CN213754263U - 一种可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，包括电源、碳刷寿命检测模块、采集控制模块、垂直推杆电机控制模块、水平推杆电机控制模块；通过碳刷寿命检测模块将当前运行碳刷的行程转换为电压信号，提供给采集控制模块，采集控制模块再次将电压信号还原为实际碳刷行程数据，当确定当前运行碳刷寿命达到更换的时候，采集控制模块通过垂直推杆电机控制模块使得垂直推杆电机转换为复位状态，再通过水平推杆电机控制模块驱动水平推杆电机增加行程，将新的碳刷从水平方向推向工作位置，通过垂直推杆电机控制模块使得垂直推杆电机转换为置位状态，将新的碳刷与发电机大轴紧密导通接触，实现了接地碳刷的自动更换。

Description

一种可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置

技术领域

本实用新型属于发电机大轴接地碳刷技术领域，涉及一种可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置。

背景技术

发电机运行中，其转子大轴上会感应出电压，称为轴电压。由于轴电压的存在，运行中该电压可通过转子两端的轴瓦击穿油膜，从而形成轴电流，烧损轴瓦。因此要将大轴通过接地碳刷接地，碳刷能够消除大轴对地的静电电压，防止击穿放电现象的发生。此外，碳刷还可以供转子接地保护装置用，用于转子对地绝缘的测量。

发电机转子大轴碳刷块通过弹簧将压力加在与换向器或集电环表面滑动接触的碳刷上，使其在固定体与旋转体之间稳定地传导电流。目前，常见发电机转子大轴只安装有两块接地碳刷，当这两块碳刷磨损后需要停机更换新的碳刷方可使电机继续工作，因此碳刷的维护更换频率较高，更换时对设备和人身风险均很高，若电机设备全天候不停歇转动，则碳刷磨损更快，更换碳刷的时间周期将更短，需要花费较大的人力物力，进一步导致目前碳刷维护更换的成本偏高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，本实用新型能够自动检测运行碳刷的寿命，在碳刷使用完毕后自动更换新碳刷，减少人工更换碳刷的工作量和更换风险，有效的减小了碳刷的更换成本，确保了发电机大轴接地的安全可靠。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，包括：

碳刷寿命检测模块，所述碳刷寿命检测模块的电压信号输出端与采集控制模块电压信号输入端口相连，用于检测碳刷的磨损量；

采集控制模块，所述采集控制模块的第一控制端口与垂直推杆电机控制模块控制端口相连，第二控制端口与水平推杆电机控制模块控制端口相连，用于判断碳刷的寿命，并控制垂直推杆电机控制模块和水平推杆电机控制模块动作实现碳刷自动更换；

垂直推杆电机控制模块，所述垂直推杆电机控制模块用于操作碳刷与发电机大轴相接触；

水平推杆电机控制模块，所述水平推杆电机控制模块用于实现碳刷的更换。

上述装置进一步的改进在于：

还包括电源，所述电源的输出直流5V分别与碳刷寿命检测模块、采集控制模块相连并供电，所述电源输出直流12V分别与垂直推杆电机控制模块和水平推杆电机控制模块供电端口相连并供电。

所述电源采用开关稳压电源，型号为D-30AGD开关电源。

所述碳刷寿命检测模块为滑动变阻器R1，所述滑动变阻器R1的非抽头端的一端与电源的5V输出端相连，非抽头端的另一端接地，所述滑动变阻器抽头端由与所述垂直推杆电机控制模块连接的弹簧片驱动，所述滑动变阻器抽头端电压信号输出端与采集控制模块电压信号输入端口相连。

所述滑动变阻器R1的额定输出电阻值为0-1000Ω，滑动变阻器R1非抽头端的一端与碳刷套管底部固定连接，非抽头端的另一端与碳刷套管顶部固定连接，所述滑动变阻器抽头端与弹簧片底部连接片通过树脂绝缘材料相连，用于防止滑动变阻器抽头端电压信号串入发电机大轴。

所述采集控制模块包括电压限制电路和单片机U1，所述电压限制电路的电压信号输入端与滑动变阻器R1抽头端电压信号输出端相连，电压限制电路用于限制电压信号为5V以内，所述电压限制电路输出端与单片机U1的模拟量采样端口相连，将模拟量电压信号转换为数字量信号，得到碳刷的行程数值，所述单片机U1根据碳刷行程数据确定碳刷寿命使用完毕后，驱动垂直推杆电机控制模块退出至复位位置，驱动水平推杆电机控制模块将更换后的碳刷推向发电机大轴位置，再次驱动垂直推杆电机控制模块至置位位置，实现碳刷自动更换。

所述采集控制模块包括二极管D1、单片机U1、电源接口P1、垂直推杆电机控制接口CZ1和水平推杆电机控制接口SP1，所述二极管D1的阳极分别与变阻器R1抽头和单片机U1第1引脚相连，二极管D1为电压限制电路，当输入电压大于5V时，二极管D1导通，维持电压为5V，电源接口P1第1引脚、第2引脚和第3引脚分别与电源输出的直流5V、地、12V端口相连，单片机U1第6引脚与电源接口P1第1引脚相连，垂直推杆电机控制接口CZ1第1引脚和水平推杆电机控制接口SP1第1引脚均与电源接口P1第3引脚相连，单片机U1第8引脚、垂直推杆电机控制接口CZ1第5引脚和水平推杆电机控制接口SP1第5引脚均与电源接口P1第2引脚相连，单片机U1第1引脚为模拟量采集端口；单片机U1第16引脚、第15引脚、第14引脚分别与垂直推杆电机控制接口CZ1第2引脚、第3引脚、第4引脚相连，单片机U1第13引脚、第12引脚、第11引脚分别与水平推杆电机控制接口SP1第2引脚、第3引脚、第2引脚相连，垂直推杆电机控制接口CZ1用于和垂直推杆电机控制模块相连，水平推杆电机控制接口SP1用于和水平推杆电机控制模块相连。

所述单片机U1采用STC15W404AS型单片机U1。

所述垂直推杆电机控制模块和水平推杆电机控制模块均包括供电端口、使能端口、电机转向控制端口，所述使能端口用于控制垂直推杆电机控制模块或水平推杆电机控制模块的工作状态，所述电机转向控制端口用于控制垂直推杆电机或水平推杆电机的正反转；所述垂直推杆电机控制模块和水平推杆电机控制模块采用L298N电机驱动模块。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过碳刷寿命检测模块将当前运行碳刷的行程转换为电压信号，提供给采集控制模块，采集控制模块再次将电压信号还原为实际碳刷行程数据，并与运行允许值进行对比，当确定当前运行碳刷寿命达到更换的时候，采集控制模块通过垂直推杆电机控制模块使得垂直推杆电机转换为复位状态，再通过水平推杆电机控制模块驱动水平推杆电机增加行程，将新的碳刷从水平方向推向工作位置，进一步通过垂直推杆电机控制模块使得垂直推杆电机转换为置位状态，将新的碳刷与发电机大轴紧密导通接触，实现了发电机大轴接地碳刷的自动更换工作。

进一步的，本实用新型通过垂直推杆电机控制模块控制垂直推杆电机的置位和复位两种工作状态，操作碳刷与发电机大轴的导通与断开，当需要更换碳刷时，垂直推杆电机处复位状态，断开与发电机大轴的连接，方便新的碳刷移入工作位置，当不需要更换碳刷时，垂直推杆电机处置位状态，保证碳刷与发电机大轴的紧密导通相连，为发电机安全稳定运行提供保障。

进一步的，本实用新型水平推杆电机控制模块控制水平推杆电机的行程，推动新的碳刷至工作位置，保证新的碳刷在水平方向稳定性，防止新的碳刷发生晃动现象。

进一步的，碳刷寿命检测模块利用滑动变阻器R1将碳刷磨损量转换为电压信号，无需负载的行程监测装置，滑动变阻器R1价格便宜，能够满足本装置使用需要，实用性和性价比均较强。

进一步的，采集控制模块配备完善的电压限制电路，防止因电压大于单片机U1而损坏单片机U1，保障了装置核心硬件电路的安全性，同时采用集成化的单片机U1，省略了复杂的外设电路，精简了整个装置的电路结构。

进一步的，本实用新型垂直推杆电机控制模块和水平推杆电机控制模块采用两块稳定性高的L298N驱动模块，实现推杆电机的正反转控制。

进一步的，本实用新型可代替传统人工更换碳刷工作，实现在线自动更换，避免了不必要的停机更换操作，间接增加了发电机的生产效益。

进一步的，本实用新型降低人工操作风险，特别是对人身和发电机本体设备的安全风险，符合目前电力系统合理性、科学化操作检修发展趋势。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的装置原理框图。

图2为本实用新型的装置电路图。

图中：1-电源，2-碳刷寿命检测模块，3-采集控制模块，4-垂直推杆电机控制模块，5-水平推杆电机控制模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

本实用新型能够解决传统发电机碳刷的维护更换频率较高，更换时对设备和人身风险均很高，需要花费较大的人力物力，提供一种可自动更换发电大轴接地碳刷的控制装置，改变目前大轴接地碳刷技术领域存在的困境。

参见图1，本实用新型可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，包括碳刷寿命检测模块2、采集控制模块3、垂直推杆电机控制模块4、水平推杆电机控制模块5，所述碳刷寿命检测模块2的电压信号输出端与采集控制模块3电压信号输入端口相连，所述碳刷寿命检测模块2用于检测碳刷的磨损量，所述采集控制模块3第一控制端口与垂直推杆电机控制模块4控制端口相连，所述垂直推杆电机控制模块4用于操作碳刷与发电机大轴相接触，所述采集控制模块3第二控制端口与水平推杆电机控制模块5控制端口相连，所述水平推杆电机控制模块5用于实现碳刷的更换，所述采集控制模块3用于判断碳刷的寿命，并控制垂直推杆电机控制模块4和水平推杆电机控制模块5动作实现碳刷自动更换。

本实施例中，还包括电源1，所述电源1输出直流5V分别与碳刷寿命检测模块2、采集控制模块3相连并供电，所述电源1输出直流12V分别与垂直推杆电机控制模块4和水平推杆电机控制模块5供电端口相连并供电，所述电源1采用开关稳压电源；所述电源1采用型号为D-30AGD开关电源。

本实施例中，所述碳刷寿命检测模块2由滑动变阻器R1组成，所述滑动变阻器R1非抽头端的一端与电源1输出的5V相连，非抽头端的另一端与电源1输出的地相连，所述滑动变阻器R1抽头端由所述垂直推杆电机控制模块4连接的弹簧片底部连接片驱动，所述滑动变阻器R1抽头端电压信号输出端与采集控制模块3电压信号输入端口相连，所述滑动变阻器R1将碳刷磨损量转换为电压信号，由电压信号判断碳刷寿命。

如图2所示，本实施例中，所述滑动变阻器R1额定输出电阻值为0-1000Ω，滑动变阻器R1非抽头端的一端与碳刷套管底部固定连接，非抽头端的另一端与碳刷套管顶部固定连接，所述滑动变阻器R1抽头端与弹簧片底部连接片通过树脂绝缘材料相连，防止滑动变阻器R1抽头端电压信号串入发电机大轴。

本实施例中，所述采集控制模块3包括电压限制电路和单片机U1，所述电压限制电路的电压信号输入端与滑动变阻器R1抽头端电压信号输出端相连，电压限制电路用于限制电压信号为5V以内，所述电压限制电路输出端与单片机U1模拟量采样端口相连，将模拟量电压信号转换为数字量信号，进一步得到碳刷的行程数值，所述单片机U1根据碳刷行程数据确定碳刷寿命使用完毕后，单片机U1驱动垂直推杆电机控制模块4退出至复位位置，驱动水平推杆电机控制模块5将更换后的碳刷推向发电机大轴位置，再次动垂直推杆电机控制模块4投入至置位位置，实现碳刷自动更换。

本实施例中，如图2所示，所述采集控制模块3包括二极管D1、单片机U1、电源接口P1、垂直推杆电机控制接口CZ1和水平推杆电机控制接口SP1，所述二极管D1的阳极分别与变阻器R1抽头和单片机U1第1引脚相连，二极管D1为电压限制电路，当输入电压大于5V时，二极管D1导通，维持电压为5V，电源接口P1第1引脚、第2引脚和第3引脚分别与电源1输出的直流5V、地、12V端口相连，单片机U1第6引脚与电源接口P1第1引脚相连，垂直推杆电机控制接口CZ1第1引脚和水平推杆电机控制接口SP1第1引脚均与电源接口P1第3引脚相连，单片机U1第8引脚、垂直推杆电机控制接口CZ1第5引脚和水平推杆电机控制接口SP1第5引脚均与电源接口P1第2引脚相连，单片机U1第1引脚为模拟量采集端口；单片机U1第16引脚、第15引脚、第14引脚分别与垂直推杆电机控制接口CZ1第2引脚、第3引脚、第4引脚相连，单片机U1第13引脚、第12引脚、第11引脚分别与水平推杆电机控制接口SP1第2引脚、第3引脚、第2引脚相连，垂直推杆电机控制接口CZ1用于和垂直推杆电机控制模块4相连，水平推杆电机控制接口SP1用于和水平推杆电机控制模块5相连。

本实施例中，所述电压限制电路由二极管组成，二极管阳极与采集控制模块3电压信号输入端口，二极管阴极与电源1输出的5V电压相连，所述单片机U1采用STC15W404AS型单片机。

本实施例中，所述垂直推杆电机控制模块4和水平推杆电机控制模块5均包括供电端口、使能端口、电机转向控制端口，所述使能端口用于控制垂直推杆电机控制模块4或水平推杆电机控制模块5的工作状态，所述电机转向控制端口用于控制垂直推杆电机或水平推杆电机的正反转。

本实施例中，所述垂直推杆电机控制模块4和水平推杆电机控制模块5采用L298N电机驱动模块。

一种可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置的碳刷自动更换方法，包括如下步骤：

1)打开电源1工作电源开关，装置开始进入工作状态，进入步骤2)；

2)碳刷寿命检测模块2将碳刷行程转换为电压信号，并传输至采集控制模块3，进入步骤3)；

3)采集控制模块3将电压信号转换为碳刷行程数据，并判断碳刷行程是否到达更换，若判断结果为否，即不需要更换，返回步骤2)继续检测，若判断结果为是，即需要更换，进入步骤4)；

4)采集控制模块3通过垂直推杆电机控制模块4控制垂直推杆电机至复位位置，进入步骤5)；

5)采集控制模块3通过水平推杆电机控制模块5控制水平推杆电机增加行程，将新的碳刷推入至碳刷套管，进入步骤6)；

6)采集控制模块3再次通过垂直推杆电机控制模块4控制垂直推杆电机至置位位置，新的碳刷与发电机大轴接触导电，返回步骤2)，进入下一次碳刷更换环节。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，其特征在于，包括：

碳刷寿命检测模块(2)，所述碳刷寿命检测模块(2)的电压信号输出端与采集控制模块(3)电压信号输入端口相连，用于检测碳刷的磨损量；

采集控制模块(3)，所述采集控制模块(3)的第一控制端口与垂直推杆电机控制模块(4)控制端口相连，第二控制端口与水平推杆电机控制模块(5)控制端口相连，用于判断碳刷的寿命，并控制垂直推杆电机控制模块(4)和水平推杆电机控制模块(5)动作实现碳刷自动更换；

垂直推杆电机控制模块(4)，所述垂直推杆电机控制模块(4)用于操作碳刷与发电机大轴相接触；

水平推杆电机控制模块(5)，所述水平推杆电机控制模块(5)用于实现碳刷的更换。

2.根据权利要求1所述的可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，其特征在于，还包括电源(1)，所述电源(1)的输出直流5V分别与碳刷寿命检测模块(2)、采集控制模块(3)相连并供电，所述电源(1)输出直流12V分别与垂直推杆电机控制模块(4)和水平推杆电机控制模块(5)供电端口相连并供电。

3.根据权利要求2所述的可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，其特征在于，所述电源(1)采用开关稳压电源，型号为D-30AGD开关电源。

4.根据权利要求1所述的可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，其特征在于，所述碳刷寿命检测模块(2)为滑动变阻器R1，所述滑动变阻器R1的非抽头端的一端与电源(1)的5V输出端相连，非抽头端的另一端接地，所述滑动变阻器抽头端由与所述垂直推杆电机控制模块(4)连接的弹簧片驱动，所述滑动变阻器抽头端电压信号输出端与采集控制模块(3)电压信号输入端口相连。

5.根据权利要求4所述的可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，其特征在于，所述滑动变阻器R1的额定输出电阻值为0-1000Ω，滑动变阻器R1非抽头端的一端与碳刷套管底部固定连接，非抽头端的另一端与碳刷套管顶部固定连接，所述滑动变阻器抽头端与弹簧片底部连接片通过树脂绝缘材料相连，用于防止滑动变阻器抽头端电压信号串入发电机大轴。

6.根据权利要求1所述的可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，其特征在于，所述采集控制模块(3)包括电压限制电路和单片机U1，所述电压限制电路的电压信号输入端与滑动变阻器R1抽头端电压信号输出端相连，电压限制电路用于限制电压信号为5V以内，所述电压限制电路输出端与单片机U1的模拟量采样端口相连，将模拟量电压信号转换为数字量信号，得到碳刷的行程数值，所述单片机U1根据碳刷行程数据确定碳刷寿命使用完毕后，驱动垂直推杆电机控制模块(4)退出至复位位置，驱动水平推杆电机控制模块(5)将更换后的碳刷推向发电机大轴位置，再次驱动垂直推杆电机控制模块(4)至置位位置，实现碳刷自动更换。

7.根据权利要求1所述的可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，其特征在于，所述采集控制模块(3)包括二极管D1、单片机U1、电源接口P1、垂直推杆电机控制接口CZ1和水平推杆电机控制接口SP1，所述二极管D1的阳极分别与变阻器R1抽头和单片机U1第1引脚相连，二极管D1为电压限制电路，当输入电压大于5V时，二极管D1导通，维持电压为5V，电源接口P1第1引脚、第2引脚和第3引脚分别与电源(1)输出的直流5V、地、12V端口相连，单片机U1第6引脚与电源接口P1第1引脚相连，垂直推杆电机控制接口CZ1第1引脚和水平推杆电机控制接口SP1第1引脚均与电源接口P1第3引脚相连，单片机U1第8引脚、垂直推杆电机控制接口CZ1第5引脚和水平推杆电机控制接口SP1第5引脚均与电源接口P1第2引脚相连，单片机U1第1引脚为模拟量采集端口；单片机U1第16引脚、第15引脚、第14引脚分别与垂直推杆电机控制接口CZ1第2引脚、第3引脚、第4引脚相连，单片机U1第13引脚、第12引脚、第11引脚分别与水平推杆电机控制接口SP1第2引脚、第3引脚、第2引脚相连，垂直推杆电机控制接口CZ1用于和垂直推杆电机控制模块(4)相连，水平推杆电机控制接口SP1用于和水平推杆电机控制模块(5)相连。

8.根据权利要求6或7所述的可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，其特征在于，所述单片机U1采用STC15W404AS型单片机U1。

9.根据权利要求6或7所述的可自动更换发电机大轴接地碳刷的控制装置，其特征在于，所述垂直推杆电机控制模块(4)和水平推杆电机控制模块(5)均包括供电端口、使能端口、电机转向控制端口，所述使能端口用于控制垂直推杆电机控制模块(4)或水平推杆电机控制模块(5)的工作状态，所述电机转向控制端口用于控制垂直推杆电机或水平推杆电机的正反转；所述垂直推杆电机控制模块(4)和水平推杆电机控制模块(5)采用L298N电机驱动模块。

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