RU2757784C1 - Method for determining the residual life of the traction electric motor electric brushes - Google Patents

Method for determining the residual life of the traction electric motor electric brushes Download PDF

Info

Publication number
RU2757784C1
RU2757784C1 RU2021103446A RU2021103446A RU2757784C1 RU 2757784 C1 RU2757784 C1 RU 2757784C1 RU 2021103446 A RU2021103446 A RU 2021103446A RU 2021103446 A RU2021103446 A RU 2021103446A RU 2757784 C1 RU2757784 C1 RU 2757784C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
brush
brushes
wear
intensity
collector
Prior art date
Application number
RU2021103446A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Васильевич Харламов
Денис Игоревич Попов
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 RU2021103446A priority Critical patent/RU2757784C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757784C1 publication Critical patent/RU2757784C1/en

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)
  • Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and can be used as a method for determining the residual life of electric brushes of a traction electric motor. This method is based on comparing the ratio of the brush length with the permissible one, while the calculation is made taking into account the mechanical interaction of the collector profile with the brushes, depending on the main parameters of the engine operation mode (rotation speed n, pressing force on the brush Nbp, brush current Ib, sparking power Ps), in which the calculation of constant coefficients of wear components is performed according to data obtained in three experiments with the measurement of each wear component separately.
EFFECT: calculation of the wear intensity of the brushes is made taking into account the data obtained using the on-board monitoring system for indicators of the operating modes of traction electric motors.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено в качестве способа определения остаточного ресурса электрощеток коллекторного тягового электродвигателя (ТЭД).The invention relates to the field of electrical engineering and can be used as a method for determining the residual life of the electric brushes of a collector traction motor (TED).

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, характеризуемый тем, что измеряют полное время τ работы щеток от начала эксплуатации, ток якорной обмотки i и угловую скорость ротора Ω, вычисляют остаточный ресурс щеток по формулеAn analogue of the proposed invention is a method for monitoring the wear of brushes and the operation of the brush-collector assembly of an electric machine, in which the length of the brushes is compared with a limit value, upon reaching which a control signal is formed, characterized by the fact that the total time τ of operation of the brushes from the start of operation, the current of the armature winding is measured i and the angular speed of the rotor Ω, calculate the residual life of the brushes by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где Т0 - номинальный ресурс щеток,where T 0 is the nominal life of the brushes,

k1, k2 и k3 - весовые коэффициенты, равные расчетным коэффициентам ресурсного изнашивания щеток,k 1 , k 2 and k 3 are weight coefficients equal to the calculated coefficients of the resource wear of the brushes,

i0 - ток холостого хода электрической машины, и фиксируют время полной работы щеток до формирования контрольного сигнала [1].i 0 is the no-load current of the electric machine, and the time of the full operation of the brushes before the formation of the control signal is recorded [1].

Недостаток данного 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.The disadvantage of this analogue is that when calculating the service life of the brushes, the influence of factors that have a significant effect on the wear rate of electric brushes, such as the amount of pressing on the brush, the intensity of sparking that occurs during operation W and the effect of the collector profile, is not taken into account. This disadvantage leads to a decrease in the accuracy of determining the service life of the brushes.

Другим аналогом предлагаемого изобретения является способ определения ресурса работы электрических щеток [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:Another analogue of the proposed invention is a method for determining the service life of electric brushes [2], which consists in calculating the wear rate of the brushes depending on the parameters of the engine and the properties of the brush contact and further finding the residual life of the brush. The intensity of wear in this method depends on three components due to the influence of factors of different physical nature: frictional, electrocorrosive and electroerosive. Determination of the amount of brush wear D, in this case, is determined by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
- поправочные коэффициенты характеризующие интенсивность фрикционной, электрокоррозионной (токовой) и электроэрозионной составляющих изнашивания соответственно;where
Figure 00000003
- correction factors characterizing the intensity of frictional, electrocorrosive (current) and electroerosive wear components, respectively;

Nср.щ - среднее давление на щетку во временном интервале;N cf.sh - the average pressure on the brush in the time interval;

Wи - средняя суммарная энергия искрения коммутационных циклов под щеткой за оборот якоря ЭМ на временном интервале dt.W and - the average total energy of arcing of the switching cycles under the brush per revolution of the armature of the EM in the time interval dt.

Недостатком данного аналога 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 для расчета выражения (2) и, следовательно, вносит значительную погрешность в данный расчет. 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.The disadvantage of this analogue is the fact that some of the parameters for calculating the coefficients
Figure 00000004
it is proposed to determine by reference data, in which rather wide ranges of parameter values are often given, which causes a significant uncertainty in the input parameters for calculating expression (2) and, therefore, introduces a significant error in this calculation. Another part of the parameters is estimated by a number of special measuring instruments, which makes the process of their determination laborious and expensive. In addition, this method does not provide for taking into account the effect of the collector profile on the intensity of brush wear.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ определения ресурса работы щеток тяговых коллекторных электродвигателей, при котором сравнивают длину щеток

Figure 00000005
с предельным значением
Figure 00000006
характеризуемый тем, что скорость изнашивания щеток определяется исходя из заданных средних значений показателей режима работы (частоты вращения n, силы нажатия на щетку Nср.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 фрикционной составляющей 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 ΔИэк осуществляется с учетом вероятности распределения давления в контакте, найденной из математической модели механического взаимодействия щетки с профилем коллектора; расчет остаточного ресурса работы щетки определяется по выражению
Figure 00000011
The prototype of the invention is a method for determining the service life of brushes of traction collector motors, in which the length of the brushes is compared
Figure 00000005
with limit value
Figure 00000006
characterized by the fact that the wear rate of the brushes is determined based on the specified average values of the operating mode indicators (rotation speed n, pressing force on the brush NWed., brush current ISCH, sparking energies Wand) by expression
Figure 00000007
in which to determine the constant coefficients Kf, TOeq, TOer carry out the following three experiments with measurement: only the frictional component of wear ΔIF during the time Δt (in the absence of current ISCH= 0 and sparking Wand= 0), which allows us to find
Figure 00000008
intensity of frictional and electrocorrosive wear of the brush (ΔIf+ ΔIeq) during the time Δt in the presence of current ISCH and in the absence of sparking (Wand= 0), which allows us to find
Figure 00000009
intensity of frictional, electrocorrosive and electroerosive brush wear (ΔIf+ ΔIeq+ ΔIer) during the time Δt in the presence of current ISCH and sparking that allows you to find
Figure 00000010
calculation of ΔIeq is carried out taking into account the probability of the pressure distribution in the contact, found from the mathematical model of the mechanical interaction of the brush with the profile of the collector; the calculation of the residual life of the brush is determined by the expression
Figure 00000011

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 по сравнению с другими известными способами [3].The coefficients obtained as a result of the experiment have unambiguous values, which excludes a subjective approach in their determination and, therefore, increases the accuracy of determining the service life of the brushes of traction collector motors in comparison with other known methods [3].

Недостатком прототипа является относительно низкая точность определения ресурса электрощеток коллекторных тяговых электродвигателей, обусловленная отсутствием непосредственной зависимости показателей режимов работы, применяемых в расчетах интенсивности изнашивания щеток, с условиями реальной эксплуатации тяговых электродвигателей.The disadvantage of the prototype is the relatively low accuracy of determining the resource of the electric brushes of the collector traction motors, due to the absence of a direct dependence of the indicators of the operating modes used in calculating the wear rate of the brushes, with the conditions of real operation of traction motors.

Целью изобретения является повышение точности определения ресурса электрощеток за счет учета показателей режимов работы тягового электродвигателя, которые он имеет в условиях реальной эксплуатации.The aim of the invention is to improve the accuracy of determining the resource of electric brushes by taking into account the indicators of the operating modes of the traction motor, which it has in real operation.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения остаточного ресурса электрощеток тягового электродвигателя, при котором их остаточный ресурс определяется по отношению разности текущей и допустимой высоты электрощетки к интенсивности ее изнашивания, найденной как сумма фрикционной, электрокоррозионной и электроэрозионной составляющих, расчет которых осуществляют с применением экспериментально полученных коэффициентов, учитывающих долю каждой составляющей, с учетом плотности распределения давления в контакте, найденной посредством математического моделирования механического взаимодействия электрощетки с профилем коллектора; интенсивность изнашивания электрощеток рассчитывают исходя из массивов данных по трем показателям работы коллекторно-щеточного узла (частота вращения якоря, сила тока в щетке, мощность искрения), полученных с помощью математической обработки массивов данных, сформированных бортовой системой мониторинга показателей режимов работы тяговых электродвигателей; мощность искрения принимают равной среднеарифметическому значению соответствующего массива; интенсивность фрикционной и электроэрозионной составляющих изнашивания вычисляют для среднеарифметического значения частоты вращения якоря; интенсивность электрокоррозионной составляющей изнашивания вычисляют как среднее арифметическое значение данной величины, рассчитанное для каждого измерения, выполненного бортовой системой мониторинга показателей режимов работы тяговых электродвигателей.This goal is achieved by the fact that in the method for determining the residual resource of the traction motor electric brushes, in which their residual resource is determined by the ratio of the difference between the current and permissible height of the electric brush to the intensity of its wear, found as the sum of the frictional, electrocorrosive and electroerosive components, the calculation of which is carried out using experimentally the obtained coefficients, taking into account the share of each component, taking into account the pressure distribution density in the contact, found by mathematical modeling of the mechanical interaction of the electric brush with the collector profile; the wear rate of the electric brushes is calculated on the basis of data arrays for three indicators of the operation of the collector-brush assembly (armature rotation frequency, current in the brush, sparking power) obtained by mathematical processing of data arrays formed by an on-board monitoring system for indicators of operating modes of traction motors; the sparking power is taken equal to the arithmetic mean of the corresponding array; the intensity of the frictional and electroerosive wear components is calculated for the arithmetic mean of the armature rotation frequency; the intensity of the electro-corrosive wear component is calculated as the arithmetic mean of this value, calculated for each measurement made by the on-board system for monitoring the indicators of the operating modes of the traction motors.

На фиг. представлена блок-схема, поясняющая предлагаемый способ определения остаточного ресурса электрощеток тягового электродвигателя.FIG. presents a block diagram explaining the proposed method for determining the residual life of the traction motor electric brushes.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is carried out as follows.

Для определения остаточного ресурса электрощеток тягового электродвигателя требуется рассчитать интенсивность износа щетки

Figure 00000012
как сумму фрикционной
Figure 00000013
электрокоррозионной
Figure 00000014
и электроэрозионной
Figure 00000015
составляющих:To determine the residual life of the traction motor electric brushes, it is required to calculate the brush wear rate
Figure 00000012
as the amount of friction
Figure 00000013
electrocorrosive
Figure 00000014
and electroerosive
Figure 00000015
components:

Figure 00000016
Figure 00000016

Для вычисления составляющих интенсивности износа необходимо выполнить три параллельных процесса.To calculate the components of the wear rate, three parallel processes must be performed.

В первом параллельном процессе осуществляется ввод параметров щетки: масса mщ, высота

Figure 00000017
и ширина bщ, которые могут быть известны из технической документации по электродвигателю, либо измерены любыми общеизвестными доступными средствами измерений, имеющими достаточную точность (например, электронные весы и микрометр).In the first parallel process, the parameters of the brush are entered: mass m u , height
Figure 00000017
and the width b u , which can be known from the technical documentation for the electric motor, or measured by any generally known available measuring instruments that have sufficient accuracy (for example, an electronic balance and a micrometer).

Далее необходимо провести измерение профиля коллектора, т.е. высот коллекторных пластин над произвольно заданным нулевым уровнем, находящемся на некотором расстоянии от оси вращения. Для выполнения этой задачи необходим прибор, позволяющий провести данные измерения (профилометр). Известно множество приборов данного типа с различными принципами действия, например, прибор контроля профиля коллектора машин постоянного тока [4].Next, you need to measure the profile of the reservoir, i.e. heights of the collector plates above an arbitrarily specified zero level located at a certain distance from the axis of rotation. To accomplish this task, you need a device that allows you to take these measurements (profilometer). There are many known devices of this type with different operating principles, for example, a device for monitoring the collector profile of DC machines [4].

На основании известных параметров щетки и профиля коллектора выполняется математическое моделирование механического взаимодействия щетки с профилем коллектора [5] в соответствии с системой уравнений:Based on the known parameters of the brush and the profile of the collector, mathematical modeling of the mechanical interaction of the brush with the profile of the collector [5] is performed in accordance with the system of equations:

Figure 00000018
Figure 00000018

где z(t) - обобщенная координата щетки по вертикальной оси;where z (t) is the generalized coordinate of the brush along the vertical axis;

y(t) - обобщенная координата щетки по горизонтальной оси;y (t) - generalized coordinate of the brush along the horizontal axis;

М - масса щетки с учетом массы рычага щеткодержателя;M is the mass of the brush, taking into account the mass of the lever of the brush holder;

Νк - упругая сила в контакте щетки и коллектора;Ν к - elastic force in contact between the brush and the collector;

Np - вертикальная сила нажатия рычага на щетку в точке А;N p is the vertical force of pressing the lever on the brush at point A;

Figure 00000019
- сила трения между щеткой и рычагом щеткодержателя;
Figure 00000019
- friction force between the brush and the brush holder arm;

Fтрк=ƒкNк - сила трения между щеткой и коллектором;F trk = ƒ to N to - the friction force between the brush and the collector;

ƒк - коэффициент сухого трения скольжения между поверхностью контакта щетки и коллектора;ƒ к - coefficient of dry sliding friction between the contact surface of the brush and the collector;

Figure 00000020
- сила трения между щеткой и стенками щеткодержателя;
Figure 00000020
- the force of friction between the brush and the walls of the brush holder;

ƒщд - коэффициент сухого трения скольжения между поверхностью контакта щетки и боковыми стенками щеткодержателя;ƒ шд - coefficient of dry sliding friction between the contact surface of the brush and the side walls of the brush holder;

Υ1, Υ2 - горизонтальные упругие силы в точках контакта щетки с боковыми стенками щеткодержателя, пропорциональные упругой деформации;Υ 1 , Υ 2 - horizontal elastic forces at the points of contact of the brush with the side walls of the brush holder, proportional to the elastic deformation;

Mg - сила тяжести, действующая на щетку.Mg is the force of gravity acting on the brush.

Математическое моделирование с применением системы уравнений (4) позволяет найти силу давления щетки на коллектор в дискретно заданное множество моментов времени, следующих друг за другом через равные промежутки [5]. В результате может быть получена плотность вероятности распределения силы давления щетки на коллектор p(Nщj).Mathematical modeling using the system of equations (4) makes it possible to find the force of the brush pressure on the collector at a discretely given set of points in time following one after the other at regular intervals [5]. As a result, the probability density of the distribution of the brush pressure on the collector p (N uj ) can be obtained.

Во втором параллельном процессе осуществляется ввод среднего нажатия щетки Nср.щ и 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 (например, микрометром), обусловленный только фрикционной составляющей, одновременно фрикционной и электрокоррозионной составляющими, сразу тремя составляющими (фрикционной, электрокоррозионной и электроэрозионной).In the second parallel process, the average brush pressure N is enteredWed. and the values of the coefficients Kf, TOeq, TOer, which are determined by the parameters of the material of the brush and the collector, and are constant during the operation of the engine. To determine these coefficients, three experiments are carried out: wear is measured at equal time intervals Δt (for example, with a micrometer), due only to the frictional component, simultaneously frictional and electrocorrosive components, three components at once (frictional, electrocorrosive and electroerosive).

В первом опыте необходимо без тока обеспечить частоту вращения якоря двигателя n в течение заданного промежутка времени Δt при постоянной величине нажатия на щетки Nср.щ. В данном и следующих опытах для контроля значения частоты вращения якоря необходим тахометр, отсчет промежутка времени Δt ввиду его относительно большого значения (порядка десятков часов) может быть произведен, например, с помощью таймера (или обычных бытовых часов), величина нажатия на щетку может быть измерена динамометром. По полученному в опыте значению ΔNф, можно определить коэффициент:In the first experiment, it is necessary to provide the motor armature speed n without current for a given time interval Δt at a constant pressure on the brushes N cf. In this and the following experiments, a tachometer is needed to control the value of the armature rotation frequency, the time interval Δt, due to its relatively large value (on the order of tens of hours), can be measured, for example, using a timer (or an ordinary household clock), the amount of pressing on the brush can be measured with a dynamometer. According to the value of ΔN f obtained in the experiment, the coefficient can be determined:

Figure 00000021
Figure 00000021

Во втором опыте необходимо в течение заданного промежутка времени Δt при неизменных Ncp.щ и n обеспечить протекание тока Iщ по щетке при отсутствии искрения под щетками. По полученному в опыте значению (ΔИф+ΔИэк), можно определить коэффициент:In the second experiment, it is necessary for a given time interval Δt with constant N cp.sh and n to ensure the flow of current I u through the brush in the absence of sparking under the brushes. According to the value obtained in the experiment (ΔI f + ΔI eq ), it is possible to determine the coefficient:

Figure 00000022
Figure 00000022

В третьем опыте необходимо при неизменных Nср.щ и n обеспечить протекание тока Iщ по щетке при искрении под щетками с мощностью Ри. По полученному в опыте значению (ΔИф+ΔИэк+ΔИэр), можно определить коэффициент:In the third experiment, it is necessary, with constant N avg and n, to ensure the flow of current I u through the brush during arcing under the brushes with a power of P and . According to the value obtained in the experiment (ΔI f + ΔI eq + ΔI er ), it is possible to determine the coefficient:

Figure 00000023
Figure 00000023

Уровень искрения в третьем опыте задается исследователем путем подпитки или отпитки током добавочных полюсов (что приводит соответственно к усилению или ослаблению их магнитодвижущей силы), к обмотке которых параллельно подключают внешний источник ЭДС (в качестве которого может служить управляемый выпрямитель с возможностью регулирования тока на выходе). При этом необходимо производить объективную оценку мощности искрения Ри под щетками двигателя (в относительных единицах), для чего может быть использовано, например, устройство для измерения интенсивности искрения на коллекторе электрической машины [6].The level of sparking in the third experiment is set by the researcher by feeding or feeding the additional poles with current (which leads, respectively, to an increase or decrease in their magnetomotive force), to the winding of which an external source of EMF is connected in parallel (which can be a controlled rectifier with the ability to regulate the output current) ... In this case, it is necessary to make an objective assessment of the sparking power P and under the engine brushes (in relative units), for which, for example, a device for measuring the intensity of sparking on the collector of an electric machine can be used [6].

В третьем параллельном процессе осуществляется ввод параметров подвижного состава (количество щеток в щеткодержателях, размеры щеток, число параллельных ветвей обмотки якоря, передаточное число тягового редуктора, диаметр качения колесной пары), а также данных полученных от бортовой системы мониторинга показателей режимов работы ТЭД. Данная система мониторинга должна осуществлять фиксацию текущего времени, токов якоря ТЭД, скорости движения, мощности искрения под щетками (в относительных единицах). Введенные параметры и данные позволяют расчетным путем найти массивы данных, содержащих по Nизм значений частоты вращения якоря ni, тока щетки Iщi и мощности искрения Риi., гдеIn the third parallel process, the parameters of the rolling stock are entered (the number of brushes in the brush holders, the size of the brushes, the number of parallel branches of the armature winding, the gear ratio of the traction gear, the rolling diameter of the wheelset), as well as the data obtained from the on-board monitoring system of the indicators of the TED operation modes. This monitoring system should record the current time, the TED armature currents, the speed of movement, the sparking power under the brushes (in relative units). The entered parameters and data make it possible by calculation to find data arrays containing, according to N measurements, the values of the armature rotation frequency n i , the brush current I ui and the sparking power P ui ., Where

i=1…Nизм.i = 1 ... N meas .

По имеющимся массивам данных производится расчет трех составляющих интенсивности износа щетки, в котором мощность искрения Ри принимают равной среднеарифметическому значению массива элементовBased on the available data arrays, three components of the brush wear intensity are calculated, in which the sparking power P and is taken equal to the arithmetic mean of the array of elements

Определение электроэрозионной составляющей интенсивности износа щетки осуществляется с учетом плотности распределения давления в контакте р(Nщ), найденной из математической модели механического взаимодействия щетки с профилем коллектора по выражению:The determination of the electroerosive component of the brush wear intensity is carried out taking into account the pressure distribution density in the contact p (N u ), found from the mathematical model of the mechanical interaction of the brush with the collector profile by the expression:

Figure 00000024
Figure 00000024

где j - номер интервала, на которые разбивается диапазон возможных значений давления в контакте, при вычислении плотности его распределения;where j is the number of the interval into which the range of possible pressure values in the contact is divided, when calculating the density of its distribution;

Nщj - среднее значение давления в контакте на j-м интервале.N uj - the average value of the contact pressure on the j-th interval.

Расчет фрикционной составляющей интенсивности износа щетки производится по выражению:The calculation of the frictional component of the brush wear intensity is carried out by the expression:

Figure 00000025
Figure 00000025

Расчет электроэрозионной составляющей интенсивности износа щетки производится по выражению:The calculation of the electrical discharge component of the brush wear rate is made by the expression:

Figure 00000026
Figure 00000026

При расчете электроэрозионной составляющей интенсивности износа щетки в выражение (10) необходимо подставить мощность искрения Ри, измеренную тем же оборудованием и в тех же единицах измерения, как это осуществлено выше при определении Кэр.When calculating the electroerosive component of the brush wear intensity, it is necessary to substitute the sparking power P and into expression (10), measured by the same equipment and in the same units of measurement, as was done above when determining K er .

При расчете фрикционной и электроэрозионной составляющих интенсивности износа щетки частоту вращения n принимают равной среднеарифметическому значению массива элементов ni.When calculating the frictional and electroerosive components of the brush wear intensity, the rotation frequency n is assumed to be equal to the arithmetic mean of the array of elements n i .

Расчет электрокоррозионной составляющей интенсивности износа щетки выполняют по выражениюThe calculation of the electro-corrosive component of the brush wear intensity is performed according to the expression

Figure 00000027
Figure 00000027

Расчет остаточного ресурса работы щетки в часах при усредненных показателях работы ТЭД определяется по выражению:The calculation of the residual life of the brush in hours with the averaged performance of the TED is determined by the expression:

Figure 00000028
Figure 00000028

Таким образом, представленный способ определения остаточного ресурса электрощеток тягового электродвигателя учитывает показатели режимов работы тягового электродвигателя, которые он имеет в условиях реальной эксплуатации, и за счет этого позволяет повысить точность определения ресурса электрощеток.Thus, the presented method for determining the residual resource of the electric brushes of the traction motor takes into account the indicators of the operating modes of the traction motor, which it has in real operation, and due to this, it allows to increase the accuracy of determining the resource of the electric brushes.

Источники информации:Sources of information:

1. Патент на изобретение RU 2548020 С2, 05.07.2013, МПК H01R 39/58, 2013.1. Patent for invention RU 2548020 C2, 05.07.2013, IPC 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).2. Kachin, O.S. Increasing the resource of the sliding contact of electrical machines: Monograph [Text] / O.S. Kachin, S.I. Kachin // LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. - S. 87 -91).

3. Патент на изобретение RU 2677243 С1, 16.01.2019, МПК H01R 39/58, 2019.3. Patent for invention RU 2677243 C1, 16.01.2019, IPC H01R 39/58, 2019.

4. Патент на полезную модель RU 108833 U1, 27.09.2011, МПК G01B 7/28, 2011.4. Patent for utility model RU 108833 U1, 09/27/2011, IPC G01B 7/28, 2011.

5. 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. 62-65.5. Kharlamov, V.V. Assessment of the influence of the collector profile of a direct current machine on the operation of the sliding contact / V.V. Kharlamov, D.I. Popov, M.F. Baysadykov // Omsk Scientific Bulletin. - 2016. - Issue. 4 (148). -WITH. 62-65.

6. Патент на полезную модель RU 100679 U1, 20.12.2010, МПК H01R 39/58, 2010.6. Patent for utility model RU 100679 U1, 20.12.2010, IPC H01R 39/58, 2010.

Claims (1)

Способ определения остаточного ресурса электрощеток тягового электродвигателя, при котором их остаточный ресурс определяется по отношению разности текущей и допустимой высоты электрощетки к интенсивности ее изнашивания, найденной как сумма фрикционной, электрокоррозионной и электроэрозионной составляющих, расчет которых осуществляют с применением экспериментально полученных коэффициентов, учитывающих долю каждой составляющей, с учетом плотности распределения давления в контакте, найденной посредством математического моделирования механического взаимодействия электрощетки с профилем коллектора, отличающийся тем, что интенсивность изнашивания электрощеток рассчитывают исходя из массивов данных по трем показателям работы коллекторно-щеточного узла (частота вращения якоря, сила тока в щетке, мощность искрения), полученных с помощью математической обработки массивов данных, сформированных бортовой системой мониторинга показателей режимов работы тяговых электродвигателей; мощность искрения принимают равной среднеарифметическому значению соответствующего массива; интенсивность фрикционной и электроэрозионной составляющих изнашивания вычисляют для среднеарифметического значения частоты вращения якоря; интенсивность электрокоррозионной составляющей изнашивания вычисляют как среднее арифметическое значение данной величины, рассчитанное для каждого измерения, выполненного бортовой системой мониторинга показателей режимов работы тяговых электродвигателей.A method for determining the residual life of the traction motor electric brushes, in which their residual resource is determined by the ratio of the difference between the current and permissible height of the electric brush to the intensity of its wear, found as the sum of the frictional, electrocorrosive and electroerosive components, the calculation of which is carried out using experimentally obtained coefficients that take into account the share of each component , taking into account the pressure distribution density in the contact, found by mathematical modeling of the mechanical interaction of the electric brush with the collector profile, characterized in that the wear rate of the electric brushes is calculated based on data arrays for three indicators of the operation of the collector-brush assembly (armature rotation frequency, current in the brush, sparking power), obtained by mathematical processing of data arrays formed by the on-board monitoring system for indicators of operating modes of traction motors; the sparking power is taken equal to the arithmetic mean of the corresponding array; the intensity of the frictional and electroerosive wear components is calculated for the arithmetic mean of the armature rotation frequency; the intensity of the electro-corrosive wear component is calculated as the arithmetic mean of this value, calculated for each measurement made by the on-board system for monitoring the indicators of the operating modes of the traction motors.
RU2021103446A 2021-02-11 2021-02-11 Method for determining the residual life of the traction electric motor electric brushes RU2757784C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103446A RU2757784C1 (en) 2021-02-11 2021-02-11 Method for determining the residual life of the traction electric motor electric brushes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103446A RU2757784C1 (en) 2021-02-11 2021-02-11 Method for determining the residual life of the traction electric motor electric brushes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757784C1 true RU2757784C1 (en) 2021-10-21

Family

ID=78289509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021103446A RU2757784C1 (en) 2021-02-11 2021-02-11 Method for determining the residual life of the traction electric motor electric brushes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757784C1 (en)

Citations (8)

* 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
US6633104B1 (en) * 2002-05-31 2003-10-14 General Electric Company Method and apparatus for estimating DC motor brush wear
RU72791U1 (en) * 2007-12-10 2008-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения DEVICE FOR CONTROL OF THE WORK OF THE COLLECTOR-BRUSH ASSEMBLY OF THE ELECTRIC MACHINE
EP2112518A1 (en) * 2008-04-25 2009-10-28 ALSTOM Technology Ltd Brush wear monitor
RU100679U1 (en) * 2010-07-15 2010-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения DEVICE FOR MEASURING SPARK INTENSITY ON THE COLLECTOR OF AN ELECTRIC MACHINE
RU108833U1 (en) * 2011-06-08 2011-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения DC COLLECTOR PROFILE DEVICE
RU2548020C2 (en) * 2013-07-05 2015-04-10 Сергей Иванович Малафеев Method to control wear of brushes and operation of commutator of electric machine
RU2677243C1 (en) * 2017-07-18 2019-01-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" Method for determining residual life of brushes of traction collector electric motors

Patent Citations (8)

* 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
US6633104B1 (en) * 2002-05-31 2003-10-14 General Electric Company Method and apparatus for estimating DC motor brush wear
RU72791U1 (en) * 2007-12-10 2008-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения DEVICE FOR CONTROL OF THE WORK OF THE COLLECTOR-BRUSH ASSEMBLY OF THE ELECTRIC MACHINE
EP2112518A1 (en) * 2008-04-25 2009-10-28 ALSTOM Technology Ltd Brush wear monitor
RU100679U1 (en) * 2010-07-15 2010-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения DEVICE FOR MEASURING SPARK INTENSITY ON THE COLLECTOR OF AN ELECTRIC MACHINE
RU108833U1 (en) * 2011-06-08 2011-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения DC COLLECTOR PROFILE DEVICE
RU2548020C2 (en) * 2013-07-05 2015-04-10 Сергей Иванович Малафеев Method to control wear of brushes and operation of commutator of electric machine
RU2677243C1 (en) * 2017-07-18 2019-01-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" Method for determining residual life of brushes of traction collector electric motors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI409487B (en) Method and apparatus for detecting state of charge of battery
CN107015155B (en) A kind of measuring method and device of battery of electric vehicle SOH
JP5936711B2 (en) Storage device life prediction apparatus and storage device life prediction method
CN106505258B (en) Battery temperature calculation method and device in a kind of power battery pack
CN102770744A (en) System and method for ascertaining a bearing state
JP5562287B2 (en) Remaining life diagnosis method and remaining life diagnosis device for power distribution equipment
RU2757784C1 (en) Method for determining the residual life of the traction electric motor electric brushes
CN109450333A (en) A kind of method of permanent magnet synchronous motor output torque estimation
JP2008256436A (en) Approximate expression calculation apparatus and its method, and battery state monitoring device
JP4511162B2 (en) Fuel cell evaluation system
JP2014052186A (en) Method for estimating capacity maintenance rate of secondary battery
CN103729013A (en) Maximum power point tracking
JP5072916B2 (en) Method for measuring nonlinear resistance of stator coil of rotating electrical machine and nonlinear resistance measuring device
Lawson et al. The sparking and wear of high current density electrical brushes
RU2677243C1 (en) Method for determining residual life of brushes of traction collector electric motors
CN109752614A (en) A kind of arrester measurement method of parameters and system
RU2548020C2 (en) Method to control wear of brushes and operation of commutator of electric machine
CN110927597A (en) Method for determining battery discharge curve
CN103269188B (en) Method for judging relationship between rotating speed deviation and current distribution of locomotive traction motor group
KR101726483B1 (en) Apparatus and method for battery usage pattern analysis
JP2018205313A (en) Deterioration estimation device of battery and deterioration estimation method of battery
JPS63256336A (en) Method for correcting thermal displacement of ball screw in nc machine
Igor et al. Measurement of sliding electrical contacts instability
Plokhov et al. Industrial tests of current distribution dynamics in the brush-contact apparatus of the turbo-generator
JP5495232B2 (en) Degradation diagnosis method and surface resistance measurement method of polymer material