СПОСОБ ПРОВЕРКИ ОТСУТСТВИЯ ПЕРЕРЫВОВ КОНТАКТИРОВАНИЯ МЕЖДУ ЩЕТКАМИ И КОЛЬЦАМИ В КОЛЛЕКТОРНОМ ТОКОПОДВОДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF VERIFICATION OF THE ABSENCE OF BREAKS OF CONTACT BETWEEN BRUSHES AND RINGS IN THE COLLECTOR CURRENT MODULE AND THE DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при проверке отсутствия перерывов контактирования между кольцами коллектора и щетками в цепях коллекторного токоподвода (ТП).
ТП при передаче через него большого числа электрических сигналов, в том числе и слаботочных, должен обеспечить изоляционную прочность цепей, надежную коммутацию сигналов через скользящие контакты и минимальный момент сопротивления вращению. Указанные требования достигаются выбором материала контактных пар, технологией обработки контактных поверхностей и подбором контактного давления щеток. При этом должно обеспечиваться отсутствие перерывов контактирования и минимальное электрическое (переходное) сопротивление скользящего контакта в течение длительного срока эксплуатации.
Конструктивно ТП содержит контактные кольца и контактные щетки с подпаянными к ним электрическими проводниками. Контактные кольца, как и контактные щетки, изолированы друг от друга, причем каждая щетка установлена в проточку соответствующего контактного кольца с некоторым давлением. Кольца собраны через изоляционные промежутки в пакет (коллектор), который установлен через шарикоподшипники в корпус ТП. На корпусе ТП закреплены держатели щеток и кожух, защищающий ТП от механических повреждений и служащий для закрепления ТП в приборах. Электрические проводники, подпаянные к кольцам и щеткам, собраны в жгуты и выведены за корпус ТП.
Площадь контактирования в ТП [1] между кольцами коллектора и щетками может быть значительно меньше физического размера (площади) контакта из-за наличия на поверхности скользящих контактов участков с микротрещинами, что может быть причиной отсутствия контактирования в цепях между вращающимися и неподвижными узлами приборов.
Поэтому для проверки ТП на отсутствие перерыва контактирования при таких перемещениях требуется увеличивать частоту измерения, либо уменьшать постоянную скорость перемещения или шаг дискретного перемещения скользящих контактов.
Известен способ [2], где с целью повышения достоверности (точности) контроля перерывов контактирования скользящих электрических контактов, а также определения размеров участка (зоны) нарушенного электрического контакта в прецизионных токосъемниках закрытого типа измеряют величину падения напряжения между скользящими электрическими контактами при дискретном перемещении контактов и сравнивают результат измерения с допустимым напряжением. При этом шаг дискретного перемещения контактов должен быть значительно меньше, чем размеры зоны нарушенного электрического контакта (зоны непроводящих участков).
К недостаткам способа относятся большие затраты времени на проверку малогабаритных коллекторных ТП, а также отсутствие приемлемого электропривода для обеспечения дискретного перемещения, не превышающего размер непроводящих участков, которые в малогабаритных ТП крайне малы. Введение же в электропривод редуктора с целью уменьшения перемещения для определения зоны нарушения электрического контакта, невозможно из-за наличия люфта, соизмеримого с размером непроводящих зон.
Задачей изобретения является возможность проверки различных ТП, в том числе и малогабаритных, работающих в режимах передачи микротоков, малые затраты времени на контроль, повышение надежности и достоверности результатов контроля путем автоматизации процесса испытаний, повышение технологичности, снижение номенклатуры используемого оборудования, упрощение схемы испытаний.
Технический результат достигается тем, что в способе проверки отсутствия перерывов контактирования между щетками и кольцами в коллекторном токоподводе (ТП), заключающемся в одновременном пропускании через эталонную цепь и электрические цепи вращающегося коллектора контрольного числа высокочастотных импульсов, регистрации числа контрольных импульсов, прошедших через цепи ТП. определении разности между контрольным числом импульсов, прошедших через эталонную цепь, и числом импульсов, прошедших через цепи вращающегося коллектора ТП, по которой судят об исправности цепей ТП, для чего в схему проверки вводят эталонную цепь и формируют у ТП пары цепей, состоящих из замкнутых накоротко выводом щеток ТП; в сформированных парах цепей_одна половина выводов колец составляет группу входных цепей, а другая половина выводов колец - группу выходных цепей ТП; на эталонную и входную группу цепей ТП подают высокочастотные импульсы; импульсы, прошедшие через эталонную цепь и проверяемые группы цепей ТП, подают соответственно на эталонный и контрольные счетчики; задают в микропроцессоре блока управления контрольное число импульсов, которое превышает число импульсов, проходящих через ТП за один полный оборот коллектора, выполняют вращение ТП, подают на эталонный и контрольные счетчики последовательно команды сброс и разрешение счета; в счетчиках производят счет импульсов, контролируют результат счета импульсов эталонным счетчиком; при достижении на эталонном счетчике заданного числа импульсов снимают команду разрешение счета с эталонного и контрольных счетчиков - происходит останов счета; результаты счета импульсов контрольными счетчиками подают в микропроцессор, в котором определяют разность между числом импульсов, зафиксированных эталонным счетчиком, и числом импульсов, зафиксированных каждым контрольным счетчиком; если разность импульсов, прошедших через пару цепей ТП, не превышает допустимого значения, то пара цепей считается исправной, если разность превышает допустимое значение, то применяют иное формирование пар цепей, изменяя комбинацию входных и выходных цепей ТП, и аналогично проверяют пары цепей ТП, по результатам проверки выявляют неисправные цепи ТП в парах.
Способ реализуется устройством проверки отсутствия перерывов контактирования между кольцами и щетками в коллекторном токоподводе, состоящим из электропривода для обеспечения вращения ТП, датчика числа оборотов, контейнеров для установки ТП, заглушки - разъема с перемычками, обеспечивающей попарное замыкание выводов щеток согласно выбранной комбинации; разъемов для подключения ТП и блока автоматизированного управления, содержащего микропроцессор, генератор импульсов, эталонный счетчик импульсов, группу контрольных счетчиков импульсов, число которых соответствует количеству, проверяемых одновременно цепей ТП, коммутатор входных цепей, входы которого подключены к генератору импульсов, а его выходы соединены кабелем с входными цепями ТП, коммутатор выходных цепей, входы которого соединены кабелем с выходными цепями ТП, а его выходы - с первыми входами контрольных счетчиков импульсов; первый вход эталонного и контрольных счетчиков связан с генератором импульсов соответственно через коммутатор выходных цепей, эталонную цепь, проверяемые цепи ТП и коммутатор входных цепей; выходы эталонного и контрольных счетчиков подключены к входам мультиплексора, выходы которого соединены с первым входным портом микропроцессора; первый выход порта микропроцессора соединен с дисплеем блока управления, второй выход порта микропроцессора соединен с коммутаторами входных и выходных цепей ТП, вход управления мультиплексором соединен с третьим выходным портом микропроцессора, вторые и третьи входы контрольных и эталонного счетчиков связаны с четвертым и пятым выходными портами микропроцессора, с которого поступают сигналы на сброс и разрешение счета, шестой и седьмой выходные порты микропроцессора соединены с входами электропривода и генератора импульсов соответственно, второй входной порт микропроцессора соединен с датчиком числа оборотов ТП; соединение ТП с блоком управления выполнено с помощью разъемных соединений.
вх1
вых1
вых2
вых3
вых4
вых5
вых6
вых7
вх2
На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для проверки отсутствия перерывов контактирования между кольцами и щетками в коллекторном ТП. Устройство проверки отсутствия перерывов контактирования между кольцами (4) и щетками (3) в коллекторном токоподводе содержит заглушку (1), обеспечивающую попарное замыкание выводов щеток согласно выбранной комбинации, разъемы (2) с отводящими цепями с токосъемных щеток (3) для подключения ТП, электропривод (19) (см. фиг. 2) для обеспечения вращения ТП, датчик числа оборотов (23) (см. фиг. 2), контейнеры (24, 28) (см. фиг.2) для установки ТП и блок автоматизированного управления (30), содержащий микропроцессор (6), генератор импульсов с программным управлением (7), эталонный счетчик импульсов (8), мультиплексор (9), группу контрольных счетчиков импульсов (10), число которых соответствует количеству проверяемых одновременно цепей ТП, коммутатор входных цепей (11), входы которого подключены к генератору импульсов, а его выходы соединены кабелем через розетку (12) и вилку (13) с входными цепями ТП, коммутатор выходных цепей (14), входы которого соединены кабелем через розетку (15) и вилку (16) с выходными цепями ТП, а его выходы - с первыми входами контрольных счетчиков импульсов; первый вход (CLK) эталонного счетчика связан с генератором импульсов через эталонную цепь (17); первые входы (CLK) контрольных счетчиков связаны с генератором импульсов через проверяемые цепи ТП; выходы эталонного и контрольных счетчиков подключены к входу мультиплексора, выходы которого соединены с первым входным портом (П) микропроцессора; с первого выходного порта (П) микропроцессора информация о разности числа импульсов выводится на дисплей (18) блока управления, на втором выходном порте (П) микропроцессора формируются сигналы управления коммутаторами входных и выходных цепей ТП, вход управления мультиплексором соединен с третьим выходным портом (П) микропроцессора, на вторые входы (R) и третьи входы (EN) контрольных и эталонного счетчиков поступают сигналы на сброс и разрешение счета с четвертого и пятого выходных портов (П), (П) микропроцессора, шестой и седьмой выходные порты (П, П) микропроцессора связаны с входами электропривода и генератора импульсов соответственно, в микропроцессоре сформирован второй входной порт (П) для приема сигнала с датчика числа оборотов ТП; соединение ТП с блоком управления выполнено с помощью разъемных соединений.
В БУ имеется стандартный порт ввода-вывода, через который данные передаются с МП на ПЭВМ (5).
На фиг. 2 представлено устройство для проверки отсутствия перерывов контактирования между кольцами и щетками в коллекторном ТП. В устройстве электропривод (19), который вращает через ведущий поводок (20) ведомый поводок (21), шкив (22) с установленным на нем датчиком числа оборотов (23), закрепленные на первой камере (24) с находящимися внутри электрическими проводниками выводов щеток (3) ТП, распаянными на разъем (25), к которому подсоединяют заглушку (1). Через зажим (26) вращение передается на ТП (27), при этом токосъемные щетки (3) вращаются вокруг колец коллектора (4), с торца второй камеры (28) с находящимися внутри проводниками выводов колец, распаянными на разъем (29), установленный на крышке второй камеры (28).
Осуществление изобретения
Путем установки разъемного соединения (разъем-заглушка) с определенной распайкой формируют пары цепей ТП с замкнутыми щетками, в указанных парах одними кольцами образуют входную группу, другими кольцами образуют выходную группу.
С первого выхода микропроцессора (МП) подается команда на формирование контрольных импульсов заданной частоты с генератора.
Частота импульсов выбирается в зависимости от диапазона рабочих частот переменного сигнала, допустимого для проверяемого ТП и скорости вращения ТП при проверке (задается МП с учетом диаметра коллектора ТП и минимального допустимого размера перерыва контакта так, чтобы при наличии перерыва контакта контрольными счетчиками был установлен достаточный перерыв счета для определения неисправности пары цепей).
Задают в МП число контрольных импульсов, соответствующее числу подаваемых с генератора импульсов при совершении ТП не менее одного оборота с момента подачи сигнала разрешения счета.
МП управляет коммутаторами входных и выходных цепей. По команде МП к генератору с помощью коммутаторов входных цепей выбирается группа проверяемых цепей, которая с помощью коммутатора выходных цепей подключается к контрольным счетчикам. Таким образом, можно обойтись ограниченным числом контрольных счетчиков, учитывая, что проверка группы цепей занимает 1-2 мин.
С выхода генератора через коммутатор входных цепей на входную группу цепей ТП и через эталонную цепь на эталонный счетчик подаются контрольные высокочастотные импульсы, при этом импульсы, прошедшие через ТП с выходной группы цепей через коммутатор выходных цепей, подаются соответственно на первые входы контрольных счетчиков (каждой паре цепей ТП соответствует один контрольный счетчик).
МП с шестого выхода подает на электропривод команду вращения ТП с заданной скоростью, а с четвертого выхода подает на вторые входы счетчиков сигнал сброса счета, производя обнуление счетчиков.
При вращении ТП датчик оборотов подает на второй вход МП сигнал начала счета, по которому МП с пятого выхода подает сигнал разрешения счета на третьи входы счетчиков, после чего начинается счет числа импульсов контрольными и эталонным счетчиками.
С выходов контрольных счетчиков результаты счета поступают на соответствующие входы мультиплексора. МП с третьего выхода подает сигнал на управляющий вход мультиплексора, выполняя передачу результатов счета эталонного счетчика через мультиплексор на первый вход МП.
При достижении счета эталонным счетчиком заданного числа контрольных импульсов, МП с пятого выхода подает на третьи входы счетчиков сигнал останова, выполняя останов счета счетчиками.
МП выполняет сравнение результатов счета контрольными счетчиками с заданным числом и, если полученные разности не превышают допустимую величину, соответствующие пары цепей ТП признают исправными.
Если некоторые разности превышают допустимую величину, означая неисправность, то применяют иное формирование пар цепей путем установки разъема с иной распайкой так, чтобы не изменилась принадлежность колец входной или выходной группы, и аналогично проверяют пары цепей ТП и по результатам проверки определяют неисправные цепи ТП в парах.
Результаты проверки выводятся с МП на дисплей и могут быть переданы в ПЭВМ для формирования протокола испытаний.
При превышении количества пар цепей количества контрольных счетчиков, после вышеприведенной проверки с помощью разъемных соединений подключают оставшиеся пары цепей.
Таким образом, заявлены:
1. Способ проверки отсутствия перерывов контактирования между щетками и кольцами в коллекторном токоподводе (ТП), заключающийся в одновременном пропускании через эталонную цепь и электрические цепи вращающегося коллектора контрольного числа высокочастотных импульсов; регистрации числа контрольных импульсов, прошедших через цепи ТП; определении разности между контрольным числом импульсов, прошедших через эталонную цепь, и числом импульсов прошедших через цепи вращающегося коллектора ТП, по которой судят об исправности цепей ТП, для чего в схему проверки вводят эталонную цепь и формируют у ТП пары цепей, состоящих из замкнутых накоротко выводов щеток ТП; в сформированных парах цепей одна половина выводов колец составляет группу входных цепей, а другая половина выводов колец - группу выходных цепей ТП; на эталонную и входную группу цепей ТП подают высокочастотные импульсы; импульсы, прошедшие через эталонную цепь и проверяемые группы цепей ТП, подают соответственно на эталонный и контрольные счетчики; задают в микропроцессоре блока управления контрольное число импульсов, которое превышает число импульсов, проходящих через ТП за один полный оборот коллектора, выполняют вращение ТП, подают на эталонный и контрольные счетчики последовательно команды сброс и разрешение счета; в счетчиках производят счет импульсов, контролируют результат счета импульсов эталонным счетчиком; при достижении на эталонном счетчике заданного числа импульсов снимают команду разрешение счета с эталонного и контрольных счетчиков - происходит останов счета, результаты счета импульсов контрольными счетчиками подают в микропроцессор, в котором определяют разность между числом импульсов, зафиксированных эталонным счетчиком, и числом импульсов, зафиксированных каждым контрольным счетчиком; если разность импульсов, прошедших через пару цепей ТП, не превышает допустимого значения, то пара цепей считается исправной, если разность превышает допустимое значение, то применяют иное формирование пар цепей, изменяя комбинацию входных и выходных цепей ТП, и аналогично проверяют пары цепей ТП, по результатам проверки выявляют неисправные цепи ТП в парах.
2. Устройство проверки отсутствия перерывов контактирования между кольцами и щетками в коллекторном токоподводе, состоящее из электропривода для обеспечения вращения ТП, датчика числа оборотов, контейнера для установки ТП, заглушки - разъема с перемычками, обеспечивающей попарное замыкание выводов щеток согласно выбранной комбинации; разъемов для подключения ТП и блока автоматизированного управления, содержащего микропроцессор, генератор импульсов, эталонный счетчик импульсов, группу контрольных счетчиков импульсов, число которых соответствует количеству проверяемых одновременно цепей ТП, коммутатор входных цепей, входы которого подключены к генератору импульсов, а его выходы соединены кабелем с входными цепями ТП, коммутатор выходных цепей, входы которого соединены кабелем с выходными цепями ТП, а его выходы - с первыми входами контрольных счетчиков импульсов; первый вход эталонного и контрольных счетчиков связан с генератором импульсов соответственно через коммутатор выходных цепей, эталонную цепь, проверяемые цепи ТП и коммутатор входных цепей; выходы эталонного и контрольных счетчиков подключены к входам мультиплексора, выходы которого соединены с первым входным портом микропроцессора; первый выход порта микропроцессора соединен с дисплеем блока управления, второй выход порта микропроцессора соединен с коммутаторами входных и выходных цепей ТП, вход управления мультиплексором соединен с третьим выходным портом микропроцессора, вторые и третьи входы контрольных и эталонного счетчиков соединены с четвертым и пятым выходными портами микропроцессора, шестой и седьмой выходные порты микропроцессора соединены с входами электропривода и генератора импульсов соответственно, второй входной порт микропроцессора соединен с датчиком числа оборотов ТП; соединение ТП с блоком управления выполнено с помощью разъемных соединений.
Источники информации
1. Болтон У. Карманный справочник инженера-метролога. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2002.
2. Гудков В.П., Чернышева Е.Н., Кривошеин Ю.А., Гаврилов И.В. Способ контроля контактирования скользящих электрических контактов. Авт. св. №1624355 А1. Опубл. 30.01.91.