Электромеханический преобразователь постоянного тока в переменный Советский патент 1988 года по МПК H02M7/60 

нены через вращающуюся контактную систему из трех контактных колец 21- 23 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 замыка- телей из электропроводящей жидкости (установлен ресивер с соплами для подачи 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.

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 пластин- замыкателей 11-13. Замыкатели соедиГ2 (Л 7f 4 SD ;о 1 ./

j1

; Изобретение относится к электро- ; технике, а именно к электромехани- ческим преобразователям постоянного тока в переменный, и может быть использовано в системах электроснабжения и электропривода.

Цель изобретения - повьшшние коэффициента 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 воздуходувное сопло; на фиг, 5 - формы кривых токов в фазах нагрузки.

Преобразователь содержит цилиндрический диэлектрический корпус 1, вы- полненньм 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 подшипниковых узлах 6-8, В зазбре 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 12 геометрических градусов один к другому размещены три роторных электрода- замыкателя, состоящих из группы контактных пластин 11-13, Каждая 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 электропроводящей жидкостью, которая подается 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 имеются отверстия 20, огра20 ничивающие уровень электропроводящей жидкости, В качестве электропроводящей жидкости могут использоваться растворы NaCl в воде, кальцинированной соды в воде и т,д,

25 На валу 2 на изоляционных 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 двигателя,

Каж,п;ая 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 связаны 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 постоянного тока.

Кольцо 28 установлено на валу 2 на изоляционной 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 соединения 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 постоянного тока. Управляющие электроды тиристоров подключены к формирователям импульсов схемы управления, которая связана с датчиками угла поворота вала 2 (схемы управления и датчики не показаны),

Схема управления может быть выполжения на приводной Двигатель, он приводит во вращение вал 2 с корпусом I, При этом приходит во вращение электропроводящая жидкость в корпусе и в установившемся режиме вращения ее скорость меньше скорости вращения корпуса лишь на небольшую величину скольжения .

10 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

15 вадиз, плавно входят во вращающуюся жидкогсть и затем, двигаясь вместе с ней, плавно выходят 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, каждая из которых состоит из фотодиода и светоизлучателя. Фотопары установГруппа пластин 13, входя в жидкость, одновременно вдвигается между нена по известному принципу, например 20 группой пластин 16, соответственно, вертикальному, и может содержать уси- группа пластин 12 при входе в жидкость

начинает вдвигаться между пластинами 15, а группа пластин 11 - между пластинами 14, В момент, когда какая-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 регулируется 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 электропроводящую жидкость, Допускается и другое конструктивное выполнение датчиков угла поворо- 40 моментом входа в нее последующей т а вала, например с использованием группы имеется временная пауза, герконов или магнитоиндукционных чув- В момент начала вращения приводно- ствительных 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- 50 ки соответствующей контактной пластины замыкателя из жидкости (фиг,4). Количество сопел равно количес1ву пластин в контактной группе. Ресивер подключен через шланг 37 к компрессо- ее кое напряжение через щетку 29, кон- ру (не показан), подающему сжатый воз- тактное кольцо 28, группы контактных дух в ресивер. пластин 14-16, электропроводящую

Принцип действия преобразователя жидкость, группу замьгкателей 13, кон- следующий. При подаче питающего напря- тактное кольцо 23, щетку 26 приклады-

ка 10 таковы, что очередная группа контактных пластин касается жидкости только в том случае, когда предыду- 25 щая 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

го двигателя или после достижения двигателем установившейся скорости 45 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,3, которая электрически подключена, например, к контактному кольцу 23, электричесжения на приводной Двигатель, он приводит во вращение вал 2 с корпусом I, При этом приходит во вращение электропроводящая жидкость в корпусе и в установившемся режиме вращения ее скорость меньше скорости вращения корпуса 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

вадиз, плавно входят во вращающуюся жидкогсть и затем, двигаясь вместе с ней, плавно выходят из нее.

Ширина пластин и угол наклона дис- моментом входа в нее последующей группы имеется временная пауза, В момент начала вращения приводно-

ка 10 таковы, что очередная группа контактных пластин касается жидкости только в том случае, когда предыду- щая 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

Ширина пластин и угол наклона дис- моментом входа в нее последующей группы имеется временная пауза, В момент начала вращения приводно-

кое напряжение через щетку 29, кон- тактное кольцо 28, группы контактных пластин 14-16, электропроводящую

го 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,3, которая электрически подключена, например, к контактному кольцу 23, электричесвается к анодам и катодам тиристоров 31-33. Причем к анодам тиристоров 31 и 32 напряжение прикладывается через статорные обмотки 27 асинхронного двигателя.

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

По мере погружения замыкателя 13 :в жидкость электрический ток в фазах обмотки двигателя увеличивается, дос- iтигая максимума, когда пластины кон- тактной группы 13 входят 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 оказываются под воздействием воз- -ДЛя устойчивого прерывания жидкостно- душных струй.го мостика, создаюш;его электрический

Воздушные струи образуются двумя контакт, и надежность сдувания элект- путями, С одной стороны, кромки плас- 30 рической искры,

тины замыкателей при выходе из жид- Выключение тиристора 31 происходит до того, как контактные пластины следующего замыкателя, например 12, касаются поверхности жидкости. Между ., моментом включения тиристора 32 и моментом касания поверхности-жидкоскости омываются 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, образуются 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 находится (фиг. 4).

Результирующие воздушные струи, сдувают жидкость с нижних кромок плас-45 клемма источника питания, тин, прерывают жидкостный мостик, об- щетка 29, контактное кольцо 28, груп- разующийся в воздушном зазоре выхо- дившими из жидкости нижними кромками пластин и поверхностью жидкости, сдувают искры, возникающие в жидкостном 50 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 жиркост- ного контакта между роторным электродом и жидкостью. Это сопровождается резким уменьшением тока через вклюти пла стинами замыкателя 12 имеется временная пауза.

Как только группа контактных :,

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

В момент выхода группы контактных пластин 12 из жидкости они оказываются под воздействием воздушных струй. Происходит резкое возрастани омического сопротивления жидкостного электрического контакта, выключается тиченный тиристор и нагрузку. Как только величина тока снижается до значения, меньшего величины тока удержания тиристора 31, тиристор выключается, осуществляя полное прерывание электрического контакта и спадание до нуля тока в фазах А-Х и C-Z.

Применение искусственного дутья

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

двигателя 3. В результате значительного снижения скорости враш,ения диска 10 резко уменьшается естественный обдув воздуха кромок пластин замыкателей и его может оказаться недостаточно для прерывания жидрсостного контакта между замыкателями и жидкостью. Применение искусственного дутья через сопла ресивера 35 позволяет обеспечивать независимо от оборотов диска 10

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

ти пла стинами замыкателя 12 имеется временная пауза.

Как только группа контактных :,

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

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

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

пы контактных пластин 14-16, электропроводящая жидкость, группа контактных пластин 12, контактное кольцо 22, щетка 25, фаза B-Y, фаза А-Х, тиристор 33, отрицательная клемма источника питания,

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

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

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

На электрической схеме преобразователя (фиг, З) замыкатели 11-13 и тиристоры 31-33 образуют трехфазньо мост, коммутирующие элементы в котором переключаются следующим образом: образуется электрический контакт замыкателя 1I с жидкостью и включается тиристор 32, затем замыкатель 11 разрывает жидкостный контакт и выключается тиристор 32, этого осуществляется контакт замыкателя 12 с жидкостью и включается тиристор 33, после их отключения 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 определяется временем между моментом включения какого-либо тиристора моста и моментом выключения этого же тиристора, Длительность паузы t определяется временем между моментом выключения предыдущего тирис- тора моста и моментом включения следующего тиристора,

.Подбирая соответствующим образом контактных пластин как замыкателей, так и тех, что установлены в корпусе 1, можно улучшить форму кривых токов в фазах, приближая их к синусоидальной. С друг ой сторонь:, для улучшения условий коммутации электрического тока необходимо, чтобы, группы контактных пластин 14-16 были сдвинуты против направления вращения диска 0, т,е., чтобы максимальная 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 выдвижения замыкателей из жидкости, необходимо, чтобы замыкатели к моменту их полного выхода из жидкости отошли как можно

92618

дальше от контактных пластин корпуса 1. Этим достигается большее электрическое сопротивление жидкостного g контакта при отрыве замыкателей от жидкости. При этом уменьшается коммутируемый ток и улучшаются условия коммутации.

Так как скорость вращения замыка0 телей близка к скорости вращения электропроводящей ж щкocти (отличается лишь на небольшую величину скольжения), гидравлическое трение замыкателей о жидкость незначительно и оп-

15 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

20 трение невелики и мощность приводного двигателя 3 постоянного тока также мала,

При вращении корпуса 1 жидкость прижимается центробежной силой к его

25 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 диа

30 пазоне оборотов корпуса 1 верхний уровень жидкости не поднимается выше уровня расположения отверстий 20, Для высокооборотной системы не исключается возможность выполнения

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 няется угол приложения центробежной силы воздействия жидкости на наружную стенку паза и жидкость будет подниматься вдоль нее на меньшую высоту. Одновременно насосом 18 электро45 проводящая жидкость из резервуара 19 подается по трубке 7 в кольцевой паз корпуса 1. При этом происходит непрерывное обновление состава электропроводящей жидкости в пазу.

0 Регулируя скорость вращения приводного двигателя 3, можно менять обороты корпуса 1 и диска 10. При этом меняется 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 двигателя, и, как следствие, к изменению скорости его вращения,

J6

35

15

zsllf