КОММУТАТОР ДЛЯ ПРЕРЫВАНИЯ ТОКА В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫХ ПРИЕМНИКАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА Советский патент 1925 года по МПК H01H51/34 

Предлагаемый коммутатор имеет целью: прерывание тока в последовательно соединенных потребителях тока (полюсах индуктора бесколлекторного генератора); возможность выключения из цепи одного из потребителей (полюсных пар), не нарушая общего сопротивления цепи (так как в последнюю, в момент выключения одного из потребителей, автоматически вводится равное ему сопротивление, а в момент его включения это сопротивление выключается), возможность не прерывать цепь в процессе выключения и включения (в связи с этим он может быть свободен от образования искр в частях своего механизма); и применение для прерывания тока в индуктивных потребителях тока (так как, замыкая на короткое обмотку - без перерыва цепи, имеется возможность избежать появления значительной электродвижущей силы самоиндукции, могущей экстратоком повредить изоляцию обмотки).

Помимо своего прямого назначения, такого рода коммутатор имеет еще целью применение в тех случаях, когда требуется временное прерывание тока в цепи последовательно включенных потребителей, например, в механизмах светящихся реклам и т.п.

На чертеже коммутатор изображен схематически.

Коммутатор представляет из себя систему 4-х колец (на схематическом чертеже эти кольца для большой ясности изображения показаны концентрическими и разной величины). Кольца эти располагаются на одном валу с вращающимся индуктором. Кольцо R состоит из отдельных, изолированных друг от друга секций, количество которых соответствует количеству пар полюсов индуктора. Кроме того, это кольцо R имеет на одной из своих секций широкий перерыв, обозначенный на схеме буквой I. Обмотки электромагнитов индуктора (N₁-S₁, N₂-S₂ и т.д.) соединяются с двумя соседними секциями кольца R и, таким образом, оказываются включенными последовательно в цепь этого кольца. Другое кольцо R₁ также состоит из отдельных изолированных друг от друга секций, количество которых соответствует количеству пар индуктора (на схематическом чертеже, для примера, показано 4 пары полюсов и поэтому, по 4 секции на кольцах R и R₁). Другие два кольца R₂ и R₃ сплошные, без перерывов. Края секции кольца R₁ близ места изолированного широкого перерыва I соединяются электрически проводниками: один край с кольцом R₂, а другой - с кольцом R₃. Все указанные кольца коммутатора изолированы электрически друг от друга, но механически связаны между собою и вращаются на одном валу с индуктором машины.

К неподвижным деталям коммутатора относятся: щетка В, имеющая определенную ширину и скользящая по кольцу R, щетки B₁ и В₂ на кольце R₁, связанные между собою сопротивлением (реостатом) W, равным по своему сопротивлению обмотке каждой из пар полюсов индуктора N₁-S₁, N₂-S₂ и т.д. Щетка В₁ связана электрически со щеткой В₃, скользящей по кольцу R₂,

Действие коммутатора заключается в следующем: коммутатор включается последовательно в цепь питания индуктора: один из полюсов источника постоянного тока (l+) присоединяется к щетке В₂, сообщающейся с сопротивлением W и щеткой B₁, через которую ток по проводнику поступает в щетку В₃, кольцо R₂ и через проводник V в секцию кольца R. В указанном на схеме положении колец и щеток ток из одной секции, через щетку В, замыкающую в этом положении две соседние секции, благодаря ничтожному сопротивлению этой щетки по сравнению с сопротивлением обмотки электромагнита (N₁-S₁), устремляется в соседнюю секцию, почти минуя обмотку электромагнита, и далее идет (в направлении часовой стрелки) через секции и обмотки других электромагнитов и, достигнув до изолированного перерыва I, через проводник V, поступает в сплошное кольцо R₃, из которого, через щетку B₄, возвращается в источник тока.

Из вышеизложенного видно, что в указанном положении колец, в цепи оказываются включенными последовательно сопротивление W и электромагнитные пары индуктора N₂-S₂, N₃-S₃ и N₄-S₄, а пара N₁-S₁ оказывается выключенной из цепи щеткой В. Прерывание тока в двух и более полюсах одновременно достигается добавлением на кольце R₁ щеток В и соответственным увеличением сопротивления W. При дальнейшем вращении колец (по часовой сорелке), когда изолирующие прослойки i₁ (на кольце R) и i₁ (на кольце R₁) выйдут: - первая из под щетки В, а вторая из под щеток В₁-В₂, связанных сопротивлением W, - то ток поступает во все четыре обмотки электромагнита, так как изолирующая прослойка i₁ будет свободна от замыкания щеткой В, а сопротивление W будет выключено из цепи секцией кольца R₁. Из изложенного видно, что и при дальнейшем вращении колец, сопротивление всей цепи не нарушится, так как выключенное сопротивление W соответствует сопротивлению электромагнита N₁-S₁. Такое равновесие сопротивления цепи может поддерживаться при условии, если дуга кольца R, показываемая щеткой В, равна (при одинаковом диаметре колец R и R₁) дуге кольца R₁, заключающейся между щетками B₁ и B₂. На схеме длина этой дуги показана буквой κ. Кроме этого, замыкание и размыкание соседних секций колец R - щеткой В и кольца R₁ щетками В₁ и В₂ - должно наступать одновременно, чего можно достигнуть регулировкой. При дальнейшем вращении колец, когда изолирующаяся прослойка i₄ станет под щеткой В, a S₄ между щетками B₁ и В₂ повторится уже описанная первая комбинация, а именно будет выключен электромагнит N₁-S₄ и вновь включено сопротивление (реостат) W. Прохождение изолированной части секции I под щеткой В не отразится на работе коммутатора, так как это пространство по дуге шире щетки В, а поэтому не может быть ею замкнуто на короткое. Время перерыва тока в электромагните индуктора зависит от длины дуги, занимаемой щеткой В. а место окружности, описываемой электромагнитами, на котором должен прерываться ток в электромагнитах, определяется соответствующим положением щетки В и щеток В₁ и В₂.

Коммутатор для прерывания тока в последовательно соединенных приемниках электрического тока, характеризующийся тем, что он состоит: а) из четырех, изолированных друг от друга и насаженных на общий вращающийся вал, колец R, R₁, R₂ и R₃, из которых кольца R и R₁ разделены изолирующими вставками i₁, i₂, i₃, i₄ на столько секций, сколько имеется приемников тока, причем каждый из приемников присоединен к двум соседним секциям кольца R, а кольца R₂ и R₃ сплошные; б) щетки В, скользящей по кольцу R и выключающей приемники замыканием их на коротко; в) щеток B₁ и В₂, скользящих по кольцу R₁ и включающих в общую цепь питания помещенное между ними сопротивление W в момент выключений одного из приемников; г) щеток В₃ и B₄, служащих для проведения тока, подводимого к щетке B₄ кольца R₃ и щетки R₂ кольца R₁; д) вставки 1, сделанной из изолирующего материала в кольце R₁ и позволяющей подвести ток к кольцу R, а следовательно к цепи приемников.