RU135423U1

RU135423U1 - DEVICE FOR DIAGNOSTIC OF THE STATE OF COMMUTATION OF COLLECTOR ELECTRIC MACHINES

Info

Publication number: RU135423U1
Application number: RU2013131800/28U
Authority: RU
Inventors: Ринат Хасанович Сайфутдинов; Антон Анатольевич Миронов
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-12-10

Abstract

1. Устройство для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины, содержащее фотоэлектрический преобразователь, предназначенный для преобразования светового потока от искрения на коллекторной пластине под сбегающим краем щетки КЭМ в электрический сигнал, устройство для визуализации изображения, предназначенное для преобразования электрического сигнала в видимое изображение, систему синхронизации с соединенными между собой датчиком положения коллектора и устройством для регулируемой задержки импульса, предназначенную для управления фотоэлектрическим преобразователем, при этом оптический вход фотоэлектрического преобразователя оптически связан с сбегающим краем щетки КЭМ, оптический вход датчика положения коллектора, оптически связанный с меткой на коллекторе КЭМ, является входом системы синхронизации, отличающееся тем, что оно снабжено оперативным запоминающим устройством, предназначенным для сохранения сигнала в течение времени обработки, сумматором-накопителем, предназначенным для сложения электрических сигналов и хранения их суммы, элементом совпадения, предназначенным для выполнения операции логическое "И" над электрическими сигналами, при этом выход фотоэлектрического преобразователя соединен с входом оперативного запоминающего устройства, первый выход которого подключен к входу сумматора-накопителя, второй выход - к первому входу элемента совпадения, выход сумматора-накопителя подключен к входу устройства визуализации изображения, выход устройства для регулируемой задержки импульса является выходом системы синхронизации и подключен к второму входу элем�1. A device for diagnosing the switching state of a collector electric machine, comprising a photoelectric converter designed to convert the light flux from sparking on the collector plate under the runaway edge of the KEM brush into an electrical signal, an image visualization device for converting an electric signal into a visible image, a synchronization system with interconnected collector position sensor and a device for adjustable pulse delay started to control the photoelectric converter, while the optical input of the photoelectric converter is optically connected to the runaway edge of the KEM brush, the optical input of the collector position sensor, optically coupled to the mark on the KEM collector, is an input to the synchronization system, characterized in that it is equipped with random-access memory designed to save the signal during the processing time, the adder-drive, designed to add electrical signals and store their sums s, a coincidence element designed to perform the logical AND operation on electrical signals, while the output of the photoelectric converter is connected to the input of random access memory, the first output of which is connected to the input of the adder-drive, the second output is to the first input of the coincidence element, the output of the adder the drive is connected to the input of the image visualization device, the output of the device for adjustable pulse delay is the output of the synchronization system and is connected to the second input of the

Description

Полезная модель относится к области электромеханики, и может быть использовано для испытаний настройки коммутации коллекторных электрических машин.The utility model relates to the field of electromechanics, and can be used to test the tuning settings of commutator electrical machines.

Общеизвестно, что качество коммутации в значительной степени определяет работоспособность коллекторной электрической машины (КЭМ) и ее надежность в эксплуатации.It is well known that the quality of switching largely determines the efficiency of the collector electric machine (KEM) and its reliability in operation.

Известно большое количество методов и устройств для диагностирования состояния коммутации, основанных на измерении различных физических величин, взаимосвязанных с искрением на коллекторных пластинах под сбегающим краем щетки.There are a large number of methods and devices for diagnosing the state of switching, based on the measurement of various physical quantities that are interconnected with sparking on the collector plates under the running edge of the brush.

Проблема известных устройств для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины заключается в низкой точности диагностирования степени искрения на коллекторных пластинах под сбегающим краем щетки КЭМ, что обусловлено неоднозначной связью степени искрения с измеряемыми физическими величинами, а также отсутствием взаимосвязи степени искрения с конкретными коллекторными пластинами.The problem of known devices for diagnosing the commutation state of a collector electric machine is the low accuracy of diagnosing the degree of sparking on the collector plates under the runaway edge of the KEM brush, due to the ambiguous relationship between the degree of sparking and the measured physical quantities, as well as the lack of correlation between the degree of sparking and specific collector plates.

Известно устройство для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины, основанное на визуальном наблюдении световых импульсов искрения на каждой коллекторной пластине [Патент РФ на полезную модель №53020, МПК G01R 31/34 (2006.01). Устройство для диагностики состояния коммутации коллекторных электрических машин. / Р.X. Сайфутдинов (RU); ДВГУПС (RU). - №2005127171/22; заявлено 29.08.2005; опубл. 27.04.2006, Бюл. №12].A device is known for diagnosing the switching state of a collector electric machine, based on visual observation of light pulses of sparking on each collector plate [RF Patent for Utility Model No. 53020, IPC G01R 31/34 (2006.01). Device for diagnosing the commutation state of collector electrical machines. / R.X. Sayfutdinov (RU); DVGUPS (RU). - No. 2005127171/22; claimed 08/29/2005; publ. 04/27/2006, Bull. No. 12].

Устройство для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины содержит оптический синхронизатор, предназначенный для синхронного пропускания светового потока по оптическому каналу, фотоэлектрический преобразователь, предназначенный для преобразования вспышек света искрения под сбегающим краем щетки КЭМ в электрический сигнал, усилитель, предназначенный для увеличения амплитуды электрического сигнала, и устройство для визуализации изображения, предназначенное для преобразования электрического сигнала в видимое изображение.The device for diagnosing the switching state of the collector electric machine includes an optical synchronizer designed to synchronously transmit the light flux through the optical channel, a photoelectric converter designed to convert spark light flashes under the runaway edge of the KEM brush into an electrical signal, an amplifier designed to increase the amplitude of the electrical signal, and image visualization device for converting an electrical signal into a view my image.

Оптический синхронизатор, выполненный в виде механического обтюратора с подвижным и неподвижными щелевыми дисками, расположен между коллекторной пластиной коллектора КЭМ под сбегающим краем щетки и фотоэлектрическим преобразователем.The optical synchronizer, made in the form of a mechanical shutter with movable and fixed slotted disks, is located between the collector plate of the KEM collector under the runaway edge of the brush and the photoelectric converter.

Оптический вход фотоэлектрического преобразователя, выполненного в виде фотодиода, связан оптически через синхронизатор с коллекторной пластиной, расположенной под сбегающим краем щетки, а его выход подключен к входу усилителя. Выход усилителя подключен к входу устройства для визуализации изображения, выполненного в виде электронного осциллографа.The optical input of the photoelectric converter, made in the form of a photodiode, is connected optically via a synchronizer to a collector plate located under the runaway edge of the brush, and its output is connected to the input of the amplifier. The output of the amplifier is connected to the input of the device for visualizing an image made in the form of an electronic oscilloscope.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Для исследования выбирается и маркируется одна из коллекторных пластин.For research, one of the collector plates is selected and marked.

Перед началом испытаний оптический вход фотоэлектрического преобразователя направляется на участок коллектора КЭМ под сбегающим краем ее щетки.Before the test starts, the optical input of the photoelectric converter is directed to the section of the KEM collector under the runaway edge of its brush.

При работе КЭМ синхронно с ее коллектором вращается подвижный диск обтюратора. Обтюратор при подходе исследуемой коллекторной пластины к сбегающему краю щетки открывает оптический канал, благодаря чему становится возможным визуальное наблюдение исследуемой коллекторной пластины и искрения на ней. После прохождения исследуемой коллекторной пластины под сбегающим краем щетки обтюратор закрывает оптический канал, делая невозможным наблюдение остальных коллекторных пластин.During the operation of the KEM, the movable disk of the shutter rotates synchronously with its collector. The obturator when approaching the studied collector plate to the runaway edge of the brush opens the optical channel, which makes it possible to visually observe the studied collector plate and sparking on it. After passing the studied collector plate under the run-down edge of the brush, the obturator closes the optical channel, making it impossible to observe the rest of the collector plates.

При этом открытие и закрытие оптического канала обтюратором происходит постепенно, величина коэффициента пропускания оптического канала при проходе исследуемой коллекторной пластины под сбегающим краем щетки равномерно возрастает, достигая максимума в середине периода коммутации, и затем к концу периода коммутации равномерно снижается до нуля.In this case, the opening and closing of the optical channel by the obturator occurs gradually, the transmittance of the optical channel when passing the studied collector plate under the running edge of the brush increases uniformly, reaching a maximum in the middle of the switching period, and then uniformly decreases to zero by the end of the switching period.

Световой поток от искрения только исследуемой коллекторной пластины при открытом оптическом канале поступает на фотоэлектрический преобразователь, где он преобразуется в электрический сигнал, эквивалентный общей интенсивности искрения на исследуемой коллекторной пластине под сбегающим краем щетки.The luminous flux from sparking of only the collector plate under study with the optical channel open is fed to the photoelectric converter, where it is converted into an electric signal equivalent to the total intensity of sparking on the studied collector plate under the runaway edge of the brush.

Полученный электрический сигнал усиливается в усилителе и подается на вход электронного осциллографа, где преобразуется в видимое изображение в виде импульса с длительностью, пропорциональной времени прохождения исследуемой коллекторной пластины под сбегающим краем щетки, и с амплитудой, пропорциональной интенсивности искрения под сбегающим краем щетки. По длительности и амплитуде импульса на осциллограмме производится оценка интенсивности искрения только на исследуемой коллекторной пластине под сбегающим краем щетки КЭМ. Для получения более достоверной информации о степени искрения КЭМ одновременно с измерением параметров импульсов на экране электронного осциллографа, производится визуальное наблюдение за коллектором КЭМ через синхронизатор.The received electrical signal is amplified in the amplifier and fed to the input of an electronic oscilloscope, where it is converted into a visible image in the form of a pulse with a duration proportional to the transit time of the studied collector plate under the running edge of the brush, and with an amplitude proportional to the intensity of sparking under the running edge of the brush. The duration and amplitude of the pulse on the waveform evaluates the intensity of sparking only on the studied collector plate under the runaway edge of the KEM brush. To obtain more reliable information about the degree of KEM sparking simultaneously with the measurement of pulse parameters on the screen of an electronic oscilloscope, visual observation of the KEM collector through a synchronizer is performed.

При визуальном наблюдении оцениваются дополнительные параметры искрения: длина искрящего края щетки и наличие следов почернения и нагара на исследуемой коллекторной пластине, которыми вместе с интенсивностью искрения характеризуется степень искрения, выраженная в баллах. При этом длина искрящего края щетки фиксируется субъективно, что влияет на оценку степени искрения.During visual observation, additional parameters of sparking are evaluated: the length of the sparkling edge of the brush and the presence of traces of blackening and soot on the studied collector plate, which together with the intensity of sparking characterize the degree of sparking, expressed in points. The length of the sparkling edge of the brush is fixed subjectively, which affects the assessment of the degree of sparking.

Для полного исследования КЭМ аналогичным образом проверяются поочередно все остальные коллекторные пластины.For a complete study of CEM, in a similar manner, all other collector plates are checked alternately.

Оценка технической исправности КЭМ производится по степени искрения в соответствии с ГОСТ 183-74 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия». При степени искрения менее 2 баллов делается вывод о исправности КЭМ: при степени искрения равной 2 баллам и выше - о технической неисправности КЭМ.Evaluation of the KEM technical serviceability is carried out according to the degree of sparking in accordance with GOST 183-74 “Electric rotating machines. General specifications. " When the degree of sparking is less than 2 points, a conclusion is made about the correctness of the KEM: with a degree of sparking equal to 2 points and above, the technical malfunction of the KEM.

Достоинство известного устройства для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины заключается в определенной точности диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины за счет оценки степени искрения для каждой отдельно взятой коллекторной пластины.The advantage of the known device for diagnosing the switching state of the collector electric machine lies in the certain accuracy of the diagnosis of the switching state of the collector electric machine by evaluating the degree of sparking for each individual collector plate.

Однако точность диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины посредством известного устройства остается низкой вследствие низкой достоверности определения степени искрения на исследуемой коллекторной пластине. Это обусловлено тем, что, во-первых, при визуальном восприятии фиксируется только часть истинной картины искрения в силу влияния человеческого фактора, что приводит к потере части информации о степени искрения, искажая сведения об истинном техническом состоянии КЭМ; во-вторых, восприятие и измерение интенсивности искрения неравномерно за счет изменения величины коэффициента пропускания открытого оптического канала по мере поворота коллектора КЭМ.However, the accuracy of diagnosis of the switching state of the collector electric machine by means of the known device remains low due to the low reliability of determining the degree of sparking on the studied collector plate. This is due to the fact that, firstly, with visual perception, only part of the true picture of sparking is recorded due to the influence of the human factor, which leads to the loss of some information about the degree of sparking, distorting information about the true technical condition of the CEM; secondly, the perception and measurement of the intensity of sparking is uneven due to a change in the transmittance of the open optical channel as the CEM collector rotates.

Другим недостатком известного устройства для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины является ограничение его функциональных возможностей, что обусловлено только качественной оценкой степени искрения на исследуемой коллекторной пластине под сбегающим краем щетки за счет субъективной фиксации длины искрящего края щетки.Another disadvantage of the known device for diagnosing the switching state of a collector electric machine is the limitation of its functionality, which is due only to a qualitative assessment of the degree of arcing on the studied collector plate under the runaway edge of the brush due to subjective fixation of the length of the sparking edge of the brush.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является устройство для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины, основанное на визуальном наблюдении световых импульсов искрения на каждой коллекторной пластине [Патент РФ на изобретение №2383030, МПК G01R 31/34 (2006.01), H02K 13/14 (2006.01), H01R 39/58 (2006.01). Устройство для диагностики состояния коммутации коллекторных электрических машин. / Р.X. Сайфутдинов (RU); ДВГУПС (RU). - №2008119263/09; заявлено 15.05.2008; опубл. 27.02.2010, Бюл. №6].Closest to the claimed solution in terms of the essential features is a device for diagnosing the switching state of a collector electric machine, based on visual observation of sparking light pulses on each collector plate [RF Patent for the invention No. 2383030, IPC G01R 31/34 (2006.01), H02K 13 / 14 (2006.01), H01R 39/58 (2006.01). Device for diagnosing the commutation state of collector electrical machines. / R.X. Sayfutdinov (RU); DVGUPS (RU). - No. 2008119263/09; claimed May 15, 2008; publ. 02/27/2010, Bull. No. 6].

Устройство для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины содержит оптический синхронизатор, предназначенный для синхронного пропускания светового потока по оптическому каналу, систему синхронизации, предназначенную для управления открытием и закрытием оптического синхронизатора, фотоэлектрический преобразователь, предназначенный для преобразования вспышек света искрения под сбегающим краем щетки КЭМ в электрический сигнал, усилитель, предназначенный для увеличения амплитуды электрического сигнала, и устройство для визуализации изображения, предназначенное для преобразования электрического сигнала в видимое изображение.A device for diagnosing the commutation state of a collector electric machine contains an optical synchronizer designed to synchronously transmit the light flux through the optical channel, a synchronization system designed to control the opening and closing of the optical synchronizer, a photoelectric converter designed to convert sparking light flashes under the runaway edge of the KEM brush into an electric one signal, an amplifier designed to increase the amplitude of the electric signal, and an image visualization device for converting an electrical signal into a visible image.

Оптический синхронизатор, выполненный в виде электрооптического модулятора светового потока, расположен между коллекторной пластиной коллектора КЭМ под сбегающим краем щетки и фотоэлектрическим преобразователем. Фотоэлектрический преобразователь выполнен в виде фотодиода.The optical synchronizer, made in the form of an electro-optical light flux modulator, is located between the collector plate of the KEM collector under the runaway edge of the brush and the photoelectric converter. The photoelectric converter is made in the form of a photodiode.

Система синхронизации включает датчик положения коллектора КЭМ, устройство для регулируемой задержки импульсов и импульсный усилитель. Вход датчика положения коллектора КЭМ является входом системы синхронизации, а выход импульсного усилителя - выходом системы синхронизации. Вход датчика положения оптически связан со светоотражающей меткой на коллекторе КЭМ, нанесенной на петушковую часть одной из коллекторных пластин и имеющей угловой размер, равный угловому размеру коллекторной пластины. Выход датчика синхронизации подключен к устройству для регулируемой задержки импульсов. Выход устройства для регулируемой задержки импульсов подключен к входу импульсного усилителя.The synchronization system includes a KEM collector position sensor, a device for adjustable pulse delay, and a pulse amplifier. The input of the KEM collector position sensor is the input of the synchronization system, and the output of the pulse amplifier is the output of the synchronization system. The position sensor input is optically coupled to a reflective mark on the KEM collector deposited on the cockerel part of one of the collector plates and having an angular size equal to the angular size of the collector plate. The output of the synchronization sensor is connected to the device for adjustable pulse delay. The output of the device for adjustable pulse delay is connected to the input of a pulse amplifier.

Оптический вход фотоэлектрического преобразователя связан оптически через синхронизатор с коллекторной пластиной, расположенной под сбегающим краем щетки, а его выход подключен к входу усилителя. Выход усилителя подключен к входу устройства для визуализации изображения, выполненного в виде электронного осциллографа.The optical input of the photoelectric converter is connected optically through a synchronizer to a collector plate located under the runaway edge of the brush, and its output is connected to the input of the amplifier. The output of the amplifier is connected to the input of the device for visualizing an image made in the form of an electronic oscilloscope.

Перед началом работы на петушковую часть одной из коллекторных пластин наносится светоотражающая метка, также выбирается и маркируется одна из коллекторных пластин.Before starting work, a reflective mark is applied to the cockerel part of one of the collector plates, and one of the collector plates is also selected and marked.

При работе КЭМ во время прохождения светоотражающей метки мимо датчика положения коллектора, последним формируется электрический синхроимпульс, длительность которого равна времени прохождения коллекторной пластины под сбегающим краем щетки. Сформированный электрический синхроимпульс подается на устройство для регулируемой задержки импульса, которым задерживается на время подхода исследуемой пластины под сбегающий край щетки.During the operation of the KEM during the passage of the retro-reflective mark past the collector position sensor, the electric sync pulse is formed last, the duration of which is equal to the transit time of the collector plate under the runaway edge of the brush. The generated electrical clock is supplied to the device for an adjustable pulse delay, which is delayed by the approach of the studied plate under the running edge of the brush.

В момент подхода исследуемой коллекторной пластины под сбегающий край щетки задержанный синхроимпульс подается на импульсный усилитель и далее усиленный синхроимпульс поступает на синхронизатор, который, практически мгновенно открывает оптический канал. Во время действия синхроимпульса оптический канал открыт, световой поток от искрения проходит через оптический канал, но в силу оптических свойств только ½ светового потока проходит через оптический канал, остальная же часть задерживается синхронизатором.At the moment of the approach of the studied collector plate under the running edge of the brush, the delayed clock is fed to the pulse amplifier and then the amplified clock goes to the synchronizer, which almost instantly opens the optical channel. During the action of the clock, the optical channel is open, the light flux from sparking passes through the optical channel, but due to the optical properties, only ½ of the light flux passes through the optical channel, while the rest is delayed by the synchronizer.

После прекращения воздействия синхроимпульса на синхронизатор мгновенно закрывает оптический канал.After the termination of the action of the clock on the synchronizer instantly closes the optical channel.

Световой поток от искрения только исследуемой коллекторной пластины при открытом оптическом канале поступает на фотоэлектрический преобразователь, где он преобразуется в электрический сигнал, эквивалентный интенсивности искрения на коллекторной пластине под сбегающим краем щетки. Полученный электрический сигнал проходит через усилитель, в котором при сохранении его временных параметров увеличивается амплитуда сигнала.The luminous flux from sparking only the collector plate under study with an open optical channel enters the photoelectric converter, where it is converted into an electrical signal equivalent to the intensity of sparking on the collector plate under the runaway edge of the brush. The resulting electrical signal passes through an amplifier, in which, while maintaining its time parameters, the signal amplitude increases.

Усиленный сигнал подается на вход электронного осциллографа, где преобразуется в видимое изображение в виде импульса с длительностью, пропорциональной времени прохождения исследуемой коллекторной пластины под сбегающим краем щетки, и с амплитудой, пропорциональной интенсивности искрения под сбегающим краем щетки.The amplified signal is fed to the input of an electronic oscilloscope, where it is converted into a visible image in the form of a pulse with a duration proportional to the transit time of the studied collector plate under the running edge of the brush, and with an amplitude proportional to the intensity of sparking under the running edge of the brush.

По величине длительности и амплитуды импульса на осциллограмме производится оценка интенсивности искрения под сбегающим краем щетки КЭМ только для исследуемой коллекторной пластины.The magnitude of the duration and amplitude of the pulse on the waveform evaluates the intensity of sparking under the runaway edge of the KEM brush only for the studied collector plate.

Для получения более достоверной информации о степени искрения КЭМ одновременно производится визуальное наблюдение за коллектором КЭМ через синхронизатор. При визуальном наблюдении оцениваются дополнительные параметры: длина искрящего края щетки, наличие вылетающих искр и наличие следов почернения и нагара на исследуемой коллекторной пластине, которые вместе с интенсивностью искрения качественно характеризуют степень искрения, выраженную в баллах. При этом длина искрящего края щетки фиксируется субъективно, что влияет на оценку степени искрения.To obtain more reliable information about the degree of KEM sparking, a visual observation of the KEM collector through a synchronizer is simultaneously performed. During visual observation, additional parameters are evaluated: the length of the sparkling edge of the brush, the presence of flying sparks and the presence of traces of blackening and soot on the studied collector plate, which together with the intensity of sparking qualitatively characterize the degree of sparking, expressed in points. The length of the sparkling edge of the brush is fixed subjectively, which affects the assessment of the degree of sparking.

Оценка технической исправности КЭМ производится соответствии с ГОСТ 183-74 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия» по степени искрения, которую в баллах оценивает испытатель.Assessment of the technical health of KEM is carried out in accordance with GOST 183-74 “Electric rotating machines. General technical conditions ”according to the degree of sparking, which is evaluated by the tester in points.

При степени искрения менее 2 баллов делается вывод об исправности КЭМ, при степени искрения 2 балла и выше - о технической неисправности КЭМ.If the degree of sparking is less than 2 points, a conclusion is made about the correctness of the KEM, with a degree of sparking 2 points and above, the technical malfunction of the KEM.

Достоинство известного устройства для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины заключается в повышении точности диагностики искрения под сбегающим краем щетки на отдельных коллекторных пластинах, что обусловлено обеспечением постоянной величины коэффициента пропускания оптического канала в период его открытого состояния, приводящего к исключению потери части информации о степени искрения.The advantage of the known device for diagnosing the switching state of a collector electric machine is to increase the accuracy of diagnostics of sparking under the runaway edge of the brush on individual collector plates, which is due to the provision of a constant transmittance of the optical channel during its open state, which eliminates the loss of some information about the degree of sparking.

Однако обеспечиваемая известным устройством для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины точность диагностики состояния коммутации КЭМ остается недостаточной. Это обусловлено искажением информации о степени искрения за счет субъективного человеческого фактора, позволяющего визуально фиксировать только часть истинной картины искрения, а также за счет низкой величины коэффициента пропускания оптического канала.However, the accuracy of diagnostics of the state of switching of the KEM switching provided by the known device for diagnosing the switching state of the collector electric machine remains insufficient. This is due to the distortion of information about the degree of sparking due to the subjective human factor, which allows visually fixing only part of the true picture of sparking, as well as due to the low transmittance of the optical channel.

Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке устройства для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины, позволяющего повысить точность диагностики состояния коммутации КЭМ за счет получения полной информации о степени искрения за большое число оборотов коллектора КЭМ, а также за счет увеличения величины коэффициента пропускания оптического канала в открытом состоянииThe problem solved by the utility model is to develop a device for diagnosing the commutation state of a collector electric machine, which allows to increase the accuracy of diagnostics of the KEM commutation state by obtaining complete information about the degree of arcing over a large number of revolutions of the KEM collector, as well as by increasing the transmittance of the optical channel in open condition

Для решения поставленной задачи устройство для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины, содержащее фотоэлектрический преобразователь, предназначенный для преобразования светового потока от искрения на коллекторной пластине под сбегающим краем щетки КЭМ в электрический сигнал, устройство для визуализации изображения, предназначенное для преобразования электрического сигнала в видимое изображение, систему синхронизации с соединенными между собой датчиком положения коллектора и устройством для регулируемой задержки импульса, предназначенную для управления фотоэлектрическим преобразователем, при этом оптический вход фотоэлектрического преобразователя оптически связан со сбегающим краем щетки КЭМ, оптический вход датчика положения коллектора является входом системы синхронизации и оптически связан с меткой на коллекторе КЭМ, оно снабжено оперативным запоминающим устройством, предназначенным для сохранения сигнала в течение времени обработки, сумматором-накопителем, предназначенным для сложения электрических сигналов и хранения их суммы, элементом совпадения, предназначенным для выполнения операции логическое «И» над электрическими сигналами, при этом выход фотоэлектрического преобразователя соединен с входом оперативного запоминающего устройства, первый информационный выход которого подключен к первому входу сумматора-накопителя, второй выход готовности - к первому входу элемента совпадения, выход сумматора-накопителя подключен к входу устройства визуализации изображения, выход устройства для регулируемой задержки импульса является выходом системы синхронизации и подключен к второму входу элемента совпадения, выход которого соединен с управляющим входом фотоэлектрического преобразователя, а в качестве фотоэлектрического преобразователя выбран матричный фотоэлектрический преобразователь.To solve the problem, a device for diagnosing the switching state of a collector electric machine, containing a photoelectric converter, designed to convert the light flux from sparking on the collector plate under the runaway edge of the KEM brush into an electrical signal, an image visualization device designed to convert an electric signal into a visible image, synchronization system with interconnected collector position sensor and device for regulating of the pulse delay, designed to control the photoelectric converter, the optical input of the photoelectric converter is optically connected to the runaway edge of the KEM brush, the optical input of the collector position sensor is the input of the synchronization system and is optically connected to the mark on the KEM collector, it is equipped with random access memory designed for save the signal during the processing time, the adder-drive, designed to add electrical signals and storage their sum, a coincidence element, designed to perform the logical AND operation on electrical signals, while the output of the photoelectric converter is connected to the input of random access memory, the first information output of which is connected to the first input of the accumulator-drive, the second readiness output to the first input of the element coincidence, the output of the accumulator-drive is connected to the input of the image visualization device, the output of the device for adjustable pulse delay is the output of the syn timing and is connected to the second input of the coincidence element, the output of which is connected to the control input of the photoelectric converter, and a matrix photoelectric converter is selected as the photoelectric converter.

В качестве матричного фотоэлектрического преобразователя выбрана ПЗС-матрица с буферизацией столбцов.As a matrix photoelectric converter, a CCD matrix with column buffering was selected.

Введение в устройство для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины оперативного запоминающего устройства, сумматора-накопителя, элемента совпадения, приводящее к новым взаимосвязям элементов в устройстве, отличает заявляемое решение от прототипа, что свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности полезной модели «новизна».The introduction to the device for diagnosing the switching state of the collector electric machine of random access memory, an adder-drive, a matching element, leading to new interconnections of elements in the device, distinguishes the claimed solution from the prototype, which indicates the compliance of the claimed solution with the patentability criterion of the utility model “novelty”.

Введение в устройство для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины оперативного запоминающего устройства, сумматора-накопителя, элемента совпадения с образованием новых взаимосвязей элементов в устройстве приводит к повышению точности диагностики состояния коммутации КЭМ за счет получения полной информации о степени искрения, а также за счет увеличения величины коэффициента пропускания оптического канала в открытом состоянии и уменьшения его в закрытом состоянии.The introduction into the device for diagnosing the switching state of the collector electric machine of random access memory, the adder-drive, a matching element with the formation of new interconnections of elements in the device leads to an increase in the accuracy of diagnosis of the switching state of the KEM by obtaining complete information about the degree of arcing, and also by increasing transmittance of the optical channel in the open state and reduce it in the closed state.

На фигуре представлена функциональная схема устройства для диагностики состояния коммутации КЭМ, подтверждающая промышленную применимость и работоспособность заявляемой полезной модели.The figure shows a functional diagram of a device for diagnosing the state of switching KEM, confirming the industrial applicability and performance of the claimed utility model.

Устройство для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины содержит фотоэлектрический преобразователь 1, предназначенный для преобразования светового потока от искрения на коллекторной пластине под сбегающим краем щетки КЭМ в электрический сигнал, оперативное запоминающее устройство 2, предназначенное для сохранения сигнала в течение времени обработки, сумматор-накопитель 3, предназначенный для сложения электрических сигналов и хранения их суммы, устройство для визуализации изображения 4, предназначенное для преобразования электрического сигнала в видимое изображение, систему синхронизации 5, предназначенную для управления фотоэлектрическим преобразователем, элемент совпадения 6, предназначенный для выполнения операции логическое «И» над электрическими сигналами,A device for diagnosing the switching state of a collector electric machine contains a photoelectric converter 1, designed to convert the light flux from sparking on the collector plate under the runaway edge of the KEM brush into an electrical signal, random access memory 2, used to save the signal during processing time, accumulator 3 designed to add electrical signals and store their sum, a device for image visualization 4, designed to converting an electric signal into a visible image, the synchronization system 5 for controlling the photoelectric converter element matching 6 for performing a logical operation "AND" of electrical signals,

Фотоэлектрический преобразователь 1 представляет собой интегральную микросхему - ПЗС-матрицу с буферизацией столбцов.The photoelectric converter 1 is an integrated circuit - a CCD matrix with column buffering.

Система синхронизации 5 содержит датчик положения коллектора 7 и устройство для регулируемой задержки импульса 8. Входом системы синхронизации 5 является оптический вход датчика положения коллектора 7, а ее выходом - электрический выход устройства для регулируемой задержки импульса 8. Выход датчика положения коллектора 7 подключен к входу устройства для регулируемой задержки импульса 8.The synchronization system 5 contains a collector position sensor 7 and a device for adjustable pulse delay 8. The input of the synchronization system 5 is the optical input of the collector position sensor 7, and its output is the electrical output of the device for adjustable pulse delay 8. The output of the collector position sensor 7 is connected to the input of the device for adjustable pulse delay 8.

Оптический вход фотоэлектрического преобразователя 1 оптически связан с сбегающим краем 9 щетки КЭМ. Электрический выход фотоэлектрического преобразователя 1 соединен с входом оперативного запоминающего устройства 2. Первый выход оперативного запоминающего устройства подключен к входу сумматора-накопителя 3, а второй выход оперативного запоминающего устройства - к первому входу элемента совпадения 6. Выход сумматора-накопителя 3 подключен к входу устройства для визуализации изображения 4.The optical input of the photoelectric converter 1 is optically coupled to the runaway edge 9 of the KEM brush. The electrical output of the photoelectric converter 1 is connected to the input of random access memory 2. The first output of random access memory is connected to the input of the adder-drive 3, and the second output of random access memory is connected to the first input of the matching element 6. The output of the adder-drive 3 is connected to the input of the device for image renderings 4.

Вход системы синхронизации 5 оптически связан со светоотражающей меткой на коллекторе КЭМ, а его выход системы синхронизации 5 подключен ко второму входу элемента совпадения 6, выход которого соединен с управляющим входом фотоэлектрического преобразователя 1.The input of the synchronization system 5 is optically connected to the retro-reflective mark on the KEM collector, and its output of the synchronization system 5 is connected to the second input of the coincidence element 6, the output of which is connected to the control input of the photoelectric converter 1.

Устройство для диагностики состояния коммутации КЭМ работает следующим образом.A device for diagnosing the state of switching KEM works as follows.

Перед началом исследования на петушковую часть одной из коллекторных пластин наносится светоотражающая метка, также выбирается и маркируется исследуемая коллекторная пластина.Before starting the study, a reflective mark is applied to the cockerel part of one of the collector plates, and the studied collector plate is also selected and marked.

При работе КЭМ световой поток от искрения полностью попадает на фотоэлектрический преобразователь 1, благодаря чему оптический канал в открытом состоянии имеет коэффициент пропускания близкий к 1.During CEM operation, the light flux from sparking completely enters the photoelectric converter 1, due to which the optical channel in the open state has a transmittance close to 1.

После включения устройства диагностики состояния коммутации КЭМ в оперативном запоминающем устройстве 2 формируется электрический сигнал готовности.After turning on the device for diagnosing the switching state of the KEM in the random access memory 2, an electrical readiness signal is generated.

При работе КЭМ в момент прохождения светоотражающей метки в зоне действия датчика положения коллектора 7 в нем формируется электрический синхроимпульс, длительность которого равна времени прохождения коллекторной пластины под сбегающим краем щетки 9.When the KEM is operating at the moment of passing the reflective mark in the area of action of the collector position sensor 7, an electrical sync pulse is formed in it, the duration of which is equal to the transit time of the collector plate under the running edge of the brush 9.

Сформированный электрический синхроимпульс, поступая в устройство для регулируемой задержки импульса 8, задерживается им на время подхода исследуемой пластины под сбегающий край щетки 9.Formed electric clock, entering the device for an adjustable delay of the pulse 8, is delayed by him for the time of approach of the investigated plate under the runaway edge of the brush 9.

Задержанный синхроимпульс из системы синхронизации и сигнал готовности из оперативного запоминающего устройства поступают в элемент совпадения. При одновременном поступлении задержанного синхроимпульса и сигнала готовности в устройство совпадения 6 оно пропускает задержанный синхроимпульс на фотоэлектрический преобразователь 1.The delayed clock from the synchronization system and the ready signal from the random access memory are sent to the coincidence element. With the simultaneous receipt of the delayed clock and the ready signal to the coincidence device 6, it passes the delayed clock to the photoelectric converter 1.

При воздействии синхроимпульса на фотоэлектрический преобразователь 1 световой поток от искрения на исследуемой коллекторной пластине под сбегающим краем щетки 9 преобразуется им в электрический сигнал, эквивалентный изображению искрения на исследуемой коллекторной пластине под сбегающим краем щетки. Полученный электрический сигнал буферизируется после прекращения действия синхроимпульса и поступает в оперативное запоминающее устройство 2.When the sync pulse acts on the photoelectric converter 1, the light flux from sparking on the studied collector plate under the runaway edge of the brush 9 is converted by it into an electric signal equivalent to the image of sparking on the studied collector plate under the runaway edge of the brush. The resulting electrical signal is buffered after the cessation of the clock and enters the random access memory 2.

Из оперативного запоминающего устройства 2 полученный сигнал подается в сумматор-накопитель 3, где складывается с предыдущими сигналами, эквивалентными изображениям искрения на исследуемой коллекторной пластине при предыдущих оборотах КЭМ.From the random access memory 2, the received signal is fed to the adder-drive 3, where it is added to the previous signals equivalent to the images of sparking on the collector plate under study at previous revisions of the KEM.

На выходе сумматора-накопителя 3 формируется электрический сигнал, эквивалентный сумме изображений искрения на исследуемой коллекторной пластине под сбегающим краем щетки за несколько оборотов, который подается на устройство для визуализации изображения 4, где преобразуется в видимое изображение. Таким образом, на устройстве для визуализации изображения отображается изображение полной картины искрения на исследуемой коллекторной пластине под сбегающим краем щетки,An electric signal is generated at the output of the accumulator-drive 3, which is equivalent to the sum of the sparking images on the collector plate under study under the runaway edge of the brush for several revolutions, which is fed to the image visualization device 4, where it is converted into a visible image. Thus, on the device for image visualization, an image of the full pattern of sparking is displayed on the investigated collector plate under the runaway edge of the brush,

По полученному видимому изображению производится визуальная оценка длины искрящего края щетки, интенсивности искрения на исследуемой пластине под сбегающим краем щетки 9 и наличия следов нагара и почернений на исследуемой коллекторной пластине. По перечисленным параметрам определяется степень искрения на исследуемой коллекторной пластине под сбегающим краем щетки 9.Based on the visible image obtained, a visual assessment is made of the length of the sparkling edge of the brush, the intensity of sparking on the test plate under the runaway edge of the brush 9, and the presence of traces of soot and blackening on the test collector plate. The above parameters determine the degree of sparking on the studied collector plate under the runaway edge of the brush 9.

Оценка технической исправности КЭМ производится по степени искрения в соответствии с ГОСТ 183-74. При степени искрения менее 2 баллов делается вывод о исправности КЭМ, при степени искрения 2 балла и выше - о технической неисправности КЭМ.Assessment of the technical health of the KEM is carried out according to the degree of sparking in accordance with GOST 183-74. If the degree of sparking is less than 2 points, a conclusion is made about the correctness of the KEM, with a degree of sparking 2 points and above, the technical malfunction of the KEM.

Фиксация информации за большое число оборотов отражает полную картину искрения под сбегающим краем щетки, что делает эту информацию более достоверной и позволяет точнее оценить степень искрения под сбегающим краем щетки.The recording of information over a large number of revolutions reflects the complete picture of sparking under the running edge of the brush, which makes this information more reliable and allows you to more accurately assess the degree of sparking under the running edge of the brush.

Опытная проверка работоспособности устройства для диагностики состояния коммутации КЭМ проведена в лаборатории «Электрические машины» ДВГУПС. Для испытания использована коллекторная электрическая машина ПО-550.An experimental test of the operability of the device for diagnosing the state of switching KEM was carried out in the laboratory “Electric machines” DVGUPS. For testing, the electric collector machine PO-550 was used.

При осуществлении конкретного устройства для диагностики состояния коммутации КЭМ в качестве фотоэлектрического преобразователя 1 выбрана интегральная микросхема ICX404AL. Оперативное запоминающее устройство 2, сумматор-накопитель 3 и элемент совпадения 6 объединены в микросхеме ВСМ2835. В качестве устройства для визуализации изображения 4 выбран монитор SAMSUNG S20B300N. В качестве датчика положения коллектора 7 выбраны светодиод АЛ307, фотодиод ФД5 и операционный усилитель К157УД2. Устройство для регулируемой задержки импульса 8 выполнено на микросхемах серии 564.When implementing a specific device for diagnosing the switching state of the KEM, the integrated circuit ICX404AL is selected as the photoelectric converter 1. The random access memory 2, the adder-drive 3 and the coincidence element 6 are combined in the BCM2835 chip. As a device for visualizing image 4, the SAMSUNG S20B300N monitor was selected. The AL307 LED, the PD5 photodiode, and the K157UD2 operational amplifier were selected as the collector 7 position sensor. The device for adjustable pulse delay 8 is made on a series 564 chips.

Диагностика состояния коммутации КЭМ проведена на шестидесяти коллекторных пластинах. Результаты диагностирования приведены в таблицеDiagnosis of the state of switching KEM carried out on sixty collector plates. Diagnostic results are shown in the table.

ТаблицаTable Количество пластин с допустимой степенью искренияThe number of plates with an acceptable degree of sparking Количество пластин с недопустимой степенью искренияThe number of plates with an unacceptable degree of sparking Устройство-прототипPrototype device 2626 1616 Заявляемое устройствоThe inventive device 2323 1919

Заявляемое устройство при реализации позволяет повысить точность диагностирования степени искрения на каждой коллекторной пластине на 10% по сравнению с устройством-прототипом.The inventive device during implementation allows to increase the accuracy of diagnosing the degree of sparking on each collector plate by 10% compared with the prototype device.

Claims

1. A device for diagnosing the switching state of a collector electric machine, comprising a photoelectric converter designed to convert the light flux from sparking on the collector plate under the runaway edge of the KEM brush into an electrical signal, an image visualization device for converting an electric signal into a visible image, a synchronization system with interconnected collector position sensor and a device for adjustable pulse delay started to control the photoelectric converter, while the optical input of the photoelectric converter is optically connected to the runaway edge of the KEM brush, the optical input of the collector position sensor, optically coupled to the mark on the KEM collector, is an input to the synchronization system, characterized in that it is equipped with random-access memory designed to save the signal during the processing time, the adder-drive, designed to add electrical signals and store their sums s, a coincidence element designed to perform the logical AND operation on electrical signals, while the output of the photoelectric converter is connected to the input of random access memory, the first output of which is connected to the input of the adder-drive, the second output is to the first input of the coincidence element, the output of the adder the drive is connected to the input of the image visualization device, the output of the device for adjustable pulse delay is the output of the synchronization system and is connected to the second input of the coagulant match, the output of which is connected to a control input of the photoelectric converter, and the matrix is selected as the photoelectric converter of the photoelectric converter.

2. A device for diagnosing the switching state of a collector electric machine according to claim 1, characterized in that a CCD matrix with column buffering is selected as the matrix photoelectric converter.