Резонансный электромеханический инвертор Советский патент 1986 года по МПК H02M7/64 

обкладок конденсатора (К) 12.ГЩ 13, 15 подключены к нагрузке и источнику питания через вентили 14, 16. При вращении диска МК 1 происходит поочередный заряд - разряд К 12 через сель 18, при этом замыкание и размыкание щеток происходит без тока. ВыИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для получения выходного напряжения, близкого к сину- соидальному.

Цель изо бретения - повышение надежности в работе при высоких температурах окружаклцей среды.

На фиг.1 представлен один из воз- можньгх вариантов конструкции; на фиг.2 - его упрощенная электрическая схема; на фиг.З - диаграмма тока 1„ нагрузки; на фиг.4 - трехфазный ва- риант схемы инвертора; на фиг.5 - конструкция дросселей трехфазной схемы.

Инвертор содержит механический коммутатор 1, состоящий из диэлектрического диска, на котором установ- лены два медных полукольца 2, 3, электрически связанных между собой, и два медных полукольца А, 5, электрически несвязанных между собой. Мезеду полукольцами 2, 4 и 3, 5 уста- новлены на диаметрально противоположных концах диэлектрические вставки 6, 7, 8 Т-образной формы, прижаты кольцами 9 к медным полукольцам 2-5. Вставки 6-8 выполнены из керамики. Щеточные узлы с графитовыми щетками 10, 11 подключены к одной из обкладок конденсатора 12. Щетка 13 подключена через вентиль (диод) 14 к штюсу источника.питания, а щетка 15 подключена через вентиль 16 к нагрузке 17 и минусу источника питания При этом вентиль 14 оказывается включенным последовательно с коммутаци- аннын узлом, состоящим из щеток 10, 13 и пары медных полуколец, а вентиль 16 последовательно включен с коммутационным узлом, состоящим ия

полнение коммутирующих элементов в виде МК и последовательное с ними включение высокотемпературных вентилей обеспечивает повьпиение надежности резонансного инвертора. Возможно использование трехфазного варианта схемы данного инвертора. 5 ил.

щеток 11, 15 и медных полуколец. Ширина каждой из диэлектрических вставок 6-8 несколько больше ширины каж- дой щетки.

Последовательно с конденсатором 1 и нагрузкой 17 включен коммутирующий дроссель 18.

Коммутатор установлен на одном валу со вспомогательным приводным двигателем постоянного тока небольшой мощности (не показан).

Принцип действия схемы следующий.

При вращении приводного двигателя и соответственно диска механического коммутатора щетки 10, 13 и 11, 15 оказываются поочередно замкнутыми через электрически связанные полукольца 2, 3. При подаче электрического напряжения постоянного тока на коммутатор и повороте коммутатора в положение, когда замкнуты щетки 10 13 через полукольца 2, 3, происходит заряд конденсатора 12 по резонансному контуру 12, 17 через диод 14, щетку 13, медные полукольца 2, 3, щетку 10 и нагрузку 17. Постоянная времени заряда конденсатора 12 меньше времени контакта щеток 10, 13 с полукольцами 2, 3 или, другими сло- вами„ частота вращения приводного двигателя меньше собственной частоты резонансного контура. Диод 14 служит для предотвращения разряда конденсатора 12 после того, как он зарядился, а щетки 10, 13 еще замкнуты между собой через полукольца 2,3. Таким образом, щетки 10, 13 еще находятся на полукольцах 2, 3, а ток через ник уже равен нулю, так как конденсатор 12 уже зарядился, а диод 14 предохраняет его от разряда. Затем в безтоковую паузу щетки 10, 13 переходят через диэлектрические вставки.

например 6, 7, на медные полукольца 4, 5, электрически не связанные между собой и служащие лишь как скользящие элементы, при этом щетки 10,13 находятся в разомкнутом состоянии. Щетки 11, 15 переходят через диэлектрические вставки, диаметрально противоположные вставкам 6, 7 (вставка 8 и вставка между полукольцами 3, 5, не показана) на полукольца 2, 3 и оказываются в замкнутом состоянии. При этом начинается разряд конденсатора 12 по резонансной цепи через щетку 11, находящуюся в данный момент над полукольцом 2, полукольца 2, 3, щетку 15, диод 16, нагрузку 17 и дроссель 18. Постоянная времени разряда конденсатора 12 также меньше времени прохождения щеток 11, 15 через полукольца 2, 3. Для предотвращения обратного перезаряда конденсатора 12 через щетки 11, 15 служит диод 16. Затем снова в бестоковую паузу щетки 1 1 , 15 переходят на полукольца А, 5, а щетки 10, 13 - на полукольца 2, 3 и процесс заряда конденсатора 13 от источника постоянного тока повторяется.

Таким образом, при вращении диска 1 коммутатора происходит поочередный заряд - разряд конденсатора 12 через дроссель 18, образующий с конденсатором 12 резонансный контур, причем замыкание и размыкание щеток происходит в бестоковую паузу.

На фиг.З показана зависимость изменения тока, протекающего через нагрузку 17, от времени, где t,t2 - время прохождения щеток 10, 13 и 11, 15 по полукольцам 2, 3; tj - время протекания тока заряда конденсатора; t - время протекания тока разряда конденсатора 12; t и tg - отрезки времени бестоковых пауз, в моменты которых щетки переходят с замкнутых полуколец на незамкнутые.

На фиг.4 представлен трехфазный вариант схемы данного резонансного инвертора, предназначенного, например, для питания трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, причем каждая фаза выполнена по фиг.1.

Медные полукольца каждого коммутатора сдвинуты одно относительно дру- гого по направлению вращения на 120 . При вращении вала с коммутаторами переключение щеток каждого коммутатора

происходит со сдвигом на 1/3 периода времени относительно переключен11Я щеток других коммутаторов, образуя при этом трехфазную систему,

Конструкция дросселя трехфазной схемы (фиг.5) следующая. Сердечник 19 навит из ленточной стали с зазором. На сердечник уложена обмотка 20 с отпайками, подключенными к ламелям,

0 по которым перемещается подвижный

контакт 21. Все три дросселя установлены на одной оси и их подвижные контакты синхронно приводятся в движение вручную или от вспомогательного сер5 вопривода. Дроссели выполняют следующие две функции. Первая функция заключается в том, что в момент пуска, когда индуктивность статорной обмотки асинхронного двигателя очень мала

0 и ею можно пренебречь, дроссели служат для создания колебаний в резонансных контурах в фазах, что позволяет обеспечить пуск двигателя. Без наличия дросселей общая индуктивность

5 каждого резонансного контура в фазах при пуске будет очень мала, частота резонансных колебаний тока очень высока при очень большой паузе (колебания происходят в виде импульсов с

Q большой скважностью), образующееся в воздушном зазоре двигателя круговое вращающееся магнитное поле будет с большими провалами и двигатель не запустится. Таким образом, в данном случае дроссели выполняют функции пусковых.

Перемещая подвижные контакты 21 по ламелям в дросселях, можно менять их индуктивность, а следовательно, - собственную частоту колебаний инвертора . Изменяя при этом частоту вращения коммутатора, можно регулировать частоту генерируемого инвертора тока, поддерживая неизменной паузу в кривой тока.

5

5

Формула изобретения

Резонансный электромеханический инвертор, содержащий последовательную

цепочку, состоящую из резонансного LC-контура и цепи нагрузки, подключенную одним концом через первый коммутирующий элемент к положительному входному выводу, а другим концом - к

отрицательному входному выводу, а также второй коммутирующий элемент, включенный параллельно последовательной цепочке, отличающийся

тем, что, с целью повышения надежности при высоких температурах окружающей среды, коммутирующие элементы вы74

ч

Фиг. 2

сы1220091

полнены в виде механических коммутаторов и последовательно с ними включенных высокотемпературных вентилей.

fS

iH

Изобретение используется в автономных системах электроснабжения для получения выходного напряжения, близкого к синусоидальному. Цель изобретения - повышение надежности работы при высоких температурах окружакяцей среды. Инвертор содержит механический коммутатор (МК) 1 с медными полукольцами (МП) 2, 3, электрически связанными, и МП 4, 5, электрически несвязанными.Вставки 6, 7, 8 выполнены из керамики. Графитовые щетки (ПЦ) 10, 11 подключены к одной из Фиг.1

Фиг.З

Фиг.

Редактор Н.Гунько

Составитель А.Вакарев Техред Л.Олейник

1329/58 Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ИНН Патент, г. .Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 5

Корректор Е.Сирохман