DE2449935A1

DE2449935A1 - Anordnung zur objektiven beurteilung und messung der buerstenfeuerintensitaet

Info

Publication number: DE2449935A1
Application number: DE19742449935
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl Ing Ermisch; Bernd Dr Ing Herzig; Eberhard Dr Ing Paulig; Peter Dipl Ing Schubert
Original assignee: SUHL ELEKTROGERAETE VEB K
Current assignee: SUHL ELEKTROGERAETE VEB K
Priority date: 1973-11-05
Filing date: 1974-10-21
Publication date: 1975-05-07
Also published as: FR2250103A1; DD107176A1

Description

Anordnung zur objektiven Beurteilung und Messung der Bürstenfeuerintensität

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur objektiven. Beurteilung und Messung der Bürstenfeuerintensität an elektrischen Maschinen nit Gleitkontakten«

Die Betriebssicherheit und Lebensdauer elektrischer Maschinen, bei'denen zur Stromübertragung zum bewegten Teil Schleifringe, Schleifbahnen oder Kommutatoren in Verbindung mit Bürsten zur Anwendung kommen, werden wesentlich durch den hochbeanspruchten Bür— stenkontakt und dessen Versohleißverhalten bestimmt.

Da sich der Verschleiß der Kontaktpartner bei funkendem Kontakt stark erhöht, ist man bestrebt, die Maschinen so einzustellen und zu betreiben, daß das Bürstenfeuer entweder ganz vermieden oder in seiner Intensität auf einen zulässigen Viert begrenzt bleibt· Unbedingte Voraussetzung dafür ist die Anwendung einer objektiven und produktiven Meßmethode zur Graduierung der Bürstenfeuerintensität bzw. zur Bestimmung des Burstenfeuereinsatzes.

Es wurde bereits vorgeschlagen, zur objektiven Messung der Bürstenfeuerintensität an einer oder mehreren Bürsten einer Kommutatormaschine eine fotoelektrische Zelle -im Strahlungsbereich des Bürstenfeuers anzuordnen und deren Ausgangssignal mit einem elektrischen Meßgerät zur Anzeige zu bringen. _p___

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Bekannt ist auch die zur Vervendung kommende fotoelcktrisohe Zelle duroh einen Sekundärelektronenvervielfacher zu ersetzen oder auch eine räumliche Trennung zwischen Sekundärelektronenvervielfacher und Meßobjekt unter Anwendung eines Liohtleitbündels vorzunehmen»

Die vorstehenden Meßmethoden haben verschiedene Mängel aufzuweisen.

Bei den bekannten Messungen wird das Meßergebnis wesentlich durch Lj^cht fremder Quellen direkt oder durch dessen Reflektion an rotierenden Teilen beeinflußt, da mit den bisher bekannten Meßprinzipien keine selektive Abstimmung auf den vom Bürstenfeuer ausgehenden Lichtstrom erreicht wurde« Bisher erforderte eine objektive Messung der Bürstenfeuerintensität entweder das Arbeiten in einem abgedunkelten Raum oder die Anbringung des Meßwertaufnehmers in einer geschlossenen Maschine oder die Abschirmung des Fremdlichtes im unmittelbaren Arbeitsbereich des Meßwertaufnehmers. Diese eingeschränkten Betriebsbedingungen bedeuten eine Erschwernis für das Bedienungspersonal Und schließen zumindest in den beiden letztgenannten Anwendungsfällen die gleichzeitige visuelle Be- obachtung des Bürstenfeuers aus.

Die Anwendung der bekannten Meßmethoden bleibt auf Grund des Platzbedarfes für die Anbringung des fotoelektrischen Wandlers im Strahlungsbereich des Bürstenfeuers auf mittlere und große Maschinen begrenzt.

Ebenso sind solche Maschinen von der Möglichkeit der Messung ausgeschlossen! bei denen auf Grund ihrer 3£on-

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struktiven Gestaltung keine Möglichkeit der direkten visuellen Beobachtung des Bürstenfeuers "besteht·

Die "bisherige Notwendigkeit der Anbringung des fotoele.ktrisoh.en Wandlers an der Bürste "bzw, im unmittelbaren Strahlungsbereich des Bürstenfeuers schränkt die Anwendung der bekannten Meßmethoden auf solche Fälle ein, wo keine Gefahr der mechanischen Beschädigung des fotoelektrischen Wandlers und nicht das Erfordernis der Übertragung der Meßwerte über größere Entfernungen besteht«

Die bisherigen Messungen orientieren sich auf die Bestimmung des zeitlichen Mittelwertes des vom Bürstenfeuer ausgehenden impulsartigen Lichtstromes. Damit ist aber das Meßergebnis von der Entfernung zwischen Strahlungsquelle und Empfänger bekanntermaßen quadratisch abhängig, und es besteht darüber hinaus auf Grund der Breite der nebeneinander angeordneten Bürsten auch eine

' ■ Meß erg ebn is s es
Abhängigkeit des »von der Stellung der optischen Ac.hse des Empfängers zur Bürstenanordnung.

Der Zweck der Erfindung ist die Behebung der bestehenden Mängel, die bei dem bekannten Stand der Technik auftreten·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu entwickeln, die es gestattet, die Burstenfeuerintensitat an elektrischen Kommutatormaschinen beliebiger Bauart unbeeinflußt von Fremdlicht und mechanischen Beanspruchun-

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gen objektiv zu messen, wobei der Abstand des Meßwertaufnehmers vom Meßobjekt innerhalb eines technisch interessanten Bereiches keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben soll und die Übertragbarkeit der Meßergebnisse über größere Entfernungen gewährleistet ist. Die Meßanordnung soll darüber hinaus auch geeignet sein, die Bürstenfeuer— intensität an elektrischen Maschinen mit Schleifringen oder Schleifbahnen objektiv zu beurteilen.

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Anordnung zur objektiven Beurteilung und Messung der Burstenfeuerintensität an einer oder mehreren Bürsten einer Kommutatormaschine ein optischer leiter das von einer Bürstenkante ausgehende Licht oder in vielpoliger Ausführung das von mehreren oder allen Bürstenkanten ausgehende Licht direkt oder bei geschlossenen bzw. halbgeschlossenen Maschinen mittels seiner Reflektion am Maschin en inn enra um indirekt erfaßt , optisch summiert und einer Anordnung zuführt, welches die zeitlich aufeinanderfolgenden short aros hinsichtlich ihrer Brenndauer und Intensität in ein elektrisches Signal umwandelt und eine weitere Anordnung nachgeschaltet ist, die das elektrische Signal bewertet und anzeigt oder registriert. Dabei wird die Anordnung zur Umwandlung des lichtstromes in ein elektrisches Signal selektiv auf die Parameter des vom Bürstenfeuer ausgehenden Liohtstromes abgestimmt und damit das Meßergebnis unbeeinflußbar vom Tageslicht, Licht von Beleuchtungsquellen und dessen Spiegelung an rotierenden Teilen.

Zur Bewertung des vom Bürstenfeuer ausgehenden Lichtstromes und des daraus resultierenden elektrischen Signales

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y/ird entweder die Impulshöhe, die Impulsbreite oder die Impuls leistung innerhalb eines bestimmten Zeitbereiclies in ihrem Mittelwert oder ihrem Spitzenwert linear oder gewiohtet bestimmt und einer Anzeige- oder Registriereinrichtung zugeführt ο Die vorstehend beschriebene Anordnung ist anwendbar in der Typ- und Serienprüfung elektrischer Maschinen zur Bestimmung der Bürstenfeuer— einsatzgrenze, zur Graduierung der Bürstenfeuerintensität und bei zeitlich zugeordneter Darstellung der -das Bürstenfeuer ursächlich beeinflussenden elektrischen und mechanischen Größen der Maschine zur Selektion der Burstenfeuerursache. Sie ist weiterhin anwendbar zur Betriebsüberwachung, Schadensmeldung oder für Schutzzwecke an elektrischen Maschinen« Darüber hinaus kann für elektrische Maschinen in adaptiven Regelkreisen die Stellgeschwindigkeit und Größe der elektrischen und mechanischen Parameter mit .Hilfe der aus der Anordnung gewonnenen Meßgröße optimal bzw« maximal eingestellt werden.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert .werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen·:

Fig. 1 Die Anordnung zur Beurteilung der Burstenfeuerintensität an einer Kommutatormaschine.

Die Anordnung zur Beurteilung der Burstenfeuerintensität besteht in ihren Hauptteilen aus dem optischen Leiter 5, einem opto-elektronischen Wandler 6 und einer Auswerteeinheit 7; 8 β

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Als opto-elektronischer handler wird ein Halbiert erdetektor als integrierter Bestandteil einer selektiv auf die Parameter des Bürstenfeuers abgestimmten Verstärkerschaltung -verwendet. Die Selektivität der Schaltung gewährleistet, daß der Einfluß fremder Lichtquellen auf das Meßergebnis ausgeschlossen wird und nur die vom Bürstenfeuer ausgehenden Lichtimpulse in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt werden. jDie Integration des Halbleiterdetektor mit einem Breitband-Operationsverstärker hoher Güte gestattet auch die Auswertung geringer Lichtintensitäten und damit neben der direkten Erfassung des vom Bürstenfeuer ausgehenden Lichtstromes auch seine indirekte Erfassung durch Messung der Reflektion des Bürstenfeuers, z.B. am Innenraum einer Maschine mittels des optischen Leiters.

Das vom Bürstenfeuer ausgehende Licht wird durch short arcs erzeugt und kann in seinen Parametern durch Intensität und Dauer der zeitlich aufeinander folgenden Einzelimpulse beschrieben werden. Das vom opto-elektronischen Wandler abgegebene Signal ist in seinem zeitlichen Verlauf dem vom optischen Leiter erfaßten Lichtstrom äquivalent. Dieses Signal wird einer aus Bewertungsschaltung und Anzeigeeinrichtung bestehenden Auswerteeinheit zugeführt oder mit einem Oszillographen direkt angezeigt· Die direkte Darstellung am Oszillographen gestattet bei zeitlich zugeordneter Darstellung der das Bürstenfeuer ursächlich beeinflussenden elektrischen und mechanischen Größen der untersuchten Maschine eine Selektion der Burstenfeuerursache.

Die dem opto-elektronischen Wandler erfindungsgemäß nachgestaltete Auswerteeinheit muß geeignet sein, das dem Bürstenfeuer analoge Signal entsprechend dem Grad

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der Gefährdung der Betriebssicherheit und Lebensdauer der untersuchten .!Maschine richtig zu bewerten.^

Auf Grund bekannter physikalischer Gesetzmäßigkeiten besteht zwischen dem Verschleiß der Kontaktpartner (Bürste, Kommutator, Schleifring) und der im Lichtbogen umgesetzten Energie ein direkter Zusammenhang. Für Lichtbogen derart von short arcs, zu denen das Bürstenfeuer.zu rechnen ist, besteht weiterhin eine physikalisch begründete quadratische Abhängigkeit der im Lichtbogen umgesetzten Energie von der Lichtbogenbrenndauer· Damit ist es möglich, für die Bewertung des vom opto-elektronischen Wandler abgegebenen Signales sowohl die Impulsleistung als auch die Impulsdauer oder die Impulshöhe als ICr it er ium heranzuziehen«

Vorzugsweise ist die Bewertung der Impulsdauer für die Beurteilung der Kommutierungsgute elektrischer Maschinen dann geeignet, wenn ein definierter und reproduzierbarer Abstand zwischen optischen Leiter und Gleitkontakt nicht eingehalten werden kann oder durch einen hohen Grad der Verschmutzung des optischen Leiters bzw. der ihn" umgebenden Luft die Lichtintensität nicht über eine längere Dauer proportional erfaßt werden kann·

Fig. 1 stellt mit den Elementen 1,2 und 3 einen Ausschnitt einer Kommutatormaschine dar. Beim Betrieb der Maschine tritt vorzugsv/eise an der ablaufenden Bürstenkante 4 Bürstenfeuer auf, welches mit dem optischen Leiter 5 erfaßt und im opto-elektronischen wandler 6 in äquivalente elektrische Impulse umgewandelt wird. Die

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Bewertungsschaltung 7 formt dieses Signal derart um, daß für die weitere Auswertung nur die Breite der Impulse genutzt werden kann. Bei entsprechend hoher Verstärkung des in Verbindung mit dem opto-elektronischen V/andler 6 eingesetzten Operationsverstärkers hat damit der Abstand zwischen 4 und 5 keinen Einfluß auf das bewertete Meßergebnis.

Je nach den Erfordernissen liefert die Bewertungsschaltung 7 ein dem Tastverhältnis der Impulsfolge oder ein der Impulsfläche proportionales Ausgangssignal, welches mit der Anzeigeeinrichtung 8 zur Anzeige gebracht wird·

Auf Grund der physikalischen Abhängigkeit zwischen dem Verschleiß der Kontaktpartηer, der im Lichtbogen umgesetzten Energie und der Lichtbogenbrenndauer ist das angezeigte Tastverhältnis ein objektives Maß für die Güte der Kommutierung.

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Claims

Pat entansprüche

Anordnung zur objektiven Beurteilung und Messung der Bürstenfeuerintensität an elektrischen Maschinen mit Gleitkontakten, beruhend auf der Erfassung des vom Burstenfeu.er ausgehenden ichtstromes, dessen Umformung in ein elektrisches Signal mit Hilfe eines fotoelektrischen Wandlers und Anzeige mittels eines elektrischen Meßgerätes dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Leiter (5) das von einer ■Bürstenkante (4) ausgehende Licht oder in vielpoli— ger Ausführung das von mehreren oder allen Bürstenkanten ausgehende Licht direkt oder indirekt erfaßt, summiert und zu einem opto-elektronischen ?/andler (6) überträgt, der die von den short arcs ausgehenden Lichtimpulse in ein äquivalentes elektrisches Signal umwandelt und eine weitere Anordnung (7j8) nachgeschaltet ist, die das elektrische Signal bewertet und anzeigt oder registriert.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der opto-elektronische Wandler (6) selektiv auf den vom Bürstenfeuer ausgehenden Lichtstrom abgestimmt und unbeeinflußbar vom Tageslicht, Licht von Beleuchtungsquellen und dessen Spiegelung an rotierenden Teilen ist.

Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewertung des vom Bürstenfeuer ausgehenden Lichtstromes und dem daraus resultierenden elektrischen Signal entweder die Impulshöhe,die Impulsbreite oder die Impulsleistung innerhalb eines bestimmten Zeitbereiches in ihrem Mittelwert oder iiir

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ihrem Spitzenwert linear oder gewichtet bestimmt und der Anzeige- oder Registriereinrichtung zugeführt wird.

4· Anordnung nach den Ansprüchen Λ bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anordnung in der Typ- oder Serienprüfung elektrischer Maschinen zur Bestimmung der Burst enfeuereinsatzgrenze oder zur Graduierung der Burstenfeuerintensität angewendet wird oder.durch zeitlich zugeordnete Darstellung der das Bürstenfeuer ursäohlich beeinflussenden elektrischen und mechanischen Größen der Maschine eine Selektion der Burstenfeuerursache vorgenommen wird.

5· Anordnung nach den Ansprüchen *1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anordnung zur Betriebsüberwachung, Schadensmeldung oder für Schutzzwecke an elektrischen Maschinen verwendet wird.

6· Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit" Hilfe der Meßgröße in adaptiven Re gelkreisen die Stellgeschwindigkeit und Größe der elek-' trischen und mechanischen Parameter für eine elektrische Maschine beeinflußt wird.

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