Устройство для измерения интенсивности искрения на коллекторе электрической машины Советский патент 1983 года по МПК H02K13/14 G01R31/34 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ .ИСКРЕНИЯ НА КОЛЛЕКТОРЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

Изобретение относится к эксперимен-ч тальному исследованию и контролю характеристик коллекторных электрических машин, в частности, к исследованию их контроля искрения на коллекторе.

Известны устройства для измерения интенсивности искрения на коллекторе по импульсам напряжения электрических разрядов на коллекторе, содержащее дат чик импульсов в виде измерительной щётки, устанавливаемой под сбегающим краем рабочей щетки на коллекторе электрической машины, и. измерительный блок, состоящий из фильтра, разделителя полярности импульсов, усилителя, инди- ,5 катора среднего значения и электронного осциллографа. С помощью этого устройства измеряют интегральное напряжение всех импульсов разрядов на коллекторе, усредняют это значение за 20 один оборот коллектора и по среднему значению напряжения разрядов на коллекторе, определенному значению которого соответствует определенный класс

МАШИНЫ

искрения по шкале ГОСТ 183-74, оценивают искрение 13.

Однако интенсивность искрения оценивается этим устройством неточно. Показания прибора отражают действительный уровень искрения лишь при хорошей притирке щеток и удовлетворительном .(в механическом отношении) состоянии коллектора в целом. Если в машине на . однойтцвух тшастинак наблюпается сильпое искрение по механическим причинам (например, иэ-за выступления пластин) при слабом искрении на других пластинах, то при визуальной оценке искрение это будет замечено. Устройство, измеряющее среднее значение напряжения разрядов по всему коллектору, дает показание, почти не отличающееся от того, что было зафиксировано при отсутствии выделяющихся по интенсивности однойдвух пластин, так как вклад напряжения разрядов от этих пластин в интегральное значение напряжения i незначителен. В связи с тем., что долговечность коллектора определяется наработкой до отказа быстро, изнашиваемой пластины, на которой наблюдается наиболее интенсивное искрение, ;большой интерес представляют параметры самых интенсивных разрядов на коллекторе.

Известны устройства для оценки искрения на коллекторе по длительности коммутационного разряда, которые содержат датчик импульсов в виде вспомогательной щетки или фотоэлектрического прибора, осциллограф со спиральной разверткой и устройство синхронизации развертки осциллографа с частотой вращения вала якоря исследуемой машины, содержащее прерьтаюший свет диск, закрепляемый на валу якоря, переставляемый по окружности диска осветитель и фотоэлемент, вьщаюший электрический импульс для запуска развертки осциллог рафа. Устройства дают возможность осцйллографировать импульсы напряжения разрядов одновременно на всех пласти-. нах. По осциллограмме можно сделать выводы качественного характера о рас- лределении искрения по окружности лектора .2 и СЗ 3

Недостаток известных устройств заключается в том, что в них не соде1 жится никаких средств для автоматическо го измерения длительности разрядов. Измерение длительности по осциллограмме весьматрудоемко, а при наличии большого числа коллекторных пластин практически невозможно. Определение класса искрения по осциллограмме весьма субъективно. Известно также устройство для измер ния интенсивности искрения на коллекторе электрической машины, содержащее контактный или бесконтактный датчик импульсов напряжения разрядов на коллекторе, блок измерения и опенки интенсивности искрения и блок питания. Блок измерения и оценки содержит последовательно соединенные усилитель электрических импульсов, формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, генератор пилообразного напряжения и параллел 1ШШ цепи из последовательно включенных амплитудного компаратора электрических сигналов, триггера, снабженного ждущим мультивибратором электронного ключа, и индикатор, например лампочки. Устройство работает следующим образом. Датчик подносят к искрящему краю рабочей щетки на коллекторе. С датчика импульсы напряжения разрядов поступают на усилитель, затем через перекшо. чатель - непосредственно на формирователь (триггер Шмитта). Последний формирует прямоугольные импульсы Hanpstжения с длительностью, равной длительности импульсов напряжения разрядов. На каждый импульс формирователя ген&ратор пилообразного напряжения вырабатывает импульс линейно возрастающего напряжения с амплитудой, пропорциональной длительности прямоугольного импульса. С генератора пилообразные импульсы поступают на параллельньш каналы классификации. Амплитуда пилообразных импульсов сравнивается с величиной опорного напряжения каждого параллельного канала и при повышении уро&ня опорного напряжения вызывает срабатывание электронного ключа цепи индикаторной лампочки, которая загорается. Все раналы настроены на различные уровни напряжения и соответствуют классам искрения I;l4; f 4-; 2 4 3 . К недостаткам устройства следует отнести необходимость градуировки пр бора при определении интенсивности искрения различных машин. Сама градуировка возможна только при наличии информации о длительности импульсов напряжения разрядов и носит несколько субъективный характер. Кроме того, устройство не позволяет определить распределение интенсивности искрения по окружности коллектора, вы5шить наиболее искрящие пластины коллектора, определить причину сильного искрения. Наличие только четырех уровней классов искрения 1 j 1 4; 2 затрудняет исследовать динамику изменения интенсивности искрения и состояние коллекторного щеточного узла в процессе эксплуатации. Цель изобретения - повышение точности и объективности оценки искрения, расширение области применения и функциональных возможностей устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем датчик импульсов напряжения разрядов на коллекторе, блок измерения, блок питания и датчики положения коллекторов, причем блок измерения выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, формирователя прямоугольных импульсов и индикатора, блок измерения дополнительно снабжен последовательно соединенными логической схемой И, счетчиком и дешифратором, подключенными к формирователю, и генератором прямоугольных импульсов, датчиком положения и индукционным датчиком, соединенными с входами схемы И. На фиг. 1 изображена схема установки датчиков; на фиг. 2 - блок-схема предлагаемого устройства. Устройство для измерения интенсньности искрения на коллекторе, состоящем из коллекторных пластин 1-9,.,.,К (нумерация по ходу вращения якоря) включает фотоэлектронный датчик 10 положения (фиг. 2) содержащий прерывающий свет диск 11 (фиг. 1), закрепленный на валу двигателя, осветитель 12 и фотоэлемент 13, причем датчик 10 установлен так, что прорезь диска соответствует пространственному расположению коллекторной пластины 1 (угол б( от вертикали), датчик 14 импульсов, закрепленный в наконечнике штанги и ра мещенный около сбегающего края щетки 15, индукционный датчик 16, расположенный в непосредственной близости от коллектора электрической машины. При шш работы датчика 16 заключается в следующем. Высокочастотное поле, излучаемое датчиком, в проводящей среде (в данном случае в коллекторной пластине) индуцирует визфевые токи. Вследствие этого уменьшается индуктивность датчика и, следовательно, изменяется его выходное напряжение. Таким образом индукционный датчик вьщает электрические импульсы, при совпадении положения датчика 16 и каждой коллекторно пластины. Бесконтактный датчик 14 напряжения разрядов (например, фотоэлектрический) соединен с усилителекь-ограничителем 17, связанным через формирователь 18 прямоугольных импульсов с логической схемой И 19, выход которой через счет чик 20 и дешифратор 21 соединен с цифровым индикатором 22. К второму входу логической схемы И подсоединен генератор 23 прямоугольных импульсов, к третьему входу схемы И через счетчик-делитель 24 присоединен индукционный датчик 16 и фотоэлектронный датчик 10. Кроме того, предусмотрен блок питания и кнопка 25 пуска. Счетчик-делитель 24 с перестраиваемым коэффициентом деления от 1 до К запускается включением кнопки 25 пуска и сигналом с датчика 10 и при достижении числ импульсов индукционного д атчика наперед заданного числа (от 1 до К вьвдает импульс длительностью (где V,( - линейная скорость коллектора; В} - ширина коллекторной пластины), который поступает на третий вход лог ческой схемы И 19. После прохождения импульса счетчик 24 переходит в закрытое состояние и больше не вырабатывает импульсов. Для повторного запуска счет чика необходимо перевести его в перво. начальное состояние, что осуществляется ручной установкой (например, кнопкой 25). Пусть датчики 10 16 и щетка 15 машины расположены, как показано на фиг. 1, т.е. датчик 1О соответствует расположению пластины 1, датчик 16 расположен около пластины 8, а сбегающий край щетки 15 расположен посередине пластины 5, тогда при коэффициенте деления- счетчика24, равном единице, счетчик-делитель вьщает импульс, соответствующ й времени коммутации пластины 5j при коэффициенте деления, равном двум - пластины 4 и так далее до коэ4х|)ициента деления К - время коммутации пластины 6. При неизменном коэффициенте деления счетчика-делителя 24 (например 1) импульс, соответствующий коммутации любой пластины, можно получить, перестраивая положение фотоэлектрического датчика 10 относительно щетки машины и при неизменном положении диска 11, Например, при сдвиге датчика 14 и осветителя 12 на одно коллекторное деление против вращения коллектора счетчик-делитель выдает импульс, соответствующий времени коммутации пластины 6. Устройство работает следующим об-, г разом. При измерении искрения датчик 14 подносят к искрящему краю рабочей щет ки 15 на коллекторе. С датчика 14 импульсы поступают на усилитель-ограничитель 17 , затем через формирователь 18прямоугольных импульсов - на логическую схему И 19. На второй вход логической схемы И 19 от генератора 23 прямоугольных импульсов поступает си)нап стабилизированный по частоте. В момент совпадения сигналов на входах логической схемы И 19, (т.е. разрешение считьюания информации с определенной коллекторной пластины счетчиком 2.4 к наличием импульса после формирователя 18, равного по длительности импульсу с датчика) с выхода схемы И 19на счетчик 20 поступает пачка ик пульсов длительностью, равной длительности импульсов напряжения разрядов при коммутации одной коллекторной плао тины. Начало импульса со счетчика дели теля 24 совпадает с моментом прохождения сбегающим краем щетки второй половины коллекторной пластины, что достигается пространственной регулировкой положения индукционного датчика 16 по окружности коллектора в пределах одного коллекторного деления. Эта регулировка необходима для синхронизации импульса разрешения измерения длитель ности импульсов напряжения разрядов йа коллекторе с импульсом напряжения разрядов на коллекторе при коммутации любой пластины. При стабильной частоте генератора 23 число импульсов, поступивших на вход счетчика 20, пропорционально длительности импульсов напряжения разрядов при коммутации одной коллекторной пластины. Дешифратор 21 преобразует двоичный код счетчика 20 б десятичный и управляет цифровым индикатором 22, который вьздает информацию о длительности напряжения разрядов. . Как видно из описания устройства взаимное расположение пары датчиков . 10, 16, и пары датчика 10 и щетки 15 безразлично . Для измерения длительност импульсов напряжения разрядов на определенной коллекторной пластине необходимо коэффициент деления счетчика-делителя выбрать равным разности номера этой пластины и расстояния между обе- гающим краем щетки и датчиком 1О (в коллекторных делениях), уменьшенной на единицу. Таким образом, изменяя положение фотоэлектрического датчика 10 относительно щетки 15 машины или изменяя коэффициент деления счетчика 24, можно измерить длительность импульсов напряжения разрядов при коммутации любых коллекторных пластин. Устройство выполнено на микросхемах серии 155, цифровой индикатор ИН14. Измерение интенсивности искрения на коллекторе электрической машины производят после установки фотоэлектрическог датчика 1О положения против пластины 1. Нумерация идет по ходу вращения якоря. Вращением якоря машины добиваются положения сбегающего края щетки 15 посередине коллекторной пластины, затем датчик 16 подводят к началу любой коллекторной пластины. Например, сбегающий край .щетки устанавливают на пластине 5, а индукционный датчик 46 на пластине 8 (фиг. 1). Тогда при коэф фициенте деления счетчика-делителя 24, равном единице, на индикаторе 22 получают длительность времени коммутации пластины 5, при коэффициенте, равном двум - пластины 4 и так далее до коэффициента деления К - длительность коммутации пластины 5. Таким образом, перестраивая коэффициент деления счетчика-делителя 24, получают длительность коммутации всех коллекторных пластин. Используя предлагаемое устройство, в котором автоматически и с большой точностью вьшолняется измерение длительности импульсов напряжения при коммутации всех коллекторных пластин, можно достаточно просто установить соответствие с классом искрения по ГОСТ 18-3-74, а также выявить дефекты двигателя: выступление коллекторной пластины, обрыв обмотки якоря, межвитковое замыкание и др. Дефектадия возможна как при входном контроле, так и в процессе эксплуатации электродвигателя. Использование предлагаемого устройства позволяет более точно проводить настройку коммутации, автоматизировать этот процесс, улучшить условия и производительность труда, благодаря сокраще- , нию времени измерения и одновременности измерения интенсивности искрения нескольких электрических машин дистанционно. Формула изобретения Устройство для измерения интенсивности искрения на коллекторе электрической машины по длительности импульсов напряжения разрядов, содержащее датчик импульсов напряжения разрядов и блок измерения интенсивности искрения по длительности указанных импульсов, вклк. чающий последовательно соединенные усилитель, формирователь прямоугольных импульсов и индикатор, подключенный к датчику и блоку питания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и объективности оценки искрения, блок измерения снабжен последовательно соединенными логической схемой И, счётчиком и дешифратором, подключенными к формирователю, и генератором прямоугольных импульсов, датчиком положения и индукционным датчиком, соединенным с входами схемы И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Карасев М. Ф и др. Индикатор искрения. - Труды Омского института инженеров железнодброжного транспорта, вып. 54, Транспорт, 1965. 2. Авторское сввдетельство СССР NO 99408, кл, Н О2.К 15/00,1954. 5 3.Авторское свидетельствоССХР № 11О961, кл. Н О2 К 15/00, 1954. 4.Авторское свидетельство СССР № 522535, кл. Н О2 К 13/14, 1976 (прототип).

д ,. /Tff 6666 Ф&г./ /

§