Устройство для диагностики состояния коммутации коллекторных электрических машин
Устройство для диагностики состояния коммутации коллекторных электрических машин (КЭМ) относится к электромеханике и может быть использовано для определения степени искрения при коммутационных испытаниях КЭМ. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, позволяющих определять степень искрения на каждой в отдельности коллекторной пластине как качественно, так и количественно за счет исключения влияния положения фотоэлектрического преобразователя относительно источника искрения на коллекторе на величину регистрируемого электрического сигнала. Устройство для диагностики состояния коммутации КЭМ содержит фотоэлектрический преобразователь, усилитель, электронный осциллограф, электрически связанные между собой и синхронизатор. При этом оптический вход фотоэлектрического преобразователя направлен на коллектор под сбегающим краем щетки КЭМ, а синхронизатор установлен между оптическим входом фотоэлектрического преобразователя и сбегающим краем щетки КЭМ. Синхронизатор выполнен в виде соосных неподвижного и подвижного дисков, каждый из которых имеет прорезь, не превышающую углового размера коллекторной пластины. При этом подвижный диск связан с валом КЭМ. Использование полезной модели позволяет определять степень искрения КЭМ как визуально количественно согласно ГОСТ 183-74 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия», так и качественно посредством регистрации параметров световых импульсов от искрения фотоэлектрическим преобразователем.
Полезная модель относится к электромеханике и может быть использована для определения степени искрения при коммутационных испытаниях коллекторных электрических машин (КЭМ).
Состояние коммутации КЭМ в настоящее время оценивается по степени искрения на коллекторе под сбегающим краем щетки. Степень искрения может определяться визуально и диагностическими устройствами, основанными на регистрации параметров различных физических процессов, сопровождающих искрение.
При визуальной регистрации степени искрения определяются такие количественные показатели как интенсивность искрения и размер искрящей части края щетки, например: слабое искрение под небольшой частью края щетки, значительное искрение под всем краем щетки. Определяется также появление следов почернения на коллекторе и нагара на щетках. Недостатком визуальной регистрации является определение интегральной степени искрения по коллектору в целом. При этом интегральная степень искрения может укладываться в норму, даже при наличии отдельных коллекторных пластин с недопустимой степенью искрения. Повышенная степень искрения даже на одной коллекторной пластине может привести к выходу из строя КЭМ.
В известных устройствах для диагностики состояния коммутации коллекторных электрических машин регистрируются параметры световых импульсов при искрении в виде электрических сигналов [1, 2]. Недостатком таких устройств является отсутствие однозначной количественной связи степени искрения с регистрируемым электрическим сигналом и сложность синхронизации регистрируемого электрического сигнала искрения с соответствующей коллекторной пластиной.
Поэтому одновременное определение качественных и количественных параметров степени искрения на каждой коллекторной пластине в отдельности является актуальной проблемой.
Известно устройство для диагностики состояния коммутации КЭМ [1], основанное на регистрации параметров световых импульсов при искрении в виде электрических сигналов. Оно содержит фотоэлектрический преобразователь, усилитель, успокоительное устройство (электрический фильтр) и стрелочный индикатор.
В этом устройстве оптический вход фотоэлектрического преобразователя направлен на сбегающий край щетки, а его выход подключен ко входу усилителя. Выход усилителя подключен ко входу успокоительного устройства, выход которого подключен к стрелочному индикатору.
Устройство работает следующим образом. При диагностике состояния коммутации фотоэлектрический преобразователь направляется на сбегающий край щетки и преобразует световые импульсы при искрении в импульсы фототока, которые подаются на вход усилителя и усиливаются им до необходимой величины. Усиленные импульсы фототока подаются на вход успокоительного устройства, в котором происходит их усреднение. Усредненный сигнал импульсов фототока с выхода успокоительного устройства подается на стрелочный индикатор, который показывает интегральную степень искрения по всем коллекторным пластинам КЭМ в условных единицах.
Достоинством этого устройства является непосредственная качественная связь регистрируемого электрического сигнала со степенью искрения. Это обусловлено тем, что параметры импульсов фототока непосредственно зависят от интенсивности видимого светового излучения при искрении.
Основной недостаток заключается в невозможности определения степени искрения на каждой коллекторной пластине в отдельности. Это обусловлено инерционностью стрелочного индикатора и суммированием отдельных импульсов фототока от искрения на каждой коллекторной пластине.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является устройство для диагностики состояния коммутации КЭМ [2], основанное на регистрации параметров световых импульсов при искрении в виде электрических сигналов. Оно содержит фотоэлектрический преобразователь, усилитель, электронный осциллограф и синхронизатор. Синхронизатор представляет собой импульсный источник света с регулируемой частотой световых вспышек.
Оптический вход фотоэлектрического преобразователя направлен на сбегающий край щетки, а его выход подключен ко входу усилителя. Выход усилителя подключен ко входу электронного осциллографа. Синхронизатор направлен на коллектор под сбегающим краем щетки для его освещения.
Устройство работает следующим образом. При диагностике состояния коммутации фотоэлектрический преобразователь направляется на сбегающий край щетки и преобразует световые импульсы при искрении в импульсы фототока, которые подаются на вход усилителя и усиливаются им до необходимой величины. Усиленные импульсы фототока подаются на вход электронного осциллографа, на экране которого формируется изображение последовательности импульсов фототока от искрения по коллекторным пластинам КЭМ. Одновременно синхронизатор импульсно освещает коллектор. Частота импульсов синхронизатора подбирается равной частоте вращения КЭМ. Это ставит в соответствие группу пластин на коллекторе и участок последовательности импульсов фототока от искрения на экране осциллографа.
Достоинством этого устройства является возможность качественного определения степени искрения на каждой коллекторной пластине в отдельности. Это обусловлено наличием синхронизации искрения на отдельных коллекторных пластинах с показаниями электронного осциллографа.
Недостатком этого устройства является отсутствие однозначной количественной связи степени искрения на одной и той же коллекторной пластине с регистрируемым электрическим сигналом. Это обусловлено зависимостью величины регистрируемого электрического сигнала от пространственного
положения фотоэлектрического преобразователя относительно источника искрения на коллекторе, которое изменяется при каждой новой установке фотоэлектрического преобразователя для каждого нового эксперимента. Изменение положения фотоэлектрического преобразователя при разных измерениях приводит к изменению величины регистрируемого электрического сигнала, которое не связано со степенью искрения, что затрудняет повторяемость количественной оценки степени искрения по величине регистрируемого электрического сигнала.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке устройства для диагностики состояния коммутации КЭМ с расширенными функциональными возможностями, позволяющими определять состояние коммутации на каждой в отдельности коллекторной пластине как качественно, так и количественно за счет исключения влияния положения фотоэлектрического преобразователя относительно источника искрения на коллекторе на величину регистрируемого электрического сигнала.
Для решения поставленной задачи в устройстве для диагностики состояния коммутации КЭМ, содержащем электрически связанные между собой фотоэлектрический преобразователь, усилитель и электронный осциллограф, а так же синхронизатор, при этом оптический вход фотоэлектрического преобразователя направлен на коллектор под сбегающим краем щетки КЭМ, синхронизатор выполнен в виде соосных неподвижного и подвижного дисков, каждый из которых имеет прорезь, не превышающую углового размера коллекторной пластины, подвижный диск связан с валом КЭМ, а синхронизатор установлен между оптическим входом фотоэлектрического преобразователя и сбегающим краем щетки КЭМ.
На фиг. представлена схема устройства для диагностики состояния коммутации КЭМ.
Устройство содержит фотоэлектрический преобразователь 1, усилитель 2, электронный осциллограф 3 и синхронизатор 4.
Синхронизатор 4 выполнен в виде непрозрачных подвижного диска 5 с одной прорезью 6, неподвижного диска 7 с одной прорезью 8 и вала 9. Угловой размер прорезей 6 и 8 не превышает углового размера каждой коллекторной пластины по окружности коллектора 11. Диски 5 и 7 расположены соосно друг с другом. Подвижный диск 5 установлен на валу 9, который связан с валом КЭМ.
Фотоэлектрический преобразователь 1, усилитель 2 и электронный осциллограф 3 электрически соединены между собой. При этом оптический вход 10 фотоэлектрического преобразователя 1 направлен на коллектор 11 под сбегающим краем щетки 12 КЭМ, а его выход подключен ко входу усилителя 2. Выход усилителя 2 подключен ко входу электронного осциллографа 3. Синхронизатор расположен между оптическим входом 10 фотоэлектрического преобразователя 1 и сбегающим краем щетки 12 КЭМ. Область пространства между оптическим входом 10 и сбегающим краем щетки 12, является оптическим каналом 13.
Каждая коллекторная пластина должна быть предварительно промаркирована, например от 1 до n.
В качестве фотоэлектрического преобразователя 1 применен фотодиод ФД-3, усилитель 2 выполнен на микросхеме К140УД8, электронный осциллограф 3 выбран марки С 1-93. Вал 9 выполнен в виде гибкого вала ГВ-127.
Устройство работает следующим образом. При работе КЭМ диск 5 посредством вала 9 вращается синхронно с ее коллектором 11. При совмещении прорези 6 подвижного диска 7 с прорезью 8 неподвижного диска 7 открывается оптический канал 13 и световой импульс от искрения на одной коллекторной пластине «n» под сбегающим краем щетки 12 проходит по нему на оптический вход 10 фотоэлектрического преобразователя 1. Это совмещение прорезей повторяется периодически для каждого полного оборота коллектора 11 и соответствует выходу одной и той же коллекторной пластины «n» из-под щетки 12.
Фотоэлектрический преобразователь 1 преобразует световые импульсы в импульсы фототока, которые подаются на вход усилителя 2 и усиливаются им до необходимой величины. Усиленные импульсы фототока подаются на вход электронного осциллографа 3, на экране которого формируется изображение импульса фототока от искрения только на одной коллекторной пластине «n», выходящей из-под щетки 12, поскольку искрение на других коллекторных пластинах происходит при перекрытом оптическом канале 13. По изображению импульса фототока на экране электронного осциллографа 3 качественно оценивается степень искрения на этой коллекторной пластине.
Одновременно ведется визуальное наблюдение коллектора 11 сквозь прорези 6 и 8 дисков 5 и 7 синхронизатора.
При визуальном наблюдении фиксируется коллекторная пластина «n» и степень искрения на ней.
При совмещении прорези 6 подвижного диска 5 с прорезью 8 неподвижного диска 7 открывается оптический канал 13. Это совмещение прорезей повторяется периодически для каждого полного оборота коллектора 11 и соответствует выходу одной и той же коллекторной пластины «n» из-под щетки 12. Стробоскопический эффект позволяет визуально зафиксировать предварительно маркированную коллекторную пластину «n», выходящую из-под щетки 12.
Одновременно визуально регистрируется степень искрения только на коллекторной пластине «n», поскольку искрение на других коллекторных пластинах происходит при перекрытом оптическом канале 12. При этом согласно ГОСТ 183-74 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия» осуществляется количественная регистрация степени искрения. Производится регистрация интенсивности искрения и размера искрящей части края щетки, например: слабое искрение под небольшой частью края щетки, значительное искрение под всем краем щетки, наличие крупных и вылетающих искр. Определяется также появление следов почернения на коллекторе
и нагара на щетках. Поэтому такая визуальная регистрация степени искрения является количественной.
Для определения степени искрения на каждой из остальных коллекторных пластин диск 7 поворачивается вручную вокруг его оси на такой угол, при котором визуально фиксируется предварительно маркированная следующая коллекторная пластина в положении выхода ее из-под щетки 12. Процесс регистрации степени искрения этой коллекторной пластины осуществляется, как описано выше.
Описанное устройство использовано на практике для диагностики состояния коммутации коллекторной электрической машины ПО-550. Опыт применения предлагаемого устройства показал его работоспособность и возможность качественной и количественной оценки степени искрения КЭМ для каждой отдельной коллекторной пластины. При этом простой по конструкции синхронизатор позволяет надежно сопоставлять сигналы искрения с расположением на коллекторе соответствующих коллекторных пластин.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Неболюбов Ю.Е. Фотоэлектрический метод исследования и настройки коммутации. - Электричество, 1956, №11, с.34-36.
2. Толкунов В.П. Теория и практика коммутации машин постоянного тока. - М.: Энергия, 1979. - С.81.
Устройство для диагностики состояния коммутации коллекторных электрических машин, содержащее электрически связанные между собой фотоэлектрический преобразователь, усилитель, электронный осциллограф, а так же синхронизатор, при этом оптический вход фотоэлектрического преобразователя направлен на коллектор под сбегающим краем щетки коллекторной электрической машины, отличающееся тем, что синхронизатор выполнен в виде соосных неподвижного и подвижного дисков, каждый из которых имеет прорезь, не превышающую углового размера коллекторной пластины, подвижный диск связан с валом коллекторной электрической машины, а синхронизатор установлен между оптическим входом фотоэлектрического преобразователя и сбегающим краем щетки коллекторной электрической машины.
