Как известно, передача энергии постоянным током имеет существенные преимуигества перед таковой переменным током. Однако, применению для этой цели постоянного тока препятствует трудность осуществления высоковольтной машины постоянного тока. Для мощных машин нормальной конструкции напряжение между соседними пластинами коллектора не может быть взято выше 30-50 V, так как более высокое напряжение вызывает круговой огонь на коллекторе, а этим самым ограничивается и величина напряжения машины.
Предметом настоящего авторского свидетельства является машина постоянного тока высокого напряжения, в которой коммутация тока в короткозамкнутой секции обмотки осуществляется не в пределах от максимального положительного значения силы тока до максимального отрицательного (как в известных машинах), а в пределах от максимального значения до нуля. Этим самым условия коммутации в соответствующей степени облегчаются.
Сущность изобретения, заключающаяся в особом конструктивном выполнении мащины, поясняется схематическим чертежом, на котором фиг. 1 изображает предлагаемую машину в перспективе с частью контактного приспособления (другая часть не показана для того, чтобы можно было видеть расположение неподвижных контактов); фиг. 2-принципиальную развертку машины; фиг. 3 и 4 - неподвижную часть и общий вид варианта машины; фиг. 5 - развертку машины для варианта с применением вентилей; фиг. 6, 7, 8 и 9 поясняют процесс коммутации в этом варианте.
Предлагаемая машина имеет неподвижный якорь (статор) 2 с обмоткой / высокого напрял ения, выполненной по типу обмотки Грамма. Индуктор 3 выполнен вращающимся. На валу индуктора укреплены два контактных полукольца 4. Эти полукольца состоят из медных пластинок, изолированных друг от друга слюдой - по типу обыкновенного коллектора. Неподвижные контакты 5, 7, расположенные на неподвижной изоляционной пластике 5 и электрически соединенные с концами катушек - секций обмотки якоря, выполнены в виде угольных щеток, по которым и скользят полукольца 4. Обмотка возбуждения питается током через контактные кольца 8.
Щетки 6, 7 расположены в два ряда, причем к соседним (в радиальном направлении) щеткам присоединяются начало одной катущки и конец другой (фиг. 2).
Цепи всех катушек, кроме находящихся на нейтрали, замыкаются в щетках о, 7 медными пластинами полуколец 4 последовательно.
Медные пластины 9 полуколец 4, находящиеся в коммутационной зоне, разделенЕз тангенциально слоем 10 изоляции (фиг. 2). При набегании этих пластин на щетки 6, 7 нарушается электрическое соединение между щетками и происходит коммутация при указанных выше условиях (т. е. при изменении тока в коммутируемой секции от максимального значения до нуля).
С последних медных пластин полуколец 4 и с пластин 9 идут отводы // на контактные кольца 12 к машины и к соединительному проводнику 13 так, что обе половины обмотки /, образуемые полукольцами 4, соединяются последовательно и с колец снимается высокое напряжение. Токопрохождение показано на фиг. 2 стрелками.
В реальной машине оба полукольца могут образовать одно кольцо в виде коллектора.
В цепь замкнутой секции обмотки может быть включено сопротивление порядка 0,5 ом, что улучшит коммутацию и лишь в ничтожной степени отразится на к. п. д. машины.
С той же целью улучшения коммутации могут быть применены добавочные щетки 14, приключенные через сопротивления 15 к основным (главным) щеткам. Щетки 14 располагаются так (фиг. 3), что медная
вращающая-я .пластина перед тем, как она должна оазорвать цепь замкнутой накоротко катушки, набегает на щетку 14; после этого пластина сходит с основной щетки;если бы не было форконтакта в добавочной щетке 14, то разорвался бы полный ток короткого замыкания катушки, но в данном случае последнему предоставляется путь через добавочное сопротивление 15, и после того, как значительная часть энергии израсходуется, цепь катушки будет легко разрываться; тем самым предотвращается возможность образования больших дуг и поджигания контактов; коммутация будет настолько легкой, что нормальная работа мапшны будет обеспечена. В каждый данный момент будут работать только четыре форконтакта, так как в машине четыре токосбора. Общее количество форконтактов должно быть равно количеству щеток.
Другим методом уничтожения тока короткого замыкания является применение вентилей, которые имеют целью совсем уничтожить ток коммутации.
Возможность применения вентилей обусловливается опять тем обстоятельством, что цепь тока коммутации доступна, что не имеет места в обычной машине постоянного тока.
В качестве вентилей могут быть применены конные приборы (тиратроны).
В этом случае каждый вывод машины присоединен к одной части пластины 9 через активное сопротивление 17, а к соседней рабочей пластине-- через ионный вентиль 16.
Как видно из фиг. 2 и 5, в мащине имеются четыре места отвода тока от коллектора (токосбора).
В каждом токосборе половина пластины 9 и соседняя рабочая пластина будут в момент коммутации замыкаться через тиратрон 16. Секция замыкается на короткое через тиратрон, через который течет рабочий ток, но вызванный этим ток коммутации течет против рабочего тока (иногда последний приходится создавать искусственно) и если последний больше тока нагрузки, то вентиль тухнет, т. е. разрывает цепь для тока коммутации, и щетка уже не будет разрывать никакого тока, так как электромагнитная энергия разрядится в вентиле.
В каждом токосборе вентиль 16 при данном направлении (указанном на чертеже стрелкой) присоединен к той пластине, которая после замыкания секции должна остаться холостой, а ток должен собираться с другой, к которой и приключено омическое сопротивление 17 порядка 0,25 ом.
Процесс коммутации поясняют фиг. 7-9, на которых показаны в последовательном порядке те положения, которые занимает секция обмотки, проходя нейтраль.
На фиг. 6 имеет место съем тока через крайнюю пластину /8 коллектора 4 и через омическое сопротивление 17. Вентиль 16 не горит.
При дальнейшем положении коллектора (фиг. 7) пластина, к которой присоединен вентиль, также подошла под ш;етку и вентиль включился параллельно сопротивлению 17, т. е. на падение напряжения в этом сопротивлении, которого (0,25 ом) даже при малых нагрузках будет достаточно, чтобы зажечь вентиль (15 - 20 V). После того, как вентиль загорится, часть тока от щетки будет итти через сопротивление, а часть через вентиль.
При следующем положении (фиг. 8) пластина, соединенная через сопротивление, сойдет со щетки,;,т. :§, будет холостой, а весь ток нагрузи будет итти через вентиль.
При дальнейшем движении (фиг. 9) секция окажется закороченной через сопротивление, вентиль, пластины и щетки.
В части вентилей (если токосбор будет на нейтрали) направление тока коммутации будет таким, что он будет тушить вентиль, а в части вентилей не будет. Чтобы этого не было, следует сдвинуть токосбор с нейтрали по ходу, т. е. дать опережающую коммутацию или же оставить токосбор на нейтрали, но поставить дополнительные полюса, которые дадут необходимую величину
напряжения для создания необходимого тока коммутации по величине и направлению.
Следовательно, как видно из фиг. 9, ток коммутации 19 в вентиле долл ен итти против рабочего тока: этим будет обеспечено тущение вентиля, который разорвет цепь короткозамкнутой секции и разрядит всю накопившуюся в ней электромагнитную энергию, и щетка уже не будет рвать никакого тока.
При дальнейшем движении коммутатора процесс будет повторяться, т. е. пластина, к которой присоединен вентиль, будет холостой, а весь ток будет итти через пластину, к которой присоединено сопротивление.
Ухудшение к. п, д. вследствие включения сопротивления будет очень незначительным, так как это сопротивление мало и притом через него полный ток будет итти только половину времени работы, а часть времени будет итти половина- рабочего тока.
Вентили и сопротивления будут подключаться к вращающимся пластинам через кольца 20. Ширина пластин, лежащих на нейтрали, т. е. половинок пластины 9, показана на чертеже равной ширине остальных пластин; в действительности пластины 9 немного шире; это делается для того, чтобы рядом с ними лежащие пластины не замкнули обмотки на себя.
. 5 представляет только принципиальную схему; в действительности между И1,етками 5 и 7 будет напряжение около 7 kV при напряжении машины 100 kV, и между ними будет не одна широкая холостая пластина, а несколько изолированных друг от друга пластин, которые будут представлять собою обкладки конденсаторов, а напряжение между ними распределится обратно пропорционально емкостям.
Одним из существенных преимуществ предлагаемой машины при постройке ее на высокое напряжение является тот факт, что она может дать, при всех прочих равных условиях, напряжение, вдвое большее, чем машина „нормальной конструкции, так как здесь вся обмотка соединена последовательно, в то время как нормальные машины имеют минимум две параллельные ветви.
Предмет изобретения.
1.Машина постоянного тока высокого напряжения с неподвижным якорем с обмоткой по типу обмотки Грамма и коллектором, выполненным в виде ряда щеток, расположенных по окружности враш;ающегося щеточного устройства, выполненного по типу обычного коллектора с промежуточными холостыми пластинами, отличающаяся тем, что, с целью осуществления коммутации тока в секции в пределах от максимального значения до нуля, каждая щетка коллектора разделена на две изолированные друг от друга части, к которым присоединены выводы двух соседних секций и которые предназначены замыкаться при помощи указанного вращающег-ося щеточного устройства для образования последовательного соединения всех секций одной параллельной ветви, осуществляемого в каждой секции через щетки коллектора и щеточный аппарат.
2.Форма выполнения машины по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью последовательного соединения двух параллельных ветвей машины, щеточное устройство выполнено в виде
коллектора с изоляционными промежутками, соответствующими ширине коммутационной зоны, причем выводы устройства включены последовательно.
3.Форма выполнения машины по п. 2, отличающаяся тем, что, с целью равномерного износа коллектора, в указанных изоляционных промежутках размещены обычные медные пластины, но разрезанные на две изолированные друг от друга части так, чтобы при набегании их на щетки коллектора соединение секций не имело места.
4.В машине по пп. I-3 применение, в целях улучшения коммутации, дополнительных щеток, соединенных с главными через сопротивление.
5.В машине по пп. 1-3 применение, в целях улучшения коммутации, вентилей в цепи короткозамыкаемой секции.
6.Форма выполнения машины по пп. 1, 2 и 5 с применением ионного вентиля в коммутируемой цепи, отличающаяся тем, что каждый вывод машины приключен, во-первых, к одной части холостой щетки через активное сопротивление и, во-вторых, к соседней рабочей щетке через ионный вентиль с тем, чтобы последний зажигался от падения напряжения на указанном сопротивлении и гасился в конце периода коммутации при посредстве тока коммутации.
к авторскому свидетельству И. С. Климова
eN 54332
