SU1069040A2 - Устройство дл измерени давлени щетки на коллектор электрических машин - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН по авт. св. № 919004, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем обеспечени  возможности одновременного измерени  силы нажати  щетки на коллектор, ускорени , развиваемого щеткой в динамике, частоты колебани  щетки, массы щетки и ее износа, между первой парой разделительных высоковольтных конденсаторов и измерительным прибором дополнительно введены первый и второй блоки делени , блок умножени , блок вычитани , масштабный блок, квадратор, преобразователь частоты в посто нное напр жение , преобразователь переменного напр жени  в посто нное и детектор, при этом вход детектора соединен с разделительными высоковольтными конденсаторами , а выход одновременно с входами преобразовател  частоты в посто нное напр жение и преобразовател  переменного напр жени  в посто нное, выход последнего соединен с первым входом измерительного прибора и входами блока умножени  и первого блока делени , выход которого подключен к второму входу измерительного прибора и через блок вычитани  и второй блок делени , которые св заны с выходом масштабного блока, соединен с третьим в.ходом измерительного прибора, четвертый вход (Л которого соединен с первым блоком делени  и через блок умножени  и квадратор - с выходом преобразовател  частоты в посто нное напр жение, выход которого соединен с п тым входом измерительного прибора. О5 со о

Description

Изобретение относитс  к электротехнике в части создани  устройств дл  контрол  параметров дав.чени  ндетки на коллектор .

По основному авт. св. № 919004 известно ует|1ойство дл  измерени  давлени  Hierки на ко.1лектор электрических ма1ии.ч, содержащее электроизмерительный прибор, датчик давлени  в внде уиругого чувствнтельного силоизмерительного элемента с ( ; 1отка.111 возбуждени  и измерительной, распо.,ожениый в корпусе .металлический шар, вз нмодействуюший с указан( Датчиком , цеткодержатель и источник синусоидальносо напр жени . Устройство также содержит второй упругий компенсационный силоизмерительный эле.мент с об.мотками возбуждени  и измерительной, два раз .че,лите. трансформатора, четыре разделительных высоковольтных конденсатора и контурный конденсатор, образуюндий совместно с включеииы.ми иоследовательновстречио измернтельиыми об.мотками чувствительного и комненсационного силоиз .мерительных элементов и первичной обмоткой иервого разделительного трансформатора резонансный контур, а вторична  обмотка этого же трансформатора через первую пару разделительных выcoкoвoльт nilx конденсаторов св зана с измерительным прибором, при этом источник синусоидального напр жени  через другую пару разделительных высоковольтных конденсаторов св зан с первичной об.моткой второго разделительного трансформатора, вторична  обмотка которого св зана с последовательно-согласно включенными обмотками возбуждени  чувствительного и компенсациопного силоиз.мерительных элементов I. Устройство и.меет ограниченные функциональные возможности, так как не позвол ет определ ть в динамике ускорение, развивае.мое щеткой, и массу щетки, котора  в процессе работы .мен етс  за счет износа, что оказывает вли ние на динамическое .гавление щетки на коллектор электрической .маншны. Кроме того, данное устройство не иозвол ет определ ть частоту колебаний щетки в динамике, котора  вли е; на ускорение, что, в свою очередь, привод т к изменению дав.чени  щетки в нронессе ее работы.

Шмью изобретени   вл етс  расширение функциональных воз.можиостей устройства путем обеспечени  одновременного измерени  силы нажати  И1етки па коллектор, уско1)ени , развиваемого щеткой в динамике , частоты колебашш Н1еткн, массы Н1етки и ее износа.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  давлени  щетки на коЛоТектор электрических машин между первой 1арой разделительных высоковольтных конденсаторов и измерительным

нриоором дополнительно введены нервыи и второй блоки делени , блок умножени , блок вычитани , масьнтабный блок, квадратор , преобразователь частоты в посто нное Наир жение, преобразователь переменного напр жени  в иоето нное и детектор, при этом вход детектора соединен с разделител1 )Ными высоковольтными конденсаторами а выход одновременно -- с входами преобразовател  частоты в юсто нное напр жение и преобразовател  иере.менного нанр жени  в посто нное, выход последнего соединен с первым входом измерительного прибора и входами блока умножени  и первого блока делени , выход которого подключен к второ.му входу измерительного нрибора и через блок вычитани  и второй блок делени , которые ев заны с выходом мас1нтабного блока, соединен с третьи.м входом измерительного прибора, четвертый вход которого соединен с первым блоко .м делени  и через блок умножени  и квадратор - с выходом преобразовател  частоты в посто нное напр жение, выход которого соединен с п тым входом из.мерительного прибора.

На фиг. 1 представлено устройство; на фиг. 2 - принциниальна  электрическа  схема устройства.

Устройство дл  измерени  давлени  на коллектор состоит из бимета; лического корпуса 1, с которым соединена щетка 2, расположенна  в щеткодержателе 3. Щетка 2 через защитное устройетво 4 и металлический щар 5 св зана с упруги.м чувствительным силоизмерительным элементом 6. Упругий компенсационный силоизмерительный эле.мент 7 также установлен в корпусе 1. Нажимной палец 8 опираетс  на корпус 1.

Обмотка 9 возбуждени  чувствительного силоизмерительного элемента 6 соединена с обмоткой 10 компенсационного силоизмерительного элемента 7 носледовательносогласно . Измерительна  обмотка 11 чувствительного силоизмерительного элемента 6 соединена с измерительной обмоткой 12 компенсационного силоизмерительного эле.мента 7 последовательно-встречно. Выходные концы обмоток 11, 12 силоизмерительных элементов подключены параллельно обмотке 13 разделительного трансформатора 14 и параллельно им подключен контурный конденсатор 15, образующий совместно с эти.ми обмотками резонансный контур. Вторична  обмотка 16 разделительного трансформатора 14 через первую пару разделительных высоковольтных конденсаторов 17, 18 св зана с детектором 19. Выходные концы об .моток 9, 10 силоизмерительных элементов 6, 7 подключены Г араллельно об.мотке 20 разделительного трансформатора 21. Первична  обмотка 22 этого трансформатора через вторую пару разделительных высоковольтных конденсаторов 23, 24 св зана с источником 25 синусоидального напр жени . Выход детектора 19 соединен с входом преобразовател  26 частоты в посто нное напр жение и входом преобразовател  27 переменного напр жени  в посто нное. Выход преобразовател  27 соединен с первььм входом регистрирующего прибора 28, блоком 29 умножени  и входом первого блока 30 делени . Выход блока 30 делени  св зан с вторым входом регистрирующего прибора 28 и через блок 31 вычитани , второй блок 32 делени  св зан с третьим входом регистрирующего прибора 28. Масщтабный блок 33 соединен с блоком 31 вычитани  и блоком 32 делени . Четвертый вход регистрирующего при-бора 28 св зан с блоками 29, 30. Выход преобразовател  26 частоты в посто нное напр жение соединен с п тым входом регистрируюн.,его прибора 28 и через квадратор 34 св зан с входом блока 29 умножени . Устройство дл  измерени  давлений щетки на коллектор электрических маншн работает следующим образом. Перед измерением давлени  схема устройства приводитс  в исходное состо ние, дл  чего масщтабным блоком 33 задаетс  выходное напр жение, пропорциональное массе новой щетки т. От источника 25 синусоидального напр жени  напр жение питани  датчика подаетс  через высоковольтные конденсаторы 23, 24 и разделительный трансформатор 21 на обмотки 9, 10, отдел   тем самым источник 25 синусоидального напр жени  от высокого потенциала цл,еткодержател  3. Защитное устройство 4 предохран ет чувствительный силоизмерительный элемент 6 от резких ударов нажимного пальца 8. При отсутствии давлени  нажимного пальца 8 схема устройства сбалансирована и сигналы на входах регистрирующего прибора 28 равны нулю. При опущенном нажимном пальце 8 щеткодержател  3 создаетс  давление на корпус 1 и через чувствительный силоизмерительный элемент 6, металлический щар 5, защитное устройство 4, щетку 2 передаетс  на коллектор электрической мащины. Под действием давлени  нажимного пальца 8 в чувствительном силоизмерительном элементе 6 возникают механические напр жени , которые привод т к изменению его магнитной проницаемости. В результате этого на выходе измерительных обмоток 11, 12 по вл етс  разностный сигнал, пропорциональный давлению щетки 2. Этот сигнал за счет резонансных свойств контура, образованного измерительными обмотками 11, 12, об.моткой 13 разделительного трансформатора 14 и контурного конденсатора 15, усиливаетс  в первичной обмотке 13 трансфор .матора 14 и трансформируетс  в обмотку 16 трансформатора 14, отдел  сь от высокого потенциала щеткодержател  3 электрической мапгины. Далее сигнал с обмотки 16 разделительного трансформатора 14 через высоковольтные конденсаторы 17, 18, предназначенные дл  повышени  надежности и безопасности в случае пробо  изол ции обмоток 13, 16, разделительного трансформатора 14, подаетс  на , детектора 19. В результате детектировани  сигнал отдел етс  от несущей частоты генератора 25 синусоидального напр жени  питани  датчика и подаетс  на входы преобразовател  26 частоты в посто нное напр жение и преобразовател  27 переменного напр жени  в посто нное. С выхода преобразовател  27 сигнал, пропорциональный спле Р, подаетс  на первый вход регистрирующего прпбора 28 и на вход первого блока 30 делени  и блока 29 умножени . В то же врем  сигнал с выхода блока 26. пропорциональный частоте колебаний f щетки, подаетс  на п тый вход регистрирующего прибора 28 и на вход квадратора 34, где происходит возведение в квадрат сигнала f. С выхода квадратора 34 сигнал, пропорциональный f подаетс  на вход блока 29 умножени  на сигнал f. В результате этого на выходе блока 29 по вл етс  сигнал, пропорциональный ускорению а : . Сигнал, пропорциональный ускорению а с выхода блока 29 подаетс  на четвертый вход регистрируюпл.его прибора 28 и на первый блок 30 делени . На выходе блока 30 образуетс  сигнал, пропорциона:1ьный массе щетки m -. Этот сигпа.ч подастс  на второй вход регистрирующего прибора 28 и па блок 31 вычитани. , на другой вход которого нодаетс  сигнал, пропорциональный массе новой щетки т. с масштабного блока 33. На выходе блока 31 вычитани  по вл етс  сигнал, иропорциональный абсолютному износу щетки Л т. Этот сигнал подаетс  на второй блок 32 делени , па другой вход которого подаетс  сигнал, пропорциональный массе новой щетки гпо с масштабного блока 33. В результате на выходе блока 32 образуетс  сигнал, пропорциональный относительному (процентному) износу щетки -, который подаетс  на третий вход регистрирующего прибора 28. Использование в устройстве соответствующим образом св занных двух блоков делени , блока умножени , блока вычитани , масштабного блока, квадратора, преобразовател  частоты в посто нное напр жение, преобразовател  переменного напр жени  в посто нное и детектора расшир ет функциональные возможности устройства, так как позвол ет измер ть в динамике силу нажати  щетки на коллектор, ускорение, развиваемое П1еткой, и массу щетки, котора  в процессе работы мен етс  за счет износа, что оказывает вли ние на динамическое давление щетки на коллектор, частоту колебаний щетки, износ щетки в процессе работы. Определение всех этих параметров во врем  работы электрической мащины позволит оптимизировать конструктивные и рабочие параметры щеточно-коллекторного узла и повысить его надежность.

Устройство позвол ет производить измерение комплекса параметров щеточноколлекторного узла непосредственно на работающих электрических мащинах с больщим напр жением питани .

Устройство может быть, например, установлено на электровозе или на стенде на работающей мащине в цеховых услови х. В качестве регистрирующих приборов можно использовать самопишущие приборы, которые позвол т за определенное врем  работы электрической .машины набрать статистический материал по работе щеточно-коллекторного узла и электродвигател  в целом. Анализ этого материала позволит выбрать оптимальные параметры этого узла: давление щетки на коллектор исход  из динамики работы узла с учетом массы щетки и износа щетки и других его элементов, оптимальную конструкцию щетки и других элементов узла. Это позволит выбрать оптимальный режим работы щеточно-коллекторного узла и всего электродвигател  в целом, а также снизить его износ и увеличить срок службы.

В насто щее врем  контроль щеткодер жателей на электровозостроительных заводах производитс  либо механическими дина .мометрами, либо с помощью устройств с применением датчиков перемещени . Настройка щеткодержателей этими устройствами производитс  на стенде без токовых и механических нагрузок в статическом режиме с невысокой точностью измерени , обусловленной применением динамометров и датчиков неремещепи .

Известно, что магнитоупругие датчики имеют высокую чувствительность и обеспечивают большую точность измерени  по сравнению с датчиками перемещени , поэтому использование магнитоупругого датчика в предлагаемом устройстве позвол ет уменьшить погрещность измерени  силы нажати  щетки ра коллектор примерно на пор док. Такое уменьщение погрешности измерени  позвол ет наиболее точно установить заданное значение силы нажати  щетки на коллектор, что улучщает услови  коммутации щеточно-коллекторного узла.

Контроль только одного параметра (силы нажати  щетки на коллектор) при данных конструкци х щеткодержателей позвол ет получить экономический эффект 91,04 тыс. руб в год на предпри ти х, выпускающих 700 электровозов в год. Экономический эффект 91,04 тыс. руб образуетс  за счет экономии электроэнергии - 62,35 тыс. руб за счет ЭКОНОУИИ меди. Идущей на изготовление коллек 0ра - 6,27 тыс. руб, за счет увеличени  длительности пробега - 22,42 тыс. руб.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН по авт. св. № 919004, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности одновременного измерения силы нажатия щетки на коллектор, ускорения, развиваемого щеткой в динамике, частоты колебания щетки, массы щетки и ее износа, между первой парой разделительных высоковольтных конденсаторов и измерительным прибором дополнительно введены первый и вто- рой блоки деления, блок умножения, блок вычитания, масштабный блок, квадратор, преобразователь частоты в постоянное напряжение, преобразователь переменного напряжения в постоянное и детектор, при этом вход детектора соединен с разделительными высоковольтными конденсаторами, а выход одновременно с входами преобразователя частоты в постоянное напряжение и преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход последнего соединен с первым входом измерительного прибора и входами блока умножения и первого блока деления, выход которого подключен к второму входу измерительного прибора и через блок вычитания и второй блок деления, которые связаны с выходом масштабного блока, соединен с третьим вхо- g дом измерительного прибора, четвертый вход которого соединен с первым блоком деления и через блок умножения и квадратор — с выходом преобразователя частоты в постоянное напряжение, выход которого соединен с пятым входом измерительного прибора.