УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ОБМОТКЕ ЯКОРЯ НА НЕВРАЩАЮЩИХСЯ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ

Полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть использована для объективной оценки теплового состояния якорей электрических машин различной мощности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения падения напряжения на обмотке якоря на невращающихся коллекторных электрических машинах (Д.Д.Захарченко, Н.А.Ротанов «Тяговые электрические машины», Москва, Транспорт, 1991 г., с.331-332). В устройстве для измерения падения напряжения на обмотке якоря, принятом за прототип, используются токопроводящие элементы, представляющие собой специальные измерительные графитизированные щетки, которые устанавливают в изолирующей обойме с нажимной пружиной. Вывод измерительной щетки через изолированный провод подключен к вольтметру. Основная рабочая щетка срезана на ширину обоймы и скреплена с обоймой шпильками. Основная щетка вместе с обоймой расположена в гнезде щеткодержателя испытуемой машины. Для измерения сопротивления обмотки якоря необходима остановка машины, так как падение напряжения в этой обмотке значительно меньше ЭДС вращения. При квалификационных испытаниях первое измерение сопротивления обмоток должно быть начато не позднее, чем через 45 с после отключения машины (отключенной машину считают с момента разрыва цепи якоря и возбуждения). Если измерения сопротивления обмотки машины были начаты не ранее, чем через 15-20 с, то превышение температуры в момент отключения машины определяют экстраполяцией кривой остывания обмотки.
Известное устройство имеет следующие недостатки. Конструкция и материал измерительной щетки не позволяют снимать падение напряжения с одной коллекторной пластины, потому что измерительная щетка, имея ширину 7 мм, перекрывает 2-3 коллекторных пластины, что приводит к недостоверным показаниям падения напряжения на обмотке якоря (увеличивается сопротивление обмотки якоря), соответственно не обеспечивается объективная оценка теплового состояния электрической машины. Измерение падения напряжения на обмотке якоря с помощью устройства производится только после полной остановки машины и отключения токовой нагрузки, после чего устанавливается ток в якорной цепи величиной 8-10% от заданного тока нагрузки и проводится первое измерение падения напряжения на обмотке якоря. Поскольку, после остановки машины первое измерение падения напряжения на нагретом якоре не может быть использовано для определения превышения температуры обмотки якоря, соответствующей моменту отключения режима на нагревание, то снимают кривую изменения сопротивления обмотки якоря (рассчитывается на основе данных падения напряжения на обмотке якоря) во времени, затем, применяя метод экстраполяции, находят падение напряжения на обмотке якоря в момент отключения нагрузки. Известное устройство используется для измерения падения напряжения на обмотке якоря с применением метода экстраполяции, что не позволяет измерять падение напряжения на обмотке якоря через определенные промежутки времени без отключения заданной токовой нагрузки в продолжительных режимах нагревания и охлаждения, как это требует ГОСТ 2582-81 п.5.2.3 «Построение сеток кривых нагревания и охлаждения».
В ГОСТ 2582-81, ГОСТ 11828-86, ГОСТ 10159-75, а также в другой нормативно-технической документации отсутствует информация о конструкции и способе применения устройства для измерения падения напряжения на обмотке якоря при проведении режимов нагревания и охлаждения. В ГОСТ 11828-86 указано, что измерение сопротивления обмотки якоря осуществляют между точками, доступными для присоединения измерительного устройства.
Задача полезной модели - измерение достоверного значения падения напряжения на обмотке якоря на невращающихся машинах, позволяющее объективно оценить тепловое состояние якоря электрической машины.
Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения падения напряжения на обмотке якоря на невращающихся коллекторных электрических машинах, содержит рабочую щетку и изоляционный каркас, соединенные между собой штырьками, токопроводящий элемент, расположенный в изоляционном каркасе и одним концом контактирующий с коллекторными пластинами, а другим - подключен к измерительному прибору, введены отличия - токопроводящий элемент представляет собой цилиндрический меднографитовый стержень равный по диаметру ширине коллекторной пластины, с припаянным медным шунтом, подключенный через клеммное соединение, измерительные провода и нормально открытые контакты коммутирующего устройства к измерительному прибору.
Технический результат предлагаемого устройства состоит в том, что оно позволяет получать достоверные значения падения напряжения на обмотке якоря на невращающихся машинах за счет использования токопроводящего элемента, представляющего собой цилиндрический меднографитовый стержень, равный по диаметру ширине коллекторной пластины.
На фигуре 1 приведено предлагаемое устройство для измерения падения напряжения на обмотке якоря на невращающихся коллекторных электрических машинах.
На фигуре 2 представлены кривые нагревания и охлаждения обмотки якоря тягового двигателя ДТК-800А.
Устройство содержит рабочую щетку 1 и каркас из электроизоляционного материала 2, соединенные между собой штырьками 3. В каркасе из электроизоляционного материала 2 расположен цилиндрический меднографитовый стержень 4, равный по диаметру ширине коллекторной пластины 5, и, контактирующий одним концом с коллекторными пластинами 5, а другим концом - с припаянным медным шунтом 6, упирающимся в нажимную пружину 7. Медный шунт 6, проходящий через центр пружины 7, отверстие 8 каркаса из электроизоляционного материала 2, подключен через клеммное соединение 9, измерительные провода 10 и нормально открытые контакты коммутирующего аппарата 11 к измерительному прибору 12.
Устройство используется при проведении испытаний на нагревание обмоток электрических машин по схеме взаимной нагрузки (Д.Д.Захарченко, Н.А.Ротанов «Тяговые электрические машины», Москва, Транспорт, 1991 г., с.319-322) и работает следующим образом. Перед началом испытаний в окна рядом расположенных щеткодержателей устанавливают предлагаемые устройства и опускают пружины щеткодержателей. Перед запуском электрических машин отключают коммутирующий аппарат 11 для исключения подключения измерительного прибора 12 к высокому напряжению во время работы электрической машины под нагрузкой, поскольку для измерения падения напряжения на обмотке якоря на невращающихся машинах используется измерительный прибор 12 с пределом измерений 30 В (в зависимости от токовой нагрузки).
После запуска машин задают режим испытаний по напряжению, току якоря и частоте вращения якоря.
Через заданные промежутки времени (согласно ГОСТ 2582-81) снижают до нуля напряжение на электрической машине до полной остановки якорей, сохраняя при этом неизменным ток нагрузки. После чего включают коммутирующий аппарат 11 и осуществляют измерение падения напряжения на обмотке якоря при протекании по ней тока якоря. После измерения отключают коммутирующий аппарат 11, увеличением напряжения до указанного значения (при неизменном токе нагрузки) запускают электрические машины и задают прежний режим испытаний по напряжению, току якоря и частоте вращения якоря. Аналогичные манипуляции проводят через заданные промежутки времени, например, при проведении часового режима на нагревание через каждые 15 мин. По окончании испытаний по полученным точкам строят кривую нагревания (фиг.2).
Положительный эффект при применении предлагаемого устройства достигается использованием в качестве токопроводяшего элемента цилиндрического меднографитового стержня, равного по диаметру ширине коллекторной пластины и заключается в том, что устройство позволяет определять достоверные значения падения напряжения на обмотке якоря на невращающихся машинах, позволяющие объективно оценить тепловое состояние якоря электрической машины при проведении испытаний на нагревание и охлаждение в соответствии с требованиями ГОСТ 2582-81 п.5.2.3 «Определение сеток кивых нагревания и охлаждения электрических машин».
Предлагаемое устройство применяется при проведении режимов нагревания и остывания в отделе электрических машин «Всероссийского Научно-Исследовательского и Проектно-Конструкторского Института Электровозостроения» (ОАО «ВЭлНИИ»). В качестве примера на фигуре 2 приведены кривые нагревания и охлаждения обмотки якоря тягового двигателя ДТК-800А при проведении квалификационных испытаний согласно ГОСТ 2582-81 п.5.2.3. Точками на кривых нагревания в часовом и продолжительном режимах обозначены измерения падения напряжения на обмотке якоря.
Поскольку, на предлагаемое устройство не имеется авторских свидетельств, патентов, публикаций в научно-технической литературе, то устройство необходимо узаконить как типовое измерительное устройство, входящего в список метрологического обеспечения и внедрить в ГОССТАНДАРТ для последующего использования его в ГОСТ 2582-81, ГОСТ 11828-86.