RU2677243C1 - Способ определения ресурса щеток тяговых коллекторных электродвигателей - Google Patents

Способ определения ресурса щеток тяговых коллекторных электродвигателей Download PDF

Info

Publication number
RU2677243C1
RU2677243C1 RU2017125902A RU2017125902A RU2677243C1 RU 2677243 C1 RU2677243 C1 RU 2677243C1 RU 2017125902 A RU2017125902 A RU 2017125902A RU 2017125902 A RU2017125902 A RU 2017125902A RU 2677243 C1 RU2677243 C1 RU 2677243C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
brush
brushes
wear
collector
sparking
Prior art date
Application number
RU2017125902A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Васильевич Харламов
Денис Игоревич Попов
Марсель Фаритович Байсадыков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения"
Priority to RU2017125902A priority Critical patent/RU2677243C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2677243C1 publication Critical patent/RU2677243C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/58—Means structurally associated with the current collector for indicating condition thereof, e.g. for indicating brush wear

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено в качестве способа для определения остаточного ресурса щеток тяговых коллекторных электрических двигателей. Способ основан на сравнении соотношения длины щетки с допустимой, при этом расчет производится в зависимости от основных параметров режима работы двигателя (частоты вращения n, силы нажатия на щетку N, тока щетки l, энергии искрения W), при которых расчет постоянных коэффициентов составляющих износа производится из данных трех экспериментов с измерением каждой составляющей износа в отдельности, а также учета воздействия профиля коллектора на процесс изнашивания щеток, что позволяет повысить точность расчета ресурса работы без применения дополнительного оборудования. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено в качестве способа определения ресурса щеток тяговых коллекторных электродвигателей.
Аналогом предлагаемого изобретения является способ контроля износа щеток и работы щеточно-коллекторного узла электрической машины, при котором сравнивают длину щеток с предельным значением, при достижении которого формируют контрольный сигнал, отличающийся тем, что дополнительно измеряют полное время τ работы щеток от начала эксплуатации, ток якорной обмотки i и угловую скорость ротора Ω, вычисляют остаточный ресурс щеток по формуле:
Figure 00000001
где T0 - номинальный ресурс щеток, k1, k2 и k3 - весовые коэффициенты, равные расчетным коэффициентам ресурсного изнашивания щеток, i0 - ток холостого хода электрической машины, и фиксируют время полной работы щеток до формирования контрольного сигнала (RU 2548020 С2, 05.07.2013) [1].
Недостаток аналога заключается в том, что при расчете ресурса работы щеток не учитывается воздействие факторов, оказывающих существенное влияние на скорость изнашивания электрических щеток, таких как величина нажатия на щетку, интенсивность искрения, возникающего в процессе работы Wи, воздействие профиля коллектора. Данный недостаток ведет к снижению точности определения ресурса работы щеток.
Прототипом предлагаемого изобретения является способ определения ресурса работы электрических щеток (Качин О.С. Увеличение ресурса скользящего контакта электрических машин / О.С. Качин, С.И. Качин // LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012 - С. 87-91) [2], заключающийся в расчете интенсивности изнашивания щеток в зависимости от параметров работы двигателя и свойств щеточного контакта и дальнейшем нахождении остаточного ресурса щетки. Интенсивность изнашивания в данном способе зависит от трех составляющих, обусловленных воздействием факторов различной физической природы: фрикционной, электрокоррозионной и электроэрозионной. Определение величины износа щетки D, в данном случае, определяется по формуле:
Figure 00000002
где
Figure 00000003
- поправочные коэффициенты характеризующие интенсивность фрикционной, электрокоррозионной (токовой) и электроэрозионной составляющих изнашивания соответственно;
Ncр.щ - среднее давление на щетку во временном интервале;
Wи - средняя суммарная энергия искрения коммутационных циклов под щеткой за оборот якоря ЭМ на временном интервале dt.
Недостатком прототипа является тот факт, что часть параметров для расчета коэффициентов
Figure 00000004
предлагается определять по справочным данным, в которых зачастую приводятся достаточно широкие диапазоны значений параметра, что обуславливает значительную неопределенность входных параметров и, следовательно, вносит погрешность в расчет, а другая часть параметров оценивается рядом специальных измерительных приборов, что делает процесс их определения трудоемким и дорогостоящим. Кроме того, данный способ не предусматривает учет воздействия профиля коллектора на интенсивность изнашивания щетки.
Целью изобретения является увеличение точности определения ресурса работы щеток тяговых коллекторных электродвигателей.
Указанная цель достигается тем, что в способе определения ресурса работы щеток тяговых коллекторных электродвигателей, при котором сравнивают длину щеток
Figure 00000005
с предельным значением
Figure 00000006
, скорость изнашивания щеток определяется исходя из заданных средних значений параметров режима работы (частоты вращения n, силы нажатия на щетку Ncр.щ, тока щетки Iщ, энергии искрения (Wи) по выражению
Figure 00000007
в котором для определения постоянных коэффициентов Кф, Кэк, Кэр выполняют следующие три эксперимента с измерением: только интенсивности фрикционного износа ΔИФ за время Δt (при отсутствии тока Iщ=0 и искрения Wи=0), что позволяет найти
Figure 00000008
интенсивности фрикционного и электрокоррозионного износа щетки (ΔИФ+ΔИэк) за время Δt при наличии тока Iщ и при отсутствии искрения {Wи=0), что позволяет найти
Figure 00000009
интенсивности фрикционного, электрокоррозионного и электроэрозионного износа щетки (ΔИФ+ΔИэк+ΔИэр) за время Δt при наличии тока Iщ и искрения, что позволяет найти
Figure 00000010
расчет
Figure 00000011
осуществляется с учетом вероятности распределения давления в контакте Р(Nщ), найденной из математической модели механического взаимодействия щетки с профилем коллектора; расчет остаточного ресурса работы щетки определяется по выражению
Figure 00000012
На фиг. представлена блок-схема, поясняющая предлагаемый способ определения ресурса работы щеток тяговых коллекторных электродвигателей.
На блок-схеме показана последовательность действий при осуществлении предлагаемого способа определения ресурса работы щеток тяговых коллекторных электродвигателей.
Предлагаемый способ, состоящий из трех этапов реализуется следующим образом.
Вначале вводятся параметры щетки: масса mщ, длина
Figure 00000013
и ширина bщ, которые достаточно просто измерить.
Далее определяются значения коэффициентов Кф, Кэк, Кэр, которые обусловлены параметрами материала щетки и коллектора, и являются постоянными в процессе работы двигателя. Для определения данных коэффициентов проводят три опыта: за равные промежутки времени Δt измеряется износ (любым известным средством, например, микрометром), обусловленный только фрикционной составляющей, одновременно фрикционной и электрокоррозионной составляющими, сразу тремя составляющими (фрикционной, электрокоррозионной и электроэрозионной).
В первом опыте необходимо без тока обеспечить частоту вращения двигателя n в течение заданного промежутка времени Δt при постоянной величине нажатия на щетки Ncp.щ. По полученному в опыте значению ΔИф, можно определить коэффициент:
Figure 00000014
Во втором опыте необходимо в течение заданного промежутка времени Δt при неизменных Nср.щ и n обеспечить протекание тока Iщ по щетке при отсутствии искрения под щетками. По полученному в опыте значению (ΔИф+ΔИэк), можно определить коэффициент:
Figure 00000015
В третьем опыте необходимо при неизменных Nср.щ и n обеспечить протекание тока Iщ по щетке при искрении под щетками с энергией Wи. По полученному в опыте значению (ΔИф+ΔИэк+ΔИэр), можно определить коэффициент:
Figure 00000016
Уровень искрения в третьем опыте задается исследователем путем подпитки или отпитки добавочных полюсов. При этом необходимо производить объективную оценку энергии искрения Wи для двигателя, для чего может быть использован, например, прибор контроля коммутации, разработанный в ОмГУПС на кафедре «Электрические машины и общая электротехника» [3].
После определения постоянных коэффициентов Кф, Кэк, Кэр производится расчет трех составляющих интенсивности износа щетки.
Расчет фрикционной составляющей интенсивности износа щетки производится по выражению:
Figure 00000017
Расчет электроэрозионной составляющей износа щетки производится по выражению:
Figure 00000018
При расчете электроэрозионной составляющей износа щетки в выражение (7) необходимо подставить энергию искрения Wи, измеренную тем же оборудованием и в тех же единицах измерения, как это осуществлено выше при определении Кэр.
Динамическое воздействие профиля коллектора на движение щетки предлагается оценивать по расчетной величине упругой силы в контакте Nк, используя математическую модель механического взаимодействия щетки с профилем коллектора [4], представляющую собой систему дифференциальных уравнений второго порядка:
Figure 00000019
где z(t) - обобщенная координата щетки по вертикальной оси;
y(t) - обобщенная координата щетки по горизонтальной оси;
М - масса щетки с учетом массы рычага щеткодержателя;
Nк - упругая сила в контакте щетки и коллектора;
Np - вертикальная сила нажатия рычага на щетку в точке А;
Figure 00000020
- сила трения между щеткой и рычагом щеткодержателя;
Fтрк=ƒкNк - сила трения между щеткой и коллектором;
ƒк - коэффициент сухого трения скольжения между поверхностью контакта щетки и коллектора;
Figure 00000021
- сила трения между щеткой и стенками щеткодержателя;
ƒщд - коэффициент сухого трения скольжения между поверхностью контакта щетки и боковыми стенками щеткодержателя;
Y1, Y2 - горизонтальные упругие силы в точках контакта щетки с боковыми стенками щеткодержателя, пропорциональные упругой деформации;
Mg - сила тяжести, действующая на щетку.
Определение интенсивности электрокоррозионной составляющей износа щетки осуществляется с учетом вероятности распределения давления в контакте P(Nщj), найденной из математической модели механического взаимодействия щетки с профилем коллектора по выражению:
Figure 00000022
Для расчета (9) необходимо в результате математического моделирования (8) определить массивы координат щетки у, z через равные промежутки времени, позволяющие рассчитать значения упругой силы Nщ, в виде произведения коэффициента упругости материала коллектора и площади пересечения проекций на вертикальную плоскость недеформированного коллектора и щетки [4]. Разбив диапазон изменения величины Nщ на равные участки с номерами j находим P(Nщj) в виде количества значений Nщ попавших в j-й участок.
Расчет остаточного ресурса работы щетки определяется по выражению
Figure 00000023
Представленный способ определения ресурса работы щеток тяговых коллекторных электродвигателей позволяет, учесть параметры режима их работы и минимизировать количество измерений необходимых для определения постоянных коэффициентов уравнения, требуемых для расчета.
Набор измерительного оборудования для реализации предложенного способа должен включать приборы для измерения следующих величин: геометрических размеров, массы щетки, энергии искрения в относительных единицах, профиля коллектора, тока якоря, частоты вращения ротора и силы нажатия пружины.
По проведенным испытаниям возможно формирование базы данных со значениями коэффициентов Кф, Кэк, Кэр для различных типов двигателей, что позволит упростить в дальнейшем процесс определения ресурса работы щеток тяговых коллекторных электродвигателей для типовых электродвигателей с уже известными значениями данных коэффициентов.
Полученные в результате эксперимента коэффициенты имеют однозначные значения, что исключает субъективный подход при их определении и, следовательно, повышает точность определения ресурса работы щеток тяговых коллекторных электродвигателей.
Источники информации:
1. Патент на изобретение RU 2548020 С2, 05.07.2013, МПК H01R 39/58, 2013.
2. Качин, О.С. Увеличение ресурса скользящего контакта электрических машин: Монография [Текст] / О.С. Качин, С.И. Качин // LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. - С. 87-91).
3. Харламов, В.В. Методы и средства диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока: Монография [Текст] / В.В. Харламов. - Омск, 2002. - 233 с.
4. Харламов, В.В. Оценка влияния профиля коллектора машины постоянного тока на работу скользящего контакта / В.В. Харламов, Д.И. Попов, М.Ф. Байсадыков // Омский научный вестник. - 2016. - Вып. 4 (148). - С. 62-65.

Claims (1)

  1. Способ определения ресурса щеток тяговых коллекторных электродвигателей, при котором сравнивают длину щеток
    Figure 00000024
    с предельным значением
    Figure 00000025
    , отличающийся тем, что скорость изнашивания щеток определяется исходя из заданных средних значений параметров режима работы (частоты вращения n, силы нажатия на щетку Nср.щ, тока щетки Iщ, энергии искрения Wи) по выражению
    Figure 00000026
    , в котором для определения постоянных коэффициентов Кф, Кэк, Кэр выполняют следующие три эксперимента с измерением: только интенсивности фрикционного износа щетки ΔИф за время Δt (при отсутствии тока Iщ=0 и искрения Wи=0), что позволяет найти
    Figure 00000027
    интенсивности фрикционного и электрокоррозионного износа щетки (ΔИФ+ΔИэк) за время Δt при наличии тока Iщ и при отсутствии искрения {Wи=O), что позволяет найти
    Figure 00000028
    интенсивности фрикционного, электрокоррозионного и электроэрозионного износа щетки (ΔИФ+ΔИэк+ΔИэр) за время Δt при наличии тока Iщ и искрения, что позволяет найти
    Figure 00000029
    расчет
    Figure 00000030
    осуществляется с учетом вероятности распределения давления в контакте P(Nщ), найденной из математической модели механического взаимодействия щетки с профилем коллектора; расчет остаточного ресурса работы щетки определяется по выражению
    Figure 00000031
RU2017125902A 2017-07-18 2017-07-18 Способ определения ресурса щеток тяговых коллекторных электродвигателей RU2677243C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017125902A RU2677243C1 (ru) 2017-07-18 2017-07-18 Способ определения ресурса щеток тяговых коллекторных электродвигателей

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017125902A RU2677243C1 (ru) 2017-07-18 2017-07-18 Способ определения ресурса щеток тяговых коллекторных электродвигателей

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2677243C1 true RU2677243C1 (ru) 2019-01-16

Family

ID=65025116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017125902A RU2677243C1 (ru) 2017-07-18 2017-07-18 Способ определения ресурса щеток тяговых коллекторных электродвигателей

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2677243C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757784C1 (ru) * 2021-02-11 2021-10-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" Способ определения остаточного ресурса электрощеток тягового электродвигателя

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3590298A (en) * 1970-03-20 1971-06-29 Reliance Electric Co Brush holder assembly
SU1534576A1 (ru) * 1987-06-03 1990-01-07 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-технологический институт электроугольных изделий Щеточный узел электрической машины
SU1536463A1 (ru) * 1987-10-09 1990-01-15 Псковский филиал Ленинградского политехнического института им.М.И.Калинина Узел токосъема электрической машины
SU1809481A1 (ru) * 1990-05-14 1993-04-15 Nikolaj N Pavlutskij Устройство для контроля износа щетки 2
US6633104B1 (en) * 2002-05-31 2003-10-14 General Electric Company Method and apparatus for estimating DC motor brush wear
RU72791U1 (ru) * 2007-12-10 2008-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Устройство контроля работы коллекторно-щеточного узла электрической машины
RU2548020C2 (ru) * 2013-07-05 2015-04-10 Сергей Иванович Малафеев Способ контроля износа щеток и работы щеточно-коллекторного узла электрической машины

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3590298A (en) * 1970-03-20 1971-06-29 Reliance Electric Co Brush holder assembly
SU1534576A1 (ru) * 1987-06-03 1990-01-07 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-технологический институт электроугольных изделий Щеточный узел электрической машины
SU1536463A1 (ru) * 1987-10-09 1990-01-15 Псковский филиал Ленинградского политехнического института им.М.И.Калинина Узел токосъема электрической машины
SU1809481A1 (ru) * 1990-05-14 1993-04-15 Nikolaj N Pavlutskij Устройство для контроля износа щетки 2
US6633104B1 (en) * 2002-05-31 2003-10-14 General Electric Company Method and apparatus for estimating DC motor brush wear
RU72791U1 (ru) * 2007-12-10 2008-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Устройство контроля работы коллекторно-щеточного узла электрической машины
RU2548020C2 (ru) * 2013-07-05 2015-04-10 Сергей Иванович Малафеев Способ контроля износа щеток и работы щеточно-коллекторного узла электрической машины

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757784C1 (ru) * 2021-02-11 2021-10-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" Способ определения остаточного ресурса электрощеток тягового электродвигателя

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107045103B (zh) 电动汽车动力电池寿命测试装置和方法
Bissacco et al. Feasibility of wear compensation in micro EDM milling based on discharge counting and discharge population characterization
EP0193761A2 (en) Method for testing DC motors
JP2014059206A (ja) 充電状態推定装置及び充電状態推定方法
RU2551645C2 (ru) Способ и устройство для определения износа контактных элементов
US6982563B2 (en) Monitoring of corrosion induced loss of material by means of a plurality of electrical resistance measurements (field signature method, electrical resistance tomography)
JP7292242B2 (ja) 電気除毛装置の使用中の周期的モータプロセスの時間挙動を決定する方法および除毛装置
Zhao et al. Friction coefficient estimation using an unscented Kalman filter
RU2677243C1 (ru) Способ определения ресурса щеток тяговых коллекторных электродвигателей
EP3147681B1 (en) Rotary machine diagnostic system
Zaitsev et al. Determination of response characteristic of capacitive coplanar air gap sensor
Kharlamov et al. Determination wear intensity of electrical brushes in DC machines considering impact of collector’s surface
Wielopolski et al. A generalized method for correcting pulse-height spectra for the peak pile-up effect due to double sum pulses: Part II. The inverse calculation for obtaining true from observed spectra
RU2757784C1 (ru) Способ определения остаточного ресурса электрощеток тягового электродвигателя
JP6161783B2 (ja) コンピュータ支援により送配電網のインピーダンスを求める方法、当該方法を実施するための発電装置及びコンピュータプログラム
EP3322976B1 (en) Method and device for determining the wear of a carbon ceramic brake disc in a vehicle by impedance measurements
CN111289275B (zh) 旋转机械稳定性辨识方法、装置、计算机设备及存储介质
Igor et al. Measurement of sliding electrical contacts instability
Iglesias-Martínez et al. Multifractal 1-D wavelet leader based on spectral kurtosis of armature currents for sparking detection in DC motors
JP2016223926A (ja) プログラム及び走行抵抗曲線算出装置
EP1626255B1 (en) Method and apparatus of processing oscillatory data
JP2004117084A5 (ru)
KR20160067559A (ko) 배터리 사용 패턴 분석 장치 및 방법
Velychko et al. Features of evaluation drift effect during Key Comparison COOMET. EM-K5
RU2762126C1 (ru) Измеритель дефектности изоляции обмоточных проводов

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190719