Электромеханический преобразователь постоянного тока в переменный

Электромеханический преобразователь постоянного тока в переменный

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в системах электроснабжения и электропривода. Цель изобретения состоит в повышении КПД. Преобразователь содержит вращающийся корпус 1 с электропроводящей жидкостью и вращающийся с той же скоростью ротор. Ротор содержит диэлектрический диск 10, наклоненньп под углом к корпусу 1, с устаиовлеиными на нем тремя группами контактных пластинзамыкателей 11-13. Замыкатели соедиГ2 (Л 7f 4 SD ;о 1 ./

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g)) 4 Н 02 М 7/60 »» 6 .(-,-,, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ 0ССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

11

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

13

1Е (21) 4208323/24-07 (22) 09.03.87 (46) 07.10.88. Вюл. ¹ 37 (71) Кировоградский институт сельскохозяйственного машиностроения (72) M.À. Ждановских, В.И. Стукало, О.И. Садков,, В.Д. Грачев и Г.А. Садкова (53) 621,314.57(088.8) (56) Авторское свидетельство. СССР № 205933, кл. Н 02 M 7/60, 1965.

Авторское свидетельство СССР .№. 232360, кл. Н 02 М.7/60, 1964.

Патент США - 3432742, кл, Н 02 М 7/60, 1969, „„Я0„„1429261 А 1 (54 ) ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в системах электроснабжения и электропривода. Цель изобретения состоит в повышении КПД. Преобразователь содержит вращающийся корпус 1 с электропроводящей жидкос.тью и вращающийся с той we скоростью

1 ротор. Ротор содержит диэлектрический диск 10 наклоненный под углом к корпусу I, с установленными на ием тремя группами контактных пластинзамыкателей !1-13. Замыкатели соеди1Г

1429261 иены через вращающуюся контактную систему из трех контактных колец 2123 и трех щеток 24-26 с тремя тиристорами 31-33, образуя трехфазный мост. При этом анодную группу моста составляют замыкатели, а катодную тиристоры. На участке выхода замыкателей из электропроводящей жидкости установлен ресивер с соплами для поИзобретение относится к электротехнике, а именно к электромеханическим преобразователям постоянного тока в переменный, и может быть использовано в системах электроснабжения и электропривода.

Цель изобретения — повьш ение коэф;. фициента полезного действия.

На фиг. 1 изображена конструкция электромеханического преобразователя постоянного тока в переменный вид сбоку в разрезе; на фиг. 2 — то же, вид сверху; на фиг. 3 — электрическая схема преобразователя; на фиг.4— одна контактная пластина роторного электрода в момент ее выхода из электропроводной жидкости и одно воздухо-! дувное сопло; на фиг, 5 — формы кривых токов в фазах нагрузки °

Преобразователь содержит цилиндрический диэлектрический корпус 1, выполненный в виде кольца, внутри которого имеется кольцевой паз, Корпус установлен горизонтально на валу 2, с которым сочленен приводной электродвигатель 3 постоянного тока небольшой мощности. С валом 2 с помощью элемента 4 гибкой механической связи соединен вал 5, расположенный под углом относительно оси вала 2. Валы расположены в подшипниковьгх узлах

6-8, В зазоре между втулкой корпуса

1 и валом 2 установлено уплотнитель— ное кольцо 9.

На валу 5 перпендикулярно его оси расположен диэлектрический диск 10, на котором по окружности под углом 120 геометрических градусов один к другому размещены три роторных электродазамыкателя, состоящих из группы контактных пластин 11-13, Каждая группа контактных пластин, образующих электдачи сжатого воздуха на нижние кромки контактных пластин замыкателей. За счет придания жидкости той же скорости вращения, что и ротору, снижается гидродинамическое сопротивление, а применение искусственного воздушного обдува сжатым воздухом и тиристоров увеличивает глубину модуляции тока.

5 ил. род-замыкатель, электрически изолирована от других, а KQHòÿêòíûå пластины в каждой группе электрически соединены и расположены одна параллельно 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 каждый из которых состоит из группы контактных пластин, установленных вдоль стенок паза. Кольцевой паз заполнен электропроводящей жидкостью, которая подается в него по трубке 17 с помощью насоса 18 из неподвижного резервуара 19, выполнeííîãî из диэлектрического материала. В корпусе 1 в верхней части наружной боковой поверхности имеются отверстия 20, огра-

20 ничивающие уровень электропроводящей жидкости. В качестве электропроводящей жидкости могут использоваться растворы NaCl в воде, кальцинированной соды в воде и т,д.

На валу 2 на изоляционных втулках установлены контактные кольца ?1-23, с которыми механически контактируют неподвижные щеточные узлы 24-26, подключенные к трем фазам А-Х, В-7, С-Z

ЗО статорной обмотки 27 асинхронного двигателя.

Каждая группа контактных пластин

11-13 электрически соединена с одним из контактных колец 21-23 (фиг, 3).

Группы контактных пластин 14-16, как и сами пластины в группах, электрически связаны проводниками и подключены все вместе к контактному кольцу 28„ с которым механически кон 0 тактирует неподвижный щеточный узел

29, подк. юченный к положительной клемме источника постоянного тока.

3 1429?

Кольцо 28 установлено на валу 2 на изоляционной втулке, Контактные кольца 21-23 и 28 и щеточные узлы 24-26 и 29 установлены

5 в неподвижном цилиндрическом корпусе

30 из диэлектрического материала.

К каждой общей точке соединения щеточных узлов 24-26 с фазами А-Х, В-У, С-Z статорной обмотки 27 подключены аноды тиристоров 31-33, катоды которых подключены к отрицательной клемме источника постоянного тока.

Управляющие электроды тиристоров подключены к формирователям импульсов 15 схемы управления, которая связана с датчиками угла поворота вала 2 (схемы управления и датчики не показаны).

Схема управления может быть выполнена по известному принципу, например 2р вертикальному, и может содержать усилители и формирователи импульсов, Датчики угла поворота вала могут быть выполнены на фотоэлементах и содер жат, например, непрозрачный диск, 25 установленный на валу 2 и имеющий отверстие, а также три фотопары, каждая из которых состоит из фотодиода и светоизлучателя. Фотопары установЪ лены по окружности непрозрачного дис- 30 ка под углом 120 геометрических градусов одна к другой. Угол поворота непрозрачного диска регулируется таким образом, что отверстие в диске при его вращении попадает между какой-либо фотопарой лишь в тот момент, когда очередной замыкатель начинает входить в электропроводящую жидкость, Допускается и другое конструктивное выполнение датчиков угла поворо- б та вала, например с использованием герконов или магнитоиндукционных чувствительных элементов, На участке выхода групп контактных пластин 11 — 13 из электропроводящей жидкости установлена диэлектрическая стойка 34, закрепленная на резервуаре 19. На стойке размещен ресивер 35 с соплами 36. Каждое сопло расположено напротив места выхода нижней кром- 5О ки соответствующей контактной пластины замыкателя из жидкости (фиг.4).

Количество сопел равно количеству пластин в контактной группе. Ресивер подключен через шланг 37 к компрессо- 5 ру (не показан), подающему сжатый воздух в ресивер.

Принцип действия преобразователя следующий, При подаче питающего напря61 жения на приводной двигатель он приводит во вращение вал 2 с корпусом 1.

При этом приходит во вращение электропроводящая жидкость в корпусе и в установившемся режиме вращения ее скорость меньше скорости вращения корпуI са лишь на небольшую величину скольжения.

Одновременно с валом 2 через гибкую передачу 4 приходит во вращение вал 5, вращая диск 10 и группы контактных пластин 11-13. Эти пластины, вращаясь и одновременно опускаясь вмерз, плавно входят во вращающуюся жидкость и затем, двигаясь вместе с ней, плавно выходят из нее.

Группа пластин 13, входя в жидкость, одновременно вдвигается между группой пластин 16, соответственно, группа пластин 12 при входе в жидкость начинает вдвигаться между пластинами

15, а группа пластин ll — между пластинами 14, В момент, когда какая-либо группа пластин замыкателей полностью вдвинута между какой-либо группой пластин, установленных в корпусе 1, электрическое сопротивление между группами пластин через жидкость миню ально.

Ширина пластин и угол наклона диска 10 таковы, что очередная группа контактных пластин касается жидкости только в том случае, когда предыдущая группа пластин уже вышла из нее.

Таким образом, группы контактных пластин поочередно входят в жидкость.

При этом между моментом выхода предыдущей группы пластин из жидкости и моментом входа в нее последующей группы имеется временная пауза.

В момент начала вращения приводного двигателя или после достижения двигателем установившейся скорости вращен:.я к преобразователю подключается источник постоянного напряжения: положительной клеммы к щеточному узлу

29, а отрицательной — к катодам тиристоров 31-33, В момент входа какой-либо группы замыкателей в электропроводящую жидкость, например группы.13, которая электрически подключена, например, к контактному кольцу 23, электрическое напряжение через щетку 29, контактное кольцо 28, группы контактных пластин 14-16, электропроводящую жидкость, группу замыкателей 13, контактное кольцо 23, щетку 26 приклады!

42926! вается к анодам и катодам тиристоров

31-33. Причем к анодам тярясторов 31 и 32 напряжение прикладывается через статорные обмотки 27 асинхронного

6 двигателя.

В то самое время, когда замыкатели группы 13 только начинают входить в жидкость, датчик угла поворота вала 2 подает через схему управления сигнал 10 на управляющий электрод, например ти" ристор 31, Последний отпирается и

: ток протекает через вышеприведенную электрическую цепь, а также фазы A-Х и С-Z обмотки 27 асинхронного дви( гателя, По мере погружения замыкателя 13 в жидкость электрический ток в фазах обмотки двигателя увеличивается, дос,тигая максимума, когда пластины кон- 20, тактной группы 13 входят между плас;тинами контактной группы 16, Затем, по мере выхода пластин контактной группы 13 из жидкости, электрический ток начинает спадать, В момент выхода 2"нижних кромок пластин !3 яз жидкости они оказываются под воздействием воздушных струй.

Воздушные струи образуются двумя путями, С одной стороны, кромки плас- 30 тины замыкателей при выходе из жяд кости омываются воздушными потоками естественным путем эа счет набегающего потока воздуха, возникающего при вращения диска 10. С другой стороны воздушные струи, охватывающие нижние кромки пластин при их выходе из жидкости, образуются за свет подачи сжатого воздуха из ресивера 35 через сопла 36. Каждое сопло подает сжатый воз- 10 дух под нижнюю кромку той пластины, напротив которой оно находится (фяг. 4).

Результирующие воздушные струи. сдувают жидкость с нижних кромок плас-45 тин, прерывают жидкостный мостик, образующийся в воздушном зазоре выхо дившими из жидкости нижними кромками пластин и поверхностью жидкости, сдувают искры, возникающие в жидкостном -О мостике в момент электрического контакта, препятствуя тем самым перерастанию искры в дугу и предохраняя кромки пластин от эрозии, При разрыве жидкостного мостика резко возрастает электрическое сопротивление жи»костного контакта между роторным электродом я жидкостью. Это сопровождается резким уменьшением тока через включенный тиристор я нагрузку. Как только величина то à снижается до значения, меньи1его величины тока удержания тяристора 31, тярястор выключается, осуществляя полное прерывание электрического контакта я спаданяе до нуля тока в фазах А-Х и С-Z, Применение искусственного дутья сжатым воздухом иэ ресявера необходимо по следую1цей причине, Пря глубоком регулировании частоты янвертярующего тока в сторону снижения необ-<одямо сильно уменьшать обороты приводного двигателя 3. В результате значительного снижения скорости вращения диска 10 резко уменынается естественный обдув воздуха кромок пластин замыкателей и его может оказаться недостаточно для прерывания жидкостного конI такта между замыкателямя я жидкостью.

Применение искусственного дутья через сопла ресивера 35 позволяет обеспечивать независимо от оборотов диска 10 стабильную подачу того минимума воздушного потока, который необходим для устойчивого прерывания жидкостного мостика, создающего электрический контакт, я надежность < дуваняя электрической искры, Выключение тиристора 31 происходит до того, как контактные пластины следующего ламыкателя, например 12, касаются поверхности жидкости. Между моментом включения тиристора 32 я моментом касания поверхности жидкости пластинами замыкателя 12 имеется временная пауза.

Как только группа контактных пластин 12 начинает входить в жидкость, с датчика угла поворота вала 2 через схему управления на тирястор 33 поступает отпирающий импульс управления. Ток протекает но цепи. "положительная клемма источника питания, щетка 29, контактное кольцо 28, группы контактных пластин 14-16, электропроводящая жидкость, группа контактных пластин 12, контактное кольцо 22, щетка 25, фаза В-У, фаза А-Х, тярястор 33, отрицательная клемма источника питания, В момент выходa группы контактных пластин 12 яз жидкости оня оказываются под воздействием воздушных струй, 11ройсходят резкое всзрастаняЕ омического сопротивления жядкостцого электрического контакта, выключается тя1429261 ристор 33 и обеспечиваются фазные обмотки А-Х и В-Y

Процесс повторяется после входа в жидкость контактных пластин ll, В этом случае включается тиристор 32 и электрический ток протекает па фазам

С-Z и В-У, На электрической схеме преобразователя фиг, 3) замыкатели 11 — 13 и Ip тиристоры 31-33 образуют трехфазный мост, коммутирующие элементы в котором переключаются следующим образам: образуется электрический контакт замыкателя 11 с жидкостью и включается тиристор 32, затем замыкатель 11 разрывает жидкостный контакт и выключается тиристор 32, после этого осуществляется контакт замыкателя 12 с жидкостью и включается тиристор 33, 20 после их отключения вступают в работу замыкатель 13 и тиристор 31 и т.д. При этом в фазах нагрузки пратекают электрические токи, сдвинутые по фазе один относительно другого íà 25

120 электрических градусов °

На фиг, 5 показан период тока в фазе, равный Т, длительность полуволны тока и, длительность паузы в кривой тока t„. Длительность палуволны В0 тока t определяется временем между моментом включения какого-либо тиристора моста и моментом выключения этого же тиристора, Длительность паузы 1 определяется Временем между моментом выключения предыдущего тирис- . тора моста и моментом включения следующего тиристора, Подбирая соответствующим образом форму контактных пластин как замыкателей, так и тех, что установлены в ксрпусе 1, можно улучшить форму кривых токов в фазах, приближая их к синусоидальной. С другой стороны, для улучшения условий коммутации элект- 4б рического тока необходимо, чтобы . группы контактных пластин 14 — 16 были сдвинуты против направления вращения диска 10, т,е., чтобы максимальная площадь контакта между какой-либо группой пластин замыкателей и группой пластин корпуса !, а соответственно и минимальное электрическое сопротивление между ними достигались в начальный период входа замыкателей в жидкость. Затем, по мере выдвижения замыкателей из жидкости, необходимо, чтобы замыкатели к моменту их полного выхода из жидкости отошли как можно дальше от Kонтактных плаc.Tèí кoðïóса 1, Этим достигается большее энектрическое сопротивление жидкостного контакта при отрыве замыкателей от жидкости. При этом уменьшается коммутируемый ток и улучшаются условия коммутации.

Так как скорость вращения замыкателей близка к скорости вращения электрапроводящей жидкости (отличается лишь на небольшую величину скольжения), гидравлическое трение замыкателей с жидкость незначительно и оп-" ределяется 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 трение невелики и мощность приводного двигателя 3 постоянного тока также мала °

При вращении корпуса 1 жидкость прижимается центробежной силой к его наружной стенке и по ней поднимается, достигая отверстий 20, расположенных в верхней части стенки. Из отверстий

20 излишняя часть жидкости выбрасывается в резервуар 19, В заданном диапазоне оборотов корпуса ) верхчий уровень жидкости не поднимается выше уровня расположения отверстий 20, Для высокооборотной системы не исключается возл1ажнасть выполнения 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 изменяется угол приложения центробежной силы воздействия жидкости на наружную стенку паза и жидкость будет подниматься вдоль нее на меньшую высоту, Одновременно насосол» 18 электропроводящая жидкость из резервуара 19 подается по трубке 17 в кольцевой паз корпуса 1. При этом происходит непрерывное обновление состава электроправодящей жидкости в пазу.

Регулируя скорость вращения приводного двигателя 3, можно менять обороты корпуса 1 и диска IO. При этом меняется частота погружений замыкателей !1-13 в жидкость, а также частота переключений тиристоров 31—

33. Это приводит к изменению частоты така, протекающего в фазах асинхронного двигателя, и, как следствие, к изменению скорости его вращения .

1429261

Предлагаемая конструкция преобраЗователя обеспечивает большую глубину модуляции за счет полного прерыва1 ия тока в коммутационные периоды, йри этом постоянная составляющая тока равна нулю и в. преобразователе сутствуют потери из-за токов утечки.

Кроме того, даже при значительных частотах вращения подвижных частей преобразователя потери на гидродина мическое трение в нем невелики,, Формула из обретения

Электромеханический преобразова тель постоянного тока в переменный, :содержащий цилиндрический диэлектри:ческий корпус с электропроводящей жидкостью и тремя внутренними элект.:родами, размещенными в корпусе по окружности под углом 120 геометрических градусов друг к другу, и ротор, !

: ;установленный на валу, механически

: связанном с приводным двигателем, содержащий роторные электроды, подключенные к расположенным на валу контактным кольцам, механически контактирующим со щеточными узлами, размещенными на неподвижной части конструкции, источник постоянного тока, 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 механическую связь — с валом ротора, расположенным под углом к оси вала корпуса, в верхней торцовой поверхности корпуса по его ободу выполнен

5 кольцевой паз заполненный электро7 проводящей жидкостью с установленными в нем вдоль его стенок внутренними электродами, связанными электрически, ротор выполнен в виде диэлект10 рического 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

35 траектории своего пути электроды находятся в жидкости внутри кольцевого паза, а на остальном участке траектории — над пазом корпуса, на валу корпуса установлено четыре контактных

2G 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 которых подключены к отрицательной клемме источника питания, а щеточный узел, подключенный к положительной клемме

ЗО источника питания, механически контактирует с четвертым кольцом, электрически связанным с электродами корпуса, на неподвижной части конструкции на участке выхода роторных электродов из жидкости закреплена стойка

35 с ресивером и соплами для подачи сжатого воздуха на нижние кромки роторных электродов;

l429261

Составитель В. Поляков

Редактор А. Коэориз Техред А.Кравчук Корректор ру р о А, Обручар

Заказ 5139/53 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-351 Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4