Устройство для измерения давления щетки на коллектор электрических машин

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ц Н 01 К 39/ ОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Куйбышевский институт инженеровжелезнодорожного транспорта(54) (57) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН по авт.св.919004, отличающееся тем, что, сцелью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможностиодновременного измерения силы нажатиящетки на коллектор, ускорения, развиваемого шеткой в динамике, частоты колебания щетки, массы щетки и ее износа, междупервой парой разделительных высоковольтных конденсаторов и измерительным прибором дополнительно введены первый и втоЯО 1069040 А рой 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 вхо- Е дом измерительного прибора, четвертый вход 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.Фаей5 10 15 20 7 с ЗО 35 40 45 50 55 1,елгпо изобретения является расширение фуцкпиоцальцых возможностейустройства путем обеспечения одновременного измерения силы нажатия щетки ца коллектор, у. кореция, развиваемого щеп(ой в динамике, частоты колебаний щетки, массы петки ц ее износа.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения давления щетки ца коллектор электрических машин между первой парой разделительных высоковольтны.( конденсаторов и измерительным Изобретение относится к электротехнике в части создания устройств для контроля параметров давления щетки ца коллектор.По осцозцому авт. св.919004 известно усгройство для измерения давления щетки ца коллектор электрических машин, со. дс ржиц(е( электроизмерительный прибор, дпт;цк давления в виде упругого чувствительного силоизмерительцого элемента с ,моткамц возбуждения и измерительной, распо. ОженцыЙ В корпусе металлический шар, взацмодействукший с указанным датщеткодержатель и источник ( нцусоидального напряжения. Устройство также содержит второй упругий компенсационный сил(шзмерительный элемент с обмотками возбуждения и измерительной, два разделительных трансформатора, четыре разделительных высоковольтных конденсатора и контурный конденсатор, образующий совместно с включенными последовательновстречцо измерительными обмотками чувствительного и компенсационного силоцзмерительцых элементов и первичной обмоткой первого разделительного трансформатора резонансный контур, а вторичная обмотка этого же трансформатора через первую пару разделительных высоковольтных конденсаторов связана с измерительным прибором, при этом источник синусоидального напряжения через другую пару разделительных высоковольтных конденсаторов связан с первичной оомоткой второго разделительного трансформатора, вторичная обмотка которого связана с последовательно-согласно включенными обмотками возбуждения чувствительного и компенсационного силоизмерительных элементов 1.Устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет определять в дина мике ускорение, развиваемое щеткой, н массу щетки, которая в процессе работы меняется за счет износа, что оказывает влияние на динамическое давление щетки на коллектор электрической машины. Кроме того, данное устройс гво це позволяет определять частоту кол(баццй щетки в динамике, которая влияе; ца ускорение, что, в свою очередь, прицодцг к измецецик давления щетки в процессе се работы. прибором дополцительно 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, прц этом вход детектора соединен с разделительными высоковольтными конденсаторами а выход одновремеццо - с в:(одами преобразователя частоты в постоянное напряжение и преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход последнего соединен с первым входом измерительного прибора и входамц 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 входом измерительного прибора, четвертый вход 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.На фиг. 1 представлено устройство; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема устройства.Устройство для измерения давления щетки на коллектор состоит из биметаллического корпуса 1, с которым соединена щетка 2, расположенная в щеткодержателс 3. Шетка 2 через защитное устройство 4 и металлический шар 5 связана с упругим чувствительным силоизмерительным элементом 6. Упругий компенсационный силоизмерительцый элемент 7 также установлен в корпусе 1. Нажимной палец 8 опирается на корпус 1.Обмотка 9 возбуждения чувствительного силоизмеритель ного элемента 6 соединена с обмоткой 10 компенсационного силоизмерительного элементапоследовательно- согласно. Измерительная обмотка 11 чувствительного силоизмерительного элемента 6 соединена с измерительной обмоткой 12 компенсационного силоизмерительного элемента 7 последовательно-встречно. Выходные концы обмоток 11,2 силоизмерительных элементов подключены параллельно обмотке3 разделительного трансформатора 14 и параллельно им подключен контурный конденсатор 15, образующий совместно с этими обмотками резонансный контур. Вторичная обмотка 16 разделительного трансформатора 14 через первую пару разделительных высоковольтных конденсаторов 7, 18 связана с детектором 19. Выходные концы оомоток 9, 10 силоизмерительных элементов 6, 7 подключеныараллельно обмотке 20 разделительного трансформатора 21. Первичная обмотка 22 этого трансформатора через вторую пару разделитель 106904045 50 55 ных высоковольтных конденсаторов 23, 24 связана с источником 25 синусоилального 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 первым 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. Масштабный 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 регистрирующего прибора 28 и через квадратор 34 связан с входом блока 29 умножения.Устройство для измерения давлений щетки на коллектор электрических машин работает следующим образом.Перед измерением давления схема устройства приводится в исходное состояние, для чего масштабным блоком 33 задается выходное напряжение, пропорциональное массе новой гцетки в. От источника 25 синусоидального напряжения напряжение питания датчика подается через высоковольтные конденсаторы 23, 24 и разлелительный трансформатор 21 на обмотки 9, 10, отделяя тем самым источник 25 синусоидального напряжения от высокого потенциала шеткодержателя 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 опушенном нажимном пальце 8 шеткодержателя 3 создается давление на корпус 1 и через чувствительный силоизмерительный элемент 6, металлический шар 5, защитное устройство 4, щетку 2 передается на коллектор электрической машины. Под действием давления нажим- ного 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, обмоткой 13 разделительного трансформатора 14 и контурного конденсатора 15, усиливается в первичной обмотке 13 трансфор- матора 14 и трансформируется в обмотку 5 10 15 20 25 30 35 40 6 трансформатора 14, отделяясь от высокого потенциала щстколсржатсля 3 электрической машины. Далее сигнал с обмотки 16 разлечительного трансформатора 14 через высоковольтцыс конденсаторы 17, 18, црсдназцаченцыс лля повы, ения надежности и безопасности в случае пробоя изоляции обмоток 13, 16, разделительного трансформатора 14, полается на виол детектора 19. В результате детектирования сигнал отделяется от несущей частоты генератора 25 синусоилальцого напряжения питания датчика и цолается на входы преобразователя 26 частоты в постоянное напряжение и преобразователя 27 переменного напряжения в постоянное. С выхода преобразователя 27 сигнал, пропорциональный силе Р, полдется на первый вхол регистрирующего прибора 28 и нд вход первого блока 30 деления и блока 29 умножения. В то же время сигнал с выхода блока 26, пропорциональный частоте колебаний 1 щетки, подается на пятый вход регистрирующего прибора 28 и на вход квадратора 34, где происходит возведение в квадрат сигнала 1. С выхода квадратора 34 сигнал, пропорциональный 1 подается на-гвход блока 29 умножения на сигнал 1. В результате этого на выходе блока 29 появляется сигнал, пропорциональный ускорению а - = 1 Р. Сигнал, пропорциональный ускорению а с выхода блока 29 подается на четвертый вход регистрирующего прибора 28 и ца первый блок 30 деления. Нд выходе блока 30 образ ется сигнал, пропорциональный массе пилки ш = - . Этот сигналРаподастся на второй вход регистрирующего прибора 28 и на блок 31 вычитания, на другой вход которого подастся сигнал, пропорциональный массе новой щетки гпс с масштабного блока 33. На выходе блока 31 вычитания появляется сигнал, пропорциональный абсолютному износу щетки д пь Этот сигнал подается на второй блок 32 деления, иа другой вход которого подается сигнал, пропорциональный массе новой щетки гпс масштабного блока 33. В результате на выхоле блока 32 образуется сигнал, пропорциональный относительному (процентному) износу щеткиф",гпо который подается на третий вхоЛ 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 ца коллектор, ускорение, развиваемое щеткой, и массу щетки, которая в процессе работы меняется за счет износа, что оказывает влияние на динами 1069040ческое давление щетки на коллектор, частоту колебаний щетки, износ щетки в процессе работы. Определение всех этих параметров во время работы электрической машины позволит оптимизировать конструктивные и рабочие параметры гцеточно-коллекторного узла и повысить его надежность.Устройство позволяет производить измерение комплекса параметров Шеточноколлекторного узла непосредственно на работа юших электрических машинах с большим напряжением питания.Устройство может быть, например, установлено на электровозе или на стенде на работающей машине в цеховых условиях. В качестве регистрирующих приборов можно использовать са мопи шушие приборы, которые позволят за определенное время работы электрической машины набрать статистический материал по работе шеточно-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 гцетки и износа щетки и других его элементов, оптимальную конструкцию шетки и других элементов узла. Это позволит выбрать оптимальный режим работы шеточно-коллекторного узла и всего электродвигателя в целом, а также снизить его износ и увеличить срок службы,В настоящее время контроль шеткодержателей на электровозостроительных заводах производится либо механическими диКонтроль только одного параметра (силы нажатия щетки на коллектор) при данных конструкциях шеткодержателей 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 эконох ии меди, идушей на изготовление колле".о 1 - 6,2 тыс, руб, за счет увеличения длительности пробега 22,42 тыс. руб. намометра ми, либо с помощью устройств с применением датчиков перемещения.Настройка шеткодержателей этими устройствами производится на стенде без токовых и механических нагрузок в статическом режиме с невысокой точностью измерения, обусловленной применением динамометров и датчиков перемешения.Известно, что магнитоуп руги е датчикиимеют высокую чувствительность и обеспечивают большую точность измерения по сравнению с датчиками перемещения, поэтому использование магнитоупругого датчика в предлагаемом устройстве позволяет уменьшить погрешность измерения силы нажатия шетки на коллектор примерно на порядок. Такое уменьшение погрешности измерения позволяет наиболее точно установить заданное значение силы нажатия щетки на коллектор, что улучшает условия коммутации шеточно-коллекторно го узла.Редактор Т. Кугрышева Заказ 0969/50 ВНИИПИ Г по дел 13035, Моск Филиал ППП П