SU1429261A1 - Электромеханический преобразователь посто нного тока в переменный - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и м.б. использовано в системах электроснабжени  и электропривода. Цель изобретени  состоит в повышении КПД. Преобразователь содержит вращающийс  корпус 1 с электропровод щей жидкостью и вращающийс  с той же скоростью ротор. Ротор содержит диэлектрический диск 10, наклоненньп под углом к корпусу 1, с устаиовлеиными на нем трем  группами контактных пластин- замыкателей 11-13. Замыкатели соедиГ2 (Л 7f 4 SD ;о 1 ./

Description

нены через вращающуюс  контактную систему из трех контактных колец 21- 23 и трех щеток 24-26 с трем  тиристорами 31-33, образу  трехфазный мост. При этом .анодную группу моста составл ют замыкатели, а катодную - тиристоры. На участке выхода замыка- телей из электропровод щей жидкости (установлен ресивер с соплами дл  подачи сжатого воздуха на нижние кромки контактных пластин замыкателей. За счет придани  жидкости той же скорости вращени , что и ротору, снижаетс  гидродинамическое сопротивление, а применение искусственного воздушного обдува сжатым воздухом и тиристоров увеличивает глубину модул ции тока. 5 ил.

j1

; Изобретение относитс  к электро- ; технике, а именно к электромехани- ческим преобразовател м посто нного тока в переменный, и может быть использовано в системах электроснабжени  и электропривода.

Цель изобретени  - повьшшние коэффициента полезного действи .

На фиг. 1 изображена конструкци  электромеханического преобразовател  посто нного тока в переменный вид сбоку в разрезе; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг, 3 - электрическа  схема преобразовател ; на фиг .4 - одна контактна  пластина роторного электрода в момент ее выхода из электропроводной жидкости и одно воздуходувное сопло; на фиг, 5 - формы кривых токов в фазах нагрузки.

Преобразователь содержит цилиндрический диэлектрический корпус 1, вы- полненньм в виде кольца, внутри которого имеетс  кольцевой паз, Корпус установлен горизонтально на валу 2, с которым сочленен приводной электродвигатель 3 посто нного тока небольшой мощности. С валом 2 с помощью элемента 4 гибкой механической св зи соединен вал 5, расположенный под углом относительно оси вала. 2. Валы .расположены в подшипниковых узлах 6-8, В зазбре между втулкой корпуса 1 и валом 2 установлено уплотнитель- ное кольцо 9,

На валу 5 перпендикул рно ЕГО оси расположен диэлектрический диск 10, на котором по окружности под углом 12 геометрических градусов один к другому размещены три роторных электрода- замыкател , состо щих из группы контактных пластин 11-13, Кажда  группа контактных пластин, образующих электрод-замыкатель , электрически изолирована от других, а контактные пластины в каждой группе электрически сое-- динены и расположены одна параллель5 но другой и огибающей контура диска, В корпусе 1 в кольцевом пазу установлены по окружности под углом 120 геометрических градусов один к другому три внутренних электрода 14-16,

10 каждыр из которых состоит из группы контактных пластин, установленных вдоль стенок паза. Кольцевой паз заполнен электропровод щей жидкостью, котора  подаетс  в него по трубке 17

t5 с помощью насоса 18 из неподвижного резервуара 19, выполненного из диэлектрического материала, В корпусе 1 в верхней части наружной боковой поверхности имеютс  отверсти  20, огра20 ничивающие уровень электропровод щей жидкости, В качестве электропровод щей жидкости могут использоватьс  растворы NaCl в воде, кальцинированной соды в воде и т,д,

25 На валу 2 на изол ционных втулках установлены контактные кольца 21-23, с которыми механически контактируют неподвижные щеточные узлы 24-26, подключенные к трем фазам А-Х, B-Y, C-Z

30 ста.торной обмотки 27 асинхронного двигател ,

Каж,п;а  группа контактных пластин 11-13 электрически соединена с одним из контактньгх колец 21-23 (фиг, 3),

35 Группы контактных пластин 14-16, как и сами пластины в группах, электрически св заны проводниками и под- ключе.ны все вместе к контактному кольцу 28, с которым механически кон- 40 тактирует неподвижный щеточный узел 29, подключенный к положительной клемме источника посто нного тока.

Кольцо 28 установлено на валу 2 на изол ционной втулке.

Контактные кольца 21-23 и 28 и щеточные узлы 24-26 и 29 установлены в -неподвижном цилиндрическом корпусе 30 из диэлектрического материала.

К каждой общей точке соединени  щеточных узлов 24-26 с фазами А-Х, B-Y, C-Z статорной обмотки 27 подключены аноды тиристоров 31-33, катоды которых подключены к отрицательной клемме источника посто нного тока. Управл ющие электроды тиристоров подключены к формировател м импульсов схемы управлени , котора  св зана с датчиками угла поворота вала 2 (схемы управлени  и датчики не показаны),

Схема управлени  может быть выполжени  на приводной Двигатель, он приводит во вращение вал 2 с корпусом I, При этом приходит во вращение электропровод ща  жидкость в корпусе и в установившемс  режиме вращени  ее скорость меньше скорости вращени  корпуса лишь на небольшую величину скольжени  .

10 Одновременно с валом 2 через гибкую передачу 4 приходит во вращение вал 5, враща  диск 10 и группы контактных пластин 11-13. Эти пластины, враща сь и одновременно опуска сь

15 вадиз, плавно вход т во вращающуюс  жидкогсть и затем, двига сь вместе с ней, плавно выход т из нее.

лители и формирователи импульсов. Датчики угла поворота вала могут быть выполнены на фотоэлементах и содержат , -например, непрозрачный диск, установленный на валу 2 и имеющий отверстие, а также три фотопары, кажда  из которых состоит из фотодиода и светоизлучател . Фотопары установГруппа пластин 13, вход  в жидкость , одновременно вдвигаетс  между нена по известному принципу, например 20 группой пластин 16, соответственно, вертикальному, и может содержать уси- группа пластин 12 при входе в жидкость

начинает вдвигатьс  между пластинами 15, а группа пластин 11 - между пластинами 14, В момент, когда кака -ли- 25 бо группа пластин замыкателей полностью вдвинута между какой-либо группой пластин, установленных в корпусе 1, электрическое сопротивление между группами пластин через жидкость лены по окружности непрозрачного дис- 30 минимально,

ка под углом 120 геометрических гра- Ширина пластин и угол наклона дис- дусов одна к другой. Угол поворота .непрозрачного диска регулируетс  таким об-разом, что отверстие в диске при его вращении попадает между какой-либо фотопарой лишь в тот момент, когда очередной замыкатель начинает входить в электропровод щую жидкость, Допускаетс  и другое конструктивное выполнение датчиков угла поворо- 40 моментом входа в нее последующей т а вала, например с использованием группы имеетс  временна  пауза, герконов или магнитоиндукционных чув- В момент начала вращени  приводно- ствительных элементов,

На -участке выхода групп контактных пластин 11-13 из электропровод щей , жидкости установлена диэлектрическа  ° стойка 34, закрепленна  на резервуаре 19, На стойке размещен ресивер 35 с соплами 36, Каждое сопло расположено напротив места выхода нижней кром- 50 ки соответствующей контактной пластины замыкател  из жидкости (фиг,4). Количество сопел равно количес1ву пластин в контактной группе. Ресивер подключен через шланг 37 к компрессо- ее кое напр жение через щетку 29, кон- ру (не показан), подающему сжатый воз- тактное кольцо 28, группы контактных дух в ресивер. пластин 14-16, электропровод щую

Принцип действи  преобразовател  жидкость, группу замьгкателей 13, кон- следующий. При подаче питающего напр - тактное кольцо 23, щетку 26 приклады-

ка 10 таковы, что очередна  группа контактных пластин касаетс  жидкости только в том случае, когда предыду- 25 ща  группа пластин уже вышла из нее. Таким образом, группы контактных пластин поочередно вход т в жидкость. При этом между моментом выхода предыдущей группы пластин из жидкости и

го двигател  или после достижени  двигателем установившейс  скорости 45 вращен::.  к преобразователю подключаетс  источник посто нного напр жени : положительной клеммы к щеточному узлу 29, а отрицательной - к катодам тиристоров 31-33.

В момент входа какой-либо группы замыкателей в электропровод щую жидкость , например группы,3, котора  электрически подключена, например, к контактному кольцу 23, электричесжени  на приводной Двигатель, он приводит во вращение вал 2 с корпусом I, При этом приходит во вращение электропровод ща  жидкость в корпусе и в установившемс  режиме вращени  ее скорость меньше скорости вращени  корпуса лишь на небольшую величину скольжени  .

Одновременно с валом 2 через гибкую передачу 4 приходит во вращение вал 5, враща  диск 10 и группы контактных пластин 11-13. Эти пластины, враща сь и одновременно опуска сь

вадиз, плавно вход т во вращающуюс  жидкогсть и затем, двига сь вместе с ней, плавно выход т из нее.

Ширина пластин и угол наклона дис- моментом входа в нее последующей группы имеетс  временна  пауза, В момент начала вращени  приводно-

ка 10 таковы, что очередна  группа контактных пластин касаетс  жидкости только в том случае, когда предыду- ща  группа пластин уже вышла из нее. Таким образом, группы контактных пластин поочередно вход т в жидкость. При этом между моментом выхода предыдущей группы пластин из жидкости и

Ширина пластин и угол наклона дис- моментом входа в нее последующей группы имеетс  временна  пауза, В момент начала вращени  приводно-

кое напр жение через щетку 29, кон- тактное кольцо 28, группы контактных пластин 14-16, электропровод щую

го двигател  или после достижени  двигателем установившейс  скорости вращен::.  к преобразователю подключаетс  источник посто нного напр жени : положительной клеммы к щеточному узлу 29, а отрицательной - к катодам тиристоров 31-33.

В момент входа какой-либо группы замыкателей в электропровод щую жидкость , например группы,3, котора  электрически подключена, например, к контактному кольцу 23, электричесваетс  к анодам и катодам тиристоров 31-33. Причем к анодам тиристоров 31 и 32 напр жение прикладываетс  через статорные обмотки 27 асинхронного двигател .

В то самое врем , когда замыкатели группы 13 только начинают входить в жидкость, датчик угла поворота вала 2 подает через схему управлени  сигнал на управл ющий электрод, например ти- ; ристор 31 ... Последний отпираетс  и I ток протекает через выше приведенную iэлектрическую цепь, а также фазы А-Х : и C-Z обмотки 27 асинхронного двигател  ,

По мере погружени  замыкател  13 :в жидкость электрический ток в фазах обмотки двигател  увеличиваетс , дос- iтига  максимума, когда пластины кон- тактной группы 13 вход т между плас- iтинами контактной группы 16, Затем, по мере выхода пластин контактной группы 13 из жидкости, электрический

ток начинает спадать, В момент выхода 25 стабильную подачу того минимума воз- нижних кромок пластин 13 из жидкости душног.о потока, который необходим они оказываютс  под воздействием воз- -ДЛ  устойчивого прерывани  жидкостно- душных струй.го мостика, создаюш;его электрический

Воздушные струи образуютс  двум  контакт, и надежность сдувани  элект- пут ми, С одной стороны, кромки плас- 30 рической искры,

тины замыкателей при выходе из жид- Выключение тиристора 31 происходит до того, как контактные пластины следующего замыкател , например 12, касаютс  поверхности жидкости. Между ., моментом включени  тиристора 32 и моментом касани  поверхности-жидкоскости омываютс  воздушными потоками естественным путем за счет набегающего потока воздуха, возникающего при вращении диска 10, С другой стороны воздушные струи, охватывающие нижние кромки пластин при их выходе из жидкости , образуютс  за свет подачи сжатого воздуха из ресивера 35 через сопла 36. Каждое сопло подает сжатьм воз-40 пластин 12 начинает входить в жид- дух под нижнюю.кромку той пластины, кость, с датчика угла поворота вала 2 напротив которой оно находитс  (фиг. 4).

Результирующие воздушные струи, сдувают жидкость с нижних кромок плас-45 клемма источника питани , тин, прерывают жидкостный мостик, об- щетка 29, контактное кольцо 28, груп- разующийс  в воздушном зазоре выхо- дившими из жидкости нижними кромками пластин и поверхностью жидкости, сдувают искры, возникающие в жидкостном 50 мостике в момент электрического контакта , преп тству  тем самым перерастанию искры в дугу и предохран   кромки пластин от эрозии. При разрыве жидкостного мостика резко возрастает - электрическое сопротивление жиркост- ного контакта между роторным электродом и жидкостью. Это сопровождаетс  резким уменьшением тока через вклюти пла стинами замыкател  12 имеетс  временна  пауза.

Как только группа контактных :,

через схему управлени  на тиристор 33 поступает отпираюнщй импульс управлени - . Ток протекает по цепи: полопы контактных пластин 14-16, электропровод ща  жидкость, группа контактных пластин 12, контактное кольцо 22, щетка 25, фаза B-Y, фаза А-Х, тиристор 33, отрицательна  клемма источника питани ,

В момент выхода группы контактных пластин 12 из жидкости они оказываютс  под воздействием воздушных струй. Происходит резкое возрастани омического сопротивлени  жидкостного электрического контакта, выключаетс  тиченный тиристор и нагрузку. Как только величина тока снижаетс  до значени , меньшего величины тока удержани  тиристора 31, тиристор выключаетс , осуществл   полное прерывание электрического контакта и спадание до нул  тока в фазах А-Х и C-Z.

Применение искусственного дуть 

сжатым воздухом из ресивера необходимо по следукицей причине, При глубоком регулировании частоты инвертирующего тока в сторону снижени  необходимо сильно уменьшать обороты приводного

двигател  3. В результате значительного снижени  скорости враш,ени  диска 10 резко уменьшаетс  естественный обдув воздуха кромок пластин замыкателей и его может оказатьс  недостаточно дл  прерывани  жидрсостного контакта между замыкател ми и жидкостью. Применение искусственного дуть  через сопла ресивера 35 позвол ет обеспечивать независимо от оборотов диска 10

пластин 12 начинает входить в жид- кость, с датчика угла поворота вала

ти пла стинами замыкател  12 имеетс  временна  пауза.

Как только группа контактных :,

пластин 12 начинает входить в жид- кость, с датчика угла поворота вала 2

клемма источника питани , щетка 29, контактное кольцо 28, груп-

через схему управлени  на тиристор 33 поступает отпираюнщй импульс управлени - . Ток протекает по цепи: поло клемма источника питани , щетка 29, контактное кольцо 28, груп-

пы контактных пластин 14-16, электропровод ща  жидкость, группа контактных пластин 12, контактное кольцо 22, щетка 25, фаза B-Y, фаза А-Х, тиристор 33, отрицательна  клемма источника питани ,

В момент выхода группы контактных пластин 12 из жидкости они оказываютс  под воздействием воздушных струй. Происходит резкое возрастани омического сопротивлени  жидкостного электрического контакта, выключаетс  ти7|Д

ристор 33 и обеспечиваютс  фазные обмотки А-Х и Я-Y.

Процесс повтор етс  после входа в жидкость контактных пластин 11, В этом случае включаетс  тиристор 32 и электрический ток протекает по фазам C-Z и B-Y,

На электрической схеме преобразовател  (фиг, З) замыкатели 11-13 и тиристоры 31-33 образуют трехфазньо мост, коммутирующие элементы в котором переключаютс  следующим образом: образуетс  электрический контакт замыкател  1I с жидкостью и включаетс  тиристор 32, затем замыкатель 11 разрывает жидкостный контакт и выключаетс  тиристор 32, этого осуществл етс  контакт замыкател  12 с жидкостью и включаетс  тиристор 33, после их отключени  вступают в работу замыкатель 13 и тиристор 31 и т.д. При этом в фазах нагрузки протекают электрические токи, сдвинутые по фазе один относительно другого на 120 электрических градусов,

На фиг, 5 показан период тока в фазе, равный Т, длительность полуволны тока t;,, длительность паузы в кривой тока t. Длительность полуволны тока t определ етс  временем между моментом включени  какого-либо тиристора моста и моментом выключени  этого же тиристора, Длительность паузы t определ етс  временем между моментом выключени  предыдущего тирис- тора моста и моментом включени  следующего тиристора,

.Подбира  соответствующим образом контактных пластин как замыкателей , так и тех, что установлены в корпусе 1, можно улучшить форму кривых токов в фазах, приближа  их к синусоидальной. С друг ой сторонь:, дл  улучшени  условий коммутации электрического тока необходимо, чтобы, группы контактных пластин 14-16 были сдвинуты против направлени  вращени  диска 0, т,е., чтобы максимальна  площадь контакта между какой-либо группой пластин замыкателей и группой пластин корпуса 1, а соответственно и минимальное электрическое сопротивление между ними достигались в начальный период входа замыкателей в жидкость . Затем, по мере выдвижени  замыкателей из жидкости, необходимо, чтобы замыкатели к моменту их полного выхода из жидкости отошли как можно

92618

дальше от контактных пластин корпуса 1. Этим достигаетс  большее электрическое сопротивление жидкостного g контакта при отрыве замыкателей от жидкости. При этом уменьшаетс  коммутируемый ток и улучшаютс  услови  коммутации.

Так как скорость вращени  замыка0 телей близка к скорости вращени  электропровод щей ж щкocти (отличаетс  лишь на небольшую величину скольжени ), гидравлическое трение замыкателей о жидкость незначительно и оп-

15 редел етс  лишь скольжением жидкости относительно стенок корпуса и трением при входе замыкателей в жидкость и выходе из нее, В результате этого в преобразователе потери мощности на

20 трение невелики и мощность приводного двигател  3 посто нного тока также мала,

При вращении корпуса 1 жидкость прижимаетс  центробежной силой к его

25 наружной стенке и по ней поднимаетс , достига  отверстий 20, расположенных ,в верхней части стенки. Из отверстий 20 излишн   часть жидкости выбрасываетс  в резервуар 19, В заданном диа

30 пазоне оборотов корпуса 1 верхний уровень жидкости не поднимаетс  выше уровн  расположени  отверстий 20, Дл  высокооборотной системы не исключаетс  возможность выполнени 

35 наружной стенки паза корпуса скошенной относительно его центральной оси таким образом, что нижний торец корпуса будет иметь больший диаметр, чем его верхний торец. При этом изме40 н етс  угол приложени  центробежной силы воздействи  жидкости на наружную стенку паза и жидкость будет подниматьс  вдоль нее на меньшую высоту. Одновременно насосом 18 электро45 провод ща  жидкость из резервуара 19 подаетс  по трубке 7 в кольцевой паз корпуса 1. При этом происходит непрерывное обновление состава электропровод щей жидкости в пазу.

0 Регулиру  скорость вращени  приводного двигател  3, можно мен ть обороты корпуса 1 и диска 10. При этом мен етс  частота погружений замыкателей М-13 в жидкость, а также .

5 частота переключений тиристоров 31- 33. Это приводит к изменению частоты тока, протекающего в фазах асинхронного двигател , и, как следствие, к изменению скорости его вращени ,

J6

35

15

zsllf

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Электромеханический преобразова- 15 тель постоянного тока в переменный, содержащий цилиндрический' диэлектрический корпус с электропроводящей жидкостью и тремя внутренними электродами, размещенными в корпусе по 20 окружности под углом 120 геометрических градусов друг к другу, и ротор, установленный на валу, механически связанном с приводным двигателем, содержащий роторные электроды, под- 25 ключенные к расположенным на валу контактным кольцам, механически контактирующим со щеточными узлами, размещенными на неподвижной части конструкции, источник постоянного тока, 30 расположенным под углом к оси вала корпуса, в верхней торцовой поверхности корпуса по его ободу выполнен кольцевой паз, заполненный электропроводящей жидкостью с установленными в нем вдоль его стенок внутренними электродами, связанными электрически, ротор выполнен в виде’ диэлектрического диска с размещенными на нем по окружности под углом 120 геометрических градусов друг к другу тремя роторными электродами и закреплен на валу так, что на нижнем участке траектории своего пути электроды находятся в жидкости внутри кольцевого паза, а на остальном участке траектории - над пазом корпуса, на валу корпуса установлено четыре контактных кольца, три из которых подключены к · трем роторным электродам соответст- ·· венно'и механически контактируют с тремя щеточными узлами, каждый из которых подключен к одной из фаз цепи нагрузки и к аноду одного из трех введенных тиристоров, катоды который подключены к отрицательной клемме источника питания, а щеточный узел, подключенный к положительной клемме источника питания, механически кон-.

   положительная клемма которого подключена к одному из щеточных узлов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, корпус установлен торцовой поверхностью на вертикальном валу, который механически связан с двигателем, а через гибкую тактирует с четвертым кольцом, электрически связанным с электродами кор пуса, на неподвижной части конструкции на участке выхода роторных элек35 тродов из жидкости закреплена стойка с ресивером и соплами для подачи ежа того воздуха на нижние кромки ротор фи г. 2