УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ Советский патент 1940 года по МПК H02K13/14 

Уже известны устройства для улучшения коммутации в электрических машинах при посредстве электронных вентилей, включенных последовательно со щетками в коммутируемые короткозамкнутые секции.

Согласно предлагаемому изобретению, для улучшения условий коммутации и предотвращения искрения на коллекторе, в каждую токособирающую цепь машины включен тиратрон, разрывающий цепь короткозамкнутой секции с помощью компенсирующей э.д.с. при подаче на сетку отрицательного потенциала, до того, как ее разорвет щетка.

Устройство предназначается для использования в высоковольтных машинах постоянного тока или трансвертерах, у которых обмотка неподвижна, щетки, присоединенные к обмотке, выполняют роль коллекторных пластин, и собирание тока осуществляется вращающимся коллектором.

На чертеже фиг. 1 изображает схему предлагаемого устройства в соединении с частью коллектора и частью обмотки машины, развернутыми на плоскость; фиг. 2 и 3 - различные положения коллектора относительно щеток во время его вращения; фиг. 4 - схему другой формы выполнения устройства; фиг. 5 и 6 - различные положения коллектора относительно щеток в устройстве по фиг. 4.

Каждая токособирающая цепь устройства присоединена посредством двух проводников через кольца 5 к пластинам 10 и 12 коллектора 4, выполняющим роль щеток. Щетки 3, 3₁ и 3₂ машины, в данном случае неподвижные и выполняющие роль коллекторных пластин, соединены с обмоткой 1.

В одну из ветвей каждой токособирающей цепи устройства включен тиратрон 7, причем он присоединен к пластине 10, которая при данном направлении вращения коллектора, изображенном на чертеже стрелкой, является сбегающей пластиной и должна участвовать в размыкании коротко-замкнутой секции.

Для зажигания тиратрона служит присоединенный к нему параллельно источник 8 постоянного тока.

На фиг. 1 изображен момент, когда ток собирается пластиной 12. При дальнейшем движении коллектора (фиг. 2) пластина 10 также подходит под щетку 3₂ и через нее будет проходить ток, причем, по мере движения, сила тока, проходящего через пластину 12, должна уменьшаться, а сила тока, проходящая через пластину 10, должна увеличиваться. Однако, для этого предварительно должен быть зажжен тиратрон, что и осуществляется путем подачи на его сетку положительного потенциала от источника тока 8. После зажигания тиратрона на его сетку подается отрицательный потенциал, и тем самым подготавливаются условия для гашения тиратрона при уменьшении силы проходящего через его анодную цепь рабочего тока до нуля. Подача как положительного, так и отрицательного потенциала на сетку тиратрона производится при посредстве добавочных щеточек, как это имеет место во всех вентильных схемах.

После схода пластины 12 со щетки 3₂ весь ток будет проходить через пластину 10 (на чертеже этот момент не показан).

В следующий момент (фиг. 3) пластина 12 подойдет под щетку 3₁ и ток будет собираться этой пластиной со щетки 3₁ и пластиной 10 со щетки 3₂.

Как видно из чертежа, в этот момент секция 6 обмотки замыкается накоротко; благодаря реактивной э.д.с. е_r, в сбегающей пластине 10 и, следовательно, через анодную цепь тиратрона будет протекать реактивный ток, совпадающий по направлению с рабочим током.

В начале описания уже указывалось, что устройство ставит своей задачей размыкание цепи короткозамкнутой секции не пластиной 10 коллектора, а при посредстве тиратрона, с целью устранения искрения на коллекторе, что возможно осуществить лишь при доведении силы тока в анодной цепи тиратрона до нуля и притом несколько раньше, чем пластина 10 выйдет из-под соответствующей щетки (на фиг. 3 из-под щетки 3₂).

Для осуществления этого необходимо создать э.д.с. е_k, не только компенсирующую э.д.с. е_r, но значительно большую, чем е_r, т.е. в предлагаемом устройстве должна иметь место значительная перекомпенсация.

Как и в других машинах постоянного тока, для создания э.д.с. е_k в устройстве используются дополнительные полюса.

Таким образом, при набегании любой из щеток 3, 3₁ и т.д. на пластину 10 коллектора, на сетку тиратрона подается положительный потенциал и рабочий ток, увеличивающийся по мере перемещения коллектора по стрелке, проходит через пластину 10 и через анодную цепь тиратрона во внешнюю цепь. Затем на сетку тиратрона подается отрицательное напряжение и к моменту схода пластины 10 с соответствующей щетки 3, 3₁ ток в анодной цепи посредством компенсирующей э.д.с. е_k доводится до нуля, чем и осуществляется принудительное гашение тиратрона и размыкание им короткозамкнутой секции.

Сопротивление 9 включено с целью ограничения силы тока вспомогательного источника 8.

В случае изменения направления вращения коллектора, тиратрон 7 должен быть присоединен к другой пластине 12.

В видоизмененном устройстве (фиг. 4) в каждую токособирающую цепь включено по два тиратрона 7 и 7₁, присоединенных к токособирающим пластинам 10 и 12 через кольца 5. При коммутации каждой секции один из тиратронов должен зажигаться, а другой погасать.

На фиг. 4 показан момент, когда ток собирается пластиной 12, соединенной с токособирающей цепью через тиратрон 7₁. В этом случае тиратрон 7₁ зажигается от рабочего напряжения машины, а тиратрон 7, соединенный со второй токособирающей пластиной 10, в данный момент, погашен. При дальнейшем перемещении коллектора, когда холостая пластина 10 также подходит под щетку 3₂ (фиг. 5), через эту пластику должен проходить рабочий ток; однако, предварительно должен быть зажжен тиратрон 7. Последний зажигается после того, когда падение напряжения в щеточном контакте 3₂ и в дуге тиратрона 7₁ достигает требуемой величины. Это происходит следующим образом.

По мере схода пластины 12 со щетки 3₂ переходное сопротивление растет, а следовательно растет и падение напряжения на щеточном контакте, падение же в дуге остается постоянным; поэтому, как только суммарное напряжение от падения напряжения в дуге и щеточном контакте будет достаточно для зажигания, тиратрон 7 зажжется. Этот процесс практически происходит очень быстро без какого-либо искрообразования.

После зажигания тиратрона 7 тиратрон 7₁ гаснет и весь ток собирается только пластиной 10.

При дальнейшем движении коллектора (фиг. 6) под щетку 3₁ подходит пластина 12. В этот момент для зажигания тиратрона 7₁ и гашения тиратрона 7 необходима посторонняя э.д.с., получаемая в коммутирующей секции так же, как и в нормальных машинах, от дополнительных полюсов. Под действием коммутирующей э.д.с. тиратрон 7₁ зажигается и тем самым замыкает коммутируемую секцию накоротко. Благодаря реактивной э.д.с. е_r. в сбегающей пластине 10 будет протекать реактивный ток, совпадающий по направлению c рабочим током.

В следующий момент пластина 10, соединенная с токособирающей цепью через тиратрон 7, должна сойти со щетки 3₂, однако, предварительно тиратрон 7 должен быть погашен, так как в противном случае цепь коротко-замкнутой секции будет разомкнута щеткой, что недопустимо.

Гашение тиратрона осуществляется путем создания электродвижущей силы е_k, компенсирующей э.д.с. е_r, поддерживающую анодный ток в тиратроне. Эта электродвижущая сила е_k также создается дополнительными полюсами, как и э.д.с., необходимая для зажигания тиратрона 7₁ (см. описание выше). Электродвижущая сила е_k должна быть значительно больше э.д.c. е_r,. т.е. и в данном случае, как и в устройстве по фиг. 1, должна иметь место значительная перекомпенсация.

На фиг. 6 показан момент замыкания. секции. После того, как погаснет тиратрон 7, работать будет только пластина 12 и ток будет проходить через зажженный тиратрон 7₁. В дальнейшем процесс повторяется.

Предлагаемое устройство допускает реверсирование машины и, по данным автора, весьма надежно в работе. Устройство может быть применено и для нормальных машин в случаях тяжелой коммутации.

1. Устройства для улучшения коммутации в электрических машинах при посредстве электронных вентилей, включенных последовательно со щетками в коммутируемые короткозамкнутые секции, отличающееся тем, что, с целью предотвращения искрения на коллекторе, в каждую токособирающую цепь включен один тиратрон, разрывающий цепь короткозамкнутой секции с помощью компенсирующей э.д.с., при подаче на сетку тиратрона отрицательного потенциала, до того, как ее разорвет щетка.

2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что в каждую токособирающую цепь включены по два тиратрона, подключенных по одному при посредстве контактных колец к. каждому из токособирающих колец и поочередно зажигаемых и погашаемых, с целью улучшения коммутации при реверсировании.