ОБЪЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ТОЧНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ МЕСТА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ МЕЖДУ КОЛЛЕКТОРНЫМИ ПЛАСТИНАМИ ЛАСТОЧКИНА ХВОСТА КОЛЛЕКТОРОВ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2016 года по МПК G01R31/34 

Изобретение относится к области испытаний и контроля изоляции коллекторов машин постоянного тока при серийном производстве.

Традиционный технологический процесс сборки, механической обработки, испытаний и контроля изоляции коллекторов машин постоянного тока имеет ряд существенных недостатков как электрических машин ЭМ общепромышленного применения (см., например: Технология сборки и обработки коллекторов электродвигателей постоянного тока: см. Сайт: ООО Электромашина, Белгород. 2012-2015, Статьи, Фотографии), так и тяговых электродвигателей ТЭД магистральных грузовых и пассажирских электровозов и тепловозов, конструкция и технология изготовления коллекторов которых существенно отлична от ЭМ общепромышленного назначения (см. например: Авторские свидетельства на изобретения №218988 МПК Η02K; №1078521 МПК H01R 43/06: см. Описание колонка 3 абзац 5 нижний; №1156176 МПК H01R 39/04), особенно, в части испытаний и контроля изоляции после механической расточки, обработки и шлифовки мелкой шкуркой ласточкина хвоста. Традиционно применяемый способ испытаний и контроля изоляции между коллекторными пластинами машин постоянного тока переменным напряжением, например 0,5-0,6 кВ, промышленной частоты на отсутствие коротких замыканий между коллекторными пластинами, принятый, например, на Новочеркасском электровозостроительном заводе согласно стандарту предприятия СТП ТН 42.05/72 в 1972 году (см. Приложение 3, Нормы электрических испытаний изоляции электрических машин постоянного тока электровозов, принятые на Новочеркасском электровозостроительном заводе (НЭВЗ) и с. 43-48 в книге: Бессуднов Е.П. Обнаружение мест дефектов изоляции обмоток электрических машин постоянного тока. М., Энергия, 1977, 121 с.) и согласно стандарту предприятия СТП ТН 4105-91 в 1991 году, невозможно использовать в круговой арке коллектора из медных и изоляционных миканитовых коллекторных пластин, рабочая внешняя поверхность которого закорочена шестью чугунными плашками с опрессовочным кольцом для создания равномерного распределения давления в арке и получения заданного его внутреннего диаметра, после механической расточки и обработки ласточкина хвоста. Поэтому комплект из медных и миканитовых пластин коллектора с чугунными плашками и опрессовочным кольцом вынуждены осматривать с обеих сторон ласточкина хвоста через увеличительное стекло, обнаруживать медные стружки, заусенцы, заволочки, удалять их специальным ножом и шлифовать мелкой шкуркой и тщательно протирать спирто-толуольной смесью. Такой визуальный субъективный способ обнаружения коротких замыканий между коллекторными пластинами является вынужденным из-за отсутствия объективного способа, приводит к пропуску незамеченных коротких замыканий на последующие операции сборки круговой арки коллектора с плашками и опрессовочным кольцом на втулку с нажимным конусом, миканитовыми манжетой и цилиндром и вторым нажимным конусом с манжетой со стороны торца коллектора для продолжения статической формовки коллектора путем нагрева в печи с выдержкой времени, дополнительной опрессовки коллектора и т.д., после окончания которой и охлаждения коллектора спрессовывают кольцо с плашками и проводят испытания изоляции между коллекторными пластинами переменным напряжением, например 0,5-0,6 кВ, промышленной частоты. Оставшиеся незамеченные медные стружки, заусенцы, заволочки при таких испытаниях напряжением 0,5-0,6 кВ частично, в наиболее тонких местах, выжигаются, а частично остаются. Далее коллектор подвергают динамической формовке с одновременным нагревом в специальных разгонных станках, по окончании которой также испытывают изоляцию между коллекторными пластинами переменным напряжением промышленной частоты. Многолетняя практика доказала, что испытания изоляции между коллекторными пластинами с целью выявления коротких замыканий переменным напряжением промышленной частоты являются принципиальным недостатком, так как необходимо точно обнаруживать место короткого замыкания неразрушающим способом и механически полностью его устранять, а не выжигать частично.

Известны объективные абсолютные импульсные способы точного обнаружения места виткового замыкания и места пробоя изоляции на корпус обмоток якорей (Авторские свидетельства на изобретения: №№213174 МПК H02R, G01R; 444139 МПК G01R 33/00; 291170 МПК G01R 31/06) аналогичного назначения, но применительно к другим частям и узлам электрических машин, успешно применяемые на тех же заводах, которые изготавливают коллекторы.

Известны импульсные способы точного обнаружения замыканий между коллекторными пластинами как наиболее часто встречающиеся виды витковых замыканий обмоток якорей, возникающие, например: после импульсно-дуговой сварки всех обмоток и расклинок с петушками коллектора по их наружному торцу на автоматической установке типа АДГ-507 неплавящимся вольфрамовым электродом с присадкой медной проволоки, создающей пригары и наплывы меди между коллекторными пластинами (см. фигура 7); или после механической обработки на токарном станке петушков коллектора после описанной выше сварки (перед вакуум-нагнетательной пропиткой в эпоксидном компаунде якоря с коллектором в автоклаве) и попадания медной стружки между выводами витков и петушками коллектора; или после пропитки в автоклаве якоря с коллектором, сушки, предварительной механической обработки поверхности коллектора на токарном станке, продораживания межламельной изоляции фрезами на специальном автомате, шлифовки и полировки (см. фотографии якорей тяговых электродвигателей ТЭД типа НБ-418К, НБ-514Б, НБ-520 серийных электровозов: ВЛ80К, 2ЭС5К, 3ЭС5К, 4ЭС5К, ЭП1М Патенты на изобретения №№2308730, 2456626 и 2523730): или короткое замыкание между уравнителями, представляющее ничто иное как короткое замыкание между соответствующими коллекторными пластинами, на любой из описанных выше стадий обработки коллектора.

Указанные известные изобретения непосредственно не могут быть применены для обнаружения коротких замыканий между коллекторными пластинами ласточкина хвоста, так как он недоступен в собранном якоре с обмотками (см. фотография якоря ТЭД НБ-418К, Патент на изобретение №2308730 и фотографии якорей ТЭД НБ-514Б, НБ-520, Патенты на изобретения №№2456626, 2523730). Кроме того, в предлагаемом изобретении рабочая поверхность коллектора зашунтирована чугунными плашками с опрессовочным кольцом, которые закрывают собой петушки коллектора: - совершенно другой объект испытаний изоляции между коллекторными пластинами.

Задачей изобретения является: исключение субъективного фактора при визуальном «смотре сотен медных и миканитовых коллекторных пластин (например, 348 пластин ТЭД типа НБ-418К или НБ-514; 525 пластин ТЭД типа НБ-412К или типа НБ-520; ТЭД типа ДТК-800А, К и т.д.) и с обеих сторон ласточкина хвоста в круговой арке коллектора с чугунными плашками и опрессовочным кольцом перед сборкой круговой арки коллектора на втулку с нажимным конусом со строны петушков коллектора, изоляционными миканитовыми манжетой и цилиндром и вторым нажимным конусом с миканитовой манжетой со стороны торца коллектора; совершенствование традиционной технологии сборки, механической обработки и испытаний изоляции коллекторов электрических машин постоянного тока путем исключения операции разборки коллектора с целью механического удаления короткого замыкания между коллекторными пластинами, обнаруженного при традиционных испытаниях переменным напряжением промышленной частоты в собранном коллекторе на втулку с двумя нажимными конусами после спрессовки плашек с опрессовочным кольцом, нарушающей логическую последовательность технологического процесса сборки и формовки коллектора; повышение качества коллекторов и надежности машин постоянного тока в целом; расширение области применения импульсных способов испытания и контроля изоляции применительно к различным частям и узлам электрических машин постоянного и переменного тока при их серийном производстве.

Технический результат, достигаемый изобретением: объективное точное обнаружение коротких замыканий между коллекторными пластинами ласточкина хвоста коллекторов машин постоянного тока неразрушающим импульсным напряжением микросекундного диапазона с частотой следования импульсов равной промышленной частоте, например 50 импульсов в секунду, путем измерения импульсного магнитного поля тока короткого замыкания от генератора импульсных напряжений ГИН и локализации места (Точки КЗ) короткого замыкания между коллекторными пластинами в ласточкином хвосте круговой арки коллектора с чугунными плашками и опрессовочным кольцом.

Для осуществления настоящего изобретения подают импульсное испытательное напряжение микросекундного диапазона с частотой следования импульсов равной промышленной частоте, например 50 импульсов в секунду, от генератора импульсных напряжений ГИН на нерабочую необрабатываемую внутреннюю цилиндрическую часть круговой арки коллектора, состоящей из медных и изоляционных миканитовых коллекторных пластин с равномерно распределенным давлением между ними, на каждые две смежные коллекторные пластины, измеряют разностное импульсное магнитное поле прямого и обратного тока короткого замыкания, начиная от места подачи напряжения от ГИН в двух противоположных направлениях как в сторону торца, так и в сторону петушков коллектора до рабочей внешней поверхности коллектора, закороченной чугунными плашками с опрессовочным кольцом, с помощью индукционного датчика ИД, ориентированного зазором-щелью в его магнитопроводе вдоль испытываемых коллекторных пластин несколько асимметрично относительно этих пластин по наибольшим показаниям измерителя импульсных магнитных полей ИИП, увеличивают напряжение ГИН до максимальных показаний ИИП и обнаруживают замыкания между коллекторными пластинами, остающиеся после одновременной соосной механической расточки и обработки обеих симметрично расположенных в аксиальном направлении конусных выступов и впадин ласточкина хвоста как торца, так и со стороны петушков коллектора, по минимальным практически нулевым показаниям измерителя импульсных магнитных полей ИИП при расположении датчика ИД над легко доступными для измерений внешними необработанными частями как торца, так и со стороны петушков коллектора именно испытываемых коллекторных пластин, далее изменяют пространственную ориентацию датчика ИД воздушным зазором-щелью его магниторовода поперек и симметрично найденным коллекторным пластинам с коротким замыканием между ними при расположении датчика ИД над нерабочей необрабатываемой внутренней цилиндрической частью круговой арки коллектора и при минимальных практически нулевых показаниях ИИП, перемещают датчик ИД от места подачи напряжения от ГИН и вдоль доступных для измерений конусных выступов и впадин ласточкина хвоста и абсолютно точно неразрушающим способом обнаруживают место короткого замыкания между коллекторными пластинами, по которому протекает только импульсный ток короткого замыкания микросекундного диапазона от ГИН, по максимальным показаниям измерителя импульсных магнитных полей ИИП и по положению индукционного датчика ИД в ласточкином хвосте.

На фигуре 1 изображена принципиальная схема, иллюстрирующая объективный способ точного обнаружения места короткого замыкания между коллекторными пластинами ласточкина хвоста коллекторов машин постоянного тока:

ГИН - генератор импульсных напряжений; 1 - медные коллекторные пластины: их нерабочая необрабатываемая сторона на внутренней цилиндрической поверхности коллектора, на каждые две смежные коллекторные пластины которой от ГИН подают импульсное испытательное напряжение; 2 - изоляционные миканитовые коллекторные пластины; ИД - индукционный датчик и области I-II перемещения его; ИИП - измеритель импульсных магнитных полей (см. фигура 3); 3 - необрабатываемая часть торца коллектора; 4 - чугунные плашки на рабочей поверхности коллектора; 5 - опрессовочное кольцо; 6 - впадина ласточкина хвоста со стороны торца коллектора: незаштрихованная часть медных коллекторных пластин 1 и изоляционных миканитовых коллекторных пластин 2 (см. фотографию на фигуре 2);

I_КЗ - ток короткого замыкания равный току ГИН I_ГИН и токам прямому I_ПР и обратному I_ОБР в параллельных смежных коллекторных пластинах 1;

U_КЗ - напряжение в точке короткого замыкания равное нулю U_КЗ=0;

7 - два токоподводящих от ГИН контакта или щупа, соединенные с Выход ГИН и Земля (см. второй вариант и конструкцию контактов 7 на фигуре 6).

На фигуре 2, в качестве конкретного примера и дополнительно к фигуре 1, приведена фотография, наглядно иллюстрирующая традиционную технологию сборки и механической расточки ласточкина хвоста коллектора машины постоянного тока резцом 8 на токарном станке, принятую на ООО ПТК Электромашина, г. Белгород, 2012-2015 годы, применительно к общепромышленным электрическим машинам ЭМ постоянного тока: 1 - нерабочая необрабатываемая сторона на внутренней цилиндрической поверхности коллектора (круговой арки коллектора); 3 - необрабатываемая часть торца коллектора; 4 - три чугунные плашки на рабочей поверхности коллектора; 5 - опрессовочное кольцо; 6 - впадина ласточкина хвоста со стороны торца коллектора; 8 - резец токарного станка в углублении -впадине ласточкина хвоста 6. Так как токарный станок заземлен (соединен с общим заземляющим контуром цеха), то круговую арку коллектора 1, 3, 6 с плашками 4 и опрессовочным кольцом 5 следует рассматривать без токарного станка с резцом: как изолированный от земли объект испытания, расположенный в пространстве осью вращения коллектора горизонтально, при котором обеспечивается возможность одновременно с обеих сторон ласточкина хвоста 6 (с торца 3 и со стороны петушков коллектора) осуществлять все операции, связанные с измерением импульсного магнитного поля тока короткого замыкания, начиная от места подачи импульсного напряжения от ГИН в шлицы (прорези) петушков двух смежных коллекторных пластин с помощью двух щупов 7 с плоскими токоведущими наконечниками по форме шлицов петушков: в отличие от традиционно горизонтального положения круговой арки коллектора на специальном стенде с вращающемся столом и подачи импульсного напряжения от ГИН на внутреннюю необрабатываемую цилиндрическую поверхность коллектора по предлагаемому изобретению, как описано выше в осуществление изобретения (см. фигура 1): то есть наилучший вариант способа подачи импульсного напряжения от ГИН и практического осуществления изобретения, но в зависимости от диаметра, конструкции коллектора и основного традиционного технологического оборудования. Поэтому указанные на фигуре 2 сплошными линиями и стрелками на смежных коллекторных пластинах прямой и обратный ток короткого замыкания для двух вариантов короткого замыкания (один - в углублении-впадине ласточкина хвоста 6; другой - короткое замыкание плашкой 4 смежных коллекторных пластин на их рабочей поверхности: по аналогии с двумя вариантами, изображенными на фигуре 1 сплошными и пунктирными линиями) также относятся к случаю изолированного от земли объекта импульсных испытаний (круговой арки коллектора): без токарного станка с резцом 8 в суппоре.

На фигуре 3 приведена принципиальная электрическая схема измерителя импульсных магнитных полей ИИП с индукционным датчиком ИД астатической конструкции, с двумя идентичными обмотками на двух стержнях магнитопровода, включенные согласно по отношению к измеряемому импульсному магнитному потоку в его магнитопроводе, имеющему воздушный зазор-щель:

Τ - транзистор p-n-p типа, например, МП41А, коллекторной нагрузкой которого является микроамперметр µА магнитоэлектрической системы, например, М906 на 100 мкА; R1 - переменный резистор-шунт к индукционному датчику ИД: для грубой регулировки чувствительности ИИП; R2 - аналогичный шунт к микроамперметру: для точной регулировки чувствительности ИИП; С - электролитический конденсатор на 100 мкФ для устранения колебаний стрелки микроамперметра из-за большой скважности измеряемых импульсов микросекундного диапазона при частоте их следования 50 импульсов в секунду. Способ измерения импульсных магнитных полей, положенный в основу ИИП с индукционным датчиком ИД, описан в авторском свидетельстве на изобретение №444139 МГЖ G01R 33/00.

На фигурах 4 и 5 приведены фотографии индукционных датчиков ИД с изолирующими измерительными штангами двух конструктивных исполнений: на фигуре 4 - для фиксированного положения датчика ИД над необрабатываемой частью торца 3 коллектора совместно с двумя токоподводящими от ГИН контактами (см. фигуры 1 и 6); на фигуре 5 - для ручного перемещения датчика ИД относительно испытываемых коллекторных пластин (см. области I и II перемещения индукционного датчика ИД на фигуре 1). Общие с корпусом из эпоксидной смолы габаритные размеры датчика, приведенного на фигуре 5, зависят от формы и размеров впадин (углублений) ласточкина хвоста, от диаметра и ширины рабочей поверхности коллектора. Толщина шихтованного магнитопровода индукционного датчика ИД равна 10 мм, ширина магнитопровода с двумя обмотками датчика ИД равна 16 мм.

На фигуре 6 представлена конструкция двух токоподводящих от ГИН контактов 7 на изолирующей стеклотекстолитовой панели и элементы крепления и фиксации их: расстояние между контактами равно расстоянию между серединами смежных коллекторных пластин (по их толщине: см. фигура 1); контакты подпружинены внутри разборного корпуса. Эти же токоподводящие от ГИН контакты приведены на рабочей поверхности собранного коллектора на фигуре 7 и зафиксированы на валу собранного якоря с помощью специального изолирующего текстолитового штатива. Точно так же применяют указанные контакты и после напрессовки готового коллектора на сердечник с валом необмотанного якоря.

На фигуре 7 приведена фотография общего вида собранного коллектора ТЭД иллюстрирующая конструкцию и технологию изготовления коллекторов, принятые на Новочеркасском электровозостроительном заводе НЭВЗ применительно к тяговым электродвигателям ТЭД магистральных грузовых и пассажирских электровозов и тепловозов, в виде конкретного примера собранного коллектора якоря тягового электродвигателя ТЭД типа НБ-520 магистрального пассажирского электровоза серий ЭШ, ЭП1М, ЭП1П с нажимным конусом 10 и болтами 11, с помощью которых круговая арка коллектора с конусообразными проточками в форме ласточкиного хвоста зажата между нажимным конусом 10 и нажимной втулкой с такими же конусообразными проточками, расположенная со стороны петушков 9 коллектора, для создания усилий арочного распора между коллекторными пластинами и монолитности круговой арки коллектора, которые противодействуют центробежным силам в процессе эксплуатации ТЭД. На приведенной фотографии якорь - после импульсно-дуговой сварки обмоток с петушками коллектора 9 на автоматической установке типа АДГ-507 при непрерывном вращении якоря, но область сварки (темное кольцо на верхней части петушков, в шлицы которых вставлены концы уравнителей и основной обмотки якоря) еще не обработаны на токарном станке. В отличие технологии расточки и обработки ласточкина хвоста коллекторов ЭМ общепромышленного применения (см. фигура 2) для ТЭД электровозов и тепловозов указанные операции выполняют на специальном двухшпиндельном расточном станке, на котором одновременно и соосно обрабатывают оба ласточкина хвоста по всем поверхностям (впадинам и выступам) с одной установки резцов с обеих сторон.

Приведенные на фигурах 4-6 образцы индукционных датчиков ИД и двух токоподводящих от ГИН контактов относятся к коллекторам тяговых электродвигателей ТЭД типа НБ-514Б серийных грузовых магистральных электровозов 23С5К, 3ЭС5К, 4ЭС5К; ТЭД типа ДТК-800А серийного грузового магистрального электровоза 2ЭС4К; ТЭД типа НБ-520 серийного пассажирского магистрального электровоза ЭП1 и др.; ТЭД типа НБ-418К грузового магистрального электровоза ВЛ80К; ТЭД типа ДТК-800К серийных магистральных грузовых и пассажирских тепловозов и электровозов ЭП2К; ТЭД типа НТК650 серийных промышленных электровозов НП1 и др., имеющим следующие основные размеры коллекторов: диаметр коллектора 520 и 630 мм, ширина рабочей поверхности коллектора 138, 122 и 108 мм, размер между рабочей поверхностью коллектора и внутренней нерабочей цилиндрической поверхностью обычно в новом якоре равен 60-70 мм, толщина изоляционных миканитовых коллекторных пластин равна 1,0-1,4 мм, толщина медных коллекторных пластин на рабочей поверхности коллектора равна 2,8-3,2 мм.

Обязательное условие для практического осуществления изобретения: круговая арка коллектора с чугунными плашками 4 и опрессовочным кольцом 5 должны быть изолированы от Земли, например, лежать на столе с изоляционным покрытием, например на текстолитовой плите толщиной равной 10-20 мм, так как ток короткого замыкания I_КЗ протекает с Выход ГИН к Земля (см. фигура 1). Для обеспечения доступа к впадинам 6 ласточкина хвоста с обеих сторон: как с торца 3, так и со стороны петушков коллектора для измерения импульсного магнитного поля с помощью индукционного датчика ИД (см. фотографии датчиков ИД на фигурах 4 и 5) и ИИП, изменяют положение объекта испытаний на столе: поворотом с петушков коллектора на его торец. После этого подают импульсное испытательное напряжение микросекундного диапазона с частотой следования импульсов равной промышленной частоте, например 50 импульсов в секунду, от генератора импульсных напряжений ГИН на нерабочую необрабатываемую внутреннюю цилиндрическую часть круговой арки коллектора, состоящей из медных 1 и изоляционных миканитовых 2 коллекторных пластин с равномерно распределенным давлением между ними, на каждые две смежные коллекторные пластины 1 (см. фиг. 1, 2 и 6). Измеряют бесконтактным способом разностное импульсное магнитное поле прямого I_ПР и обратного I_ОБР тока короткого замыкания I_КЗ, равного току I_ГИН, протекающего от Выход ГИН к зажиму Земля, начиная от места подачи напряжения от ГИН, в двух противоположных направлениях (поочередно): как в сторону торца 3, так и в сторону петушков коллектора до рабочей внешней поверхности коллектора, закороченной чугунными плашками 4 с опрессовочным кольцом 5, с помощью индукционного датчика ИД (см. фигуры 1, 3, 4 и 5) ориентированного зазором-щелью в его магнитопроводе вдоль испытываемых коллекторных пластин 1, несколько асимметрично относительно этих пластин, по наибольшим показаниям измерителя импульсных магнитных полей ИИП (см. фигуры 1 и 3), увеличивают напряжение ГИН и, соответственно, ток I_ГИН и ток короткого замыкания I_КЗ до максимальных показаний ИИП и обнаруживают короткие замыкания между коллекторными пластинами, остающиеся после одновременной соосной механической расточки и обработки обеих симметрично расположенных в аксиальном направлении конусных выступов и впадин ласточкина хвоста 6 как со стороны торца 3, так и со стороны петушков коллектора (см. фигуры 1 и 2: петушки коллектора не видны, так как закрыты плашками 4 с опрессовочным кольцом 5 на фигуре 2), по минимальным практически нулевым показаниям измерителя импульсных магнитных полей ИИП при расположении датчика ИД над легко доступными для измерений внешними необработанными частями как торца 3, так и со стороны петушков коллектора именно испытываемых коллекторных пластин. На фигуре 1 для сравнения показаны два варианта: при коротком замыкании между коллекторными пластинами в ласточкином хвосте 6 Точка КЗ с током короткого замыкания I_КЗ и напряжением в точке короткого замыкания равным нулю U_КЗ=0 - сплошные линии тока короткого замыкания I_КЗ и при отсутствии короткого замыкания в ласточкином хвосте 6, но при коротком замыкании, созданным чугунной плашкой 4 на рабочей поверхности испытываемых коллекторных пластин, с током короткого замыкания I_КЗ - пунктирные линии. Напряжение в точке короткого замыкания равно нулю U_КЗ=0, поэтому на участке от этой точки короткого замыкания Точка КЗ до замыкающей испытываемые коллекторные пластины 1 чугунной плашки 4 отсутствует и, следовательно, отсутствует импульсное магнитное поле, измеряемое ИИП при расположении индукционного датчика ИД над торцом 3 коллектора. И наоборот, при отсутствии короткого замыкания в ласточкином хвосте 6 ток короткого замыкания I_КЗ протекает по чугунной плашке 4 и по испытываемым коллекторным пластинам (см. вариант на фигуре 1, изображенный пунктирными линиями тока короткого замыкания при подаче напряжения от ГИН на соответствующие коллекторные пластины). Поэтому при расположении индукционного датчика ИД в области I над торцом коллектора 3 показания измерителя импульсных магнитных полей ИИП при измерении разностного импульсного магнитного поля прямого и обратного тока короткого замыкания, как описаны выше, будут максимальными, указывающими на отсутствие короткого замыкания в ласточкином хвосте 6. Так как разностное импульсное магнитное поле прямого и обратного тока короткого замыкания в двух параллельных коллекторных пластинах очень мало по сравнению с полем тока I_КЗ, то в схеме ИИП на фигуре 3 шунтирующие индукционный датчик ИД и микроамперметр магнитоэлектрической системы на 100 микроампер µА резисторы R1 и R2 необходимо отключить для обеспечения максимальной чувствительности ИИП (для упрощения выключатели не показаны в схеме ИИП). Указанные шунтирующие резисторы подключают и регулируют чувствительность ИИП при измерении импульсного магнитного поля именно тока короткого замыкания I_КЗ в точках короткого замыкания и расположении датчика ИД, ориентированного воздушным зазором-щелью своего магнитопровода вдоль тока короткого замыкания (поперек коллекторным пластинам), над этими точками короткого замыкания в указанных выше двух вариантах: Точка КЗ находится в ласточкином хвосте 6 или это короткое замыкание, созданное чугунной плашкой 4 на рабочей поверхности коллектора (см. фигуры 1 и 2).

Для наглядности на фигуре 2 (только сплошными линиями тока короткого замыкания от ГИН) изображены указанные выше два варианта короткого замыкания: в ласточкином хвосте 6; и чугунной плашкой 4 - на рабочей поверхности коллектора.

Далее, если визуально путем осмотра короткое замыкание не обнаружено, то изменяют пространственную ориентацию датчика ИД воздушным зазором-щелью его магнитопровода поперек и симметрично найденным коллекторным пластинам с коротким замыканием между ними при расположении датчика ИД над нерабочей необрабатываемой внутренней цилиндрической частью круговой арки коллектора 1 и при минимальных практически нулевых показаниях ИИП, перемещают датчик ИД от места подачи напряжения от ГИН и вдоль доступных для измерений конусных выступов и впадин ласточкина хвоста 6 и абсолютно точно неразрушающим способом обнаруживают место (Точку короткого замыкания КЗ) замыкания между коллекторными пластинами, по которому протекает только импульсный ток короткого замыкания I_КЗ микросекундного диапазона от ГИН, по максимальным показаниям измерителя импульсных магнитных полей ИИП и по положению индукционного датчика ИД в ласточкином хвосте 6 (см. фиг. 1 и фиг. 2).

При наличии доступа одновременно с обеих сторон впадин ласточкина хвоста 6 как со стороны торца 3, так и со стороны петушков коллектора (см. фигура 2 и подробное описание к ней) обеспечивается возможность подачи от ГИН импульсного напряжения в шлицы петушков коллектора с помощью двух токоподводящих контактов- щупов 7, соединенных с Выход ГИН и Земля (см. фигура 1), и измерения импульсного магнитного поля тока короткого замыкания с обеих сторон ласточкина хвоста, начиная от места подачи импульсного напряжения от ГИН, от петушков коллектора, к ласточкиному хвосту: второй вариант.

Подробно изложенные выше настройку и регулировку всего испытательного и измерительного комплекса ГИН-ИД-ИИП производят один раз. На конкретном примере, применительно к конструкции и технологии изготовления коллекторов ТЭД электровозов и тепловозов, принятой на Новочеркасском электровозостроительном заводе НЭВЗ, изложенный выше объективный способ осуществляют предельно просто: путем измерения, в основном, максимальных уровней импульсного магнитного поля над торцом 3 и над петушками коллектора 9 (с обеих сторон ласточкина хвоста) испытываемых коллекторных пластин, так как короткие замыкания КЗ, остающиеся после тщательной шлифовки обработанных поверхностей ласточкина хвоста и, естественно, традиционного визуального осмотра, единичные при сотнях коллекторных пластин: важно не пропустить ни одного КЗ (см. фигуры 1, 2 и 7), применяя настоящее изобретение.

Изложенный выше импульсный неразрушающий способ испытания и контроля изоляции между коллекторными пластинами применим и после сборки коллектора на специальном стенде с вращающимся столом (и специальным укладочно-натяжным устройством для наложения стеклобандажей) на втулку с нажимным конусом и изоляционной миканитовой манжетой и на изоляционной миканитовый цилиндр и вторым нажимным конусом с изоляционной миканитовой манжетой со стороны торца коллектора, запрессовки нажимного конуса, продолжения статической формовки коллектора и, наконец, окончания статической формовки, охлаждения и спрессовки чугунных плашек 4 с кольцом 5 с круговой арки коллектора (см. фигуры 1 и 2), так как основной изоляцией собранного таким образом коллектора от Земли, от корпуса, являются две изоляционные миканитовые манжеты и изоляционный миканитовый цилиндр. Кроме того, именно импульсный способ необходимо применять для неразрушающих испытаний (не требующий прожигания корпусной изоляции манжет традиционным переменным напряжением промышленной частоты) и контроля изоляции относительно корпуса коллектора как после статической, так и после динамической формовки и после сборки готового коллектора на сердечник с втулкой на валу якоря и с нажимным конусом 10 и болтами 11 с торца коллектора (см. фигура 7), но путем применения известных способов, описанных в книге: Бессуднов Е.П. Обнаружение мест дефектов изоляции обмоток электрических машин постоянного тока. М. Энергия, 1977, с. 84-90, 90-91, применительно к коллектору с обмотками любого типа по авторскому свидетельству №291170.

Таким образом, изложенный выше импульсный неразрушающий объективный способ обеспечивает возможность точного обнаружения места короткого замыкания между коллекторными пластинами ласточкина хвоста 6 (см.: Точка КЗ на фигуре 1 и фигура 2) до сборки коллектора (см. фигура 7) и исключить разборку коллектора после обнаружения короткого замыкания КЗ традиционным способом испытаний переменным напряжением 0,4-0,6 кВ промышленной частоты 50 Гц после сборки коллектора (см. фигура 7), нарушающую монолитность и качество коллектора и снижающую надежность ТЭД магистральных грузовых и пассажирских электровозов и тепловозов в процессе их эксплуатации на железных дорогах. Кроме того, импульсный неразрушающий способ позволяет исключить пропуск частично выгоревших заволочек, заусенцев, остающихся после традиционных испытаниях указанным переменным напряжением, так как при испытаниях импульсами микросекундного диапазона ток короткого замыкания от ГИН и в точке короткого замыкания КЗ необходим и достаточен по величине только для измерения импульсного магнитного поля (для индикации наличия или отсутствия короткого замыкания КЗ между коллекторными пластинами) с помощью индукционного датчика ИД и ИИП (см. фигура 3): в данном случае (при коротком замыкании ГИН, при котором ГИН переходит в режим генератора импульсных токов ГИТ) важен ток и его форма, а не величина импульсного испытательного напряжения, подаваемого от ГИН.

Изобретение относится к области испытаний и контроля изоляции коллекторов машин постоянного тока при серийном производстве. Сущность: подают импульсное испытательное напряжение микросекундного диапазона с частотой следования импульсов, равной промышленной частоте, на нерабочую необрабатываемую внутреннюю цилиндрическую часть коллектора на каждые две смежные коллекторные пластины. Измеряют разностное импульсное магнитное поле прямого и обратного тока короткого замыкания начиная от места подачи напряжения от генератора импульсных напряжений в двух противоположных направлениях поочередно как в сторону торца, так и в сторону петушков коллектора до рабочей внешней поверхности коллектора, закороченной чугунными плашками с опрессовочным кольцом, с помощью индукционного датчика (ИД), ориентированного зазором-щелью в его магнитопроводе вдоль испытываемых коллекторных пластин несколько асимметрично по наибольшим показаниям измерителя импульсных магнитных полей. Увеличивают импульсное испытательное напряжение до максимальных показаний индикатора. Обнаруживают замыкание между коллекторными пластинами по минимальным показаниям индикатора при расположении ИД над необработанными частями торца и петушков коллектора испытываемых коллекторных пластин. Изменяют пространственную ориентацию ИД воздушным зазором-щелью в его магнитопроводе поперек и симметрично найденным пластинам и по минимальным показаниям индикатора. Перемещают ИД от места подачи напряжения вдоль найденных пластин и точно обнаруживают место короткого замыкания между коллекторными пластинами по максимальным показаниям измерителя импульсных магнитных полей и по положению ИД. Технический результат: возможность объективного точного обнаружения коротких замыканий между коллекторными пластинами ласточкина хвоста коллекторов машин постоянного тока и локализации места короткого замыкания. 7 ил.

Объективный способ точного обнаружения места короткого замыкания между коллекторными пластинами ласточкина хвоста коллекторов машин постоянного тока, отличающийся тем, что подают импульсное испытательное напряжение микросекундного диапазона с частотой следования импульсов, равной промышленной частоте, например 50 импульсов в секунду, от генератора импульсных напряжений ГИН на нерабочую необрабатываемую внутреннюю цилиндрическую часть круговой арки коллектора, состоящей из медных и изоляционных миканитовых коллекторных пластин с равномерно распределенным давлением между ними, на каждые две смежные коллекторные пластины, измеряют разностное импульсное магнитное поле прямого и обратного тока короткого замыкания, начиная от места подачи напряжения от ГИН в двух противоположных направлениях как в сторону торца, так и в сторону петушков коллектора до рабочей внешней поверхности коллектора, закороченной чугунными плашками с опрессовочным кольцом, с помощью индукционного датчика ИД, ориентированного зазором-щелью в его магнитопроводе вдоль испытываемых коллекторных пластин несколько асимметрично относительно этих пластин по наибольшим показаниям измерителя импульсных магнитных полей ИИП, увеличивают напряжение ГИН до максимальных показаний ИИП и обнаруживают замыкания между коллекторными пластинами, остающиеся после одновременной соосной механической расточки и обработки обеих симметрично расположенных в аксиальном направлении конусных выступов и впадин ласточкина хвоста как с торца, так и со стороны петушков коллектора, по минимальным практически нулевым показаниям измерителя импульсных магнитных полей ИИП при расположении датчика ИД над легко доступными для измерений внешними необработанными частями как с торца, так и со стороны петушков коллектора именно испытываемых коллекторных пластин, далее изменяют пространственную ориентацию датчика ИД воздушным зазором-щелью его магниторовода поперек и симметрично найденным коллекторным пластинам с коротким замыканием между ними при расположении датчика ИД над нерабочей необрабатываемой внутренней цилиндрической частью круговой арки коллектора и при минимальных практически нулевых показаниях ИИП перемещают датчик ИД от места подачи напряжения от ГИН и вдоль доступных для измерений конусных выступов и впадин ласточкина хвоста и абсолютно точно неразрушающим способом обнаруживают место короткого замыкания между коллекторными пластинами, по которому протекает только импульсный ток короткого замыкания микросекундного диапазона от ГИН, по максимальным показаниям измерителя импульсных магнитных полей ИИП и по положению индукционного датчика ИД в ласточкином хвосте.