RU67284U1 - Устройство индикации искрения коллекторных электрических машин постоянного тока с разрезными щетками - Google Patents

Устройство индикации искрения коллекторных электрических машин постоянного тока с разрезными щетками Download PDF

Info

Publication number
RU67284U1
RU67284U1 RU2007105010/22U RU2007105010U RU67284U1 RU 67284 U1 RU67284 U1 RU 67284U1 RU 2007105010/22 U RU2007105010/22 U RU 2007105010/22U RU 2007105010 U RU2007105010 U RU 2007105010U RU 67284 U1 RU67284 U1 RU 67284U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
brush
sparking
primary windings
current
transformer
Prior art date
Application number
RU2007105010/22U
Other languages
English (en)
Inventor
Олег Лазаревич Рапопорт
Анатолий Борисович Цукублин
Александр Александрович Осадченко
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет
Priority to RU2007105010/22U priority Critical patent/RU67284U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU67284U1 publication Critical patent/RU67284U1/ru

Links

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

Устройство индикации искрения коллекторных электрических машин постоянного тока с разрезными щетками, выполненное в виде трансформатора тока установленного на одном из щеткодержателей. Трансформатор содержит две первичные обмотки, включенные встречно, при этом выводные канатики разных частей разрезной щетки подключены к разным первичным обмоткам, а общая точка первичных обмоток соединена со щеткодержателем. Во вторичную обмотку трансформатора включено нагрузочное сопротивление, параллельно которому подключен регистрирующий прибор. При этом измеряется дополнительный ток iК, возникающий при реверсировании направления тока через секцию в момент, когда эта секция накоротко замкнута обеими частями щетки. Для оценки интенсивности искрения, регистрирующий прибор соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход которого подключен к переносному компьютеру, в котором обеспечивается обработка полученных сигналов, их тарирование, например, в соответствии со шкалой интенсивности искрения в баллах, и представление на экране монитора. Повышенная чувствительность данного устройства индикации обусловлена тем, что с нагрузочного сопротивления вторичной обмотки снимается сигнал, пропорциональный удвоенному значению дополнительного тока ik. При этом устраняется необходимость в дополнительных схемах, устраняющих помехи и повышающих чувствительность аппаратуры. Устройство индикации искрения по данной полезной модели, не требует какого-либо изменения конструкции щеточно-коллекторного узла.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к устройствам, конструктивно связанным с токосъемником и служащим для индикации его состояния, например указывающие степень искрения щетки при испытаниях электрических машин, а также в процессе их эксплуатации.
В электрических машинах постоянного тока щетки используются для контакта с коллекторными пластинами коллектора, установленного на роторе. При работе машины между щетками и коллекторными пластинами или поверхностью коллектора может возникать искрение, которое даже при низком значении напряжения питания может вызвать повреждение поверхности коллектора. Если искрение не контролируется, и не принимаются соответствующие меры, оно ведет к значительным повреждениям коллекторных пластин и якорной обмотки, приводя к остановкам машины и дорогостоящим ремонтам. Контроль искрения щеток, следовательно, имеет большое значение. Известно большое число факторов вызывающих искрообразование на коллекторе, наиболее влияющими среди которых являются факторы электромагнитной природы. Точное обнаружение искрения щеток, особенно при низких его уровнях, вызывает существенные трудности в некоторых машинах из-за присутствия высокоамплитудных шумов, являющихся результатом коммутации преобразователей или других электронных устройств в системах питания коллекторных машин постоянного тока, и проявляющихся на тех же частотах, на которых наблюдается искрение щеток. В связи с этим существует насущная необходимость в недорогих устройствах, способных обеспечить контроль искрения.
Известны устройства для отслеживания различных типов искрения путем использования антенны, помещаемой на периферии щетки электрической машины, которая регистрирует электромагнитные волны в результате искрения щетки (JP 57049870; США 4577151). Радиочастотные сигналы, принимаемые антенной, усиливаются, демодулируются, и затем поступают на регистрирующее устройство, где анализируются элементы, характеризующие искрение щеток. Недостатками способа является то, что они требуют установки определенным образом специальных элементов, а также требуют сложной схемы устранения сигналов шума из-за больших помех, воспринимаемых антенной.
Патенты США №№3653019, 4058804, 4163227 и 4451786 описывают способы и оборудование для отслеживания искрения, в которых сигналы для этой цели снимаются непосредственно со щеток. Главная цель этих изобретений - отделить полезные сигналы от сигналов, вызванных искрением щеток и сигналов помех.
Для того, чтобы получить эти сигналы, необходимо предусмотреть специальные отводы (отпайки) на щетках. Сигналы помехи в данном случае являются сигналами, частотный диапазон которых совпадает с диапазоном полезного сигнала. В этом случае специальная схема пропускания используется для подавления сигналов помех, т.е., пики сигнала помех, которые возникают периодически и определенным образом распознаются, используются для того, чтобы предотвратить достижение сигналом помех регистрируемого уровня, или для того, чтобы открыть временное окно действительного наблюдения только после определенного времени после появления сигнала помехи. Недостатком таких устройств является то, что в период времени, когда производится гашение сигнала помехи, невозможно произвести никаких измерений. А этот период может составлять существенную часть общего времени.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство для регистрации искрения коллекторных электрических машин по авторскому свидетельству SU 1029110. Устройство содержит катушки из токопроводящего изолированного провода, соединенные с регистрирующим прибором, рабочую щетку, выполненную с прорезями, которые разделяют ее рабочую поверхность на три части - сбегающий край, среднюю часть и набегающий край. При этом катушки намотаны на ферритовые кольца, размещенные в теле щетки над прорезями, оси отверстий которых расположены нормально к продольной оси щетки, а через отверстия ферритовых колец пропущены токопроводящие стержни, контактирующие своими концами с телом щетки и сбегающим или набегающим ее краями. Основным недостатком указанной конструкции является ее сложность, обусловленная необходимостью расположения трансформатора в теле самой щетки для того, чтобы снизить помехи и повысить чувствительность измерений.
Целью полезной модели является упрощение устройства индикации искрения на коллекторе электрической машины постоянного тока с разрезными щетками, возможность его установки без препарирования конструкции электрической машины, с одновременным повышением чувствительности и помехоустойчивости. Кроме того, целью полезной модели является обеспечение тарировки измеренных величин интенсивности искрения по шкале бальности искрения, принятой в ГОСТ 183-74 с визуальным представлением на экране монитора.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве индикации искрения, также как и в прототипе, используются катушки из токопроводящего изолированного провода, соединенные с регистрирующим прибором, намотанные на ферритовый сердечник, образующие вместе с ним трансформатор тока. В отличие от прототипа, трансформатор тока установленный на одном из щеткодержателей, содержит две первичные обмотки, включенные встречно, при этом выводные канатики разных частей разрезной щетки подключаются к разным первичным
обмоткам, а общая точка первичных обмоток соединена со щеткодержателем. Во вторичную обмотку трансформатора включено нагрузочное сопротивление, параллельно которому подключен регистрирующий прибор.
Для оценки величины искрения, регистрирующий прибор соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход которого подключен к переносному компьютеру, в котором обеспечивается обработка полученных сигналов, их тарирование в соответствии со шкалой бальности и представление на экране монитора.
Далее сущность полезной модели поясняется рисунками, на которых представлено: на фиг.1 - схематический вид устройства индикации искрения, на фиг.2 - схема работы щеточно-коллекторного узла с разрезной щеткой и на фиг.3а, 3b - осциллограммы тока, снятые с нагрузочного сопротивления вторичной обмотки трансформатора тока.
Показанное на фиг.1 и фиг.2 устройство индикации искрения состоит из трансформатора тока 1, две встречно включенные первичные обмотки 2 и 3 которого подсоединены соответственно к двум частям разрезной щетки 4 и 5, между которыми имеется изолирующий слой 6. Первичные обмотки 2 и 3 намотаны на тороидальный сердечник 7. В цепь вторичной обмотки 8 указанного трансформатора включено нагрузочное сопротивление 9, с которого снимаются сигналы, характеризующие интенсивность искрения с помощью вольтметра 10. Кроме того, для оценки величины искрения и представления ее в удобном для оператора виде, сигналы искрения оцифровываются устройством 11, и обрабатываются с помощью специальной программы на компьютере 12 с визуальным представлением на экране монитора, например, в шкале баллов интенсивности искрения по ГОСТу 183-74. Коллектор электрического двигателя обозначен цифрой 13.
Для объяснения работы устройства обратимся к фиг.2, где схематически показана часть щеточно-коллекторного узла с разрезной щеткой, состоящей из частей 4 и 5, коллектора 13 с коллекторными пластинами 14, 15 и 16 и секциями якорной обмотки 17, 18, 19, соединенными между соответствующими пластинами.
Допустим, что при вращении якоря электрической машины коллекторные пластины перемещаются относительно щеток 4 и 5 в направлении, указанном стрелкой. Если отдельные части щетки 4 и 5 изолированы друг от друга, то в момент времени, показанный на рисунке, по ним будут протекать токи, отличающиеся на величину дополнительного тока iк, возникающего при реверсировании направления тока ia через секцию в момент, когда эта секция накоротко замкнута обеими частями щетки.
Направление этого дополнительного тока ik в процессе коммутации определяется суммой ЭДС, наводимых в коммутируемой секции. Поэтому плотности тока под «сбегающими» и
«набегающими» частями щетки будут существенно различаться, что приводит к искрению того или иного края щетки. Интенсивность искрения напрямую зависит от величины этого дополнительного тока ik. Превышение этим током некоторой допустимой величины, согласно энергетической теории коммутации, изложенной в работе А.Е.Алексеева «Тяговые электрические машины и преобразователи» Л., Энергия, 1967, с.225., приводит к возникновению искрения. Интенсивность искрения щеток определяется мощностью ΔР, выделяемой под единицей длины щетки 1 за единицу времени, где tk - коллекторное деление (шаг коллекторных пластин), Vk - окружная скорость коллектора и L - индуктивность секции.
Согласно этой формуле, если производить регистрацию тока ik, то будет известна выделяемая под щеткой мощность, по величине которой можно определить наличие и величину искрения на коллекторе. Для регистрации этого тока ik и используется датчик в виде трансформатора тока 1, как это показано на Фиг.1. Токи каждой части щетки создают свои потоки в ферритовом сердечнике трансформатора тока. Постоянные составляющие токов параллельных ветвей обмотки, которые направлены встречно друг другу, уничтожаются, не замагничивая ферритовый сердечник 7, а переменные составляющие (ток ik) суммируются, удваивая регистрируемый ток, наводимый во вторичной обмотке 8. В итоге, с нагрузочного сопротивления 9 вторичной обмотки снимается сигнал, пропорциональный удвоенному значению дополнительного тока ik. При этом повышается чувствительность регистрирующей аппаратуры, устраняется необходимость в дополнительных схемах, устраняющих помехи и повышающих чувствительность аппаратуры. Действующее значение этого сигнала регистрируется вольтметром 10, затем оцифровывается АЦП 11, обрабатывается по специальной программе и визуализируется на экране монитора, например в баллах интенсивности искрения, по ГОСТу 183-74.
На Фиг.3а и 3b представлены примеры осциллограмм дополнительного тока ik для различных интенсивностей искрения: на фиг.3а - для интенсивности искрения менее 1 балла, на фиг.3b - для интенсивности искрения в 3 балла.
Устройство индикации искрения по данной полезной модели, не требует какого-либо изменения конструкции щеточно-коллекторного узла. Эксперименты показали, что щетки находящиеся на одном бракете с указанным устройством, не оказывают существенного влияния на выходной сигнал, и их влияние может быть учтено в процессе настройки и тарирования измерительного устройства. Искрение щеток в бракетах, не содержащих измерительных датчиков устройства индикации искрения, оказывает влияние на выходной
сигнал только в тех случаях, когда искрение обусловлено причинами электромагнитного характера, т.е. приводит к повышению коммутационной ЭДС секции. В случае искрения, вызванного механическими причинами, например сколом щетки, уменьшением давления на щетку, ее вибрацией, изменение сигнала устройства индикации искрения практически не наблюдается. Выбор размеров и параметров измерительного трансформатора не зависит от мощности, напряжения и токовой загрузки двигателя. Устройство индикации искрения может быть успешно применено для диагностики и мониторинга состояния искрения машин постоянного тока с разрезными щетками в процессе эксплуатации. Разработанное устройство индикации искрения прошло испытания в условиях испытательной станции локомотивного депо Тайга, а также в условиях реальной эксплуатации тяговых электродвигателей на электровозе.

Claims (2)

1. Устройство индикации искрения коллекторных электрических машин постоянного тока с разрезными щетками, содержащее катушки из токопроводящего изолированного провода, намотанные на ферритовый сердечник, образующие вместе с ним трансформатор тока, и соединенные с регистрирующим прибором, отличающееся тем, что указанный трансформатор тока установлен на одном из щеткодержателей, и содержит две встречно-включенные первичные обмотки, соединенные по отдельности с выводами разных частей разрезной щетки, изолированных друг от друга, а общая точка указанных первичных обмоток соединена со щеткодержателем, во вторичную обмотку трансформатора включено нагрузочное сопротивление, параллельно которому подключен регистрирующий прибор.
2. Устройство индикации искрения по п.1, отличающееся тем, что регистрирующий прибор соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход которого подключен к переносному компьютеру, обеспечивающему обработку сигналов искрения по специальной программе и представление их на экране монитора в необходимой форме.
Figure 00000001
RU2007105010/22U 2007-02-12 2007-02-12 Устройство индикации искрения коллекторных электрических машин постоянного тока с разрезными щетками RU67284U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007105010/22U RU67284U1 (ru) 2007-02-12 2007-02-12 Устройство индикации искрения коллекторных электрических машин постоянного тока с разрезными щетками

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007105010/22U RU67284U1 (ru) 2007-02-12 2007-02-12 Устройство индикации искрения коллекторных электрических машин постоянного тока с разрезными щетками

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU67284U1 true RU67284U1 (ru) 2007-10-10

Family

ID=38953479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007105010/22U RU67284U1 (ru) 2007-02-12 2007-02-12 Устройство индикации искрения коллекторных электрических машин постоянного тока с разрезными щетками

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU67284U1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2536669C1 (ru) * 2013-06-11 2014-12-27 Общество с ограниченной ответственностью Компания "Объединенная Энергия" Способ контроля и визуализации работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока
RU2668996C1 (ru) * 2017-12-11 2018-10-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" Способ диагностирования состояния коммутации коллекторных электрических машин
CN114189089A (zh) * 2021-12-28 2022-03-15 本溪钢铁(集团)矿业有限责任公司 防止电铲电机电刷火花等级过高的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2536669C1 (ru) * 2013-06-11 2014-12-27 Общество с ограниченной ответственностью Компания "Объединенная Энергия" Способ контроля и визуализации работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока
RU2668996C1 (ru) * 2017-12-11 2018-10-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" Способ диагностирования состояния коммутации коллекторных электрических машин
CN114189089A (zh) * 2021-12-28 2022-03-15 本溪钢铁(集团)矿业有限责任公司 防止电铲电机电刷火花等级过高的方法
CN114189089B (zh) * 2021-12-28 2023-08-01 本溪钢铁(集团)矿业有限责任公司 防止电铲电机电刷火花等级过高的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ukil et al. Detection of stator short circuit faults in three-phase induction motors using motor current zero crossing instants
US7865321B2 (en) Arcing event detection
CA2739844C (en) Device and method for monitoring and/or analyzing rotors of electric machines in operation
Plazenet et al. An overview of shaft voltages and bearing currents in rotating machines
CN201133925Y (zh) 匝间短路测试装置
CN102624325A (zh) 具有电流传感器的扼流器
Stone et al. Unusual PD pulse phase distributions in operating rotating machines
JP2004061358A (ja) 電力機器の絶縁体中の部分放電検出方法及びその装置
CN103890872A (zh) 在电磁铁芯缺陷测试或el-cid测试之前对发电机组件去磁的方法和设备
RU67284U1 (ru) Устройство индикации искрения коллекторных электрических машин постоянного тока с разрезными щетками
Itoh et al. New noise rejection techniques on pulse-by-pulse basis for on-line partial discharge measurement of turbine generators
JP6231110B2 (ja) 部分放電計測法およびそれを用いて検査した高電圧機器
Dakin et al. An electromagnetic probe for detecting and locating discharges in large rotating-machine stators
JP6164022B2 (ja) 巻線機器の巻線層間絶縁診断方法
JP2006038471A (ja) 部分放電開始電圧計測方法及びその装置
Kheirmand et al. Advances in online monitoring and localization of partial discharges in large rotating machines
JP6461698B2 (ja) 漏電検出装置及び漏電検出方法
RU2623696C1 (ru) Способ и устройство для измерения тока ротора генератора с бесщеточным возбуждением
CN215728564U (zh) 一种电力变压器绕组局部放电定位装置
KR101332675B1 (ko) 몰드변압기의 권선 진동 분석장치
JP7196297B2 (ja) 巻線短絡診断装置および巻線短絡診断方法
KR101358038B1 (ko) 몰드변압기의 권선 진동 분석방법
Naseri et al. Incipient fault monitoring of medium voltage UD-EPR power cable using Rogowski coil
Lumba et al. Online and Offline Partial Discharge Measurement in Rotating Machines using Transient Earth Voltage Sensors
RU44394U1 (ru) Устройство для контроля витковой изоляции статорных обмоток крупных электрических машин

Legal Events

Date Code Title Description
QB1K Licence on use of utility model

Effective date: 20080815

MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20120213