Устройство для измерения силы давления щетки на коллектор электрической машины Советский патент 1986 года по МПК H01R39/58 

Изобретение относится к электро-- технике в части создания,устройств для измерения силы давления щетки на коллектор электрической машины и может быть использовано для собра1{ны электрических машин, в том числе малой мощности, в условиях ее изготовления 5 исследования, эксплуатации и ремонта.

Цель изобретения - повьшгение точности и достоверности измерения, а также расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения как в статике, так и в динамике.

На фиг.1 показано устройство для определения силы давления ц0тки на коллектор электрической машины, , общий вид спереди; на фиг.2 - то. же вид сбоку; на фиг,3 - электроизмерительная схема устройства; на фиг,4 - диаграммы, поясняющие работу элект-. рического элемента контроля момента отрыва щетки от коллектора.

Устройство состоит из двух блоков : механического с механотроном и электрического с измерительными и индикаторными цепями. Механический блок (фиг,1 содержит стойку I, в - которой закрепляется электрическая машина 2, на валу последней установлен коллектор 3, с которым взаимодействуют исследуемые щетки 4. Электрическая машина 2 может перемещаться вдоль направляющих 5, Блок содержит также стойку 6 с основани ем 7, ограничивателем 8 хода и направляющими 9, в которых может перемещаться стойка 10 с закрепленным в ней силоизмер Ггельным датчиком в виде механотрона 11. В стойке 10 закреплена на резьбе одним концом втулка 12 с малым шагом резьбы на другом конце, который проходит чере отверстие в кронштейне 13, жестко соединенном со стойкой 6. Стойка 10 с механотроном 11 подпружинена относительно кронштейна 13 пружиной 1 и может свободно перемещаться вдоль направляющих 9 в вертикальной плоскости с помощью винта 15.

Механотрон 11 закреплен с помощь изоляционной втулки 16 к стойке 10, которая соединена с основанием 17 (фиг.2), К стойке 10 пластиной 18 (фиг.1) прижата плоская пружина 19, например, из каленой бериллиевдй бронзы толщиной порядка 0,4 мм, которая с помощью шпильки 20 и муф10

IS

20

25

397782

ты 21, например, выполненной из органического стекла, соединена с подвижным анодом 22 механотрона I1. Последний связан при измерении давления со щеткой 4 гибкой связью, которая может быть выполнена в виде металлической шпильки 23 и упругой плоской пружины 24, при этом шпилька 23 од- ним концом соединена с плоской пружиной 24, вторым концом воздействующей на щетки 4 (фиг. 1) , Гибкая связь может быть выполнена также в виде упругой нити без остаточньпс деформаций, связанных одним концом с подвижным анодом 22 (путем закрепления конца) на плоскости 19, имеющей петлю на Другом конце, с помощью которой нить воздействует на щетку фиг.2). На стойке I закреплен кронштейн 25 с дополнительным двигателем 26 постоянного тока, вал которого соединяется с валом электрической машины 2 эластичной муфтой 27. Вьшод- ные концы механотрона 11, исследуемой электрической машины 2 и двигателя 26 соединяются кабелями с электрическим блоком и источниками питания через разъемы. Направляющие 5 (фиг.1) и основание 7 закреплены на плите 28.

Электрический блок (фиг.З) содержит электрический элемент контроля момента отрыва щетки от коллектора, состоящий из компаратора 29, первый вход которого через маломощный источник 30 постоянного тока связан с исследуемыми щетками 4, второй вход соединен с захватчиком 31 порогового уровня сигнала, а выход через ключ 32 связан с индикатором 33. В состав электрического блока входит также индикатор 34 силы давления щетки 4 на коллектор 3, включенный в диагональ моста, образованного внутренними сопротивлениями механотрона 11 между подвижным 22 и неподвижным 35 анодами механотрона и катодом 36 и анодными сопротивлениями 37, соеди- ненш.тми через балансировочное сопротивление 38 с источником 39 питания мехаиотрона, Величина тока в диагонали моста регулируется потенциометром 40, В качестве электрического элемента контроля момента отрыва щет- 55 ки от коллектора может быть использован также электронный блок определения формы выходного сигнала исследуемой электрической машины (нап30

45

50

ример, электронно-лучевой осциллограф, или специальный электрический бцок) , вход которого подключается непосредственно к щеткам 4.

Устройство работает следующим образом.. .

Устройство обеспечивает два режима работы: определение силы давле- ния щетки на коллектор электрической машины в статике (на неработающей машине) и определение давления в динамике (на электрической машине, вал которой с коллектором приводится принудительно во вращение о внешнего электродвигателя). В перво режиме двигатель 26 не работает, и момент отрьта щетки 4 определяется по показанию индикатора 33 электри- -ческого элемента контроля-момента отрыва щетки при срабатывании компаратора 29 в результате разрьша цепи питания от источника 30 постоянного тока через щеточно-коллекторный переход электрической машины 2. Во втором режиме двигатель 26 вращает вал электрической машины 2, а момент отрьгеа щетки 4 также определяется показанием индикатора 33. Два режима работы предусмотрены для расширения функциональных возможностей устройства.

Работа устройства в первом режим осуществляется следующим образом.

Винтом 15 (фиг.1) стойка 10 с механотроном 11 перемещается вертикально вверх. При этом происходит деформация плоской пружины 19 на величину, пропорциональную силе давления щетки (на фиг.4о показано линейное увеличение силы отрыва щетки от коллектора). В результате из меняется анодный ток в цепи диода механотрона с подвижным анодом 22, что приводит к разбалансу мостовой схемы (фиг.З), и через индикатор 34 потечет ток, величина которого про- порционапьна измеряемому усилию. Мкала индикатора 34 проградуирована

в единицах силы.

.

Момент отрыва щетки от коллектора контролируется электрически следующим образом. В исходном состояни на первый вход компаратора 29 элемента контроля момента отрьша от источника 30 постоянного тока подается электрический сигнал, а на второй вход подается сигнал (1 ) от

;задатчика 31 порогового уровня, при

397784

этом на выходе компаратора 29 существует нулевой сигнал. В процессе перемещения механотрона I1 увеличивается сила отрыва щетки от коллекто- 5 ра и изменяется ток через щеточно- коллекторный переход (изменение тока J показано на фиг.4). Этот сигнал, поступающий на первый вход компаратора, сравнивается им с порого- fO вым уровнем. Когда сигнал с выхода источника 30 равен пороговому сигналу, срабатьшает компаратор 29 и на его выходе появляется сигнал U .(фиг.(&), вызьшающий срабатывание J5 ключа 32 (сигнал на фиг.4) и индикатора 33. Изменяя величину порогового уровня, можно регулировать момент срабатьшания компаратора, и следовательно, фиксировать 20 различные стадии момента отрьша щетки от коллектора.

Работа устройства во втором режиме аналогична с той лишь разницей, что вал электрической машины 2 при- 25 водится во вращение от приводного двигателя 26. При этом определение силы давления щетки 4 в динамике является более достоверным, но при этом на сигнал с выхода блока 30, Q кроме коллекторных пульсаций, на- кладывается амплитудная модуляция гармоническим сигналом промышленной частоты, причем амплитуда модуляции увеличивается с возрастанием силы отрыва щетки от коллектора. На диаграмме (фиг.4д) показано изменение напряжения на щетках генераторной электрической машины при измерении их давления на коллектор (без коллек- торных пульсаций. В этом случае

компаратор 29 также позволяет опр.е- делить различно стадии отрыва щетки от коллектора, но требуется усложнение его схемы, так как сигнал име- , ет более сложную форму (например, путем построения двухпорогового 1 омпаратор) . Вместо компаратора может быть использован электронный блок определения формы выходного Q сигнала, например электронно-лучевой осциллограф.

Предлагаемое устройство, использующее силоизмерительный датчик в . виде механотрона, обеспечивает повы- 5 шение точности измерений по сравнению с известным (как малых, так и значительных усилий), может быть использовано в машинах малой мощнос5

ти, как в статических,так и в динамических условиях. При этом исполь- эуемьш приводной двигатель позволяет устанавливать необходимый скоростной режим при определении силы давления щетки на коллектор в динамике, что расширяет функциональные возможности устройства. Наличие гибкой связи йежду подвижным анодом меха- нотрона и щеткой расширяет диапазон максимального перемещения механо- трона относительно щеточно-коллектор ного узла, что позволяет более точно измерять давление щетки на кол- лектор. При.этом использование электрического элемента контроля момента отрыва щетки от коллектора с применением компаратора повышает достоверность определения давления щетки на коллектор, так как может сигнализировать в зависимости от величины порогового сигнала задатчика о различных стадиях отрыва щетки от коллектора электрической машины, что дает возможность более детально анализировать процесс отрьша щетки от коллектора в динамике и формировать сигнал момента отрьша.

Формула из об р в т .е н и я

1.Устройство для измерения силы давления щетки на коллектор электрической машины, содержащее исследуемую щетку, взаимодействующую с уста- новленным на валу электрической ма- щины коллектором, и связанные со щеткой силоизмерительный датчик и элемент контроля момента отрыва щет- ки от коллектора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и достоверности измерения 5 а также расширения функциональных возможностей за счет

обеспечения возможности измерения как в статике, так и в динамике, вал электрической машины соединен с валом дополнительно введенного приводного двигателя, в качестве силоизмерительного датчика использован механотрон, установленный в устройстве с возможностью перемещения, при этом подвижный анод механотрона связан со щеткой гибкой связью, а элемент контроля момента отрыва щетки от коллектора выполнен электрическим.

2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкая связь выполнена в виде металлическо шпильки и упругой плоской пружины, при этом шпилька одним своим концом связана с подвижным анодом механотрона, а другим концом - с одним концом упругой плоской пружины, другой конец которой воздействует на щетку.

3.Устройство по п,1,о т л и - ча ощееся тем, что гибкая связь выполнена в виде упругой нити без остаточных деформаций, один ког- нец нити связан с подвижным анодом механотрона,а на втором конце выполнена петля, с помощью которой нить воздействует на щетку.

4.Устройство по пп.1,2 и 3, о т л и ч а ю ш, е, е с я тем, что злект ри ч:еский элемент контроля момента щетки от коллектора содержит источник постоянного тока, компаратор, задатчик порогового уровня сиг нала, ключ и индикатор, при этом первьй вход компаратора через источник постоянного тока связан с исследуемыми щетками электрической машины,, второй вход соединен с задатчик порогового уровня сигнала, а выход связан через ключ с индикатором.

2

и

5I

N3

У////////

Фиг.1

ИИ

in

щТим)

11

Ю

26 25

27

вд

.I

23 2

Фиг.2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для собранных электрических машин при их иэготовлении, эксплуатации и ремонте. Целью иэобретения является повьипение точности и достоверности измерения, а также расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения как в статике, так и в динамике. При определении силы давления щетки на коллектор электрической машины в статике момент отрьша щетки от коллектора определяется по показанию индикатора электрического элемента контроля момента отрыва щетки при срабатьшании компаратора в результате разрыва цепи питания от источника постоянного тока через щеточно-коллекторный переход электрической машины. Во втором режиме, когда вал машины с коллектором приводится принудительно во вращение от внешнего электродвигателя, момент отрыва щетки также определяется показанием индикатора. В качестве силоизмерительного датчика использован механотрон, обеспечивающий повышение точности измерений. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. а сл го со ;о sj 00