При любом методе оценки коммутации в конечном счете целью является определение интенсивности злектрозрозионных процессов в СК. Основной методикой в настоящее время является визуальная оценка степени искрения, для которой созданы единые международные нормативы (шкала степеней искрения). Такие достоинства этого метода, как универсальность и простота, бесспорны. Если для безыскровой коммутации визуальный метод обеспечивает достаточно точные количественные характеристики (например, ширину зоны), позволяющие сравнивать и совершенствовать ЭМ, то для степеней искрения 1 1/4; 1 1/2; 2 полученные визуальным методом оценки (как, впрочем, и сама шкала) носят качественный характер и могут содержать значительные субъективные погрешности, которые можно уменьшить применением метода экспертных оценок, но при этом возрастает трудоемкость испытания. Во всех случаях, конечно, предусматривается возможность длительных испытаний с контролем состояния рабочих поверхностей и их износов, но это приводит к многократному увеличению трудоемкости и энергоемкости испытаний, неприемлемым при серийном выпуске ЭМ.
Кроме указанных выше недостатков визуальному методу также присущ существенный в современных условиях недостаток: он не может быть использован для автоматизации контроля и наладки коммутации при серийном выпуске ЭМ.
Поэтому весьма актуальной с точки зрения повышения надежности ЭМ является задача разработки методов и аппаратуры контроля коммутации, способных давать количественную оценку процесса.
В настоящее время разработаны и совершенствуются опытные образцы таких приборов (головная организация — Омский институт инженеров железнодорожного транспорта Минвуза РСФСР).
Первым этапом по замене визуального контроля было применение фотодатчиков, на основе которых созданы фотоиндикаторы искрения типа ИИ [6.10], имеющие выход на стрелочный измерительный прибор и злектронно-лучевой осциллограф. Прибор дает возможность измерения среднего фототока (средней интенсивности искрения), наблюдения формы и определения амплитудных значений наиболее ярких вспышек искрения и нахождения пластин, с которыми эти вспышки связаны. Такой объем информации позволяет находить связи с видимым искрением с учетом особенностей зрительного восприятия искрения и диагностировать причины неудовлетворительной коммутации (например, неидентичности коммутации отдельных секций и др.). Прибор дает возможность автоматически определять зоны с заданной степенью искрения при существенном повышении безопасности испытания. Работа, как и во всех случаях применения приборов количественной оценки при серийном выпуске ЭМ, может вестись при закрытых коллекторных люках. К числу недостатков прибора относится большой объем фотодатчиков и невозможность сканирования (т. е. поиска наиболее ярких точек), осуществляемого наблюдателем. Применение волоконной оптики позволит, очевидно, компенсировать эти недостатки.
Следует отметить, что метод фотоиндикатора, как и другие методы количественной оценки, может использоваться только для относительных измерений на конкретных типах ЭМ, причем для привязки их показаний к шкале искрения ГОСТ 183-74 их необходимо тарировать с помощью визуальных методов.
Это, однако, не умаляет их достоинств, поскольку относительные измерения позволяют совершенствовать ЭМ и проводить контроль при их серийном выпуске.
Вторым направлением создания приборов количественной оценки является использование в качестве относительного критерия качества коммутации параметров импульсов напряжения высокой частоты, возникающих при коммутации (амплитуды, продолжительности, количества в секунду).
Причиной их появления являются ГРП между сбегающим краем щетки и коллектором. Частота напряжения этих импульсов лежит в диапазоне 15—1000 кГц, причем между отмеченными выше параметрами и степенью искрения электрических машин определенного типа существует достаточно устойчивая корреляция, т. е. имеется возможность тарирования приборов по степени искрения [6.11—6.13,6.15].
Измерить эти напряжения можно между рабочей и вспомогательной щеткой (рис. 6.9, а) или между разнополярными щетками (рис. 6.9, б) через разделительный фильтр высокой частоты, не пропускающий напряжения с частотой ниже 10—20 кГц (в том числе зубцовые и коллекторные) (рис. 6.9, в). В простейшем случае в качестве фильтра используется конденсатор. Способ вспомогательной щетки дает более четкую информацию, однако он неприемлем при серийных испытаниях.
Рис. 6.9. Оценка коммутации с помощью микроамперметров:
а — включение между рабочей и вспомогательной щетками; б — включение между разнополярными щетками; в — схема индикатора; С - 0,1 -0,3 мкФ (изоляция 1-3 кВ); ФВЧ — фильтр высокой частоты (с частотой среза 10-20 кГц); R - переключаемое добавочное сопротивление 100-200 кОм, μΑ - микроамперметр на 10—50 мкА
В качестве ИИ используется микроамперметр (10—50 мкА). Показания ИИ приблизительно пропорциональны в этом случае отмеченным выше параметрам импульсов и интенсивности искрения.
При работе с ИИ при напряжениях на коллекторе более 30 В должны соблюдаться все правила техники безопасности, включая защиту от прикосновения к зажимам. Разделительные конденсаторы должны иметь соответствующее рабочее напряжение. Корпус ИИ должен быть заземлен.
Регулирование ДП производится путем определения тока в опыте ПО, соответствующего минимальному показанию ИИ (для этого строится U-образная кривая). Если нужно установить характер добавочного тока, разрываемого на сбегающем краю щетки, т. е. оценить, имеет ли место перекоммутация, то для этой цели используется тот факт, что перекоммутация приводит к перемене полярности импульса. ИИ получают в этом случае два каната с отдельным измерением импульсов обеих полярностей (рис. 6.9, в).
Рис. 6.10. Оценка коммутации с помощью амплитудных электронных вольтметров:
а — схемы включения; б — схема индикатора; С — 0,1-0,3 мкФ (изоляция 1-3 кВ); R - 1-2 кОм; ЭВ - электронный вольтметр постоянного тока
В качестве ИИ можно использовать амплитудный электронный вольтметр, включенный по схеме рис. 6.10. В этом случае сравниваются амплитудные значения импульсов в однотипных электрических машинах, что позволяет дать оценку технологическому обеспечению коммутации. Для этой цели разделительный фильтр пропускает коллекторную и более высокие частоты. ИИ по рис. 6.10, б, включенный на разнополярные щетки, измеряет при этом также напряжения коллекторной частоты, вызванные воздействием МДС добавочных токов коммутации на главное поле (т. е. оценивает значение этих токов). При этом контролируются также возможные технологические ошибки (например, толщина прокладок между ДП и корпусом) при сборке ЭМ и качество коллектора.
Следует иметь в виду, что при использовании электронных вольтметров во избежание помех от наводок необходимо заземление бракета щеткодержателей одной полярности и соответствующего зажима прибора (рис. 6.10).
Все указанные функции могут выполнять ИИ типа КК2У4, кроме того, имеющего повышенную чувствительность при слабом искрении [6.13].
Параметры элементов схем по рис. 6.9, 6.10 зависят от параметров ЭМ, для испытания которых они предназначаются. Приведенные на указанных рисунках параметры даны как информация о порядке значений для этих величин.
При включении ИИ на разнополярные щетки параллельно прибору оказывается включенной емкость обмотки якоря относительно земли, значение которой в сильной степени зависит от размеров и конструкции электрических машин и может влиять на показания. Этот фактор также обусловливает использование прибора для относительных измерений на однотипных электрических машин. Параллельно прибору оказываются также включенными нагрузка (при испытании генератора) и конденсаторы защиты от радиопомех.
Для уменьшения влияния волнового полного сопротивления нагрузки и помех питающей сети (при испытании двигателей) якорь ЭМ должен располагаться между обмотками ДП, играющими в этом случае роль защитных дросселей. Может потребоваться отключение помехозащитных конденсаторов.
Кроме приборов количественной оценки при наладке коммутации можно использовать приборы для контроля поверхности коллекторов во время вращения.
В настоящее время Омским институтом инженеров железнодорожного транспорта Минвуза РСФСР (головной организацией по разработке приборов для оценки и наладки коммутации) и ВНИИЭлектромаш (г. Ленинград) разработан комплекс приборов, в том числе: индикаторы искрения ПКК2У4, ПКК2М для включения с контактной щеткой, ИИРП-2, ПКК4 для включения на разнополярные щетки, ПКК-К для включения с емкостным датчиком; анализаторы коммутации АК-1М, АК-2 АСК 18-2 для определения коммутационных свойств обмоток и анализаторы вибрации щеток АВ-2, а также профилометры для определения профиля коллектора при вращении — ИПК-1П, ИПК-1Т, ПКП-1.
