УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ УРОВНЯ МЕЖЛАМЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Устройство контроля уровня межламельного напряжения относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для оценки коммутационной устойчивости коллекторных машин постоянного тока.
Коммутационная устойчивость коллекторных машин постоянного тока зависит от многих факторов, определяющим из которых является уровень напряжения между соседними коллекторными пластинами - межламельное напряжение. Коммутация протекает благополучно в том случае, если межламельное напряжение не превышает 25-28 вольт в машинах большой мощности, 30-35 вольт в машинах средней мощности и 50-60 вольт в машинах малой мощности. Уровень коммутации проверяется при капитальном ремонте тяговых двигателей по степени искрения в контакте щетка-коллектор визуально или с использованием специальных приборов. В эксплуатационных условиях межламельное напряжение измерению не подлежит, а коммутационная устойчивость коллекторных машин определяется косвенными методами и часто с большими ошибками. Измерение межламельного напряжения в процессе эксплуатации и принятие мер по предотвращения его недопустимого роста является актуальной задачей. Для измерения межламельного напряжения используются осциллографы, электронные вольтметры, фотометрические и др. устройства.
Известно устройство контроля уровня межламельного напряжения (Карасев М.Ф. К настройке коммутации машин постоянного тока. Томск. Труды ТЭМИИТ, т.14, 1948). Устройство состоит из якоря, коллекторных пластин, основных разнополярных щеток, дополнительной щетки и осциллографа подключенный к основной и дополнительной щеткам..
Устройство работает следующим образом: при подаче напряжения на основные щетки приводится во вращение якорь с закрепленными на нем коллекторными пластинами. Вследствие воздействия реакции якоря искажается потенциальная картина на коллекторе машины, меняется межламельное напряжение. При перемещении дополнительной щетки в межщеточном пространстве осциллографом измеряется межламельное напряжение. Затем по значениям межламельного напряжения оценивается коммутационная устойчивость коллекторной машины.
Достоинством устройства является то, что оно позволяет объективно оценить коммутационную устойчивость коллекторной машины.
Недостатками устройства является низкая точности измерения межламельного напряжения, обусловленная визуальным методом наблюдения, что не позволяет достаточно точно осуществлять контроль уровня коммутационной устойчивости машины. Кроме того, имеет место вмешательство в токосъем машины.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство контроля уровня напряжения (Патент 2011995, РФ, МПК G01R 19/25 (2006.01). Цифровой вольтметр / Волков Б.И.; з. №5044155/21; Заявлено 26.05.1992; Опубл. 30.04.1994, Бюл. №8)
Устройство содержит последовательно соединенные первый делитель напряжения, второй делитель напряжения, блок ключей, согласующий усилитель, усилитель, пьезоэлектрический дефлектор, объектив, щелевую диафрагму со светодиодом, квантовую линейку световодов, блок фотоприемников, первый, второй и третий дешифраторы, шифратор, генератор импульсов, ключ, счетчик импульсов, формирователь импульсов, регистр выхода, блок индикации. При этом выходы квантующей линейки световодов оптически сопряжены с фотоприемниками блока фотоприемников, оптический выход светодиода сопряжен через щелевую диафрагму и объектив с отражающей поверхностью пьезоэлектрического дефлектора, которая оптически сопряжена с входными торцами световодов, квантующей линейки световодов; первый дешифратор, шифратор и второй дешифратор соединены последовательно; выходы второго дешифратора подключены к управляющим входам блока ключей и к первой группе входов первого дешифратора, а вторая группа входов первого дешифратора соединена с соответствующими выходами блока фотоприемников; генератор импульсов и ключ, а также блок индикации соединены последовательно; входы третьего дешифратора подключены к выходам блока фотоприемников, первый выход третьего дешифратора подключен к управляющему входу ключа, второй выход - к входу знакового разряда регистра выхода, вход обнуления которого соединен с выходом формирователя импульсов, счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу ключа, входы регистра выхода соединены с соответствующими выходами шифратора, а выходы регистра выхода и счетчика импульсов являются выходами вольтметра и соединены с соответствующими входами блока индикации.
Устройство работает следующим образом: устройство подключается к исследуемому объекту. Поступающий электрический сигнал усиливается усилителем, и преобразуется в двоичный код дефлектором и квантующей линейкой световодов. Световой сигнал поступает на фотоприемник, где преобразуется в электрический и поступает на вход шифратора, который формирует на своих выводах двоичный код, соответствующий мгновенному значению измеряемого напряжения. При отсутствии сигнала открывается первый ключ, который подключает к согласующему усилителю первую ступень делителя напряжения. При наличии сигнала код с дешифратора поступает в регистр выхода и в дешифратор. С выхода дешифратора импульсы (положительный или отрицательный, в зависимости от полярности измеряемого сигнала) поступает в знаковый разряд регистра выхода. Счетчик считывает импульсы с генератора, формирователь выдает сигналы, определяющие содержимое счетчика и регистра. С приходом в дешифратор следующего сигнала содержимое регистра и счетчика выдается на выход и блок индикации, происходит кодирование следующего измерения. Далее процесс измерения повторяется.
Цифровой вольтметр позволяет с высокой точностью проводить измерение постоянного напряжения и сигналов переменного напряжения частотой до 100 мгц при погрешности 0,05% в широком диапазоне значений, статическом и динамическом режимах, регистрировать и передавать результаты измерений на расстояние.
Недостатком известного устройства контроля уровня напряжения является то, что при осуществлении контроля уровня коммутационной устойчивости машины путем измерения межламельного напряжения в устройстве необходима установка дополнительной щетки, а, следовательно, это ведет к вмешательству в токосъем машины. Кроме того, сложность и аппаратная громоздкость ограничивают область его применения, особенно в ограниченном пространстве.
Задача, решаемая полезной моделью заключается в создании устройства контроля уровня межламельного напряжения позволяющего постоянно контролировать уровень коммутационной устойчивости коллекторных машин, за счет измерения и передачи на расстояние значения межламельного напряжения при различных режимах работы машины без вмешательства в конструкцию ее токосъема.
Для решения поставленной задачи устройство контроля уровня межламельного напряжения, содержащее последовательно соединенные делитель напряжения, блик ключей, согласующий усилитель и усилитель дополнительно снабжено блоком сравнения и обработки результатов измерения, последовательно соединенным с усилителем, цифроаналоговым преобразователем, пороговым индикатором и блоком передачи информации на расстояние, при этом вход цифроаналогового преобразователя соединен с выходом блока сравнения и обработки результатов измерения, а выход - с входом порогового индикатора и с входом блока передачи информации на расстояние, выход порогового индикатора соединен со вторым входом блока передачи информации на расстояние.
Отличие заявляемого решения от прототипа заключается в том, что оно дополнительно снабжено блоком сравнения и обработки результатов измерения, последовательно соединенным с усилителем, цифроаналоговым преобразователем, пороговым индикатором и блоком передачи информации на расстояние, при этом вход цифроаналогового преобразователя соединен с выходом блока сравнения и обработки результатов измерения, а выход - с входом порогового индикатора и с входом блока передачи информации на расстояние, выход порогового индикатора соединен со вторым входом блока передачи информации на расстояние.
Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию охраноспособности «новизна».
Благодаря отличительным признакам фиксируемый устройством уровень межламельного напряжения позволяет судить об уровне коммутационной устойчивости машины, выбирать оптимальный эксплуатационный режим и своевременно реагировать на приближение экстремальных ситуаций. Это обусловлено тем, что при приближении уровня межламельного напряжения к предельно допустимому пороговый индикатор формирует сигнал опасности кругового огня по коллектору; сигнал передается на расстояние оператору или системе защиты.
На фигуре изображена схема устройства контроля уровня межламельного напряжения.
Устройство содержит последовательно соединенные делитель напряжения 1, блок ключей 2, согласующий усилитель 3, усилитель 4 блок сравнения и обработки результатов измерения 5, цифроаналоговый преобразователь 6, пороговый индикатор 7 и блок передачи информации на расстояние 8. При этом блок сравнения и обработки результатов измерения 5 последовательно соединен с усилителем 4, вход цифроаналогового преобразователя 6, соединен с выходом блока сравнения и обработки результатов измерения 5, а выход - с входом порогового индикатора 7 и с входом блока передачи информации на расстояние 8, выход порогового индикатора 7 соединен со вторым входом блока передачи информации на расстояние 8.
Устройство работает следующим образом.
Устройство контроля уровня межламельного напряжения крепится на якоре машины и соединяется постоянной электрической цепью с двумя соседними коллекторными пластинами. При вращении якоря устройство вращается вместе с ним. Измеряемое межламельное напряжение поступает на вход делителя напряжения 1, переключаемого автоматически. Ступени делителя напряжения определяются диапазоном исследуемых мощностей электрической машины. После масштабирования сигнал поступает на блок ключей 2, согласующий усилитель 3, усилитель 4. Далее сигнал поступает на вход блока сравнения и обработки результатов 5, где определяется режим дальнейшей эксплуатации машины. Цифровой код на выходе блока сравнения и обработки результатов измерения 5 поступает на вход цифроаналогового преобразователя 6 и преобразуется в аналоговый сигнал, который одновременно поступает на входы порогового индикатора 7 и блока передачи информации на расстояние 8. Передача информации блоком 8 возможна только при достижении межламельного напряжения предельно допустимого (порогового) значения, когда с выхода порогового индикатора 7 на вход блока передачи информации на расстояние 8 поступит соответствующий сигнал «разрешения». При приближении значения уровня межламельного напряжения близко к предельному пороговый индикатор 7 формирует сигнал опасности, далее блока передачи информации на расстояние 8 передает сигнал оператору или системе защиты и незамедлительно принимаются меры по устранению его опасного роста.
Предлагаемое устройство позволяет постоянно контролировать уровень коммутационной устойчивости машины, выбирать оптимальный эксплуатационный режим и своевременно реагировать на приближение экстремальных ситуаций.