Устройство для измерения давлений щетки на коллектор электрических машин

.80102 5(51) Н 01 Н 39/58 ИДЕТЕЛЬСТВ РСНО тным цепи ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ тб 1) 919004(71) Куйбышевский авиационный институт им. С.П.Королева(53) 621.3.047.001.4(088.8) (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛН ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН но авт.св. 9 919004 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей путем измерения изменений давления, ускорений, развиваемых щеткой, частот колебаний щетки, массы щетки и ее износа в динамических режимах работы машины, в него дополнительно введены два блока деления, блок умножения, блок вычитания, масштабный блок, квадратор, преобразователь частоты в постоянное напряжение, преобразователь переменного напряжения в постоянное и детектор, вход которого соединен с высоковольи конденсаторами в измерительнойдатчика давления, а выход одновременно соединен с входами преобразователя частоты в постоянное напряжение и преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход последнего соединен с первым входом регистрирующего прибора и первыми входами блока умножения и первого блока деления, который связан своим выходом со вторым входом регистрирующего прибора и первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с масштабным блоком, а выход блока вычитания соединен с первым входом второго блока деления, который связан вторым входом с масштабным блоком, выход второго блока деления соединен с третьим вхо-о дом регистрирующего прибора, а выход преобразователя частоты в постоянное напряжение одновременно соединен с пятым входом регистрирующего прибора и входом квадратора, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, выход которого соединен с четвертым входом регистрирующего прибора и с вторым входом перво- (, ) го блока деления. МИзобретение относится к электротехнике, в частности к устройствамдля измерения давлений щетки на коллектор электрических машин.По основному авт.св. Р 919004известно устройство для измерения 5давлений, щетки на коллектор электрических машин,содержащее регистрирующий прибор, датчик давления в видеупругого чувствительного и компенсационного элементов с обмотками воз Обуждения и измерительными, расположенными в корпусе, металлический шар,взаимодействующий с указанным датчиком, щетку, щеткодержатель, источник синусоидального напряжения,контурный и высоковольтные конденсаторы, а также разделительные трансформаторы.Данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности,так как не позволяет определять вдинамике измерения давления, ускорения, развиваемые щеткой, и массу .щетки, которая в .процессе работы меняется в результате износачто оказывает влияние на динамическое давление щетки на коллектор электрической машины. Кроме того, известное устройство непозволяет определять частоту колебаний щетки в динамике, которая4влияет на ускорение, что, в свою очередь, приводит к изменению давления щетки на,коллектор, а также определять износ щетки в процессе работы, 35Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства путем измерения изменений давления, ускоений, развиваемых щеткой, частот колебаний щетки, массы 4 Ощетки и ее износа в динамическихрежимах работы машины.Поставленная цель достигается тем,что в устройство дополнительно введены два блока деления, блок умножения, блок. вычитания, масштабныйблок, квадратор, преобразоВательчастоты в постоянное напряжение,преобразователь переменного напряжения в постоянное и детектор, входкоторого соединен с высоковольтными конденсаторами в измерительнойцепи датчика давления, а выход одновременно соединен с входами преобразователя частоты в постоянноенапряжение и преобразователя переменного напряжения В постоянное, выход последнего соединен с первымвходом регистрирующего прибора ипервыми входами блока умножения.ипервого блока деления, связанного 60своим выходом со вторым входом регистрирующегр прибора и первым входом блока вычитания, второй входкоторого, соединен с масштабным блоком, а выхРД. блока вычитания - с 653 первым входом второго блока деления, связанного вторым входом с масштабным блоком, выход второго блока деления соединен с третьим входом регистрирующего прибора, а выход преобразователя частоты в постоянное напряжение одновременно соединен с пятым входом регистрирующего прибора и входом квадратора, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, выход которого соединен с четвертым входом регистрирующего прибора и вторым входом первого блока деления.На чертеже представлена принципиальная схема устройства.Устройство для измерения давлений щетки на коллектор состоит из биметаллического корпуса 1, с которым соединенащетка 2, расположенная в щеткодержателе 3. Щетка 2 через. защитное устройство 4 и метал-. лический шар 5 связана с чувствительным силоизмерительным элементом 6. Компенсационный силоизмерительный элемент 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 последовательно-согласно. Выходные .концы обмоток 9 и 10 силоизмерительных элементов 6 и 7 подключены параллельно обмотке 11 разделительного трансформатора 12. Первичная обмотка 13 этого трансформатора через разделительные высоковольтные конденсаторы 14 и 15 связана с источником 16 синусоидального напряжения, Измерительная обмотка 17 чувствительного силоизмерительного элемента 6 соединена с измерительной обмоткой 18 компенсационного силоизмерительного элемента 7 последовательно-встречно. Выходные концы обмоток 17 и 18 силоизмерительных элементов 6 и 7. подключены параллельно обмотке 19 разделительного трансформатора 20 и параллельно им подключен контурный конденсатор 21, образующий совместно с этими обмотками резонанс-, ный контур. Вторичная обмотка 22 разделительного трансформатора 20 через высоковольтные конденсаторы 23 и 24 связана с детектором 25. Выход детектора 25 соединен с входом преобразователя 26 частоты в постоянное напряжение и входом преобразователя 27 переменного напряжения в постоянное.Выход преобразователя 27 соединен с первым входом регистрирующего прибора 28 и первыми входами блока 29 умножения и первого блока 30 деления. Выход блока 30 деления связан со вторым входом регистрирующегоприбора 28 и первым входом блока 31вычитания. Выход блока 31 вычитаниясоединен с первьщ входом второгоблока 32 деления, а второй вход блока 31 вычитания соединен с масштабнымблоком 33. Выход второго блока 32 деления соединен с третьим входом регистрирующего прибора 28. Выход преобразователя 26 частоты в постоянноенапряжение одновременно соединен спятью входом регистрирующего прибора 28 и входом квадратора 34. Выходквадратора 34 соединен со вторымвходом блока 29 умножения. Выход блока 29 умножения соединен с четвертымвходом регистрирующего прибора 28 и 1вторьм входом первого блока 30. деления.Устройство работает следующим образом.Перед измерением давления схемаустройства приводится в исходное состояние, для чего масштабным блоком .33 задается выходное напряжение, пропорциональное массе новой щетки в,От источника 16 напряжение питаниядатчика подается через высоковольтные конденсаторы 14 и 15 и разделительный трансформатор 12 на обмотки9 и 10, отделяя тем самым источник 16сийусоидального напряжения от высокого потенциала щеткодержателя 3. З 0Защитное устройство 4 предохраняетчувствительный силоизмерительныйэлемент 6 от резких ударов нажимногопальца. При отсутствии давления нажимного пальца 8 схема устройствасбалансирована и сигналы на входахрегистрирующего прибора 28 равны нулю. При опущенном нажимном пальце 8щеткодержателя 3 и вращении коллектора создается динамическое давление 40на корпус 1 и через чувствительныйэлемент 6, металлический шар 5, защитное устройство 4 и щетку 2 передается на коллектор электрическоймашины, Под действием давления нажимного пальца в чувствительном силоиэмерительном элементе,6 возникаютмеханические напряжения, которыеприводят к изменению его магнитнойпроницаемости В результате этогона выходах измерительных обмоток 17и 18 появляется разностный сигналпропорциональный давлению щетки,Этот сигнал за счет резонансных .свойств контура, образованного измерительными обмотками 17 и 18, обмоткой 19 разделительного трансформатора 20 и контурного конденсатора 21, усиливается в первичной обмотке 19 трансформатора 20 и трансформируется в,обмотку 22 трансформаТора 20, отделяясь от высокого потенциала щеткодержателя 3 электрическойфмашины. Далее сигнал с обмотки 22разделительного трансформатора 20через высоковольтные конденсаторы 23 65 и 24, предназначенные для повышения надежности и безопасности в случае пробоя изоляции обмоток 19 и 22 разделительного трансформатора 20,подается на вход детектора 25, Врезультате детектирования сигнал отделяется от несущей частоты генератора 16 синусоидального напряжения питания датчика и подается навходы блоков преобразователя 26 частоты в постоянное напряжение и преобразователя 27 переменного напряжения в постоянное, С выхода блока 27сигнал, пропорциональный динамическому. давлению Р, подается на первыйвход регистрирующего прибора 28 и навходы .блока 30 деления и блока 29 умножения. В то же время сигнал с выхода блока 26, пропорциональный частоте колебаний Е щетки, подается на пятый вход регистрирующего прибора 28,и на вход квадратора 34, гдепроисходит возведение в квадрат сигнала Е. С выхода 6 ока 34 сигнал,пропорциональный Й , подается навход блока 29 умножения, в которомпроисходит умножение сигнала Р, поданного. на другой вход блока 29 умножения, на сигнал Й . В результате этого на выходе блока 29 появляется сигнал, пропорциональный ускорению а Й Р, Сигнал, пропорциональный а,2с выхода блока 29 подается на четвертый вход регистрирующего прибора 28 и Иа первый блок деления 30. На выходе блока 30 образуется сигнал,.Р пропорциональный массе щетки в = - .а Этот сигнал подается,на второй вход . регистрирующего прибора 28 и на блок 31 вычитания, на другой вход которого подаетея сигнал, пропорциональный массе новой щетки во, с масштабного блока 33. На выход блока 31 вычитания появляется сигнал, пропорциональный абсолютному износу щетки Ь в. Этот сигнал подается на второй блок 32 деления, на другой вход которого подается сигнал, пропорциональный массе новой щетки во, с масштабного блока 33. В результате на выходе блока 32 образуется сигнал, пропорциональный относительному (процентному) износущетки в , который поЬвводается на третий вход регистрирующего прибора 28Использование в .устройстве двух блоков деления, блока умножения, блока вычитания, масштабного блока,. квадратора, преобразователя частоты в постоянное напряжение, преобразователя переменного напряжения,в постоянное и детектора расширяет Функциональные воэможности устройства и позволяет измерять в динамике изменения щетки на коллектор, ускорения, развиваемые щеткой, и мас1026211 ВНИИПИ Заказ 456 аж 590 Подписн ул.Проектная,4 су щетки, которая в процессе работы меняется в результате износа, что оказывает влияние на динамическое давление щетки на коллектор, частоты колебаний щетки, износ щетки в процессе рабсты. Определение всех этих параметров во время работы электрической машины оптимизирует конструктивные и рабочие параметры щеточно-коллекторного узла и повышает его надежность.о Предлагаемое устройство позволяет изменять комплекс параметров щеточноколлекторного узла электрических машин в динамических режимах их рабо ты и может использоваться при промышленных испытаниях и при исследованиях электрических машин с различным по величине напряжением питания, например, может быть установлено на 2 п электровозе, В качестве регистрирующих приборов можно использовать самопишущие приборы (шлейфовый осциллограф), которые позволяют за определенное время пробега электровоза набрать статистический материал по работе щеточно-коллекторного узла и электродвигателя в целом. Анализируя этот материал можно выбрать лиал ППП "Патент", г.у оптимальные параметры этого узла:давление щетки на коллектор как встатическом,так и динамическом режимах работы с учетом массы щеткии ее износа, оптимальную конструкцию щеток и других элементов узла,а также оптимальный режим работы щеточно-коллекторного узла и всегоэлектродвигателя в целом, что обус"ловливает снижение износа узла,увеличение срока службы и пробегаподвижного состава,Устройство может также использоваться при ресурсных испытаниях щеточно-коллекторного узла электрических машин.Оптимизация параметров щеточноколлекторного узла снижает механические и электрические потери в месте контакта и повышает КПД машины.Применение изобретения в заводских условиях позволит осуществлятьпроверку и подстройку элементов контактного узла на самой машине с учетом его динамических характеристик,что обеспечивает повышение произво- .дительности труда при проведении промышленных испытаний и настройки узлане менее чем в 4 раза, а также качества -испытаний и исследований.