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