Показана возможность мониторинга искрения щеточно-коллекторного узла тягового электродвигателя в условиях эксплуатации. Для этого разработан метод оценки величины искрения на коллекторе с помощью разрезной щетки, посредством регистрации тока, протекающего через отдельные, изолированные между собой части щетки. Сконструировано устройство индикации искрения, которое монтируется непосредственно на щеточно-коллекторный узел тягового электродвигателя и позволяет регистрировать необходимую величину поперечного тока. Для тарировки устройства индикации искрения в условиях эксплуатации реализован канал видеонаблюдения, который позволяет в режиме реального времени дистанционно оценивать бальность искрения визуально

Осадченко, А. А.

Рапопорт, Олег Лазаревич

Цукублин, А. Б.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

Интенсификация использования железнодорожного транспорта предъявляет особенно высокие требования к надежности работы локомотивов,являющихся ведущим звеном технических средствобеспечения железнодорожных перевозок.Надежность электроподвижного состава в своюочередь определяется надежностью тяговых электродвигателей. Ключевым вопросом, в значительной мере определяющим работоспособность тяговых коллекторных машин, остается проблема повышения их коммутационной надежности [1]. Поэтому важно иметь объективную информацию осостоянии коммутации тяговых двигателей непосредственно в процессе эксплуатации, т.к. это позволит своевременно исключить возникновениекругового огня на коллекторе.Одним из возможных методов оценки искренияв тяговых машинах постоянного тока является измерение поперечного тока щетки. Наиболее удобно применять этот метод в том случае, когда щеткаявляется разрезной (например, в двигателяхТЛ2К1, НБ514), и есть возможность измеренияэтого тока без изменения конструкции щеточноколлекторного узла.Рис. 1. Схема работы коллекторнощеточного узла при наличии разрезной щеткиНа рис. 1 показана схема работы щеточноколлекторного узла при наличии разрезной щетки.Если отдельные части щетки 1 и 2 изолированыдруг от друга, то в момент времени, показанный нарисунке, по ним будут протекать токи, отличающиеся на величину дополнительного тока iк. Направление этого тока в процессе коммутации определяется суммарной ЭДС, наводимой в коммутирующей секции. Поэтому плотности тока под «сбегающими и набегающими» частями щетки будутсущественно различаться, что приводит к искрению того или иного края щетки, интенсивность которого зависит от величины дополнительного токаiк. На основании рассмотрения коммутационногопроцесса тяговых электродвигателей постоянноготока, в которых применяются разрезные щетки,были сделаны выводы о возможности регистрацииискрообразования по величине дополнительноготока. Регистрация изменения тока в коммутируемой секции осуществляется по схеме,  рис. 2.Рис. 2. Схема устройства индикации искрения: 1) коллектормашины постоянного тока; 2) контактная щетка;3) разрезная контактная щетка; 4) трансформатор тока; 5) осциллограф; 6) вольтметрВыбор геометрических размеров и параметровизмерительного трансформатора целиком зависитот мощности, напряжения питания и токовой загрузки двигателя. Проверка предложенного методабыла проведена на тяговом электродвигателе постоянного тока ТЛ2К1. Система контроля и измерения искрения состояла из трансформатора тока,выполненного на тороидальном сердечнике. Конструкция устройства индикации искрения представлена на рис. 3. Устройство индикации искрения представляетсобой трансформатор тока – 1, выполненный натороидальном сердечнике. В качестве первичнойобмотки служит латунная шпилька – 2, которая???????????????????1 2I aI a I aI a2I a?????????????? ?????????????????? ?????ikikТехнические науки107УДК 621.313МОНИТОРИНГ ЩЕТОЧНОEКОЛЛЕКТОРНОГО УЗЛА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИА.А. Осадченко, А.Б. Цукублин, О.Л. РапопортТомский политехнический университетEmail: Osadchenko1@yandex.ruПоказана возможность мониторинга искрения щеточноколлекторного узла тягового электродвигателя в условиях эксплуатации.Для этого разработан метод оценки величины искрения на коллекторе с помощью разрезной щетки, посредством регистрации тока, протекающего через отдельные, изолированные между собой части щетки. Сконструировано устройство индикации искрения,которое монтируется непосредственно на щеточноколлекторный узел тягового электродвигателя и позволяет регистрироватьнеобходимую величину поперечного тока. Для тарировки устройства индикации искрения в условиях эксплуатации реализован канал видеонаблюдения, который позволяет в режиме реального времени дистанционно оценивать бальность искрения визуально.проходит через кольцо трансформатора тока. Второй клеммой подключения первичной обмоткислужит латунная гильза – 3, которая изолированаот шпильки изоляционной обоймой – 4. Междупервичной обмоткой трансформатора тока и вторичной также находится изоляционная обойма – 5.Трансформатор тока помещен в разборной корпус– 6 и залит компаундом. Рис. 3. Конструкция устройства индикации искренияРис. 4. Расположение устройства индикации искрения нащеточноколлекторном узлеИнформация о величине поперечного тока снималась с нагрузочного сопротивления вторичнойобмотки трансформатора с помощью электронногоосциллографа и электронного вольтметра. Ликвидация намагничивания ферритового сердечникатрансформатора постоянным током двигателя была осуществлена путем встречного включения токов отдельных частей разрезной щетки в первичной цепи. Постоянные составляющие тока, протекающего в щетке, взаимно уничтожались, и трансформатор тока регистрировал только необходимую переменную составляющую.Превышение этой составляющей некоторой допустимой величины, согласно энергетической теории коммутации [1], приводит к возникновениюискрения. Известно [2], что интенсивность искрения щеток определяется мощностью, выделяемойпод единицей длины щетки Lщ за времягде Lщ – ширина щетки, мм;  tk – коллекторное деление; ϑk – окружная скорость коллектора, рад/с;Lc – индуктивность секции, Гн; ik – поперечныйток разрезной щетки, А; ΔP – мощность, Вт.Согласно этой формуле, если производить регистрацию тока ik для конкретной электрическоймашины, будет известна выделяемая под щеткоймощность ΔP, по величине которой можно определить наличие и величину искрения на коллекторе.В ходе проведенных испытаний на макете тяговогодвигателя были сняты кривые поперечного тока(рис. 5, 6), протекающего между отдельными частями разрезной щетки. Интенсивность искренияопределялась визуально. На рисунках представлены результаты, осциллограммы поперечного тока,снятые с нагрузочного сопротивления вторичнойобмотки трансформатора тока.Рис. 5. Интенсивность искрения: <1 балла (ГОСТ 18378);n=1500 об/мин; U=99 мВ. Масштаб луча 0,2 В/дел.Рис. 6. Интенсивность искрения: 3 балла; n=1500 об/мин;U=900 мВ. Масштаб луча 0,2 В/дел.Для тарировки разработанного устройства иобъективности наблюдения за искрением на коллекторе был создан видеоканал регистрации искрения.Задача состояла в совмещении видеосигнала искрения на коллекторе под измерительной щеткой и видеосигнала подключенной измерительной аппаратуры. Это было реализовано с помощью двух аналоговых WEBкамер, подключенных через квадратер ккомпьютеру. Первая WEBкамера была вмонтирована над коллектором и вела съемку искрения под измерительной щеткой. Вторая WEBкамера снималатабло измерительного электронного вольтметра, накотором отображался уровень напряжения на нагрузочном сопротивлении трансформатора тока. Посредством обработки двух видеосигналов с помощью002ù.2c k kkL iPt LϑΔ =.kktϑ8Известия Томского политехнического университета. 2005. Т. 308. № 7108квадратера совместили оба сигнала в режиме реального времени на мониторе компьютера. Рис. 7. Видеоканал регистрации искрения на коллектореРис. 8. Зависимость величины напряжения на датчике отбальности искрения Подобная реализация видеонаблюдения искрения, рис. 7, позволила вести непрерывную запись врежиме реального времени двух совмещенных видеосигналов. Эксперименты видеонаблюдения были проведены на физической модели тяговогоэлектродвигателя. Результаты показывают прямуюзависимость изменения уровня напряжения на нагрузочном сопротивлении трансформатора тока иизменения интенсивности искрения под измерительной щеткой.Из приведенных осциллограмм видно, что существует определенная предельная величина амплитуды действующего значения поперечного тока, превышение которой ведет к возникновениюискрения на коллекторе. Амплитуда отдельныхвсплесков (рис. 5) не превышают допустимого значения, и интенсивность искрения невысока<1 балла. Возникновение искрения величиной3 балла (рис. 6) отразилось на амплитуде действующего значения тока. На экспериментальной модели выявлено соответствие (рис. 8) между величиной коммутационного тока, соответствующего величине напряжения на датчике U, и интенсивностью искрения (в эксперименте интенсивность искрения определялась визуально по ГОСТ 18378),что позволяет назначать допустимые эксплуатационные режимы двигателя по уровню этого тока.Устройство индикации искрения может быть успешно применено для диагностики и мониторингасостояния искрения в процессе эксплуатации. Технические науки109СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Алексеев А.Е. Тяговые электрические машины и преобразователи. – Л.: Энергия, 1967. – 225 с.2. Иоффе А.Б. Тяговые электрические машины. – Л.: Энергия,1965. – 232 с.3. Карасев М.Ф. Коммутация коллекторных машин постоянноготока. – М.: Госэнергоиздат, 1961. – 326 с.В ОАО НПФ "Геофит" ВНК и Томском политехническом университете разработан не имеющийаналогов метод виброструйной магнитной активации (ВСМА) высоковязких жидкостей, в том численефти, с помощью резонансноколебательныхэлектромеханических преобразователей, в дальнейшем называемых вибрационными электромагнитными активаторами (ВЭМА).ВЭМА часто работает с различными жидкостямиили же их свойства меняются в процессе обработки[1], следовательно, является целесообразным применение системы автоматического управления ВЭМА(САУ ВЭМА), которая будет регулировать амплитудуи частоту тока катушек ВЭМА таким образом, чтобыколебания якоря происходили в резонансном режиме с максимально возможной амплитудой.УДК 621.318.38АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВИБРАЦИОННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ АКТИВАТОРОМ ПРИ РАБОТЕ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХР.Ф. Бекишев, А.С. Глазырин, П.А. Карагодин, С.В. Цурпал, Д.В. Шелестюк Томский политехнический университетEmail: EPATPU@mail2000.ruПроведено исследование работы системы управления вибрационным электромагнитным активатором на воздухе и в воде. Наосновании анализа опытных данных выбран оптимальный закон управления для построения поисковой адаптивной системы.

Мониторинг щеточно-коллекторного узла тягового электродвигателя при эксплуатации

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University