Зачем нужны щетки в синхронной машине

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями?

Разбираемся, в чем принципиальная разница в двигателях и рассматриваем их плюсы и минусы. Устройство и принцип действия двигателей и итоги их сравнения.

Все чаще на просторах интернет-магазинов можно найти инструменты с двумя типами двигателей. Инструменты и садовая техника WORX также не отстают от современных трендов при производстве техники, так что на нашем сайте вы тоже можете найти специальную характеристику двигателя — щеточный или бесщеточный. Так что же это за характеристика, на что она влияет и в чем принципиальные отличия инструментов с тем или иным двигателем? Давайте разбираться.

Устройство и принцип действия щеточного двигателя

Щеточный двигатель по-другому еще называется коллекторным. Состоит двигатель из нескольких важных частей.

Ротор — по-другому, якорь. Как раз он вращается внутри и преобразует электрическую энергию в механическую. Якорь обмотан медной проволокой (обмоткой) с разных сторон ротора. За счет прохождения тока через проволоку создается магнитное поле, которое в свою очередь и создает вращение элемента.

На щеточном двигателе установлен коммутатор, который используется для переключения с одной обмотки на другую. Это позволяет менять направление вращения ротора. Этот коммутатор и есть коллектор, от которого взял свое название двигатель.

Чтобы напряжение передалось на обмотки, а ток прошел через коллектор в двигатель устанавливаются специальные щетки. Щетки обычно состоят из графита; они всегда контактируют с коммутатором и обеспечивают подачу энергии к катушкам с обмоткой. Есть две щетки, и каждая из них подключается к противоположному полюсу батареи. Это гарантирует, что при вращении ротора ток, протекающий к катушкам, постоянно меняет направление. Это приводит к необходимому изменению магнитного поля, которое позволяет ротору продолжать вращаться.

Все вышеописанные элементы установлены в статор. Статор — неподвижных элемент двигателя, в котором могут быть либо еще одна катушка с проволокой, либо постоянный магнит. За счет того или другого элемента и создается магнитное поле обратной полярности ротору, из-за чего тот вращается.

Коллекторные двигатели могут работать от переменного напряжения, так как при смене полярности ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление, в результате чего вращательный момент не меняет своего направления.

Плюсы и минусы щеточного двигателя

Так мы с вами вкратце разобрались с устройством щеточного двигателя. Теперь в чем же его плюсы и минусы?

Плюсы

1. Первым плюсом инструментов со щеточными двигателями стоит отметить более низкую стоимость в отличие бесщеточных. Это связано с технологиями производства и более бюджетными материалами.
2. Вторым плюсом специалисты отмечают упрощенную конструкцию двигателя, что влияет на стоимость ремонта. Проще поменять щетки, чем весь мотор в целом.
3. Также к плюсам можно отнести относительно малый вес и размер инструментов.

Минусы

1. На высоких оборотах увеличивается трение щёток. Отсюда вытекает проблема их быстрого износа. Помимо износа самих щеток, в процессе работы они стираются. Стертый графит может засорить коллектор и привести в полную негодность инструмент.
2. Также к минусам можно отнести более низкую мощность щеточных инструментов, в отличие от бесщеточных моделей. Это связано с тем, что щеточные двигатели физически не могут выдавать мощность выше 3 000 об./мин. Но такой мощности вполне достаточно для домашнего обихода.
3. Еще одним минусом щеточных двигателей мы можем отметить наличие искрения во время работ. Обратите внимание, что при запуске инструмента щетки трутся о коллектор и создают видимые искры. Это значит, что работать щеточными инструментами нужно более аккуратно — убирать на расстояние все возможные легковоспламеняющиеся вещества и предметы, а также периодически делать перерывы в работе, во избежание перегрева двигателя.
4. Последним минусом отметим не очень высокий КПД инструментов с коллекторным двигателем — всего 60%. Это значит, что инструменты несколько хуже справляются с прочными материалами (например, с металлом) и выполняют меньший объем работы за то же время, что бесщеточный инструмент.

Устройство и принцип действия бесщеточного двигателя

Теперь давайте разберем принцип работы бесщеточного двигателя. Как понятно из названия, его принципиальное отличие в отсутствии щеток. Но как же он тогда работает? Как нужная энергия поступает в двигатель?

В устройстве бесщеточного двигателя также присутствует ротор и статор — основные элементы любого мотора. Но при этом отсутствует коллектор, соответственно и двигатель по-другому называется бесколлекторным. Если у щеточного двигателя работа происходит за счет электро-механической смены полярности, то в бесщеточном двигателе все работает благодаря электромагнитной индукции. Также отличается местоположение обмотки — здесь она располагается на статоре, в отличие от предыдущего вида двигателя.

Вместо щеток и коллектора в бесщеточном двигателе установлены датчики Холла и контроллер, который контролирует подачу напряжения на катушки для создания индуктивности, а также положение ротора и скорость его вращения.

Когда плата подает на обмотку ток, создается тоже противоположное магнитное поле, и магниты на роторе начинают вращаться.

Еще одной особенностью бесщеточных двигателей нужно назвать их типы. Двигатели бывают двух типов — синхронный и асинхронный. В синхронном двигателе частота вращений ротора равна частоте вращений магнитного поля — то есть один оборот ротор совершает после одного полного прохождения тока через катушку. А в асинхронном двигателе обратная ситуация — частота вращений ротора меньше, чем частота вращения магнитного поля. То есть ток проходит через катушку быстрее.

Плюсы и минусы бесщеточного двигателя

Если с устройством бесщеточного двигателя мы разобрались, то теперь давайте рассмотрим положительные и отрицательные стороны инструментов с бесщеточными моторами.

Плюсы:

1. У инструментов с бесщеточным двигателем отсутствуют многие проблемы, которые встречаются у щеточных моделей. Так, первым плюсом специалисты отмечают бо́льшую износостойкость инструментов. Ввиду отсутствия щеток не создается трение внутри двигателя, соответственно нет внутренних загрязнений. Также отсутствие щеток снижает пожароопасность инструмента — при работе нет искрения, а значит можно работать практически в любых условиях.
2. Вторым плюсом стоит отметить упрощенную регулировку крутящего момента — в отличие от щеточных моделей, у бесколлекторных инструментов достаточно просто нажать соответствующую кнопку на инструменте. Причем регулировка может иметь до 15 уровней и переключаться в одно мгновение.
3. Одним из ключевых преимуществ бесщеточных моделей нужно отметить экономию расходуемой энергии. Этот пункт особенно актуален для аккумуляторных инструментов. Благодаря экономии инструменты работают до 50% дольше, чем модели со щеточным двигателем. Также КПД бесколлекторных инструментов намного выше — инструмент выполняет 90% поставленных задач, против 60% у коллекторных моделей. Это значит, что бесщеточными инструментами можно работать практически с любым материалом без потери мощности.
4. Помимо вышеуказанных преимуществ инструментов с бесщеточным двигателем, они еще могут разгоняться до максимальных показателей и имеют быстрый запуск сразу с больших скоростей, чем не могут похвастаться щеточные инструменты.

Минусы:

Но не бывает все настолько радужно. Даже у инструментов с бесщеточными двигателями есть и свои недостатки. Так сказать, ложка дегтя в бочке меда.

1. К минусам, в первую очередь стоит отнести стоимость инструментов. Техника с бесщеточным мотором в цене дороже, чем упрощенные модели со щеточным двигателем.
2. Вторым недостатком бесколлекторных инструментов может быть сложное и дорогое техническое обслуживание. Бесщеточный двигатель — технологичное устройство, для работы с которым нужны знания в микроэлектронике. К счастью, в сотрудники наших сервисных центров знают и умеют обслуживать бесколлекторные двигатели.

Итоги сравнения щеточного и бесщеточного двигателей

Если сравнивать инструменты с разными видами двигателей, то можно смело сказать, что техника с бесщеточным двигателем надежнее и мощнее. Но нужно учитывать тот факт, что ориентирована такая техника больше на профессиональные работы. В быту же и инструменты со щеточным двигателем отлично справятся со своими задачами. Потому перед покупкой инструмента заранее определите цели, для которых вы будете использовать инструменты.

В ассортименте компании WORX есть инструменты и со щеточными и с бесщеточными двигателями. Чтобы определить какой именно тип двигателя установлен в инструменте, обратите внимание на иллюстрацию в карточке товара — в бесщеточных моделях есть специальная пометка «BRUSHLESS MOTOR».

Другие записи

Рассказываем, как бороться с последствиями снегопада классическими способами и с использованием снегоуборочной техники WORX.

Короб для хранения вещей на колесиках можно создать своими руками, а помогут в этом инструменты Worx и наша инструкция!

Создайте оригинальный столик в стиле терраццо с помощью простых материалов и ручных инструментов Worx!

Что такое щеточный двигатель?

Щеточный электродвигатель постоянного тока представляет собой вращающуюся электрическую машину постоянного тока, которая преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию, в которой по меньшей мере одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, подключена к переключателю.

Contents

Электродвигатель использует щетки для подачи питания на катушку якоря, расположенную между постоянными магнитами, которые создают магнитное поле. Ток, проходящий через щетку к катушке, приводит в движение ротор и используется для двигателей мощностью до лошадиных сил. При вращении якоря неподвижные щетки соприкасаются с различными секциями вращающегося коллектора и поэтому со временем изнашиваются.

�� Конструкция и работа щеточных электродвигателей

У всех электроинструментов основные часты как, ротор, статор, индуктор, арматура, коммутатор и щётки. Ниже объясным вам что такое каждыая часть двигателей постоянного тока.
Ротор – это вращающаяся часть электрической машины.
Статор – неподвижная часть электрической машины.

Индуктор – важная часть коллекторного двигателя постоянного тока, который создает магнитный поток для формирования крутящего момента. Индуктор включает в себя либо постоянные магниты, либо медная проволока возбуждения. В двиателе, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и является частью статора.

Якор – часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуцируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки. В качестве якоря может выступать как ротор, так и статор.
Коллектор – это часть двигателя, соединен со щетками. С помощью щеток и коммутатора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря.

Щетки – часть электрической цепи, по которой электрический ток передается от источника питания к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток подключена к положительной, а другая – к отрицательной клемме источника питания.
В соответствии с конструкцией статора, щеточный двигатель может быть с постоянными магнитами и с намотанным статором.

�� Виды щеточных двигателей

�� Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом

Наиболее распространенным среди щеточных двигателей постоянного тока является двигатель постоянного тока с постоянным магнитом. Индуктор этого двигателя включает в себя постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора.

Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами обычно используются в технических инструментах для выполнения задач, не требующих высокой мощности. Такие двигатели дешевле в производстве, чем двигатели постоянного тока с намоткой. В то же время крутящий момент такого двигателя ограничен полем постоянных магнитов статора.

Из преимуществ такого двигателя можно перечеслить то, что он очень быстро реагирует на изменения напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко контролировать скорость двигателя. Недостатком такого двигателя является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего поле статора уменьшается и производительность двигателя снижается.
Ниже короче можете читать преимущества и недостатки.

✔️ Преимущества:

�� Быстро реакцируют на напряжение.
�� У них выгодная цена в соответсвий от качества.
�� Призводят высокий крутящий момент при низкой скорости.

❌ Недостатки:

�� Можно только перечеслить одну недостатку. У них постоянные магниты со временем, который под воздействием высокого температоура терает свое магнитное свойство.

�� Двигатель постоянного тока с намотанным полем и виды

Такие двигатели проделятся на несколько видов. В некоторые из них с увеличением общего тока двигателя скорость также увеличивается, а крутящий момент уменьшается.
Когда нагрузка на двигатель увеличивается, ток якоря увеличивается, в результате чего поле якоря увеличивается.
По мере увеличения тока якоря ток индуктора уменьшается, что приводит к уменьшению поля индуктора, что приводит к снижению скорости двигателя и увеличению крутящего момента.

В электродвигателях с раздельным возбуждением медная проволока возбуждения электрически не соединена с медной проволокой якоря. Обычно напряжение возбуждения UFW отличается от напряжения в цепи якоря U. Если напряжения равны, то медная проволока возбуждения подключается параллельно медная проволокаякоря. Использование в электроприводе двигателя с раздельным возбуждением или с шунтирующей медной проволокой определяется схемой электропривода. Свойства этих двигателей одинаковы. Конечно у этих двух видов плюсы и минусы.

Товары из категорий ��

[add permalink=”Drills-And-Screw-Drivers” count=”7″ lang=”ru”]

✔️ Преимущества:

�� У них хорошие регулировочные свойство.
�� Крутящий момент у них постоянно при низкой скорости.
�� Отсувстует потери магнетизма с течением времени.( так как постоянных магнитов нет)

❌ Недостатки:

�� Они более дорогой, чем двигатель постоянного тока, двигатель выходит из-под контроля, если ток индуктора падает до нуля.

Двигатель постоянного тока с составной обмоткой обладает две обмотки возбуждения, один из которых подключена паралельно обмотке якора, а вторая подключена последовательно. Соотношение между силами намагничивания обмоток может быть разным, но обычно одна из обмоток создает большую силу намагничивания и эта лбмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Если обмотки соединены таким образом, что последовательное поле помогает шунтирующему полю, то двигатель называется кумулятивным составным щеточным двигателем постоянного тока.

✔️ Преимущества:

�� Хорошо контролируют скоротсти.
�� Двигатель предпочтительно более служит.
�� Со временем не отсувствует потери магнетизма.
�� Производят высокий крутящий момент при низкой скорости.

❌ Недостатки:

�� Они дороже чем, другие щеточные двигатели обмотка.

FAQ❓

�� Используют ли в аккумуляторных шуруповертах бесщеточный шуруповерт?
Конечно, да. Эти двигатели уже очень популярный.

�� Как работают бесщеточные двигатели?
Работа бесщеточных двигателей схоже на работе обычных электродвигателей, но только не использует щетки для изменения полярности двигателя.

�� Какие недостатки предлагают бесщеточные двигатели по сравнению с бесщеточными?
Они самые тяжелые. Они требуют регулярного обслуживания и очистки. Они предлагают меньший диапазон скоростей и более короткий срок службы.

Заключение��

В сегодняшний день технология вырастала намного и уже в технических инструментах используют бесщеточных двигателей. На самом деле у них много преимуществ по сравнению с щеточными двигателями. Благодаря отсутствия щётки в них, не надо заменить щетки. В щеточных двигателях со временем мотор сближает к износу, таким образом для предотвращения этого надо очистить мотор и заменить щётки. Новая технология помогает всем избавиться от этих всех задачах.

Устройство для контроля тока щетки щеточно-контактного аппарата синхронного генератора

Полезная модель относится к токоизмерительным приборам для контроля токораспределения между щетками щеточно-контактных аппаратов синхронных аппаратов при их обслуживании и настройке. Техническим результатом устройства является обеспечение возможности достоверного измерения среднего тока каждой щетки, а также численно оценивать степень его стабильности, то есть его отличия от постоянного, а также в возможности более эргономично пользоваться левой рукой, что удобно для левшей. Устройство для контроля тока щетки, содержащее токоизмерительную головку в виде составного магнитопровода с датчиком Холла, размыкающий механизм, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и/или процессор, средство индикации, клавиши управления, отличается тем, что содержит управляемый тактовый генератор, функцией которого является формирование синхронизирующих импульсов с частотой, равной частоте вращения ротора синхронного генератора, также содержит сумматор, суммирующий регистрируемые сигналы в период между сихронизирующими импульсами, а размыкаемый механизм выполнен в виде магнитопровода и вынесен от клавиш управления на расстояние не менее 200 мм, с возможностью поворота вокруг продольной оси устройства.

Полезная модель относится к токоизмерительным приборам для контроля токораспределения между щетками щеточно-контактных аппаратов синхронных аппаратов при их обслуживании и настройке.

Щеточно-контактный аппарат синхронных генераторов обеспечивает подачу постоянного тока от неподвижных токоведущих частей цепи возбуждения к вращающейся обмотке возбуждения ротора генератора посредством скользящего контакта. Неподвижную часть аппарата включает траверсу с установленными на ней щеткодержателями и щетками.

Предполагается, что параллельно включенные щетки работают как линейные резистивные элементы, и поэтому ток любой щетки контактного аппарат постоянен и повторяет форму суммарного тока ротора. По этой причине для контроля тока щеток применяются токовые клещи постоянного тока.

Осциллографирование тока щеток, работающих в составе щеточно-контактного аппарата синхронного генератора, указывает на то, что ток носит нестабильный, явно выраженный импульсный характер. Пример осциллограммы тока щетки приведен на Фиг.1.

Такой ток нельзя называть постоянным даже в первом приближении. Ток представляет собой последовательность случайных импульсов одной полярности разной амплитуды и длительности. По этой причине измерение тока щеток с использованием любых промышленной выпускаемых клещей постоянного тока дает нестабильные и недостоверные результаты.

Способ измерения тока такими приборами заключается в аналого-цифровом преобразовании мгновенного значения сигнала, получаемого после усиления первичного сигнала магнито-чувствительного элемента, расположенного в зазоре размыкаемого магнитопровода. Измерение среднего значения случайного сигнала в значительной степени определяется периодом усреднения и количеством измерений, проведенных за период усреднения.

Строго говоря, исходя из элементарного определения значения тока, как количества

электричества, прошедшего через проводник за 1 секунду, измерение импульсного тока должно сводиться к интегрированию импульсов за период 1с. Существует два способа интегрирования импульсов тока щетки и, соответственно, два основных способа измерения тока щетки щеточно-контактного аппарата: аналоговый и цифровой.

Аналоговый способ измерения заключается в интегрировании сигнала аналоговым сумматором с последующим аналого-цифровым преобразованием результирующего сигнала. Точность измерения таким способом зависит от спектрального состава импульсов, составляющих измеряемый сигнал и постоянной времени интегратора. Кроме того, при таком способе измерения полностью теряется возможность определить степень стабильности тока щетки.

Второй способ, цифровой, заключается быстром аналого-цифровом преобразовании сигнала, непосредственно полученного от первичного преобразователя. Такой способ реализован в большинстве цифровых клещей постоянного тока.

Из-за ошибочного представления о том, что ток отдельной щетки щеточно-контактного аппарата синхронного генератора является постоянным, не разрабатывалось специальных способов для его измерения, а использовались способы, реализованные в стандартных измерительных приборах для постоянного тока.

Цифровое интегрирование сигнала, образованного последовательностью импульсов различной длительности и амплитуды должен производиться по формуле:

, где n1 — число измерений за 1 секунду, i _k — текущее измеренное цифровое значение тока.

Синхронные генераторы характеризуются стабильной скоростью вращения ротора.

Данный факт является одной из причин, что случайные процессы в скользящем контакте, являющиеся причиной формирования нестабильного импульсного тока каждой щетки, повторяются на каждом обороте ротора генератора. На приведенной осциллограмме (см. Фиг.1) тока щетки щеточно-контактного аппарата, работающего на частоте вращения 3000 об/мин (50 Гц), виден период повторения сигнала, точно равный 20 мс. Так как за 1 с ротор делает ровно 50 оборотов, цифровое интегрирование сигнала за 1 с не значительно увеличивает точность по сравнению с интегрированием за 1 оборот.

В то же время, частота вращения роторов синхронных гидрогенераторов в зависимости от конструкции может быть от 46,9 до 1500 об/мин (см. Справочник по электрическим

машинам, В двух томах, Под общей редакцией д.т.н. И.П.Копылова и к.т.н. Б.К.Клокова, М. «ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ» 1988.) т.е. для некоторых конструкций гидрогенераторов за 1 секунду ротор делает меньше одного оборота. Таким образом, в некоторых случаях интегрирование сигнала за 1 секунду или кратный период может дать неверные результаты.

По указанной причине при измерении тока щетки щеточно-контактного аппарата любого синхронного генератора цифровым способом следует задавать период интегрирования, как равный или кратный полному обороту ротора генератора.

Из уровня техники известно устройство для контроля токораспределения щеточно-контактного аппарата электрической машины [Патент RU 2157033], состоящее из токоизмерительной головки в виде составного магнитопровода с датчиком Холла, размыкающего механизма, микроконтроллера на основе процессора, цифробуквенного индикатора, отличающееся тем, что магнитопровод выполнен в виде кольца с внешним диаметром не более 30 мм, с внутренним диаметром не менее 15 мм, распиленного по радиусам -60, -90, 150°, сектор между радиусами -90 и 150° является замыкателем, в зазоре -60° расположен датчик Холла, магнитопровод расположен на расстоянии не менее 200 мм от кнопки привода размыкающего механизма, в устройство введена микросхема энергонезависимой памяти, а цифробуквенный индикатор выполнен двухстрочным.

Данное устройство выбрано в качестве ближайшего аналога.

Устройство представляет собой цифровые токоизмерительные клещи постоянного тока.

Устройство состоит из токоизмерительной головки в виде составного магнитопровода с датчиком Холла, размыкающего механизма, микроконтроллера на основе процессора, цифробуквенного индикатора. Отличительными особенностями устройства являются геометрические размеры размыкаемого магнитопровода, расстояние размыкаемого магнитопровода от кнопки привода размыкающего механизма (не менее 200 мм), а также наличие в схеме устройства микросхемы энергонезависимой памяти и двухстрочного цифро-буквенного дисплея.

Расположение магнитопровода на расстоянии не менее 200 мм от руки оператора обеспечивает возможность контроля труднодоступных щеток. Объем энергонезависимой памяти 8К обеспечивает запись токораспределения щеточно-контактных аппаратов 15 крупных электрических машин с максимальным числом щеток на каждом полюсе — 256. К недостаткам устройства следует отнести то, что устройство измеряет мгновенное

значение постоянного тока, которое может значительно отличаться от среднего значения, что снижает точность оценки токовой нагрузки конкретной щетки, устройство не позволяет оценить стабильность тока щетки, устройство ориентировано исключительно на «праворуких» людей (левшам с ним работать неудобно).

Техническим результатом устройства является обеспечение возможности достоверного измерения среднего тока каждой щетки, а также численно оценивать степень его стабильности, то есть его отличия от постоянного, а также в возможности более эргономично пользоваться левой рукой, что удобно для левшей.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показан пример осциллограммы тока щетки (Ток щетки равен 30 А) — измерение обычными методами.

На Фиг.2 показана схема устройства, где 1 — проводник с током, 2 — неподвижная часть измерительного магнитопровода, 3 — замыкатель, подвижная часть измерительного магнитопровода, 4 — магниточувствительный датчик Холла, 5 — тяга привода размыкающего механизма, 6 — продольная штанга, 7 — цанговый зажим, 8 — корпус, 9 — кнопка привода размыкающего механизма, 10 — индикатор, 11 — измерительная головка в развернутом на 180° положении.

На Фиг.3 показана электрическая блок-схема устройства, где 1 — проводник с током, 2, 3 — измерительный составной магнитопровод, 4 — датчик Холла, 12 — элемент питания, 13 — индикатор, 14 — клавиатура, 15 — стабилизатор тока датчика Холла, 16 — Аналого-цифровой преобразователь, 17 — процессор, 18 — последовательный порт ввода-вывода, 19 — энергонезависимая память, 20 — источник опорного напряжения, 21 — преобразователи напряжения, 22 — источник питания, 23 — сумматор, 24 — кварцевый генератор тактовых импульсов.

Достоверность и точность измерения цифровым способом, основанным на интегрировании входного сигнала, в значительной степени зависит от частоты дискретизации цифровых измерений. Чем выше частота дискретизации, тем достовернее измеряется сигнал, тем точнее производится измерение. При измерении тока щетки щеточно-контактного аппарата синхронного генератора необходимо обеспечить

надежное последовательное перекрытие скользящей поверхностью щетки окружности контактного кольца за один полный оборот ротора.

Если диаметр контактного кольца равен D_К , длина окружности составляет D_K. Если размер щетки в направлении вращения составляет а, то полное перекрытие окружности происходит при проведении последовательных измерении. Если число измерений будет меньше указанного числа, то существует вероятность пропуска короткого импульса большой амплитуды, что снижает точность интегрирования полного сигнала за один оборот. Для обеспечения достоверного измерения необходимо обеспечить, двойное перекрытие, означающее, что за время прохождения скользящей поверхностью щетки расстояние, равное ее длине в направлении скольжении, необходимо провести два измерения.

Исходя из вышеизложенного, минимальная частота дискретизации F_Д при измерении тока щетки щеточно-контактного аппарата синхронного генератора цифровым методом должна составлять

f_P — частота вращения ротора синхронного генератора,

D_K — диаметр контактного кольца,

a — размер щетки в направлении вращения (по касательной) контактного кольца.

При измерении тока щетки щеточно-контактного аппарата синхронного генератора необходимо знать степень стабильности электрического скользящего контакта, т.е. численно оценивать, насколько ток щетки отличается от постоянного, среднего тока щетки. Для этого целесообразно использовать статистический параметр «среднее отклонение», являющийся мерой разброса множества данных. Данный параметр рассчитывается по формуле:

n — число измерений,

— среднее значение массива данных

Работа заявленного устройства основана на том, что определяют время периода усреднения, кратный одному обороту вала ротора генератора, а минимальная частота дискретизации определяется из формулы:

f_P — частота вращения ротора синхронного генератора,

D_K — диаметр контактного кольца,

a — размер щетки в направлении вращения (по касательной) контактного кольца;

затем производят суммирование всех значений, делят полученную сумму на общее количество измерений, затем находят разницу между полученным средним значением и каждым измерением, суммируют абсолютные значения разницы между средним значением и каждым значением и делят полученную сумму на количество измерений. В результате такого способа измерения тока в устройстве получают значение тока щетки и среднее отклонение, характеризующее стабильность тока в скользящем контакте конкретной щетки.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для контроля тока щетки, содержащем токоизмерительную головку в виде составного магнитопровода с датчиком Холла, размыкающий механизм, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и/или процессор, средство индикации, клавиши управления, отличием является то, что оно содержит управляемый тактовый генератор, функцией которого является формирование синхронизирующих импульсов с частотой, равной частоте вращения ротора синхронного генератора, также содержит сумматор, суммирующий регистрируемые сигналы в период между сихронизирующими импульсами, а размыкаемый механизм выполнен в виде магнитопровода и вынесен от клавиш управления на расстояние не менее 200 мм, с возможностью поворота вокруг продольной оси устройства.

Магнитопровод размещен на продольной штанге, функцией которой является возможность поворота размыкаемого магнитопровода вокруг продольной оси, при этом тяга привода размыкающего механизма проходит по оси штанги. Это позволяет более эргономично повернуть размыкаемый магнитопровод, а также пользоваться левой рукой, что удобно для левшей.

Магнитопровод выполнен из ферромагнитного материала.

Устройство работает следующим образом. Вокруг проводника с током (1) (см. Фиг.2), величину которого требуется определить, создается кольцевое магнитное поле. Магнитное поле концентрируется в магнитопроводе (2, 3), изготовленного из ферромагнитного материала, имеющего большое значение магнитной проницаемости.

Магниточувствительный элемент (4) на основе датчика Холла формирует электрический сигнал, который подается на аналого-цифровой преобразователь (16) (см. Фиг.3). Питание отдельных всей электрической схемы осуществляется от элемента питания (12) (аккумулятор или батарея). Для уменьшения взаимного влияния отдельных элементов цифровой схемы их питание осуществляется через стабилизатор (15), представляющий собой гальванически развязанный высокочастотный преобразователь постоянного напряжения (DC-DC преобразователь). Для точного цифрового измерения уровня сигнала используется высокостабильный источник опорного напряжения (20), который позволяет численно оценивать степень стабильности тока. Измеренные сигналы в цифровом виде поступают на сумматор (23) и процессор (17), в которых производятся расчеты измеряемых величин. Работа всей цифровой схемы синхронизируется кварцевым генератором (24). Управляемый генератор (24) тактовых импульсов формирует импульсы с частотой, равной скорости вращения вала ротора синхронного генератора. Тактовые импульсы ограничивают время работы сумматора (23) и определяют количество сигналов, используемых для расчета среднего тока и среднего отклонения. Результат расчета отражается на индикаторе (13). Для передачи информации во внешние устройства используется последовательный порт ввода-вывода (18).

Возможность достоверного измерения среднего тока каждой щетки обеспечивается за счет установления частоты дискретизации, позволяющей гарантированно измерить мгновенное значение тока щетки в любой точке контакта траектории скольжения, и интегрирования сигнала в течение времени точно равному или кратному периоду вращения ротора синхронного генератора.

1. Устройство для контроля тока щетки, содержащее токоизмерительную головку в виде составного магнитопровода с датчиком Холла, размыкающий механизм, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и/или процессор, средство индикации, клавиши управления, отличающееся тем, что содержит управляемый тактовый генератор, функцией которого является формирование синхронизирующих импульсов с частотой, равной частоте вращения ротора синхронного генератора, также содержит сумматор, суммирующий регистрируемые сигналы в период между сихронизирующими импульсами, а размыкаемый механизм выполнен в виде магнитопровода и вынесен от клавиш управления на расстояние не менее 200 мм с возможностью поворота вокруг продольной оси устройства.

2. Устройство для контроля тока щетки по п.1, отличающееся тем, что магнитопровод размещен на продольной штанге, функцией которой является возможность поворота размыкаемого магнитопровода вокруг продольной оси, при этом тяга привода размыкающего механизма проходит по оси штанги.

Механизм стеклоочистителя

После изобретения «дворников» в 1903 году, различными производителями было опробовано много разных конструкций механизма стеклоочистителя. Часть из них не прошла «естественный отбор». В современных автомобилях возможны различные варианты установки щеток стеклоочистителя, но в большинстве случаев применяется схема «тандем», как золотая середина между стоимостью (сложностью) конструкции и эффективностью.

В конструкции стеклоочистителей используются две основные технологии:

• Сочетание электродвигателя и редуктора с червячным механизмом обеспечивает движение стеклоочистителей с большим усилием;
• Трапеция с системой рычагов преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное.

Требуется большое усилие для быстрого движения щеток стеклоочистителя. Для создания такого усилия используется электродвигатель, подключенный к редуктору с червячным приводом. Этот механизм уменьшает частоту вращения двигателя в 50 раз и увеличивает прилагаемое усилие.

Короткий рычаг крепится на выходном валу редуктора и, вращаясь, передает через другой рычаг, возвратно-поступательное усилие на трапецию стеклоочистителя.Трапеция служит для обеспечения синхронного движения обеих щеток стеклоочистителя.

Прерывистый режим работы обеспечивает реле стеклоочистителя, которое управляет работой электродвигателя. Управляется реле с подрулевым переключателем или бортовым компьютером. В том случае, если на автомобиле установлен датчик дождя, возможно целиком автоматическое управление стеклоочистителями.

При любом варианте конструкции неизменным остается только наличие сменной щетки стеклоочистителя. Щётка крепится к рычагу (поводку) при помощи адаптера (защёлки). Адаптер может являться неразъёмной частью каркаса либо отдельно входить в комплект щёток. Подробнее о различных типах адаптеров Вы можете прочитать в статье Виды креплений щеток стеклоочистителя