Устройство для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАЖАТИЙ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН по авт.св. № 989635, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности определения профиля коллектора, выступания пластин коллектора и их местоположения на коллекторе в динамических режимах работы машины, в него дополнительно, введены формирователь прямоугольных импульсов, амплитудный ограничитель, источник постоянного напряжения, преобразователь переменного напряжения в постоянное, четыре ключевых элемента с двумя устойчивыми состояниями, интегратор, светодиод, фотодиод, усилитель , источник опорного напряжения, компаратор, блок управления и демодулятор , вход которого соединен с измерительными обмотками датчика силы, а выход - с входом форми зователя прямоугольных импульсов и входом преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с входом амплитудного ограничителя, выход которого связан с первым входом первого ключевого элемента, второй вход первого ключевого элемента соединен с выходом усилителя, связанного своим входом с фотодиодом, установленным относительно пластин коллектора, а выход первого ключевого элемента соединен с первым входом электроизмерительного прибора и -входом интегратора , который своим выходом связан с первым входом второго ключевого элемента , второй вход которого связан с выходом источника постоянного напряжения , а выход второго ключевого элемента связан с входом блока управления , выход которого соединен с источником постоянного напряжения,, связанi ным своим выходом одновременно с источником переменного напряжения, (Л светодиодом, установленным относительно коллекторных пластин, и с источником опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом ком паратора, второй вход компаратора соединен с выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное и с первым входом третьего ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом усилителя, а вы05 ход третьего ключевого элемента - с вторым входом электроизмерительного прибора, выход компаратора соединен с первым входом четвертого ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом усилителя, а выход четвертого ключевого элемента с третьим входом электроизмерительного прибора, при этом щетка выполнена в виде ролика, который установлен на оси в нижней части дополнительно введенного штока, через который щетка связана с корпусом датчика силы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зов Н 01 R 39/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

БИЛЯ()T ;ä силы.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 989635 (2i) 3576680/24-07 (22) 11.04.83 (46) 23.07.84. Вюл. Н - 27 (72) А.Е.Дубинин (71) Куйбышевский авиационный институт им. С.П.Королева (53) 621.3.047.69.082.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 989635, кл. Н 01 R 39/58, 1980 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

НАЖАТИЙ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН по авт.св. Р 989635, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности определения профиля коллектора, выступания пластин коллектора и их местоположения на коллекторе в динамических режимах ра— боты машины, в него дополнительно. введены формирователь прямоугольных импульсов, амплитудный ограничитель, источник постоянного напряжения, преобразователь переменного напряжения в постоянное, четыре ключевых элемента с двумя устойчивыми состояниями, интегратор, светодиод, фотодиод, усилитель, источник опорного напряжения, компаратор, блок управления и демодулятор, вход которого соединен с измерительными обмотками датчика силы, а выход — с входом формирователя прямоугольных импульсов и входом преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с входом амплитудного ограничителя, выход которого связан с первым входом первого ключевого элемента, второй вход

„SU„„ llÙÛÄ A первого ключевого элемента соединен с выходом усилителя, связанного своим входом с фотодиодом, установленным относительно пластин коллектора, а выход первого ключевого элемента соединен с первым входом электроизмерительного прибора и .входом интегратора, который своим выходом связан с первым входом второго ключевого элемента, второй вход которого связан с выходом источника постоянного напряжения, а выход второго ключевого элемента связан с входом блока управления, выход которого соединен с источником постоянного напряжения, связанным своим выходом одновременно с источником переменного напряжения, светодиодом, установленным относитель но коллекторных пластин, и с источником опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратара, второй вход компаратора соединен с выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное и с первым Dõoäîì третьего ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом усилителя, а выход третьего ключевого элемента — с вторым входом электроизмерительного прибора, выход компаратора соединен с первым входом четвертого ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом усилителя, а выход четвертого ключевого элемента— с третьим входом электроизмерительного прибора, при этом щетка выполнена в виде ролика, который установлен на оси в нижней части дополнительно введенного штока, через который щетка связана с корпусом датчика в нижней части нижнего дополнительного штока 5, через который она связана с корпусом 6 датчика силы. Щетка

3 co штоком 5 и корпус 6 датчика расположены в щеткодержателе 1. В корпу5 се 6 расположены чувствительный 7 и компенсационный 8 элементы датчика силы с обмотками 9 возбуждения и 10

l измерительными,соединенныя по компенсационной схеме: обмотки 9 возбуждения соединены последовательно-согласно и подключены к источнику 11переменного напряжения,а измерительные обмотки 10последовательно-встречно. Чувствительный силоизмерительный элемент 7 дат15 чика силы связан через полусферическую поверхность 12 с верхним штоком

13, с предварительно поджатой пружиной 14 и регулировачным винтам 15, которые расположены в гадвижна,=", ч-с20 ти 16 устройства. Подвижная часть 16 устройства выполнена в виде полой втулки с упором 17. выступает за поверхность корпуса 6 со стороны нажимного пальца 2 и размещена в централь25 ном углублении корпуса 6.

Измерительные обмотки 10 датчика силы соединены с входом демодулятора 18, выход которого соединен одновременно с входом формирователя 19

30 прямоугольных импульса» и входам преобразователя 20 перемепнога напряжения в постоянное. Выход фармирова еля 19 прямоугольных импульсов соединен с входом амплитудного ограничителя 21, выход которога, в свою очередь, соединен с первым входом первого ключевого элемента 22 с двумя устойчивыми состояниями. Второй вход ключевого элемента 22 соединен с выходом усилителя 23, связанного своим

40 входом с фотодиодом 24, установленным относительно коллекторных пластин. Выход ключевого элемента 22 соединен с первым входам электроизмерительного прибора 25 и входом интегратора 26. Выход интегратора 26 связан с первым входом второго ключевого элемента 27 с двумя устойчивыми состояниями, второй вход которого связан с выходом источника 8 постоянно- га напряжения. Выход второго ключеsoro элемента 27 соединен с входом блока 29 управления, выход которого соединен с источником 28 постоянного напряжения. Выход источника 28 постоянного напряжения одновременно связан с источником 11 переменного напряжения, светодиодом 30, установ0 4 ленным относительно коллекторных пластин, и с источником 31 апорнага напряжения.

Своим выходом источник 31 опорного напряжения соединен с первым входом компаратора 32, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 20 переменного напряжения в постоянное и первым входом третьего ключевого элемента 33 с двумя устойчивыми состояниями. Второй вход ключевого элемента 33 соединен с выходом усилителя 23, а выход элемента

33 соединен с вторым входом электроизмерительного прибора 25. Выход компаратора 32 соединен с первым входом четвертого ключевого элемента 34 с двумя устойчивыми состояниями, второй вход которого соединен с выходом усилителя 23. Выход четвертого ключевого элемента 34 соединен с третьим входом электроизмерительного прибора 25.

Устройства работает следующим образом.

Перед началом работы корпус 6 датчика силы вместе с нижним штоком

S и щеткой 3 устанавливается в окно щеткадержзтеля 1 до упора с коллектором 4 и прижимается нажимным пальцем 2, Далее коллектор 4 приводится во вращение с определенной постоянной скоростью от построенного или ат своего двигателя. В последнем случае при использовании высокого напряжения питания, с целью изоляции цепей измерительного прибора, необходима применять цепи развязки.

Ка одну из коллекторных пластин, относительно которых установлен светодиод 30, на торце коллектора наносится метка, например, белой краской.

После этого включается блок 29 управления, который включает источник 28 постоянного напряжения, с которого напряжение подается на источник 11 переменного напряжения, светодиод

30, источник 31 опорного напряжения и второй вход второго ключевого элемента 27. С источника 11 переменного напряжения питание подается на обмотки 9 возбуждения датчика силы.

Светодиод 30 начинает светиться, посылая световой поток на коллекторные пластины.

При вращении коллектора 4 щетка

3 начинает перемещаться по его поверхности, переходя с одной коллекторной пластины на другую через иеж1104610

««а,.«ел»««ы= промежутки. Нри этом возникаю", динамические силы, которыс персдаются от щетки 3 через ««ижний шгок

5 на корпус 6, вызывая изменение нажатия нажимного пальца 2. Эта сила от пальца 2 через верхний шток 1«3, пружину .4, регулировочный винт 15, полусферическую поверхность 12, расположенные в подвижной части 16 датчика,. передается на чувствительный,О силоизмерительный элемент 7. Под дей— ствием сил нажатия чувствительный элемент 7 меняет свою магнитную про««ицаер4ость, На выходе имерительных обмоток 10 появляется модулированный переменный сигнал, который подается

«!а демодулятор 18, Демодулятор 18 отделяет низкочастотный сигнал, опре— деляемый коллекторными пла=тинами, от несущей частоты источника !1 пере- о менного напряжения, Этот переменный низкочастотный сигнал. подается на формирователь 19 прямоугольных импульсов, где происходит преобразование переменного сигнала в прямоугольные >1 импульсы, которые за счет различного выступания коллекторных пластин имеют различную амплитуду. Сигнал с выхода формирователя 19 подается на вход амплитудного органичителя 21 где происходит ограничение по амплитуде прямо >гольных импульсов,количесf во которых onðåäenÿåòña количеством коллекторных пластин, Далее прямоугольные импульсы одинаковой амплитуды и длите:«ьности (определяется пос35 тоянной скоростью вращени« коллектора) с выхода амплитудного ограничителя 2! подаются на первый вход первого ключевого элемента 22. Первый ключе40 вой элемент 22 так же, как и третий

33 и четвертый 34 ключевые элементы, открывается при подаче на второй вход усиленнс.го сигнала с выхода усилителя 23. На выход усилителя 23 сигнал

45 поступает от фотодиода 24 при воспри-! ятии им светового потока, отраженно1го меткой коллекторной пластины от

1 светодиода 30 при вращении коллектора, т.е. с этого момента электроизмерительный прибор 25 начинает изме50 рения. Ключевые элементы с двумя устойчивыми состояниями открываются при подаче сигнала на их второй вход, а закрываются снятием напряжения с ключа.

Через открытый первый ключевой элеме«г«22 прямоуголь««ые импульсь«подаются на первый вход э.«ектроизмери"> е >»ного прибора 2 5, !! oка зь«вaя ««омеp

:«пастины, которую ««роходит п«етка 3 в процессе движения .-к коллектору 4 .

Одновременно с выхода демодулятора, 8 переменный низкочастотный сиг—

««ал, пропорциональныи изменению си— лы нажатия на щетку, подается на вход греобразователя 20 переменного напряжения в постоянное, с выхода которого постоянное напряжение подается на первь«й вход компаратора 32 и «:a первый вход третьего ключевого э>-,емента 33, на второй вход которого подается сигнал с выхода ус««>ителя

23. Ключевой элемент 33 открывается, и сигнал с преобразователя 2С., п«-.опорциональный профилю коллектора 5, поступает на второй вход злектрокзмерительного прибора 25. На в-.орой вход компаратора 32 подается постоянное напряжение с выхода источника

31 опор««ого напряжения, пропорциональное идеальному круговому коллектору, На выходе компаратора 32 образуется разностный сигнал, пропорциональный выступанию пластин коллектора, который подается на первый вход четвертого ключевого элемента 34.

На второй вход кл«очевого элемент;:. 34 подается сигнал с выхода усилите-ля 23. Элемент 34 открывается, и сиг««ап с выхода компаратора 32 подас.тся на третий вход электроизмеритель; ого прибора 25, фиксируя выступание .:ластин коллектора.

Схема устройства отрегулирова;:.а так, что все сигналы, поступающи, на вход измерительного прибора 25,:" дут с.инхронно, т.е, на приборе 25 фиксируются профиль коллектора, высту-!а««ие пластин и номер пластины, т.е. еp местоположение (пластина, от >соторой осуществляется отсчет по кол.«ектору., отмечена меткой, и она является первой).

С выхода первого ключевого элемен— та 22 прямоугольные импульсы одновременно поступа«от на вход интегр>атора 26, где происходит суммирование импульсов, равных количеству пластин коллектора 4. В это время коллектор делает один оборот. Постоянное напряжение с интегратора 26 подается на вход второго ключевого элемента

27, на второй вход которого подается напряжение с источника 28 постоянно— го напряжения. Ключевой элемент 27 открывается, и постоянное напряжение с источника 28 подается на вход бло1104610 ка 29 управления, который подает сигнал на источник 28, отключая его, обесточивая тем самым всю схему устройства. При этом ключевые элементы

22, 27, 33 и 34 с двумя устойчивыми 5 состояниями возвращаются в исходное закрытое состояние.

Для повторного измерения вновь включается блок 29 управления>который может включаться вручную или ав1О томатически через определенное время.

После включения схемы устройства цикл измерения повторяется.

Применяемые устройства для измерения давления щетки на коллектор элект1 родвигателей используются только для контроля щеткодержателей в цеховых условиях. Эти устройства не могут измерять профиль коллектора, выступание пластин коллектора и их местона- 2О хождение на коллекторе, что ограничивает возможность устройства только контрольными измерениями при регулировке щеткодержателей.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными позволяет определять, кроме силы давления щетки на коллектор, комплекс параметров самого коллектора: профиль, выступание пластин, их местонахождение. Устройство может использоваться при промышленных испытаниях и исследованиях электрических машин. Измеренные параметры коллекто,ра позволят повысить качество его изготовления и сборки, определить влияние динамических сил на параметры коллектора, что, в свою очередь, позволит выбрать оптимальный режим работы щеточно-коллекторного узла и всего электродвигателя в целом, а также снизить износ щеток и коллектора, увеличить срок службы машины.

Улучшение качества изготовления и сборки коллектора позволит улучшить коммутацию скользящего контакта, снизить механические и электрические потери в месте контакта, что повысит

КПД машины.

ВНИКНИ Заказ 5315/40 Тираж 591 . Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4