УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕЖЛАМЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть использована для измерения межламельных напряжений коллекторных электрических машин различной мощности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для определения межламельных напряжений, представленное в Авт. св. СССР №993394, 1983 г. Устройство для регистрации межламельных напряжений, принятое за прототип, содержит двухэлементную измерительную щетку с шириной токопроводящего элемента меньше толщины межколлекторных изоляционных прокладок и расстоянием между ними, равным коллекторному делению. Оба элемента через приборы контроля тока соединены с двумя регулируемыми резисторами, каждый из которых включен в цепь рабочих щеток электрической машины. Между регулируемыми резисторами включен вольтметр для измерения межламельного напряжения. Измерительная щетка помещается в специальном щеткодержателе. Щеткодержатель с измерительной щеткой закрепляют на специальном приспособлении, при помощи которого измерительную щетку можно перемещать по окружности коллектора между разнополярными рабочими щетками электрической машины. Перемещением измерительной щетки между соседними коллекторными пластинами определяют кривую межламельных напряжений.
Устройство имеет следующие недостатки. Как известно, определение межламельных напряжений согласно ГОСТ 2582-81 должно производиться при наибольшей частоте вращения якоря, которая меняется от 1800 до 2050 об/мин для различных типов машин. Применение известного устройства позволяет измерять межламельные напряжения только при частоте вращения якоря, обеспечивающей надежный контакт между измерительной щеткой и коллектором (до 500 об/мин). Согласно ГОСТ 2582-81 п.5.7.2.6 необходимо проведение испытаний на внезапное исчезновение и восстановление питающего напряжения, при проведении которых возникает динамический удар, и, соответственно, нарушается контакт между щеткой и коллектором. Получение достоверных значений межламельных напряжений с помощью прототипа не представляется возможным, так как требуется перерасчет полученных данных с учетом частоты вращения якоря. Кроме того, для определения кривой распределения межламельных напряжений по окружности коллектора с помощью устройства необходимо проводить число испытательных режимов, соответствующих числу коллекторных пластин между двумя разно-полярными щеткодержателями (более 86), т.е. каждый раз запускать машину, устанавливать заданные значения напряжения, токов якоря и возбуждения, а затем останавливать машину для передвижения измерительной щетки. Это ведет к расходу электроэнергии и значительно повышает трудоемкость.
Задача полезной модели - значительное сокращение потребления электроэнергии, уменьшение трудоемкости, получение достоверных значений межламельных напряжений в стационарных и динамических режимах.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для измерения межламельных напряжений электрических машин, содержащее два электропроводящих элемента, выполненных в виде щеток, помещенных подвижно в щеткодержателе, закрепленном на остове, и контактирующих с двумя рядом расположенными коллекторными пластинами, при этом выводы со щеток соединены с измерительным комплексом, содержащим резистор и измерительные приборы, введены отличия - между электропроводящими элементами и коллекторными пластинами дополнительно введены токопроводящие кольца, насаженные с помощью резинового кольца на конус коллектора, а измерительный комплекс, подключенный выходом к компьютеру, представляет собой датчик напряжения, выходом соединенный через нагрузочное сопротивление с блоком преобразователя сигнала, выход которого соединен с блоком преобразователя интерфейса, являющийся выходом измерительного комплекса.
Технический результат состоит в том, что предлагаемое устройство позволяет измерять достоверные значения межламельных напряжений при проведении только одного режима согласно ГОСТ 2582-81 (номинальное напряжение, наибольшая частота вращения, наименьшая степень возбуждения), тем самым значительно экономя электроэнергию и трудоемкость.
На фигуре приведено предлагаемое устройство для измерения межламельных напряжений по окружности коллектора.
Предлагаемое устройство для измерения межламельных напряжений по окружности коллектора содержит плотное резиновое кольцо 1, посаженное на конус 2 коллектора 3. На поверхности резинового кольца 1 расположены два кольца 4, 5 из токопроводящего материала (ленточная медь или токопроводящая резина). С токопроводящими кольцами 4, 5 контактируют измерительные щетки 6, 7, установленные в окнах 8, 9 щеткодержателя 10. Щеткодержатель 10 с помощью изолирующего кронштейна 11 крепят внутри машины к остову 12. Для соединения секции якоря 13 к устройству к торцам рядом лежащих двух коллекторных пластин 14, 15 крепят провода с изоляцией, которые прокладывают в пазах 16, 17 резинового кольца 1 и закрепляют к токопроводящим кольцам 4, 5. Измерительный комплекс 18 для регистрации межламельных напряжений по окружности коллектора содержит датчик напряжения 19 типа LV100 компенсационного типа фирмы LEM, соединенный через добавочное сопротивление 20 (510 Ом) и нагрузочное сопротивление 21 (11,8 Ом) с блоком преобразователя сигнала 22, подключенным к блоку преобразователя интерфейса RS 485/USB 23.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Электродвигатель подключают к источнику питания и устанавливают режим испытаний согласно ГОСТ 2582-81 (номинальное напряжение, наибольшая частота вращения, наименьшая степень возбуждения). При работе электрической машины в секции якоря 13 возникает напряжение, которое через пластины коллектора 14, 15 поступает к медным кольцам 4, 5, передается через измерительные щетки 6, 7 к разомкнутым контактам 25, 26. Для передачи межламельного напряжения к измерительному комплексу 18 включают контакты 25, 26. Датчик напряжения 19, принцип работы которого основан на эффекте Холла, с внешним резистором 20 предназначен для преобразования измеряемого напряжения в пропорциональный выходной ток с гальванической развязкой между первичной и вторичной цепями. Для измерения напряжения с помощью датчика 19 необходимо в его первичной цепи обеспечить значение эквивалентного тока. Это достигается с помощью резистора 20, последовательно соединенного с первичной обмоткой датчика 19. Датчик 19 питается постоянным током ±15 В от блока преобразователя сигнала 22. Нагрузочное сопротивление 21 предназначено для нормализации уровня выходного сигнала датчика 19 до допустимого уровня входного напряжения блока преобразователя сигнала 22. Сигнал с выхода датчика 19 через нагрузочное сопротивление 21 поступает в блок преобразователя сигнала 22, где он преобразуется из аналоговой формы в цифровой вид, и через блок преобразователя интерфейса 23, предназначенный для согласования сигналов блока преобразователя 22 и порта USB компьютера 24, поступает в компьютер 24 с соответствующим программным обеспечением.
Положительный эффект при применении предлагаемого устройства заключается в следующем: для определения межламельных напряжений по окружности коллектора достаточно провести один, а не множество (более 86) испытательных режимов в случае применения прототипа, тем самым достигается значительная экономия электроэнергии и трудоемкости; применение устройства позволяет получать достоверные значения межламельных напряжений в стационарных и динамических режимах, в то время как при использовании прототипа требуется перерасчет полученных данных с учетом частоты вращения якоря.