УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРИОДА КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЕДИНИЧНЫМ ЩЕТОЧНЫМ ПЕРЕКРЫТИЕМ Российский патент 1996 года по МПК H02K15/00 

Изобретение относится к области электрических машин, в частности к средствам для анализа коммутационных процессов в коллекторных электрических машинах постоянного тока (преимущественно микродвигателях).

Известно устройство, состоящее из дополнительной щетки, установленной вблизи сбегающего края одной из рабочих щеток, электронного ключа, устройства синхронизации и измерительного блока. Устройство позволяет оценить влияние различных технологических и конструктивных факторов на неидентичность коммутационных циклов (периодов коммутации).

Но это устройство дает лишь качественную сравнительную оценку периодов коммутации секций якорной обмотки машины.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является устройство, содержащее осциллограф, отражающую метку, наклеенную на набегающем крае одной из коллекторных пластин и подключенный к осциллографу фотодатчик коллекторных пластин, состоящий из фотодиода, установленного точно по набегающему краю щетки, и точечного источника света сфокусированного на свободном конце коллектора по линии набегающего края щетки.

Имея фиксированное начало коммутационного периода за счет установки фотодиода по набегающему краю щетки, масштаб времени, коллекторные метки от фотодатчика и размер щетки определяют временные параметры периода коммутации. На набегающий край пластины, предшествующей той, к которой подключена исследуемая секция, наклеивается узкая полоска алюминиевой фольги, позволяющая сформировать с помощью фотодиода электрический сигнал (метку) геометрического расположения коллекторных пластин и измерить временные соотношения при исследовании периода коммутации.

Недостатком известного устройства является невысокая точность, которая определяется неравномерностью отражающие способности краев коллекторных пластин (наличие фасок, подгара и т.п.) и инерционностью фотодатчика. При измерении не учитывается, что, реальная дуга щеточного контакта (период коммутации) зависит от различных факторов (разновысокость соседних коллекторных пластин, наличие подгара, степень прикатанности щетки и т.п.) и отличается от кажущейся (геометрической), которая определяется известным устройством так, как при измерении предлагается, что начало и окончание периода коммутации совпадает с моментами касания и отрыва набегающего и сбегающего краев щетки от соответствующих краев коллекторной пластины и, следовательно, период коммутации определяется только соотношением геометрических размеров щетки, коллекторной пластины и пазов между пластинами.

Необходимость установки и точной настройки фотодатчика и отражающей метки на коллекторную пластину требует препарирования машины и является сложной и тpудоемкой операцией, требующей значительных затрат времени (особенно для микромашин).

Целью изобретения является снижение трудоемкости измерения и повышение доверительной вероятности оценки периода коммутации. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения периода коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока с единичным щеточным перекрытием, содержащее осциллограф, фотодатчик, подключенный к синхронизирующему входу осциллографа и светоотражающую щетку на валу электрической машины, снабжено катушкой индуктивности, генератором высокочастотных гармонических колебаний, резистором, демодулятором и фильтром, соединенными последовательно, причем вход демодулятора соединен с незаземленным корпусом машины, выход фильтра с входом осциллограф, а катушка индуктивности с выводной клеммой машины.

При этом индуктивность выбирается в пределах
L (0,0005-0,01)L_о,
а частота генератора
,
где L индуктивность катушки,
L_o индуктивность секции якорной обмотки,
F_p частота генератора высокочастотных гармонических колебаний (резонансная частота последовательного колебательного контура),
C_к конструктивная емкость "коллекторная пластина корпус машины",
π 3,14 (постоянная).

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема последовательного колебательного контура, образованного дополнительной катушки индуктивности и конструктивной емкостью "коллекторная пластина корпус", на фиг. 3 форма электрического сигнала на резисторе (а), на выходе детектора (б) и на выходе фильтра (в).

Устройство содержит генератор высокочастотных гармонических колебаний 1, дополнительную катушку индуктивности 2, резистор 3, демодулятор 4, электрический фильтр 5, осциллограф 6, отражающую метку 7 на валу машины, фотодатчик 8, состоящий из фотодиода 9 и точечного источника света 10. Причем один из выходов генератора высокочастотных гармонических колебаний 1 через дополнительную катушку индуктивности 2 соединен с одним из выводных концов 11 электрической машины, а другой выход через резистор 3 одновременно подключен к корпусу 12 электрической машины и ко входу демодулятора 4, выход которого через электрический фильтр 5 связан со входом осциллографа 6, вход внешней синхронизации которого подключен к выходу фотодатчика 8.

На фиг. 2 обозначено: 13 щетка, 14, 15 коллекторные пластины, L_c индуктивность секций якорной обмотки, L индуктивность дополнительной катушки, подключенной к выводному концу 11 электрической машины, С_к конструктивные емкости "коллекторная пластина корпус".

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 высокочастотных гармонических колебаний настраивают на частоту резонанса F_p последовательного колебательного контура, имеющего индуктивность L и емкость С_к (фиг. 2).

При этом величина дополнительной индуктивности L выбирается значительно меньше величины индуктивности секции якорной обмотки L (0,005-0,01)L_c, чтобы резонансная частота последовательного контура превышала резонансные частоты контуров, образованных индуктивностями секций якорной обмотки L_c и конструктивными емкостями С_к (см. фиг. 2), что позволяет исключить влияние этих контуров.

При вращении якоря электрической машины происходит изменение параметров последовательного контура в момент коммутации. Так например, при замыкании щеткой 13 коллекторных пластин 14 и 15 (см. фиг. 2) конструктивные емкости С_к этих пластин включаются параллельно, что вызывает расстройку контура относительно установленной частоты F_p и, следовательно, амплитудную модуляцию высокочастотного сигнала циклами замыкание размыкание секций якорной обмотки при вращении якоря.

Амплитудно-модулированный сигнал, снимаемый с резистора 3 (фиг. 3а), установленного в высокочастотной цепи, поступает на демодулятор 4, где он детектируется (фиг. 3б) и затем на электрический фильтр 5, для фильтрации несущей высокочастотной составляющей сигнала. После фильтрации, низкочастотный сигнал (фиг. 3в) подается на вход осциллографа 6, которым осуществляется измерение периодов коммутации Т₁, T₂, T₃. секций якорной обмотки (фиг. 3в). Для взаимной ориентации секций на осциллограмме, запуск развертки осциллографа осуществляется внешней синхронизацией от фотодатчика 8, срабатывающего от отражающей метки 7, зафиксированной на валу электрической машины.

Использование: испытательная аппаратура для электрических машин постоянного тока. Сущность изобретения: для измерения периода коммутации использован генератор высокочастотных колебаний, включенный в последовательный колебательный контур с индуктивностью, щеткой и коллектором. При коммутации модулируется частота контура и частота модуляции измеряется. 3 ил.

1. Устройство для измерения периода коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока с единичным щеточным перекрытием, содержащее осциллограф, фотодатчик, подключенный к синхронизирующему входу осциллографа, и светоотражающую метку на валу электрической машины, отличающееся тем, что, с целью снижения трудоемкости измерения и повышения доверительной вероятности оценки периода коммутации, оно снабжено катушкой индуктивности, генератором высокочастотных гармонических колебаний, резистором, демодулятором и фильтром, соединенными последовательно, причем вход демодулятора соединен с незаземленным корпусом машины, выход фильтра с сигнальным входом осциллографа, а катушка индуктивности с выводной клеммой машины. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индуктивность выбирается в пределах
L (0,005 ^oC 0,01)L_с,
а частота генератора

где L индуктивность катушки;
L_с индуктивность секции якорной обмотки;
f_р частота генератора высокочастотных гармонических колебаний (резонансная частота последовательного колебательного контура);
C_к конструктивная емкость коллекторная пластина корпус машины.