в обойму щеткодержателя, предварительно преобразовав токовый сигнал с помощью трансформатора тока до значения, удобного для измерения. 4 ил.
Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к коллекторным машинам постоянного тока, и может быть использовано для оценки искрения на коллекторе машин постоянного тока.
Известен способ индикации искрения коллекторных машин постоянного тока [Карасев М.Ф. К вопросу о настройке коммутации машин постоянного тока. Томск: Труды ТЭМИИТ, т.14, 1948]. Сущность способа заключается в осциллографировании напряжения в контакте посредством подключения электронного осциллографа между сбегающим и набегающим краями щетки. На экране осциллографа пики напряжений, соответствующие одному обороту коллектора, распределяются в линию и позволяют судить о распределении искрения по всему коллектору.
Недостатком этого способа является сложность его реализации за счет использования дополнительных щеток.
Известен способ индикации искрения [Э.Арнольд. Машины постоянного тока, т.1, M.: Гостехиздат, 1931. - 498 с.]. Для определения кривой тока в короткозамкнутой секции разрезается одна из секций обмотки якоря испытуемой машины и включается в нее небольшое сопротивление, концы сопротивления посредством контактных колец и щеток соединены со шлейфом осциллографа. При таком соединении можно записывать при помощи осциллографа кривую разности потенциалов между контактными кольцами или кривую тока, текущего в секции.
Недостатком этого способа является сложность его реализации и необходимость препарирования машины.
Известен способ индикации искрения машины постоянного тока [К.И.Шенфер. Динамомашины и двигатели постоянного тока. - М.: - Л.: Госэнергоиздат, 1934. - 384 с.], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что разрезают обмотку якоря испытуемой машины в одном месте, подсоединяют концы обмотки якоря к двум контактным кольцам, электрически соединенных с неподвижной секцией, заложенной в каналы необмотанного якоря, в этом же канале находится измерительный провод, соединенный с осциллографом, затем при работе машины постоянного тока на экране осциллографа видна кривая ЭДС, индуктированная в этом проводе изменением тока в секции. Недостатком этого способа является сложность проведения измерения тока коммутируемой секции и необходимость препарирования электрической машины.
Задачей изобретения является упрощение индикации искрения на коллекторе электрической машины постоянного тока с разрезными щетками без препарирования конструкции электрической машины.
Поставленная задача решена за счет того, что способ индикации искрения машин постоянного тока, так же как и в прототипе, заключается в измерении тока коммутируемой секции, по которому судят о наличии искрения. Согласно изобретению, регистрируют величину и форму тока, протекающего между отдельными частями разрезной щетки, установленной в обойму щеткодержателя, предварительно преобразовав токовый сигнал с помощью трансформатора тока до значения, удобного для измерения.
Для реализации этого применяется разрезная щетка, которая представляет собой щетку, разрезанную вдоль таким образом, что выводные концы находятся каждый на своей половине щетки. Когда отдельные части щетки изолированы друг от друга, тогда по ним протекают токи, отличающиеся на величину тока ik. Изменение величины этого тока в процессе коммутации приводит к изменению плотностей тока под краями щетки. Превышение этого тока какой-то допустимой величины, согласно энергетической теории коммутации [А.Е.Алексеев. Тяговые электрические машины и преобразователи. - Л.: Энергия, 1967. - С.225.], и приводит к возникновению искрения, поэтому регистрация этого тока может служить оценкой величины искрения. Известно [А.Б.Иоффе. Тяговые электрические машины. - Л.: Энергия, 1965. - 232 с.], что интенсивность искрения щеток определяется мощностью, выделяемой под единицей длины щетки за единицу времени
где Lú - длина щетки (мм);
tk - коллекторное деление;
ϑk - окружная скорость коллектора (рад/с);
Lc - индуктивность секции (Гн);
ik - поперечный ток разрезной щетки (А);
ΔР - мощность (Вт).
На фиг.1 показана принципиальная схема включения и работы датчика искрения.
На фиг.2 - осциллограмма поперечного тока разрезной щетки (темная коммутация).
На фиг.3 - осциллограмма поперечного тока разрезной щетки (степень искрения 3 балла).
На фиг.4 - характеристика зависимости сигнала на выходе трансформатора тока Uu и бальности искрения.
Схема, реализующая изобретение (фиг.1), состоит из двигателя постоянного тока, коллектора 1 и контактных щеток 2, разрезной щетки 3, которая изготовлена на основе штатной щетки двигателя, предварительно разрезанная на две одинаковых части вдоль, к которой подключен трансформатор тока 4, выходы которого подключены к осциллографу 5, параллельно с осциллографом соединен вольтметр 6.
При работе двигателя на коллекторе 1 протекают токи, которые снимают при помощи контактной щетки 2 и разрезанной контактной щетки 3, от которой через трансформатор тока сигнал поступает на измерительную аппаратуру 5 и 6.
Была проведена серия экспериментов с осциллографированием величины тока одной из разрезных щеток. Получены осциллограммы, соответствующие темной коммутации (фиг.2) (степень искрения менее 1 балла, сигнал на выходе трансформатора тока Uu=99 мВ), и различным степеням искрения на коллекторе (фиг.3) (степень искрения 3 балла, сигнал на выходе трансформатора тока Uu=900 мВ).
Анализ этих осциллограмм позволяет судить о степени искрения на коллекторе без визуального наблюдения за искрением. Бальность искрения определяли по величине сигнала с выхода трансформатора тока 4, зарегистрированного вольтметром 6. Для анализа связи между бальностью искрения и сигналом на выходе трансформатора тока 4 построена характеристика, изображенная на фиг.4. Наблюдается прямая зависимость между изменением напряжения на выходе трансформатора тока и величиной искрения.
Способ оценки искрения машин постоянного тока, заключающийся в измерении тока коммутируемой секции, по которому судят о наличии искрения, отличающийся тем, что регистрируют величину и форму тока, протекающего между отдельными частями разрезной щетки, установленной в обойму щеткодержателя, предварительно преобразовав токовый сигнал с помощью трансформатора тока до значения, удобного для измерения.
