Устройство для измерения давления щетки на коллектор электрических машин Советский патент 1984 года по МПК H01R39/58 

Изобретение относится к электротехнике в части создания устройств для контроля параметров дав.чения ндетки на коллектор.

По основному авт. св. № 919004 известно ует|1ойство для измерения давления Hierки на ко.1лектор электрических ма1ии.ч, содержащее электроизмерительный прибор, датчик давления в внде уиругого чувствнтельного силоизмерительного элемента с ( ; 1отка.111 возбуждения и измерительной, распо.,ожениый в корпусе .металлический шар, взянмодействуюший с указан( Датчиком, цеткодержатель и источник синусоидальносо напряжения. Устройство также содержит второй упругий компенсационный силоизмерительный эле.мент с об.мотками возбуждения 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 вторичная обмотка этого же трансформатора через первую пару разделительных выcoкoвoльт nilx конденсаторов связана с измерительным прибором, при этом источник синусоидального напряжения через другую пару разделительных высоковольтных конденсаторов связан с первичной об.моткой второго разделительного трансформатора, вторичная обмотка которого связана с последовательно-согласно включенными обмотками возбуждения чувствительного и компенсациопного силоиз.мерительных элементов I. Устройство и.меет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет определять в динамике ускорение, развивае.мое щеткой, и массу щетки, которая в процессе работы .меняется за счет износа, что оказывает влияние на динамическое .гавление щетки на коллектор электрической .маншны. Кроме того, данное устройство не иозволяет определять частоту колебаний щетки в динамике, которая влияе; на ускорение, что, в свою очередь, приводят к изменению дав.чения щетки в нронессе ее работы.

Шмью изобретения является расширение функциональных воз.можиостей устройства путем обеспечения одновременного измерения силы нажатия И1етки па коллектор, уско1)ения, развиваемого щеткой в динамике, частоты колебашш Н1еткн, массы Н1етки и ее износа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения давления щетки на коЛоТектор электрических машин между первой 1арой разделительных высоковольтных конденсаторов и измерительным

нриоором дополнительно введены нервыи и второй блоки деления, блок умножения, блок вычитания, масьнтабный блок, квадратор, преобразователь частоты в постоянное Наиряжение, преобразователь переменного напряжения в иоетоянное и детектор, при этом вход детектора соединен с разделител1)Ными высоковольтными конденсаторами а выход одновременно -- с входами преобразователя частоты в юстоянное напряжение и преобразователя иере.менного нанряжения в постоянное, выход последнего соединен с первым входом измерительного прибора и входами блока умножения и первого блока деления, выход которого подключен к второ.му входу измерительного нрибора и через блок вычитания и второй блок деления, которые евязаны с выходом мас1нтабного блока, соединен с третьи.м входом измерительного прибора, четвертый вход которого соединен с первым блоко.м деления и через блок умножения и квадратор - с выходом преобразователя частоты в постоянное напряжение, выход которого соединен с пятым входом из.мерительного прибора.

На фиг. 1 представлено устройство; на фиг. 2 - принциниальная электрическая схема устройства.

Устройство для измерения давления на коллектор состоит из бимета; лического корпуса 1, с которым соединена щетка 2, расположенная в щеткодержателе 3. Щетка 2 через защитное устройетво 4 и металлический щар 5 связана с упруги.м чувствительным силоизмерительным элементом 6. Упругий компенсационный силоизмерительный эле.мент 7 также установлен в корпусе 1. Нажимной палец 8 опирается на корпус 1.

Обмотка 9 возбуждения чувствительного силоизмерительного элемента 6 соединена с обмоткой 10 компенсационного силоизмерительного элемента 7 носледовательносогласно. Измерительная 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. Вторичная обмотка 16 разделительного трансформатора 14 через первую пару разделительных высоковольтных конденсаторов 17, 18 связана с детектором 19. Выходные концы об .моток 9, 10 силоизмерительных элементов 6, 7 подключены Г араллельно об.мотке 20 разделительного трансформатора 21. Первичная обмотка 22 этого трансформатора через вторую пару разделительных высоковольтных конденсаторов 23, 24 связана с источником 25 синусоидального напряжения. Выход детектора 19 соединен с входом преобразователя 26 частоты в постоянное напряжение и входом преобразователя 27 переменного напряжения в постоянное. Выход преобразователя 27 соединен с первььм входом регистрирующего прибора 28, блоком 29 умножения и входом первого блока 30 деления. Выход блока 30 деления связан с вторым входом регистрирующего прибора 28 и через блок 31 вычитания, второй блок 32 деления связан с третьим входом регистрирующего прибора 28. Масщтабный блок 33 соединен с блоком 31 вычитания и блоком 32 деления. Четвертый вход регистрирующего при-бора 28 связан с блоками 29, 30. Выход преобразователя 26 частоты в постоянное напряжение соединен с пятым входом регистрируюн.,его прибора 28 и через квадратор 34 связан с входом блока 29 умножения. Устройство для измерения давлений щетки на коллектор электрических маншн работает следующим образом. Перед измерением давления схема устройства приводится в исходное состояние, для чего масщтабным блоком 33 задается выходное напряжение, пропорциональное массе новой щетки т. От источника 25 синусоидального напряжения напряжение питания датчика подается через высоковольтные конденсаторы 23, 24 и разделительный трансформатор 21 на обмотки 9, 10, отделяя тем самым источник 25 синусоидального напряжения от высокого потенциала цл,еткодержателя 3. Защитное устройство 4 предохраняет чувствительный силоизмерительный элемент 6 от резких ударов нажимного пальца 8. При отсутствии давления нажимного пальца 8 схема устройства сбалансирована и сигналы на входах регистрирующего прибора 28 равны нулю. При опущенном нажимном пальце 8 щеткодержателя 3 создается давление на корпус 1 и через чувствительный силоизмерительный элемент 6, металлический щар 5, защитное устройство 4, щетку 2 передается на коллектор электрической мащины. Под действием давления нажимного пальца 8 в чувствительном силоизмерительном элементе 6 возникают механические напряжения, которые приводят к изменению его магнитной проницаемости. В результате этого на выходе измерительных обмоток 11, 12 появляется 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, усиливается в первичной обмотке 13 трансфор.матора 14 и трансформируется в обмотку 16 трансформатора 14, отделяясь от высокого потенциала щеткодержателя 3 электрической мапгины. Далее сигнал с обмотки 16 разделительного трансформатора 14 через высоковольтные конденсаторы 17, 18, предназначенные для повышения надежности и безопасности в случае пробоя изоляции обмоток 13, 16, разделительного трансформатора 14, подается на , детектора 19. В результате детектирования сигнал отделяется от несущей частоты генератора 25 синусоидального напряжения питания датчика и подается на входы преобразователя 26 частоты в постоянное напряжение и преобразователя 27 переменного напряжения в постоянное. С выхода преобразователя 27 сигнал, пропорциональный спле Р, подается на первый вход регистрирующего прпбора 28 и на вход первого блока 30 деления и блока 29 умножения. В то же время сигнал с выхода блока 26. пропорциональный частоте колебаний f щетки, подается на пятый вход регистрирующего прибора 28 и на вход квадратора 34, где происходит возведение в квадрат сигнала f. С выхода квадратора 34 сигнал, пропорциональный f подается на вход блока 29 умножения на сигнал f. В результате этого на выходе блока 29 появляется сигнал, пропорциональный ускорению а : . Сигнал, пропорциональный ускорению а с выхода блока 29 подается на четвертый вход регистрируюпл.его прибора 28 и на первый блок 30 деления. На выходе блока 30 образуется сигнал, пропорциона:1ьный массе щетки m -. Этот сигпа.ч подастся на второй вход регистрирующего прибора 28 и па блок 31 вычитани.я, на другой вход которого нодается сигнал, пропорциональный массе новой щетки т. с масштабного блока 33. На выходе блока 31 вычитания появляется сигнал, иропорциональный абсолютному износу щетки Л т. Этот сигнал подается на второй блок 32 деления, па другой вход которого подается сигнал, пропорциональный массе новой щетки гпо с масштабного блока 33. В результате на выходе блока 32 образуется сигнал, пропорциональный относительному (процентному) износу щетки -, который подается на третий вход регистрирующего прибора 28. Использование в устройстве соответствующим образом связанных двух блоков деления, блока умножения, блока вычитания, масштабного блока, квадратора, преобразователя частоты в постоянное напряжение, преобразователя переменного напряжения в постоянное и детектора расширяет функциональные возможности устройства, так как позволяет измерять в динамике силу нажатия щетки на коллектор, ускорение, развиваемое П1еткой, и массу щетки, которая в процессе работы меняется за счет износа, что оказывает влияние на динамическое давление щетки на коллектор, частоту колебаний щетки, износ щетки в процессе работы. Определение всех этих параметров во время работы электрической мащины позволит оптимизировать конструктивные и рабочие параметры щеточно-коллекторного узла и повысить его надежность.

Устройство позволяет производить измерение комплекса параметров щеточноколлекторного узла непосредственно на работающих электрических мащинах с больщим напряжением питания.

Устройство может быть, например, установлено на электровозе или на стенде на работающей мащине в цеховых условиях. В качестве регистрирующих приборов можно использовать самопишущие приборы, которые позволят за определенное время работы электрической .машины набрать статистический материал по работе щеточно-коллекторного узла и электродвигателя в целом. Анализ этого материала позволит выбрать оптимальные параметры этого узла: давление щетки на коллектор исходя 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 электродвигателя в целом, а также снизить его износ и увеличить срок службы.

В настоящее время контроль щеткодер жателей на электровозостроительных заводах производится либо механическими дина.мометрами, либо с помощью устройств с применением датчиков перемещения. Настройка щеткодержателей этими устройствами производится на стенде без токовых и механических нагрузок в статическом режиме с невысокой точностью измерения, обусловленной применением динамометров и датчиков неремещепия.

Известно, что магнитоупругие датчики имеют высокую чувствительность и обеспечивают большую точность измерения по сравнению с датчиками перемещения, поэтому использование магнитоупругого датчика в предлагаемом устройстве позволяет уменьшить погрещность измерения силы нажатия щетки ра коллектор примерно на порядок. Такое уменьщение погрешности измерения позволяет наиболее точно установить заданное значение силы нажатия щетки на коллектор, что улучщает условия коммутации щеточно-коллекторного узла.

Контроль только одного параметра (силы нажатия щетки на коллектор) при данных конструкциях щеткодержателей позволяет получить экономический эффект 91,04 тыс. руб в год на предприятиях, выпускающих 700 электровозов в год. Экономический эффект 91,04 тыс. руб образуется за счет экономии электроэнергии - 62,35 тыс. руб за счет ЭКОНОУИИ меди. Идущей на изготовление коллек 0ра - 6,27 тыс. руб, за счет увеличения длительности пробега - 22,42 тыс. руб.

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 второй 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 в.ходом измерительного прибора, четвертый вход (Л 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. О5 со о