CC BY
20ВКВО-2019 Радиофотоника
оптическии датчик контроля режима работы щеточно-коллекторного узла тяговых
электродвигателей на основе вбр
*
Липатников К.А. , Кузнецов А.А., Фасхутдинов Л.М., Нуреев И.И.,
Сахабутдинов А.Ж.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева-КАИ»
* E-mail: klipatnikov87@mail.ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16041
Мониторинг температуры щеточно-коллекторного узла (ЩКУ) является одной из главных задач при эксплуатации тяговых электродвигателей (ТЭД). Причиной превышения температуры в ЩКУ, могут быть: искрения, протекание токов больше номинального, отказ или нарушение работы системы охлаждения и т.д. [1]. Все это может привести к выходу ТЭД из работоспособного состояния, что несет за собой колоссальные убытки. Контроль температуры ЩКУ дает возможность косвенно определять общее техническое состояние ТЭД, что в свою очередь ведет к повышению безопасности эксплуатации и более эффективному использованию его ресурса. Вопрос контроля температуры не является новой задачей, и существуют различные методы и средства для его осуществления [2, 3]. Указанные методы обладают рядом недостатков, поэтому требуется более эффективный метод оперативного определения распределения тепловых полей в ЩКУ.
В настоящей работе предлагается метод контроля температуры и износа ЩКУ на основе волоконно-оптического датчика с использованием нескольких волоконных брэгговских решеток (ВБР) в качестве чувствительных элементов. ВБР представляет собой периодическую структуру, записанную в оптическом волокне, которая отражает определенную длину волны в зависимости от
периода структуры. При физическом воздействии (температура, истирание, механическое растяжение) на ВБР происходит ее спектрального отклика. На рисунке 1 представлена схема совмещенного датчика износа и температуры, которая построена из соображений минимизации количества чувствительных элементов.
ВБР 1 контролирует температуру всей щетки, ВБР 2 - износ и температуру непосредственно в точке контакта щетка-коллектор. В момент начала эксплуатации начинается сбор данных о параметрах ВБР 2 в массив, это делается для определения динамики износа щетки. Износ определяется по спектральной ширине решетки, чем больше износ, тем шире ее спектр. Впоследствии, когда ВБР 2 полностью стирается, массив полученных данных используется для расчета температуры в точке контакта щетка-коллектор по данным о средней температуре щетки с ВБР 1. ВБР 1 установлена на метке предельного износа и ее полное истирание свидетельствует о необходимости замены щетки.
Выполнено при поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук МК-3421.2019.8 (соглашение № 075-152019-309).
ВБР1
ВБР2
Рис.1 Схема волоконно-оптического датчика износа и температуры
Литература
1. Кузнецов, А А. Щетка как интеллектуальный узел электродвигателя / О.Г. Морозов, А А. Кузнецов, И.И. Нуреев и др. // Инженерный вестник Дона. - 2016. - № 1. - иЯЬ: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2016/3525
2. ГОСТ Р МЭК 773-96. Щетки электрических машин. Методы испытаний и средства измерений рабочих характеристик. - М: Изд-во стандартов, 1996. - 21с.
3. Щербатов, В. В. Моделирование теплового состояния тягового электродвигателя для прогнозирования ресурса /В.В. Щербатов, О Л. Рапопорт, А .Б. Цукублин //Известия ТПУ. - 2005. - №7 - С. 156 - 159
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»
www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 89
