Устройство для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин Советский патент 1988 года по МПК H01R39/58 

ш.

01

4; Ю

IS

К)

п

11

Изобретение относится к эпектро- технике, в частности к устройствам для измерения нажатий щетки на коллектор электрических мапгин, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1275602.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем улучшения коммутации машин и згменьшения износа элементов скользящего контакта.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для измерени нажатий щетки на коллектор электри- ческих машин.

Устройство состоит из металлического корпуса 1, с которым соединена щетка 2, расположенная в щетко ержа- теле 3, закрепленном на траверсе Д. По наружному ободу траверса 4 имеет зубчатый венед, через который она сцепляется с шестерней 5, закрепленной на валу б поворотного механизма. Щетка 2 через защитное устройство 7, металлический шар 8 связана с упругим чувствительным элементом 9 датчика силы, упругий компенсационный элемент 10 датчика силы также установле в корпусе 1. Нажимной палец М опирается на корпус 1 и. через элемент 9, элементы 8-, 7 и 2 на коллектор 12 машины. Обмотка 13 возбуждения чувствительного элемента 9 соединена с контурным конденсатором 14 первого генератора 15 синусоидального напряжения Обмотка 16 возбуждения компенсационного элемента 10 соединена с контурным конденсатором 17 второго генератора 18 синусо здяльного напряжения. Оба генератора 15 и 18 мог,ут быть выполнены, например, на микросхемах и соединены с источником 19 постоянного напряжения (например, в виде миниатюрных элементов типа СЦ-32) и выполнены в виде блока 20 питания, расположенного в корпусе 1 датчика силы.-Измерительные обмотки 21 и 22 чувствительного 9 и компенсационного 10 элементов датчика силы включены последовательно между собой и соеди- нены с входом смесителя 23, выход которого соединен с обмоткой 24 передающей магнитной антенны 25, расположенной вне корпуса 1 датчика силы В поперечном пазу щетки 2, который выполнен на части ее боковой поверхности, примыкающей к рабочей зоне щетки (вблизи области контакта щетки

д

j

0 5 0 5

0

5

0

5

2 с коллектором 12), расположена дополнительная измерительная обмотка 26, соединенная с дополнительной обмоткой 27 управления, расположенной на чувствительном элементе 9 датчика силы. На определенном расстоянии от передающей магнитной антенны 25 расположена приемная магнитная антенна 28, обмотка 29 которой соединена с входом преобразователя 30. Преобразователь 30 может быть выполнен, например, из последовательно соединенных усилителя 31 высокой частоты, амплитудного ограничителя 32, частотного дискриминатора 33, вт)рой вход которого соединен с гетеродином 34. Выход частотного дискриминатора 33 соединен с индикатором 35 давления регистрирующего прибора 36, а также одновременно с входом фазового формирователя 37. Выход фазового формирователя 37 соединен с одним из входов фазового де-цектора 38, второй вход которого соединен с выходом усилителя 31 вь(сокой частоты. Выход фазового детектора 38 соединен с индикатором 39 степени искрения щетки регистрирующего прибора 36. Одновременно выход фазового детектора 38 соединен с первым входом сравнивающего устройства 40, второй вход которого соединен с задающим устройством 41. Выход сравнивающего устройства 40 через усилитель 42 соединен с обмоткой управления исполнительного электродвигателя 43, Например, управляемого асинхронного двигателя, обмотка возбуждения которого соединена с источником 44 питания. Вал исполнительного электродвигателя 43 через редуктор 45 соединен с валом 6 шестерни 5 поворотного механизма траверсы 4.

Устройство работает следующим образом.

Перед измерением схемы устройство приводится в исходное состояние, для. чего путем настройки схем генераторов 15 и 18 синусоидального напряжения (в отсутствии усилия нажатия пальца 11 на корпус 1 и чувствитель- ньй элемент 9 датчика силы) устанавливается разность частот между ними, соответствующая частотам настройки передающей 25 и приемной 28 магнитных антенн. При этом переменные напряжения генераторов 15 и 18, в колебательные контуры которых включены конденсаторы 14, 7 и г Пмотки 13 и 16

возбуждения, трансформируются в измерительные обмотки 21 и 22 элементов 9 и 10 датчика силы. На выходе смесителя 23 выделяется нап1)яжение разностной частоты генераторов 15 и 18, которое подается на обмотку 24 передающей магнитной антенны 25. Излучаемая передающей магнитной антенной 25 электромагнитная волна распространяется на определенное расстояние и принимается приемной антенной 28. Наведенная в обмотке 29 ЭДС разностной частоты генераторов 15 и 18 поступает на вход усилителя 31 преобразователя 30. Усиленное напряжение с выхода усилителя 31 подается одновременно на вход амплитудного ограничителя 32 и на один из входов базового детектора 38. Ограниченное по амплитуде напряжение с выхода ограничителя 32 подается на первый вход частотного дискриминатора 33, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 34, равное по частоте разности частот генераторов 15 и 18, При указанных вьппе условиях нз выходе частотного дискриминатора 33 сигнал равен нулю и на индикатор 35 давления регистрирующего прибора 36 и фазовый формирователь 37 напряжение не подается. С помощью подстройки гетеродина 34 устанавливается нуль на входе индикатора 35 регистрирующего прибора 36 при отсутствии давления щетки 2 на коллектор 12. При этом автоматически устанавливается нуль на входе индикатора 39 степени искрения, так как при нулевом напряжении на входе фазовый формирователь 37 запирает по второму входу фазовый детектор 38. При этом выходное напряжение фазового детектора 38 равно нулю при любом напряжении на его первом входе, посту- пагацем с выхода усилителя 31. При опущенном нажимном пальце 11 на корпус 1 и вращении коллектора 12 создаются динамические давления на корпус 1 и чувствительный элемент 9, которые через металлический шар 8, защитное устройство 7 и щетку-2 передаются на коллектор 12 электрической машины. , Под действием давления в чувствительном элементе 9 датчика силы возникают периодические механические напряжения, которые приводят к изменению его магнитной проницаемости. В результате ЭТОГО изменяется индуктивность обмотки 13 колебательного кон

5

5

0

5

0

5

0

5

тура генератора 15, который изменяет частоту своих колебанш. Периодически возникающее в момент схождения щетки 2 с коллекторной пластины искрение под щеткой наводит в дополнительной обмотке 26 шумовое напряжение, которое подается в управляющую обмотку 27 чувствительного элемента 9 датчика силы,

В результате этого наряду с час- тотной модуляцией выходного напряжения генератора 15 при изменении усилия нажатия щетки 2 на коллектор 12 происходит его амплитудная модуляция шумовым напряжением искрения. Частотно- и амплитудно-промодулированное высокочастотное напряжение генератора I5 трансформируется в измерительную обмотку 21 чувствительного элемента 9. Это напряжение подается на смеситель 23 одновременно с неизменным по частоте и амплитуде опорным сигналом генератора 18 с измерительной обмотки 22 элемента 10. На выходе смесителя 23 образуется сигнал разностной частоты генераторов 15 и 18, промодулированньпЧ по частоте и амплитуде. Этот сигнал подается в обмотку 24 псредаю1цей магнитной антенной 25. Приемная магнитная антенна 28 принимает этот сигнал, который снимается с обмотки 29 и усиливается усилителем 3, ограничивается амплитудным ограничителем 32 и подается на первый вход частотного дискриминатора 33. На выходе дискриминатора 33 появляется сигнал, пропорциональный изменению разностной частоты генераторов 15 и 18, который подается на индикатор 35 давления регистрирующего прибора 36, пропорциональный усилию нажатия щетки 2 на коллектор 12 электрической машины.

Одновременно периодически изменяющееся с частотой схождения щетки 2 с коллекторных пластин напряжение дискриминатора 33 подается на вход фазового формирователя 37. Фазовый формирователь 37 определяет период повторения схождения щетки с коллекторной пластины и по периоду повторения схождения формирует временной интервал, точно соответствующий моменту схождения щетки 2 с коллекторной пластины и появлению искрения под щеткой 2, Выходное напряжение фазового формирователя 37, точно совпадающее по времени с этим интервалом.

открывает в момент схождения щетки 2 с коллекторной пластины фазовый детектор 38. Подаваемое на первьй вход фазового детектора 38 напряжение с усилителя 31 детектируется в течение интервала времени искрения детектором 38. Выходное напряжение детектора 38, пропорциональное степени искрения под щеткой 2, фиксируется индикатором 39 регистрирующего прибора 36 и одновременно подается на первый вход сравнивающего устройства 40. На второй вход сравнивающего устройства АО подается напряжение с задающего устройства 41. Величина этого напряжения с задающего устройства 41 устанавливается равной выходному напряжению фазового детектора 3& при нормальной коммутации (и, соответственно, степени искрения под щеткой 2) в процессе работы машины. Тогда на выходе сравнивающего устройства 40 сиг- , нал равен нулю, а щетки 2 находятся

на нейтрали. Установка щеток 2 на нейтраль осуществляется их смещением по коллектору 12 путем поворота траверсы 4 совместно со щеткодержателями 3. Эта регулировка осуществляется перед началом работы.

При работе электрической мащины при значительных нагрузках реакции якоря сдвигает токораздел в обмотке якоря, щетки 2 оказываются вне нейтральной линии, т.е. на положении физической нейтрали-. Это приводит к значительному искрению под щетками 2. Искрение вызывает появление сигнала на входе сравнивающего устройства 40, отличного от нормального. Тогда на выходе сравнивающего устройства 40 появляется сигнал, равньй разности сигналов от фазового детектора 38 и задающего устройства 41. Этот сигнал усиливается усилителем 42 и подается на обмотку управления исполнительного электродвигателя 43, что приводит к появлению вращающего момента на его- валу, который начинает поворачиваться. Вращающий момент от вала двигателя 43 передается-на вал редуктора 45 и далее на вал 6 шестерни 5 поворотного механизма траверсы 4. Под действием крутящего момента траверса 4 поворачивается, перемещая щеткодержатели 3 со щетками 2 по поверхности коллектора 12 (против вращения колВГОШПИ Заказ 2790/51

лектора у двигателя и по направлению - вращения у генератора). Поворот траверсы 4 осуществляется до момента установки щеток 2 на нейтрали. При установке щеток 2 на нейтральной линии сигнал на выходе фазового детектора 38 становится равным по величине напряжению с ведающего устройства 41. На выходе сравнивающего устройства 40 сигнал становится равным нулю. Б результате этого сигнал на обмотку управления двигателя 43 не подается. Двигатель 43 останавливается, фиксируя положение щеток 2 на нейтральной линии и обеспечивая тем самым нормальную работу под щетками. Такая работа щеточного узла осуществляется постоянно в процессе работы электрической мащины.

Использование в предлагаемом устройстве дополнительно введенных исполнительного электродвигателя 43, редуктора 45, усилителя 42, задающе- го 41 и сравнивающего 40 устройств позволяет расишрить функциональные возможности устройства. При этом на-- ряду с измерением динамических усилий нажатия щетки 2 на коллектор 12, оценки степени искрения под щеткой 2 можно улучшить коммутацию мащины и уменьшить электрический износ элементов контакта путем автоматической установки щеток на нейтраль.

Формула из обре тения

.Устройство дпя измерения нажатий щетки на коллектор электрических ма- щин по авт. св. № 1275602, отличающее с я тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей путем улучщения коммутации машины и уменьщения износа элементов сколь:зящего контакта, оно снабжено исполнительным электродвигателем, редуктором, усилителем, задающим блоком и сравниванмцим блоком, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора преобразователя, второй вход - с задающим блоком, а выход через усилитель соединен с обмоткой управления исполнительного электродвигателя, вал которого соединен с редуктором, предназначенным для соединения с валом шестерни поворота траверсы.

Тираж 632 Подписное

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем улучшения коммутации машины и уменьшения износа элементов контакта. Для этого дополнительно введены исполнительный электродвигатель 43, редуктор 45, усилитель 42, задающее устройство 41 и сравнивакщее устройство 40. Первый вход сравнивающего устройства 40 соединен с выходом фазового детектора 38 преобразователя 30, второй вход.соединен с задающим устройством 41, а выход через усилитель 42 соединен с обмоткой управления исполнительного электродвигателя 43, вал которого через редуктор 45 соединен с валом 6 шестерни 5 поворотного механизма траверсы 4. Установка щеток 2 на нейтраль осуществляется их смещением по коллектору 12 путем поворота траверсы 4 совместно с щеткодержателем 3. В процессе работы устройства осуществляется автоматическая установка щеток на нейтраль. 1 ил. i (Л