УДК 62

ПРИБОР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИСКРЕНИЯ НА КОЛЛЕКТОРЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Комаров С.Г.
пенсионер
независимый исследователь, электромеханик

Аннотация
Прибор создан на проведенных испытаниях, в ходе которых установлено, что спектр сигнала, регистрируемый датчиком интенсивности искрения на коллекторе электрической машины постоянного тока, есть функция, определяющая величину амплитуды составляющей в зависимости от её частоты и количества выделяющейся электромагнитной энергии. Контроль искрообразования и защита электрической машины по порогам частоты и амплитуды сигнала, по скорости счёта импульсов его периодической составляющей, во взаимодействии с бесконтактным ограничением энергопотребления электрической машиной обеспечивает повышение быстродействия защиты и её надёжности. Представлен вариант модификации известного прибора.

Ключевые слова: электрическая машина постоянного тока


DEVICE FOR CONTROLLING THE ELECTRICAL ARCING AT THE COLLECTOR OF THE DC MACHINE

Komarov S.G.
retired
independent researcher, electrician

Abstract
This article is about device for controlling the electrical arcing at the collector of the DC machine.

Библиографическая ссылка на статью:
Комаров С.Г. Прибор для контроля искрения на коллекторе электрической машины постоянного тока // Современная техника и технологии. 2013. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2013/01/1459 (дата обращения: 24.09.2018).

В качестве привода шахтной подъёмной машины при системе генератор – двигатель (Г – Д) используется двигатель Д постоянного тока с независимым возбуждением, питающийся от генератора Г постоянного тока. Генератор Г приводится во вращение с постоянной скоростью двигателем переменного тока. Обмотки возбуждения генератора Г и двигателя Д получают питание от возбудителя небольшой мощности.

Регулирование скорости двигателя Д основано на изменении подводимого к якорю двигателя Д напряжения. Регулирование подводимого напряжения осуществляется в цепи возбуждения генератора Г. Таким образом, для устранения, например, явления кругового огня на коллекторе генератора Г или двигателя Д, необходимо применить ограничение энергопотребления путём воздействия на цепь возбуждения генератора Г, т. е. путём быстрого уменьшения подводимого тока к обмотке возбуждения генератора Г с применением управляемого (запираемого) электронного ключа.

Повышенное искрение на коллекторах электрических машин постоянного тока может происходить из-за неправильной установки щёток, плохого прилегания щёток к коллектору, загрязнения или частичного выгорания коллектора, повышенной вибрации щёточного устройства и пр. Что требует от обслуживающего эти электрические машины персонала постоянного контроля за состоянием щёточно-коллекторных узлов.

В частности, искрение на коллекторах определяет коммутационный ресурс этих машин. Своевременная информация о возникновении и интенсивности искрения на коллекторах электрических машин и устранение недопустимой степени искрения может служить объективной оценкой коммутационного ресурса (срока службы) каждой из машин.

На рисунке представлена упрощённая структурная электрическая схема прибора.


Прибор состоит из датчика 1 интенсивности искрения, выполненного в виде антенны, и расположенного между коллектором 2 электрической машины и объемлющим его экраном 3 защиты от внешнего электромагнитного поля; фильтра 4, выполненного с применением подключенного к выходу датчика 1 задатчика частоты среза 5 и связанного с ним усилителя высокой частоты 6; детектора 7, амплитудного дискриминатора 8 с установленным порогом срабатывания, соответствующим интенсивности искрения в период обеспечения предупредительного сигнала; усилителя 9 однополярного напряжения, формирователя дельта-импульсов 10 путём применения укорачивающей дифференцирующей цепи по переднему фронту возрастающего напряжения; блока 11 измерения сигнала, выполненного с применением электронного ключа 12, последовательно с ним подключенных двоично-десятичного счётчика импульсов 13 и преобразователя 14 код – напряжение, а также симметричного мультивибратора 15 с длительностью чередующихся первого и второго выходных импульсов порядка нескольких десятых долей секунды, и диодно-ёмкостного ключа 16 заднего фронта второго выходного импульса мультивибратора 15, причём первый выходной импульс мультивибратора 15 подключен к управляющему входу электронного ключа 12, а выход диодно-ёмкостного ключа 16 соединён с входом сброса счётчика импульсов 13 в исходное состояние; аппарата 17 защиты и сигнализации, выполненного с применением первого порогового элемента 18 и подключенного на его выходе потенциального светового индикатора 19 предупредительного сигнала, второго порогового элемента 20 и подключенного на его выходе потенциального светового индикатора 21 аварийного сигнала, и электронного ключа 22 защиты, включенного в цепь возбуждения генератора в системе генератор – двигатель, причём входы управления пороговых элементов 18, 19 объединены и подключены через интегрирующий элемент (на рисунке не показан) с выходом преобразователя 14 код – напряжение, а электронный ключ 22 защиты (тиристор) входом управления (закрытия тиристора) подключен к выходу второго порогового элемента 20.

Прибор работает следующим образом.

Применяемое в системе Г – Д весьма экономичное регулирование скорости вращения подъёмного двигателя основано на изменении подводимого к якорю двигателя напряжения. Регулирование подводимого напряжения осуществляется в цепи возбуждения генератора, в которую дополнительно введён управляемый (запираемый) исходно открытый электронный ключ (22 на схеме прибора), что обеспечивает системе Г – Д автоматический выход на естественную характеристику работы.

При безискровой коммутации электрической машины (к примеру, двигателя Д) сигнал от датчика 1 интенсивности искрения (антенны) не поступает. Поэтому все узлы прибора находятся в исходном состоянии, на выходе блока 11 измерения сигнала присутствует сигнал «0», из-за чего к аппарату 17 зашиты и сигнализации не поступают сигналы на включение предупредительной и аварийной сигнализации и на закрытие электронного ключа 22 для ограничения энергопотребления по аварийному режиму.

При появлении искрения на коллекторе 2 электрической машины, что соответствует возникновению предупредительной или аварийной ситуации, например, по причине механической неисправности, между коллектором 2 и экраном 3 возникает электромагнитное поле, которое наводит в датчике 1 интенсивности искрения (антенне) токи высокой частоты, которые проходят через фильтр 4, разделяясь с помощью задатчика 5 частоты среза на составляющие низкие и высокие частоты. Высшие частоты усиливаются усилителем 6 высокой частоты.

Для придания выходному сигналу усилителя 6 формы огибающей сигнала, последний пропускается через детектор 7, который превращает переменный ток в изменяющийся однополярный, сигнал на выходе детектора 7 повторяет форму огибающей высокочастотных колебаний, уровень и частота которой зависит от изменяющихся во времени частоты искрообразования и количества выделяющейся электромагнитной энергии.

Оценка амплитуды импульсов детектора 7 определяется с помощью амплитудного дискриминатора 8. Импульсы проходят на выход амплитудного дискриминатора 8 лишь тогда, когда их амплитуда превышает некоторый установленный порог.

Порог амплитудного дискриминатора 8 исходно установлен на величину амплитуды импульса, которая соответствует переходу системы генератор – двигатель из класса исправных в неисправные и началу включения предупредительного или аварийного сигналов, а также защитного ограничения энергопотребления.

При возникновении сигнала на выходе амплитудного дискриминатора 8 его выходной сигнал усиливается по периодической составляющей усилителем 9, без искажений повторяющим передние фронты импульсов, которые затем укорачиваются формирователем 10 дельта-импульсов.

Дельта-импульсы поступают на вход блока 11 измерения сигнала, выполненного с применением симметричного мультивибратора 15 с длительностью первого и второго выходных импульсов порядка нескольких десятых долей секунды, а также двоично-десятичного счётчика импульсов 13, преобразователя 14 код – напряжение и диодно-ёмкостного ключа 16 заднего фронта второго импульса мультивибратора 15, при этом первым импульсом мультивибратора 15 открывается электронный ключ 12 и дельта-импульсы от формирователя 10 поступают на счётный вход счётчика импульсов 13.

Как только заканчивается длительность первого выходного импульса мультивибратора 15, закрывается электронный ключ 12, заканчивается подсчёт импульсов счётчиком импульсов 13 и образуется длительность второго выходного импульса мультивибратора 15, при котором осуществляется передача показаний счётчика импульсов 13 на вход преобразователя 14 код – напряжение. По окончанию длительности второго выходного импульса мультивибратора 15 диодно-ёмкостной ключ 16 заднего фронта импульса вырабатывает импульс на установку счётчика импульсов 13 в исходное состояние, подготавливая электрическую схему к новому измерению сигнала.

После преобразования кода счётчика импульсов 13 в напряжение это напряжение через интегрирующий элемент (на рисунке не показан) поступает на вход аппарата 17 защиты и сигнализации – на объединённые входы пороговых элементов 18 – 20. Порог срабатывания порогового элемента 18 соответствует предупредительному сигналу. Порог срабатывания порогового элемента 20 соответствует аварийному сигналу. При этом пороговые элементы 18, 20 находятся в зависимости от скорости счёта импульсов счётчиком импульсов 13, зависящей в свою очередь от частоты искрообразования и мощности электромагнитного поля.

При соответствии выходного напряжения преобразователя 14 код – напряжение предупредительному сигналу срабатывает пороговый элемент 18 и его сигнал поступает на вход потенциального светового индикатора 19 этого сигнала. При соответствии выходного напряжения преобразователя 14 код – напряжение аварийному сигналу срабатывает пороговый элемент 20 и его сигнал поступает не только на вход потенциального светового индикатора 21 для индикации, но и на вход управления электронного ключа 22, закрывая его. Что приводит к ограничению энергопотребления системой генератор – двигатель и предотвращению образования кругового огня на коллекторе электрической машины. Работа машины станет возможной после устранения причины возникновения повышенного искрообразования на щёточно-коллекторном узле.

С целью «омоложения» и повышения надёжности прибора он может быть изготовлен с применением специализированного микропроцессора.


Библиографический список
  1. Завозин Л.Ф. Шахтные подъёмные установки, издание 2, Москва «Недра», 1975, стр. 238.
  2. Комаров С.Г. Устройство для контроля искрообразования на коллекторе электрической машины, Авторское свидетельство СССР к изобретению № 884044, заявлено 20. 03. 1980 г.


Все статьи автора «Комаров Станислав Григорьевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: