Устройство для преобразования постоянного тока в синусоидальный

Устройство для преобразования постоянного тока в синусоидальный

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и использовано в.системах электропитания синусоидальным током. Целью изобретения является улучшение качества генерируемой электроэнергии за счет снижения коэффициента гармоник кривой выходного тока. Устройство содержит цилиндрический статор 1, на внутренней поверхности которого установлены два электрода 2 профилированной формы . Внутри статора 1 вращается цилиндрический ротор 3 с двумя электродами 4 профилированной формы, установленными на его внешней поверхности и подключенными к контактным кольцам 8. Зазор между статором и ротором заполнен электролитом. При подаче постояикого напряжения на щетки 9, контактирующие с кольцами 8, и подключении статорных электродов к нагрузке через электроды статора и ротора и нагрузку начинает протекать переменный ток, близкий по форме к синусоидальному. 7 ил. с (Л

союз советских

««««

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (П) (51)4 Н 02 М 2 60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Я) ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

APH ГКНТ СССР

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4192222/24-07 (22) 01.12.86 (46) 23.12.88. Бюл. У 47 (21) Кировоградский институт сельскохозяйственного машиностроения (72) М.А.Ждановских, Е.В.Сыроежкин, А.А.Молчанов, Н.В.Власенко и В.И.Стукало (53) 621.314.57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 226007, кл. Н 02 М 7/60, 1967.

Патент США У 3432742, кл. Н 02 М 7/60, 1967, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ПОСТОЯННОГО ТОКА В СИНУСОИДАЛЬНЫЙ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и использовано в,системах электропитания синусоидальным током. Пепью изобретения яв» ляется улучшение качества генерируемой электроэнергии за счет снижения коэффициента гармоник кривой выходного тока. Устройство содержит цилиндрический статор 1, на внутренней поверхности которого установлены два электрода 2 профилированной формы. Внутри статора 1 вращается цилиндрический ротор 3 с двумя.электродами 4 профилированной формы, установленными на его внешней поверхности и подключенными к контактным кольцам 8. Зазор между статором и ротором заполнен электролитом. При подаче постоянного напряжения на щетки 9, контактирующие с кольцами 8, и подключении статорных электродов к нагрузке через электроды статора и ротора и нагрузку начинает протекать переменный ток, близкий по форме к синусоидальному. 7 ил.

1446685

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к преобразователям постоянного тока в переменный, и может быть использовано в системах электропитания синусои5 дальным током, регулируемым по частоте.

Цель изобретения — улучшение ка" чества генерируемой электроэнергии 1< за счет снижения коэффициента гармонии кривой выходного тока °

На фиг. 1 представлена конструкция устройства для преобразования постоянного тока в синусоидальный; на фиг.2 — то же, разрез в плоскости, перпендикулярной оси вала;на фиг,3Форма статорных электродов (пунктирными линиями показана форма роторных электродов и их расположение Относительно статарных электродов по оси вала), развернутых по окружности статора; на Фиг.4 - форма роторных электродов, развернутых по окружности.ротора; на фиг ° 5 — изменение пла" .щади электрического контакта между статорными и роторными электродами через электрапроводящую жидкость (электролит) при повороте ротора на половину оборота; на Фиг,6 - измене" ние электрического сопротивления электролита между статарными и роторными электродами при повороте ротора на один оборот; на Фиг.7 — Форма инвертируемога тока (один период), протекающего через роторные и статорные 35 электроды и нагрузку при повороте ротора на один оборот, Устройство для преобразования постоянного тока в синусоидальный содержит полый цилиндрический статар 1 4О из неэлектрапроводящега материала, на внутренней поверхности которого диаметрально противоположно установлены два электрода 2 из электроправодного материала. Ротор 3 выполнен 45 полой цилиндрической формы из неэлектропроводного материала с диаметрально противоположно установленными на его внешней поверхности двумя элект« родами 4 из электропроводящего мате- 50 риала.

Ротор расположен на валу 5, который установлен в подшипниковых узлах

6 и приводится во вращение двигателем 7. Роторные электроды 4 электри" 55 чески с помощью проводов, которые проходят через полую часть вала, связаны с двумя контактными кольца": ми 8. Контактные кольца 8 через электрически контактирующие с ними щеточные узлы 9 подключены к источнику постоянного тока.

Пространство между внутренней поверхностью статора и внешней поверхностью ротора заполнено электропроводящей жидкостью (электролитом).

В качестве электропроводящей жидкости может быть использован раствор воды с поваренной солью, кальцинированной содой, каустической содой и т.д. В качестве материала статорных и роторных электродов используется материал с повышенной стойкостью к разрушению при электролизных процессах, например графит или титан рутенированный.

Статорные электроды 2 подключены к сопротивлению нагрузки. Электролит в пространстве между статором и ротором подается с помощью насосной системы (не показана).

Каждый статорный электрод занимает почти половину длины окружности по внутренней расточке статора, лежащей в плоскости, перпендикулярной оси статора. Если принять ширину статорного электрода равной 2а, то длина окружности будет равной 4а=2Ь, где

Ь вЂ” расстояние между статорными электродами по линии окружности, которое можно принять равным не более

2-З от длины окружности.

Кнждый статорный электрод состоит из двух пластин 10 и 11 разного профиля, основания которых лежат на од" ной линии окружности в плоскости, перпендикулярной оси статора, а профили их повернуты в противоположные стороны относительно линии окружности. При этом обе статорные пластины плотно прилегают к внутренней поверхности статора и закреплены на ней.

Ширина обеих статорных пластик в основании одинакова и равна а, а начальная кромка статорной пластины 11 (начальной кромкой статорных пластин на фиг.3 считаем левую кромку) смещена относительно начальной кромки статорнай пластины 10 по линии основания пластин на ширину з по направлению вращения роторных пластин (на фиг.3 и фиг.4 направление вращения роторных пластин указано стрелкой слева направо) .06e статорные пластины " соединены электрически, образуя статорный электрод, и подключены к одной из фаз,нагрузки, Таким же обра685 (2) (4) 30

3 1446 зом выполнен второй статорный электрод.

Каждый из обоих роторных электродов состоит из двух прямоугольных пластин 12 и 13. Основания роторных пластин лежат на линии окружности ротора в плоскости, перпендикулярной оси ротора, на которой также расположены основания статорных пластин.

Поверхности роторных пластин 12 и 13 повернуты одна по отношению к другой относительно своиз оснований в противоположные стороны, прилегают к внешней поверхности ротора и закреплены на нем. Роторная пластина !2 имеет ширину, равную ширине статорной пластины, и высоту, равную максимальной высоте профиля статорной пластины 10, и расположена по высоте на одном уровне со статорной пластиной 10.

Роторная пластина 13 выполняется узкой с шириной, равной некоторой величине с которая должна быть не более одной десятой от ширины а статорной пластины, Высота пластины 13 равна максимальной высоте профиля пластины 11. Расположена роторная пластина 13 по высоте на одном уровне со статорной пластиной 11, а начальная кромка пластины 13 (левые кромки роторных пластин на фиг.4 считаем начальными) сдвинута относительно начальной кромки пластины 12 с на величину а — — по направлению вр а2 щения пластин ротора.

Расстояние между начальными кром" ками роторных пластин 12 равно 2a+b, узкая и широкая роторные пластины каждого электрода электрически связаны между собой. Если к щеточным узлам подключить источник постоянного тока, то к роторным электродам 4 через контактные кольца 8 подается напряжение питания U. При этом, если в зазор между статором и ротором подавать электролит, а статорные электроды подключить к нагрузочному сопротивлению R„ то через электроды и нагрузку будет протекать ток i. При подаче напряжения на приводной двигатель 7 он приходит во вращение и начинает врашать ротор 3, Полагаем, что форма тока i синусоидальна, т. е.

I s inst (1) где I — амплитуда тока; — круговая частота вращеа и — текущее значение времени

Тогда полное сопротивление R электрической цепи, состоящее из

5 суммарного сопротивления R*,n электролита между статорными и роторными электродами и нагрузкой R,. определяется из выражения

R = R. +R4,ë = — -т — —, до Т гф — „нн (3)

Ь 1 где R „„— суммарное минимальное ак" тивное сопротивление между статорными и роторными электродами через электролит, Подставляя (3) в (2) и обозначая t= Q, получаем

Кн (1-sing) +Rahu

Аеп s- и р

При этом

R дав о" + *оп ° (5) рд где RA,„„=R,„,-- — — сопротивление электролита в промежутке между статорным и роторным электродом; р — удельная электропроводность жидкости, Ом м;

35 д — зазор между роторными и статорными электродами, м;

S, — площадь электрического контакта

40 ч ере з зле к тр оли т. между статорным и роторным электродами, м- ".

Выразим площадь я„ через з1n g, 45 используя выражения (2) и (4)

2 Р 29 sin M

R„„ R<„Rн(1 з п )+ мнн

По закону (6) изменяется площадь электрического контакта через элект5р ролит между статорной и роторной пластинами в диапазоне ее увеличения от нуля до максимального значения, т.е., когда при вращении ротора слева направо (фиг.3 и 4) роторные плас55 тины находят на статорные. При этом ротор поворачивается на угол от 0

ha Я до ц 2 Ь 2 1аксимальная лощадь

2a+b 2

5 1446685

8 „„, электрического контакта между статорным и роторным электродами

{между ппастиной 10 и пластиной 12)

Ф при ((- равна

+

294 з1пМ 2Р" (11)

Rg (1 -s 111 ) +R gg

Изменение площади контакта обеспечивается пластинами 13 роторных электродов и пластинами 11 статорных электродов, форма профиля статорных пластин

11 описывается выражением

10 .

8 2Ра" соз М

С С (.К(((1-созф)+Кддц((Чем меньше ширина с роторных пластин 13, тем точнее воспроизведение закона изменения площади контакта 8ц.

Но одновременна с уменьшением шири20 ны пластин 13 увеличивается их высота и высота профиля статорных пластин f 1. Максимальную высоту профиля Х „,„,, можно определить,, если взять первую производную от Х по

2б углу (Р и приравнять ее нулю. Ширина и статорной пластины 11 соответствует в градусах величине у

2а+Ь 2

Тогда угол (, при котором достигает30 ся экстремальное значение функции Х

g(Ú равен Ч4 -, а максимальная высота профиля статорной пластины 11 равна (((2 )+2В.мам (мим

Этой же величине равна высота ротор40 наи пластины 1 3 °

Для поддержания синусоидального закона изменения тока через электроды необходимо, чтобы роторные пластины перемещались относительно статорных в направлении, указанном стрелками на фиг.3 и 4. Таким образом,. вращение раторных пластин относительно статорных происходит так, что если роторные пластины 12 выхо"

;дят из зоны контакта со статорными пластинами 10, то в это время роторные пластины 13 начинают входить в зону контакта со статорными пластинами 11. В момент, когда роторные пластины 12 входят в зону контакта .со статарными пластинами 10 и пло55 щадь их контакта изменяется от нуля да максимума, роторные пластины 13 находятся в промежутке между статор2Р (cos М

К „(1-cosy)+R „,„,(8,цд„, = ) (7) армян .Если считать профиль роторных пластин 12 прямоугольным„ то профиль статорных пластин 10 по их ширине н описывается следующим выражением (81 2р (соз(Ч RH (f-з пц")+REAM„

2 нР s in/cps Q (8)

ER„(f -з,. пс1)+В ммн1

Затем, по мере вращения ротора в

„7(7(((à а диапазоне от Ч " - до 4. -+- --" " 2 " 2 2а+Ь пластины 12 ротарных электродов начин (ют выдвигаться из пластин 10 статорных электродов, Нрн атом пла" щадь электрического контакта через электролит между пластинами 10 и 12 начинает уменьшаться ат значения

8„,„„ по закону

2gdЬiп U д

R н(1 "з -п )+ ммн 11 мин

2pl sin (( (9) (((1 з ir(<) +R мин

Однако для того, чтобы обеспечить синусоидальный закон спадания така, протекающего через электролит между электродами, уменьшение площади электрического контакта между статорными и роторными электродами должно происходить по касинусоидальному закону (фиг.5, правая ветвь кривой) 8, = — - —.. (10)

2Рд сов М

R (1-савчук+к„„„

Из рассмотрения выражений (9) и (10) вытекает, что для того, чтобы обеспечить уменьшение площади электроконтакта по закону (10}, необходимо одновременна с уменьшением площади контакта по закону (9) вводить дополнительную площадь контакта, изменяющуюся в диапазоне угла поворота ротои

Н г ра от Ц „х- да ì.и по выражению

+ .п ), (12)

R н(1 sine) +R „„„R (дц((7 144668 ными пластинами 11 и электрически не контактируют с ними. При повороте ротора в указанном направлении на угол ц =7, площадь контакта через электролит между роторными и статорными электродами изменяется как показано на фиг.5, электрическое сопротивление контакта изменяется как показано на фиг.6, а форма кривой тока, протекающего от "плюса" источника тока через роторный электрод с положительной полярностью, электролит, один из статорных электродов, сопротивление нагрузки, второй статорный электрод, электролит, роторный электрод с отрицательной полярностью к "минусу" источника тока, показано на фиг.7.

Вращение ротора в противоположном направлении не допускается, посколь20 ку форма пластин несимметрична, так как это привело бы к нарушению законов изменения площадей электрических контактов статорных и роторных пластин, а следовательно, к нарушению синусоидальности формы кривой генерируемого тока. Изменяя обороты приводного двигателя 7, можно менять частоту генерируемого переменного тока в широком диапазоне.

Предлагаемая конструкция устройства для преобразования постоянного тока в синусоидальный позволяет преобразовывать постоянный ток в переменный синусоидальной формы регули- 35 руемой частоты. Однако чисто синусоидальной формы кривой инвертируемого тока можно добиться лишь для той величины сопротивления нагрузки, на которую рассчитывались и проектировались профили статорйых и роторных электродов по формулам (8), (12) и (13). При изменении сопротивления нагрузки в ту или другую сторону от расчетной ухудшается синусоидальность 45 формы кривой инвертируемого тока.

Однако увеличение коэффициента высших гармоник растет медленно и в целом не превышает 10-15Х.

Формула изобретентя

2У 1

Xi C (R созе

R „(1-созе)+К мин

sin × )

R „s in)) +R „„

55 где - удельная электропроводность жидкости, Ом м;

Устройство для преобразования постоянного тока в синусоидальный, содержащее статор с электродами на его внутренней поверхности и ротор с двумя электродами на его внешней поверхности, расположенными диаметрально противоположно и соединенными с кольцами, и щетки, контактирующие с кольцами и подключенные к источнику постоянного тока, электропроводящую жидкость в зазоре между статором и ротором, приводной двигатель, соединенный с ротором механически, о т.л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества генерируемой электроэнергии за счет снижения коэффициента гармонии кривой выходного тока, на статоре диаметрально противоположно расположены psa электрода, каждый из которых имеет ширину, равную половине внутренней окружнос» ти статора минус ширина зазора между ниии, и состоит из двух электрически связанных электропроводящих пластин с равной шириной, причем первая пластина смещена относительно второй по расточке статора на ширину пластины, основания пластин лежат на одной окружности по расточке в плоскости, перпендикулярной оси статора, а их профили повернуты взаимно противоположно относительно основания вдоль оси статора, на роторе каждый из электродов состоит из двух электропроводных прямоугольных широкой H узксй .пластин, причем широкая плас". тина, расположенная на уровне первой статорной пластины по оси стато ра, имеет ширину, равную ширине ста торной пластины, а высоту, равную высоте профиля первой пластины статора, узкая пластина роторного электрода, расположенная на уровне второй статорной пластины по оси статора, имеет высоту, равную высоте профиля второй пластины статора, причем начало узкой пластины сдвинуто вдоль ее ширины относительно конца широкой пластины по направлению вращения ротора на половину ширины узкой пластины, форма профиля первой пластины статора описывается формулой

19d cos 2Rup>sin+cps Ч

R „(1 з -и®) +R « к(1-sing)+R«„)2 форма профиля второй пластины описы" вается формулой

9 1446б85

d — зазор между роторными и статорными электродами, м;

Й цн — минимальное активное сопротивление устройства для пре5 образования постоянного тока в синусоидальный;

R„ — сопротивление нагрузки, Ом;

С - ширина узкой роторной пластиныэ м3

Ч вЂ” угол поворота роторной пластины относительно статорной.

144б685

1446685

Составитель В,Поляков

Редактор В.Данко Техред М.Моргентал

Корректор Л.Пилипенко

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

Заказ 6754/57 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5