Устройство для определения коммутационной устойчивости электрических машин постоянного тока
Устройство для определения коммутационной устойчивости электрических машин постоянного тока относится к электротехнике и может быть использовано при испытаниях коллекторных машин постоянного тока, в частности тяговых двигателей электроподвижного состава. Технический результат заключается в повышении точности и достоверности измерения напряжения между соседними коллекторными пластинами двигателей постоянного тока. Устройство содержит якорь, коллектор, главные щетки, контактный элемент, выполненный в виде измерительного блока, жестко закрепленного на якоре электрической машины и связанного постоянной электрической цепью с двумя соседними коллекторными пластинам, стационарный блок, выполненный в виде дешифратора, расположенного на статоре электрической машины и связанного радиоканалом с контактным элементом.
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при испытаниях коллекторных машин постоянного тока, в частности тяговых двигателей электроподвижного состава.
В настоящее время коммутационная устойчивость тяговых двигателей постоянного тока определяется на испытательных станциях визуально по степени искрения по коллектору при загрузке электрической машины в соответствии с требованиями правил послеремонтных испытаний.
Коммутация считается удовлетворительной, если при испытаниях не возникает кругового огня, остаточных деформаций или механических повреждений коллектора и щеткодержателей и они пригодны к дальнейшей работе без очистки или какого либо исправления, а также, если степень искрения не превышает допустимой. Оценка коммутации коллекторных машин постоянного тока по степени искрения применяется до настоящего времени при послеремонтных испытаниях, однако, коммутационную устойчивость электрической машины постоянного тока объективно невозможно оценить степенью искрения на коллекторе. Объективную оценку коммутационной устойчивости электрической машины можно получить, имея кривую распределения напряжения вдоль окружности коллектора, носящей название «потенциальной кривой по коллектору».
Известно устройство индикации искрения коллекторных машин постоянного тока с разрезными щетками (Патент 67284 РФ, МПК G01R 31/34 (2006.01), авторы - Рапопорт О.Л., Цукублин А.Б., Осадченко А.А. Томский политехнический университет (РФ), заявка 
2007105010/22 от 12.02.2007; опубл. 10.10.2007 Бюл. 28).
Устройство содержит катушки из токопроводящего изолированного провода, намотанные на ферритовый сердечник, образующие вместе с ним трансформатор тока, нагрузочное сопротивление, регистрирующий прибор с аналого-цифровым преобразователем, щеткодержатели разной полярности, разрезную щетку с выводами от разных частей, изолированными друг от друга, переносной компьютер, подключенный к регистрирующему прибору, коллектор.
Устройство работает следующим образом.
При вращении якоря электрической машины по двум частям разрезной щетки протекают токи, отличающиеся на величину дополнительного, так называемого поперечного тока щетки, возникающего при замыкании секций коллекторного кольца обеих частей щетки. Токи каждой из частей щетки создают свои потоки в сердечнике трансформатора тока. Постоянные составляющие токов параллельных ветвей, направленные встречно друг другу уничтожаются, не намагничивая ферритовый сердечник трансформатора тока. Переменные составляющие токов разрезной щетки суммируются, удваивая регистрирующий ток. Так как общая точка первичных обмоток соединена со щеткодержателем, а в цепь вторичной обмотки трансформатора включено нагрузочное сопротивление, с нагрузочного сопротивления снимается сигнал, по величине которого можно судить о наличии искрения на коллекторе.
Достоинством устройства является широкий диапазон измерения тока для регистрации искрения, достигающийся тем, что с нагрузочного сопротивления вторичной обмотки снимается сигнал, пропорциональный удвоенному значению регистрирующего тока.
Недостатками устройства является:
- косвенный метод измерения степени искрения, выполняемый по этапам: измерение тока коммутируемой секции, обработка данных сигнала программированным комплексом, сравнение данных обработки с эталонными, выходной анализ, передача данных;
- использование степени искрения в качестве оценки коммутационной устойчивости электрической машины.
Наличие этих факторов приводит к неточности в конечных результатах.
Известно устройство для определения коммутационной устойчивости электрических машин постоянного тока (Авторское свидетельство 993394 Н02К 13/14, авторы Р.И.Аликин, Б.Н.Крайзман, А.Г.Захаров, В.В.Кургузов, заявитель Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения, заявка 21 3255047/24-07, заявлено 09.03.81, бюллетень 30.01.83 4), являющее прототипом предлагаемого устройства.
Устройство содержит якорь, контактный элемент, выполненный в виде разрезной измерительной щетки, состоящей из двух изолированных друг от друга электропроводящих частей, разделенных на расстояние, равное коллекторному делению и установленной на коллекторе между главными щетками разной полярности, стационарный блок, состоящий из регулируемого резистора с двумя подвижными контактами, измерительного прибора, включенного между подвижными контактами резистора, прибора для контроля тока, коллектор, главные щетки.
Устройство работает следующим образом.
При каждом положении измерительной щетки на коллекторе, добиваются нулевого показания прибора для контроля тока путем перемещения контактов на регулируемом резисторе. Через электропроводящие элементы измерительной щетки токи не протекают, следовательно, отсутствует падение напряжения на этих элементах. Потенциала точек касания частей измерительной щетки с коллектором становятся равными потенциалам подвижных контактов резистора, которые подсоединены к измерительному прибору. Таким образом, по прибору определяется межламельное напряжение в различных точках коллектора и строится потенциальная кривая.
Достоинством устройства является повышение точности и снижение трудоемкости испытаний, достигающее тем, что по прибору определяется истинная величина напряжения между двумя соседними коллекторными пластинами, т.е. можно объективно судить о коммутационной устойчивости тягового двигателя.
Недостатком данного устройства является недостаточная точность и достоверность измерения напряжения между двумя коллекторными пластинами.
Это обусловлено тем, что контакт между коллекторными пластинами и контактным элементом является непостоянным, так как он зависит от скорости вращения якоря, поэтому при изменении частоты вращения якоря измерительная цепь замыкается и размыкается и в исследуемом сигнале появляются помехи с меняющейся частотой. В результате чего возникает необходимость включения в измерительную цепь фильтрующих элементов, что усложняет процесс определения потенциальной кривой.
Задачей предлагаемого решения является создание устройства, позволяющего повысить точность и достоверность измерения напряжения на коллекторных пластинах за счет создания постоянного контакта двух коллекторных пластин с контактным элементом.
Для решения поставленной задачи в устройстве для определения коммутационной устойчивости электрических машин постоянного тока, содержащем якорь, коллектор, главные щетки, контактный элемент, стационарный блок, контактный элемент выполнен в виде измерительного блока, жестко закрепленного на якоре электрической машины и связанного постоянной электрической цепью с двумя соседними коллекторными пластинам, а стационарный блок, выполненный в виде дешифратора, расположен на статоре электрической машины и связан радиоканалом с контактным элементом.
Признаками, отличающими заявленное решение от прототипа является выполнение контактного элемента в виде измерительного блока, жестко закрепленного на якоре электрической машины и связанного постоянной электрической цепью с двумя соседними коллекторными пластинам, выполнение стационарного блока в виде дешифратора, расположенного на статоре электрической машины и связанного с контактным элементом радиоканалом.
Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».
Благодаря отличительным признакам, повышается точность и достоверность измерения межламельного напряжения. Это обусловлено тем, что контактный элемент соединен постоянной электрической цепью с двумя соседними коллекторными пластинами. Поэтому контакт между коллекторными пластинами и контактным элементом является постоянным и не зависит от изменения частоты вращения якоря, приводящей к замыканию и размыканию измерительной цепи, что позволяет исключить попадание помех, в измеряемое напряжение.
На чертеже представлена блок-схема устройства для определения коммутационной устойчивости электрических машин постоянного тока. Устройство состоит из якоря 1, коллектора 2, разнополярных щеток 3, контактного элемента 4, связанного с соседними коллекторными пластинами электрической цепью 5, стационарного блока 6.
Контактный элемент состоит из измерительного узла 7, компаратора 8, узла опорного напряжения 9, радиопередающего устройства 10.
Стационарный блок состоит из приемника 11, дешифратора 12, передающего интерфейса 13. Стационарный блок соединен с оператором.
Устройство работает следующим образом. Напряжение двух соседних коллекторных пластин подается на измерительный узел 7 контактного элемента 4 и далее на компаратор 8, где сравнивается с опорным напряжением. При уровне напряжения ниже опорного компаратор 8 находится в состоянии ожидания. Когда межламельное напряжение достигает уровня опорного и превышает его, компаратор 8 включает радиопередающее устройство 10, которое в импульсном режиме посылает радиосигнал.
Приемник 11 стационарного блока 6 улавливает сигнал, передает его на дешифратор 12., дешифратор 12 преобразует полученный сигнал в удобный для пользователя электрический параметр и по передающему интерфейсу 13 связывает стационарный блок с оператором для принятия решения.
Таким образом, устройство определяет предел коммутационной устойчивости тягового двигателя и способно установить кривую распределения напряжения вдоль окружности коллектора.
Определение межламельного напряжения машин постоянного тока, выполненное на основе заявляемого устройства, может быть успешно применено для диагностики и мониторинга коммутационной устойчивости тяговых двигателей электроподвижного состава в процессе эксплуатации и после ремонтных испытаниях.
Устройство для определения коммутационной устойчивости электрических машин постоянного тока, содержащее якорь, коллектор, главные щетки, контактный элемент, стационарный блок, отличающееся тем, что контактный элемент выполнен в виде измерительного блока, жестко закрепленного на якоре электрической машины и связанного постоянной электрической цепью с двумя соседними коллекторными пластинами, а стационарный блок выполнен в виде дешифратора, расположенного на статоре электрической машины и связанного с контактным элементом радиоканалом.
