УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ КОЛЛЕКТОРА МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ ИСКРЕНИЯ ПОД ЩЕТКАМИ Российский патент 2008 года по МПК H02K13/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в коллекторных электрических машинах (двигателях и генераторах большой мощности).

В настоящее время имеют широкое применение машины постоянного тока с механическим коммутатором - коллектором (Б.Ф.Токарев. Электрические машины. М.: Энергоиздат.1990, с.505). В обмотках якоря постоянного тока наводится переменная ЭДС, так как каждый проводник (секция якоря) поочередно проходит магнитные полюсы разной полярности, вследствие чего ЭДС в них меняет направление. Если машина работает генератором, то переменная ЭДС должна быть выпрямлена. Достигается это с помощью коллектора. С коллектором соприкасаются щетки, посредством которых обмотка якоря соединяется с сетью. Щетки размещаются в щеткодержателях и прижимаются к коллектору пружинами.

При вращении якоря коллекторные пластины поочередно входят в соприкосновение со щеткой, при этом секции, присоединенные к этим пластинам, замыкаются щеткой. При дальнейшем перемещении якоря секции переходят в другую параллельную ветвь. Процесс переключения секций из одной параллельной ветви в другую называется коммутацией. Секция, замкнутая щеткой, называется коммутируемой.

При коммутации машины наблюдается искрение в щеточном аппарате. Сильное искрение вызывает порчу поверхности коллектора и щеток и делает длительную работу машины невозможной. Искрение под щетками может происходить по разным причинам, которые можно разделить на механические и электромагнитные. Последняя причина искрения является основной.

При коммутации, когда секция замкнута щеткой, происходит изменение направления тока. Кроме того, в ней наводится ЭДС. Если ширина щетки больше одной коллекторной пластины, одновременно коммутируются несколько секций. В контуре, образованном секцией и щеткой, создается дополнительный ток. Так как сопротивление секции практически равно нулю, добавочный ток ограничивается только сопротивлением щетки. Когда щетка выходит из состояния короткого замыкания, происходит разрыв тока. При этом запасенная в контуре энергия освобождается в виде искры.

Меры борьбы по улучшению коммутации направлены, в первую очередь, на уменьшение добавочного тока. Уменьшение этого тока можно получить уменьшением ЭДС и увеличением сопротивления материала щеток. В машинах постоянного тока применяют щетки, обладающие повышенным переходным сопротивлением, выполненные, главным образом, из графита с примесями. Однако это приводит к повышенным потерям в щетках, то есть к их нагреванию.

Известен коллектор электрической машины (RU №2026596, МПК⁶ Н02К 13/14. В.Л.Лотоцкий, С.В.Лотоцкий. Коллектор электрической машины. Опубл. 10.01.1995), состоящий из основных и дополнительных пластин равной длины, причем на одну основную пластину приходится две дополнительные пластины, которые расположены по обе стороны основной пластины и соединены между собой перемычной через нелинейно-резистивный элемент. Это устройство требует значительного усложнения коллектора электрической машины.

Известен щеточно-коллекторный узел электрической машины (RU №2026595, МПК⁶ Н02К 13/10. В.Л.Лотоцкий, С.В.Лотоцкий. Щеточно-коллекторный узел электрической машины. Опубл. 10.01.1995), содержащий коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной и вспомогательной щетки, распологаемой со стороны сбегающего края основной, и изолированно от нее. Основная щетка подключена непосредственно к источнику питания, а вспомогательная - через блок улучшения коммутации. Вспомогательная щетка выполнена из тангенциально-расслоенных изолированных друг от друга элементов и соединенных между собой через нелинейно-резистивные элементы. Однако и это устройство значительно усложняет узел коммутации.

Цель изобретения - улучшение коммутации путем увеличения сопротивления щетки коллекторной машины дополнительному току без увеличения сопротивления рабочему току.

Указанная цель достигается разделением щетки коллекторной машины на пластинки, скрепленные друг с другом электроизоляционным клеем.

Сущность изобретения заключается в том, что щетка выполнена из отдельных пластинок прямоугольной формы, скрепленных друг с другом электроизоляционным клеем, причем в рабочем положении щетки пластинки расположены перпендикулярно поверхности коллектора и параллельно коллекторным пластинам, толщина каждой пластинки щетки равна толщине изоляционной прокладки коллектора, а количество пластинок в щетке определяется толщиной щетки.

На чертеже приведена схема коллекторного узла машины постоянного тока, включающая коллектор 4, щетку 1, разделенную на прямоугольные пластинки 2, скрепленные между собой электроизоляционным клеем 3, щеткодержатель 5. В верхней части щетки 1 пластинки 2 соединены токопроводящим канатиком 6. К коллекторным пластинам 7 коллектора 4 припаяны секции 8 обмотки якоря (не представлен). Коллекторные пластины 7 изолированы друг от друга прокладками 10. Образующийся добавочный ток 9 протекает по двум пластинкам 2 щетки 1 по их длине.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом. При одновременном нахождении двух коллекторных пластин 7 под щеткой 1 добавочный ток 9 из-за изоляции 3 между пластинками 2 протекает по цепи - коммутируемая секция 8, пластина 7 коллектора 4, пластинка 2 щетки 1, токопроводящий канатик 6, другая пластинка 2 щетки 1, другая пластина 7 коллектора 4, коммутируемая секция. Сопротивление этого пути добавочному току 9 значительно больше, чем по короткому пути, образуемому по сплошной щетке. Сопротивление же пластинок основному току остается без изменения. При толщине пластинки 2 щетки 1, равной толщине изоляционной прокладки 10 коллектора 4, замыкание коммутируемой секции 8 по короткому пути исключается.

Таким образом, предлагаемое изобретение уменьшает добавочный ток замыкания коммутируемой секции, улучшая условия коммутации путем увеличения сопротивления щетки коллекторной машины дополнительному току без увеличения сопротивления рабочему току.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в коллекторных электрических машинах (двигателях и генераторах большой мощности). Щетка выполнена из отдельных пластинок прямоугольной формы, скрепленных друг с другом электроизоляционным клеем, причем в рабочем положении щетки пластинки расположены перпендикулярно поверхности коллектора и параллельно коллекторным пластинам, толщина каждой пластинки щетки равна толщине изоляционной прокладки коллектора, а количество пластинок в щетке определяется толщиной щетки. Техническим результатом является улучшение коммутации путем увеличения сопротивления щетки коллекторной машины дополнительному току без увеличения сопротивления рабочему току. 1 ил.

Устройство защиты коллектора машины постоянного тока от искрения под щетками, содержащее коллектор, состоящий из коллекторных пластин, изолированных друг от друга прокладками, щетку с токопроводящим канатиком для отвода тока от коллектора, отличающееся тем, что щетка выполнена из отдельных прямоугольных пластинок, скрепленных друг с другом электроизоляционным клеем, причем в рабочем положении щетки пластинки расположены перпендикулярно поверхности коллектора и параллельно коллекторным пластинам, толщина каждой пластинки щетки равна толщине изоляционной прокладки коллектора, а количество пластинок в щетке определяется толщиной щетки.