Изобретение от1носится к электрическим машинам, в частности к машинам постоянного тока с лополнительными устройствами для улучшения коммутации.
Известны электрические машины с враш,ающимися обмоткой якоря и щетками, контажтируюшими с неподвижным .коллектором Их недостаток - низкая коммутационная надежность.
Известны также электрические машины постоянного тока с вентильно-механнческой коммутацией (ВМК), содержашие механический коллектор с п.роводяшими и «золирующим и пластинами, .контактируюшую с ними группу шеток w вентильный переключатель с системой управления, обеспечивающий соответствуюи;ие подключения обмотки якоря к разнополярным зал :имам источника питания 2.
По решаемой задаче и технической сущнести это устройство наиболее близко к изобретению.
Однако в известной машине, при больших скоростях вращения и в переходных режимах коллекторные пластины испытывают значительные динамические воздействия. Последнее зачастую нарушает монолитность рабочей поверхности коллектора, ухудшаются условия контактирования и коммутации. Кроме того, коллекторы известных машин по допустимому напряжению имеют ограничения, которые определяются, главным образом, шириной изолирующих пластин.
Цель изобретения состоит в повышении надежности машияы за счет уменьшощя электрической напряженности коллектора. Попутно достигается повышение меха щпгеской надежности коллектора, а следовательно, -всей электрической машины.
Поставлеппая цель достигается тем, что коллектор выполнен неподвижным, а П1етки связанны ме.хатшческп и электрически с выводами обмотки якоря, причем коллектор содержиг 2рт проводящих пластин с выводами для подключения к зажимам источника питания через коммутирующие элемопты вентильного переключателя, где р - число пар полюсов машины, а т - рабочих дорожек коллектора.
Для рационального использования объема коллектора пзирина рабочих (проводящих) пластин коллектора о и ширина изолирующих пластин b могут быть выполненным следу ощими:
D,
4р Nl
Л , 2 о На фиг. 1 изображена электрическая схема машины с вентильно-механичееким коммутатором; на фиг. 2 - общий вид щеточно-коллекторкого узла. В предлагаемой машине обмотка / якоря связана с неподвижным коллектором .2, имеющим нроводящие пластины 3-10 и И:золирующа-1е пластины //-18, через группу скользя иди.X KOHTBiKTOB 19-26, которые вращаются вместе с якорем и элсжтрически связаны с выводами обмотки, расположенной на яко)е. Проводящие пластины коллектора иодключаются к разионоля.рным зажимам источника иитаиия через аиодный блок 27 и катодный блок 28 вентильного переключателя. Каждый блок вентильного переключателя (наиример аиодиый) содержит по два силовых тиристора 29, 30, последовательно с которыми включены неуправляемые венпи.пи 31-34, и коммутирующий ко 1деисатор 35. Включение тиристоров в необходимые моменты времени производится схемой 36 управления. Катодный блок вентильного исроключателя содержит иолуировод11иковые вентили 37-42 и кондеисато) 43. Аиодиый и катодный блоки вентильиого иереключатели совместно с коллектОром и группой скользяиих ко тактов образуют веитильио-мехаи1 ческ П коммутатор, обесиечиваюишй безыскровую коммутацию в маи1 и:-ге. Изображенная иа фиг. 1 схема соответствует четырехиолюсиой машине с шестнадцатью выводами обмотки якоря и двумя рабочими дорожками )а коллекторе. Число 1раводящих пластин коллектора NI; В предлагаемой машиие завис гг от числа иар пол:осо1, р и числа .рабочих доро/кел: Рабочая поверхность коллектора имеет следующие соотношения размеров ироводяИ1ИХ и изолируюии-1х пластин: известной маип-ше должны быть выдержаны соотношения: где с - шпрлиа нлетки. В известной машине изолирующая пластниа имеет минимальную ширину (& с), так как ири мепьших зиачениях b щеточный коитакт будет закорачивать емежиые выводы обмотки Я1коря, что вызывает искреиис. У;вел1ичн.вать ширину нзолирующей пластины также нецелесообразно, так как при этом yмeньпJaeтeя ищрина проводящей пластциы и ухудщаются условия ко.ммутации. Полиое напряжение между разноиолярными контактами (иаиример 20 и 22) будет прикладываться к двум изолирующим пластинам. Таким образом, машина отличается от известной конструкцией и взаимоположением элементов щеточно-коллекторного узла. Коллектор содержит меиьщее число ироводящих иластии и более широкие изолируюЩ ис иластииы. В предлагаемой машиие изолирующие иластииы в два раза шире, чем двеизолирующие пластины из вестной машииы, к которым прикладывается полное иаиряжение на якоре. Следовательно, иредлагаемая машина характеризуется более 1ВЫСОКОЙ погеициалыюй 1 адежиостью коллектора при ирочих равных условиях. Меньшее иисло проводящих пластин с учетом того, что коллектор неподвижен, существенно упрощает его коиструктивпое выполне|иие и устраняет влияние динамических воздействий, нарушающих моиолитноеть рабочей иовсрхности враи ающихся коллекторов. Наряду с суидеетвенным упрощением конструкции коллектора, следует отметить в предлагаемой мащине иедоетаток, заключающийся в некотором увс.чичении числа окользяннх контактов, которое равно числу выводов обмотки якоря. При работе : ащины в некоторый ломеит времени (фиг. 1) ток нагрузки протекает от положительного зажима 11СТ)чника нитапня через тиристор 30, диодь; 33, 34, ироводяи ие и-ластины 4, 6, контакты и проводящие нластинь 8, 10, через связанные с этими иластинами диоды 40, 41 и тиристор 42 катодного блока 25 К источника пита И- Я. Будем счигать, что скользящие контакты /9-26 имеете с обмоткой 1 якоря ири враихеиии иеремещаются относительно неслева направо. нодвижиого коллектора Тиристоры 29 и 37 находятся в неироводяидем состоянии. Конденсаторы 35 и 43 заряжены от предыдущего коммутационного цикла до иапряжеиия, полярность которого обозиачепа иа фиг. 1. Приигп-шиальные ехе.мы блоков 27 и 28 иредставлоны в унрощениом виде без л; нейиых дросселей ,и обратных диодов, которые включаются соответственно последовательно и параллельно силовым тириетора:ч. При иеремеихепии скользящих контактов «а нроводящие пластины 3, 5, 7, 9 коллектора схема 36 вырабатывает управляющие сигналы, включаюи1,ие тиристоры 29 и 37. При этом, с по.мощью конденсаторов 35 и 43 производится отключение ранее ироводящих тиристоров 30 И 42. Нанример, в аиодом блоке 27 конденсатор 35 разряжается через ироводящий тиристор 30 и включеный тиристор 29. В момонт равенства разрядного тока конденсатора току нагрузки иристор 30 отключается, а конденсатор 35 родолжает перезаряжаться через коммутиуемые секции обмотки /, связанные с H;iaтинами 3, 4 и 7, 8 с помон1ью соответствугощи.х скользящих конта.ктов. Перезаряд конденсатора сопровождается процессом реверсирования тока s указанных секциях. По окончапии коммутационного процесса ток конденсатора 35 уменьшается до иуля, изменяется полярность напряжения на его обкладках, завершается процесс реверсирования тока в секциях, связанных с пластцнами 3, 4 и 7, 8 коллектора, а весь ток нагрузки протекает через тиристоры 29 ц 37. При этом (Коммутационный процесс завершается раньше, чем щетки, находящиеся на проводящих пластинах 4, 6, 8, 10, начнут перемещаться на изолирующие пластииы 12, 14, 16, 18 соответственно. Таким образом обеспечивается безыскровая коммутация в мащине. При последующем перемещении скользящих контактов на проводящие пластины 4, 6, 8, 10 коллектора, схема управления обеспечивает включение тиристоров 30 и 42. Далее процесс вентпльпомеханической коммутации повторяется.
Можно указать еще одно иреимунтество предлагаемой конструкции щеточно-коллекториого узла мапшны, заключаюн сеся в том, что время контактирования щеток с проводящими пластинами коллектора, которое отсчитывается от момента включения очередного тиристора (иацример 29) до момента перехода скользяитего контакта с проводящей пластины па изолирующую (например с иласт1 ны 4 на 12 и с 3 на И иоллчается в Д1и1 раза больше, чем в иззестиой машине. Последнее объясняется тем, что ири одинаковых линейных скоростях иеремещепия контакт 20 проходит по пластине 4 вдвое больший путь. Большее время контактирования обесиечивает мащине возможноеть работать без искрения нри более высоких скоростях вращения.
В качестве примера возможного выполнения предлагаемой машины на фиг. 2 приводится общий вид щеточно-коллекториого узла машины с ВМК, разработанной на базе тягового двигателя ТЛ-2К1. В машине обмотка / якоря через щеточный аппарат, содержащий 44 скользящих контакта (в ТЛ-2К Лц 525), связана с неиодвижным коллектором 2.
Коллектор имеет две рабочие дорожки, общее число проводящих пластип - 12. Коллектор имеет значительно меньший диаметр (530 мм) чем базовая машина (в ТЛ2К DK 660 мм). Конструкция коллектора упрощается, умепьштается потребный расход меди, уменьшается линейная скорость перемещения щеток по иовер.хност.и коллектора и, еледователы-ю, их износ и механические потери. Резко возраетает потенциальная надежность коллектора, в котором шпрпна пзолнруюшеи пластины (200 ..л;) значительно больше суммарной толищны мианитовых ирокладок в ТЛ-2К, находящи.хся нод полным напряженцем между разцополярными щетками (90 мм). Одновременно, благодаря новому располо0жению коллектора, появляется возмон ность увеличить активную длину якоря, и тем самым предельную мощность мащины.
Формула изобретения
5
1. Электрическая машпна постоянного тока с зентильно-механическим коммутатором, содержащая многодорожечный механический коллектор с проводящими ц изо0лирующими пластинами, контактирующую с ним грхпп} щеток и вентильный переключатель с системо управления, обесиечиваюнпп подключение обмотки якоря к разнополярным зажимам источника питания, о т5л и ч а ю щ а я с я тем. что, с целью повыщенля надежности электр;:ческой машины, щетки связаны Глоханически и здектрпчески с выводами обмотки якоря, причем коллектор устаноЕЛС} неподвижно и содержит лроводянллх пластин, с выводами для
0 подключения к зажимам источника питания через коммутируюнлне элементы вентильного переключате.тя, г,лс р - число пар полюсов, а т - число рабочих дорожек коллек5тора.
2. Электрическая машг.на по п. 1, отличающаяся тем, что рабочая поверхность коллектора имеет следующие соотношения размеров проводящих и изолируюHUIX пластин:
4/
-D. Л .
где а и b - lunpniui проводящей и изолирующеГ пластин соответственно;
D ;, - диаметр коллектора; Лв -- число выводов обмотки якоря.
Источники информацин, принятые во внимаиие при экспертизе:
1.Патент США Лэ 3937993, кл. 310-46 от 1976.
2.Авторское свидетельство СССР .9 382202, кл. И 02 К И/И, 1970.
