ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ Советский патент 1936 года по МПК H02K13/10 

Основной недостаток существующей системы коммутации в электрических машинах, связанный со свойствами щеток, сводится к тому, что 1) поперечное сопротивление щеток, определяющее собою величину добавочного тока коммутации короткозамкнутой секции, сравнительно мало и 2) это сопротивление для данного сорта щеток с увеличением силы добавочного тока практически остается постоянным при металлографитных или даже уменьшается при угольных, графитных и электрографитированных щетках вследствие отрицательного температурного коэфициента удельного сопротивления последних. Между тем для удовлетворительной коммутации, особенно при толчкообразных нагрузках, требуется чтобы поперечное сопротивление щеток увеличивалось вместе с увеличением добавочного тока.

Изготовить щетки, обладающие переменным поперечным сопротивлением с положительным температурным коэфициентом, пока не представляется возможным.

Предлагаемое изобретение касается устройства приспособления для улучшения коммутации в электрических машинах с двукратно замкнутой обмоткой на якоре и с применением добавочных щеток, расположенных по обе стороны главной щетки и соединенных с ней через сопротивление. Последние, выполненные, например, в виде угольных столбов, сделаны регулируемыми в зависимости от величины тока нагрузки при помощи электромагнита, обмотка которого включена в главную цепь машины.

На чертеже схематически изображено предлагаемое приспособление.

Как отмечено выше, якорь машины имеет двукратно замкнутую обмотку, а поэтому расстояние между сменными коллекторными пластинами 2 одной и той же обмотки равно сумме ширины коллекторной пластины и двукратной толщины изоляционной прослойки. В случае обыкновенной обмотки каждая слагающая коллекторная пластина не соединена с обмоткой.

Щетка одной и той же полярности заменена тремя - одной главной 3 с меньшим и двух вспомогательных 4 с большими удельными сопротивлениями. Ширина главной щетки равна сумме удвоенной ширины коллекторных пластин 2 и удвоенной толщины изоляционных прослоек между ними. Ширина вспомогательных щеток в случае перекрытия всей системой только двух смежных коллекторных пластин равна разности ширины коллекторной пластины и толщины изоляционной прокладки между главной и вспомогательной щеткой. Каждая щетка имеет свою нажимную пружину. Главная щетка может быть металлографитной, в то время как вспомогательные - электрографитированными. В случае нереверсивной машины одна вспомогательная щетка может отсутствовать. При малых машинах главная и вспомогательная щетки могут быть склеены изоляционным лаком в одно целое. В больших машинах вспомогательная щетка может находиться от главной щетки на расстоянии ширины коллекторной пластины.

Вспомогательные щетки соединены с главной посредством сопротивления 5 так, чтобы сопротивления эти не препятствовали прохождению главного тока. Указанные сопротивления могут быть постоянными в случае требования максимальной простоты конструкции и регулируемыми от руки или автоматически. Последний случай изображен на чертеже, где в цепь вспомогательных щеток включены угольные регуляторы 5, изменяющие свое сопротивление под влиянием давления электромагнита 6, расположенного в цепи главного тока так, что при увеличении главного тока увеличивается и сопротивление, включенное в цепь короткозамкнутой секции.

Все вспомогательные щетки одной и той же полярности со стороны набегающего края соединены с главной щеткой посредством одного и того же сопротивления. Посредством другого сопротивления с главной щеткой соединены вспомогательные щетки со стороны сбегающего края. Этим достигается уравнивание добавочных токов коммутации в отдельных щетках. Реверсивная машина, следовательно, может иметь минимум четыре коммутационных сопротивления.

Начало коммутации совпадает с моментом касания вспомогательной щеткой смежной по обмотке коллекторной пластины. При этом добавочный ток коммутации в коммутационном сопротивлении превращается в джоулево тепло. Для коммутационного сопротивления подбирается такое значение, при котором к моменту соприкосновения главной щетки с той же коллекторной пластиной весь добавочный ток при ускоренной коммутации уменьшается до минимума. Соответствующее значение сопротивления имеет место при отсутствии искрения и проще всего может быть определено опытным путем. В течение периода перекрытия главной щеткой двух смежных по обмотке коллекторных пластин электродвижущая сила самоиндукции короткозамкнутой секции практически отсутствует и так как переходное сопротивление щетки обратно пропорционально величине плоскости соприкосновения щетки с коллекторными пластинами, то плотность тока под главной щеткой по всему ее сечению практически имеет постоянное значение. При резких изменениях силы тока короткозамкнутой секции резко изменяется и электродвижущая сила самоиндукции и, чтобы сила добавочного тока коммутации вследствие этого не возросла до размеров, вызывающих искрение, коммутационное сопротивление должно быть увеличено. Для этой цели в цепь главного тока включается небольшой электромагнит, который при увеличении силы тока ослабляет нажим пружины на угольные регуляторы и вместе с тем вызывает увеличение коммутационного сопротивления.

Предполагаемое преимущество предлагаемого изобретения заключается в следующем: 1) осуществляется возможность унифицировать производство щеток для электрических машин, так как независимо от режима работы и характера машины в основном требуются только два типа щеток вместо существующих нескольких десятков типов; 2) упрощается подбор щеток и в связи с этим уменьшается расход энергии при подборе, так как допуски вспомогательных щеток в отношении сопротивления очень легко компенсируются соответствующими добавочными сопротивлениями; 3) отсутствие искрения при любых тяжелых условиях работы машины вследствие возможности регулировки коммутационного сопротивления; искрение может отсутствовать даже при сдвинутых щетках; 4) при предлагаемом приспособлении могут быть допущены более высокие напряжения между двумя смежными коллекторными пластинами против существующих норм; 5) повышение коэффициента полезного действия машин вследствие понижения потерь на коллекторе, так как переходное сопротивление главной щетки может быть в три раза меньше, чем допустимая норма при современной системе коммутации.

Приспособление для улучшения коммутации в электрических машинах с двукратно замкнутой обмоткой на якоре и применением добавочных щеток, расположенных по обе стороны главной щетки и соединенных с ней через сопротивления, отличающееся тем, что указанные сопротивления, например в виде угольных столбов, выполнены регулируемыми в зависимости от величины тока нагрузки при помощи электромагнита, обмотка которого включена в главную цепь машины.