УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ИСПЫТАНИЙ ЩЕТОК ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Российский патент 1997 года по МПК H01R39/58 G01R31/34 

Изобретение относится к коллекторным электрическим машинам, обычно постоянного тока, и может быть использовано для контроля и испытаний щеток электрических машин как в процессе отработки их физико-механических и технических параметров, так и на стадии их производства как ступень технологического контроля качества.

Известны стенды для ресурсных испытаний как готовых щеток, так и щеточных материалов на износ, содержащие щеткодержатель с прижимным приспособлением, имитатор коллектора, вал которого соединен с электродвигателем, источник тока для цепи щетка-имитатор коллектора и источник электропитания для электродвигателя [1]
Недостаток известных устройств для ресурсных испытаний щеток состоит в том, что они не обеспечивают необходимого подобия испытательных и реальных условий по основным параметрам испытательного режима (линейная скорость скольжения, ток в щеточном контакте, динамическое взаимодействие щетки с имитатором коллектора, интенсивность спада тока при сходе щетки с пластины коллектора, коммутационная степень искрения).

Этот недостаток частично устранен в стенде для контроля и испытаний щеток электрических машин, который содержит щеткодержатель с испытываемой щеткой, имитатор коллектора с приводным электродвигателем и регулятором скорости вращения и генератор тока для щеточного контакта, выводы которого подключены к щеткодержателю и к имитатору коллектора [2]
Недостаток прототипа связан с тем, что параметры испытательного режима не взаимозависимы, как это имеет место в реальных тяговых электродвигателях постоянного тока. Кроме того, прототип не обеспечивает соответствие реальным условиям по виброударным воздействиям на щеточно-коллекторный узел, которые в тяговых двигателях электровозов с опорно-осевой подвеской могут достигать 6-8g, что оказывает существенное влияние на усилия в щеточном контакте и соответственно на процессы износа.

Цель изобретения заключается в устранении указанного недостатка и в приближении испытательных режимов к реальным условиям работы щеток в тяговых машинах.

Эта цель достигается за счет того, что дополнительно предусмотрены вибратор с электромагнитным приводом и регулятором амплитуды вибраций, причем вход последнего подключен к датчику частоты вращения приводного электродвигателя и, кроме того, выход указанного датчика через усилитель соединен с обмоткой противовозбуждения генератора тока для щеточного контакта.

Существенные отличительные признаки предложения состоят в следующем:
предусмотрен вибратор с регулятором амплитуды вибраций, вход управления которого подключен к датчику частоты вращения двигателя, на валу которого установлен имитатор коллектора;
на генераторе тока для питания щеточного контакта предусмотрена обмотка противовозбуждения, соединенная с датчиком чистоты вращения имитатора коллектора.

На фиг. 1 изображена принципиальная электромеханическая схема стенда; на фиг. 2 диаграмма импульсного питания электромагнитного вибратора; на фиг. 3 детальная схема электропитания испытуемого щеточного контакта; на фиг. 4 - характеристика блока управления вибратором; на фиг. 5 характеристика блока управления генератором тока щеточного контакта.

Предложенный стенд (см. фиг. 1) содержит имитатор коллектора 1 со щеткодержателем 2, в котором установлена испытываемая щетка 3 (или комплект щеток). К щеткодержателю 2 и имитатору коллектора 1 при помощи проводов 4 и 5 присоединен генератор 6 сильного тока, для вращения которого предусмотрен электродвигатель 7. У генератора 6 имеются две обмотки независимого возбуждения 8 и противовозбуждения 9, причем обмотка 8 соединена с регулятором 10. Имитатор коллектора 1 находится на валу приводного электродвигателя 11, выводы которого соединены с регулируемым источником электропитания 12. На валу двигателя 11 предусмотрен также датчик частоты вращения (тахогенератор) 13. Двигатель 11 вместе с имитатором коллектора 1 установлен на резонансном вибростенде 14, в составе которого имеется электромагнитный вибратор 15, обмотка которого подключена к импульсному генератору 16, блок управления 17 которого соединен с выходом датчика 13. Выход датчика 13 соединен также через усилитель 18 с обмоткой 9 возбуждения генератора 6.

Более подробно устройство вибростенда 14 рассмотрено в [3] а диаграмма напряжения и тока на выходе импульсного генератора 16 дана на фиг. 2. Амплитуда импульсов напряжения U₁₅, питающих вибратор 15, устанавливается при помощи блока управления 17, а частота этих импульсов должна обеспечить резонанс колебательной системы вибростенда 14. Детальная схема имитатора коллектора 1 дана на фиг. 3. Этот имитатор выполнен на базе коллектора 19 типового тягового двигателя, причем его пластины подключены с чередованием к контактным кольцам 20 и 21, на которых установлены вспомогательные щетки 22 и 23, соединенные между собой посредством индуктивности 24. В цепь генератора 6 сильного тока I_щ питания щеточного контакта 3-19 включен регулируемый резистор 25.

Предложенный стенд работает следующим образом:
1. Для контрольных, ресурсных или других испытаний щетку 3 устанавливают в держателе 2, после чего включают двигатель 11 и регулируемым источником 12 задают постоянную скорость вращения n двигателя 11 или меняют ее по программе испытаний в функции времени n(t). При этом скорость вращения n однозначно связана со скоростью линейного перемещения V электровоза, для которого предназначены испытываемые щетки.

2. Включают мотор-генератор 7-6 и устанавливают начальное значение щеточного тока I_щ регулятором 10. Параметры R-L элементов 24-25 (см фиг. 3) выбраны так, чтобы обеспечить режим ускоренной или замедленной коммутации при попеременном протекании тока I_щ через четные и нечетные пластины имитатора 1, что подробно рассмотрено в [2]
3. Напряжение U₁₃ с тахогенератора 13 пропорционально скорости вращения блока 1-11-13. Оно поступает на блок управления 11, который устанавливает пропорциональное значение амплитуды импульсов U₁₅ и соответственно тока i₁₅ в системе возбуждения вибростенда. Благодаря этому при изменении скорости n автоматически изменяется уровень ускорений a, действующих на щеточный контакт (фиг. 4).

4. Напряжение U₁₃ с тахогенератора 13 питает также через усилитель 18 обмотку противовозбуждения 9 генератора 6. Благодаря этому в функции n изменяется ток I_щ щеточного контакта 3-19, как показано на фиг. 5, т.е. соответственно электромеханической характеристике реального тягового двигателя.

Таким образом, если в процессе испытаний задавать скорость скольжения щетки по коллектору, то все остальные параметры испытательного режима будут меняться автоматически в полном соответствии с реальными зависимостями, характерными для условий работы тяговых машин на электровозах, тепловозах и электропоездах.

Технико-экономическая эффективность изобретения определяется автоматизацией установки параметров испытательного режима, что особенно важно при ресурсных испытаниях на переменных нагрузках.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для ресурсных и отладочных испытаний щеток тяговых электродвигателей в условиях, близких к эксплуатационным. В предложенном стенде с имитатором коллектора1, для которого предусмотрены приводной электродвигатель 11 с тахометрически датчиком 13 и генератор 6 нагрузочного тока дополнительно предусмотрены вибровозбудитель 14-15, блок управления которого подключен к выходу указанного тахометрического датчика, кроме того выход датчика 13 соединен через усилитель с обмоткой 9 противовозбуждения генератора 6. 5 ил.

Устройство для контроля и испытаний щеток тяговых электрических машин, содержащее щеткодержатель с испытуемой щеткой, имитатор коллектора с приводным электродвигателем и регулятором частоты вращения и генератор тока для щеточного контакта, отличающееся тем, что дополнительно содержит вибратор с электромагнитным приводом и импульсный генератор, причем вход последнего подключен к датчику частоты вращения приводного электродвигателя, причем выход указанного датчика через усилитель соединен с обмоткой противовозбуждения генератора тока для щеточного контакта.