Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_11995
.pdf
вращении вала 97 в положение разъединения контактных рычагов 94 с любым набором контактных элементов
93, например, в направлении, указанном стрелкой 101 на фиг. 7, контактный рычаг 98 будет разъединен с
соответствующим контактным элементом 99 несколько раньше, чем разъединятся контактные рычаги 94 с
соответствующими контактными элементами 93. На фиг. 7 и 8 контактные элементы 93 каждого
переключателя Т и т. д. показаны установленными на изоляционной опорной пластине 102, а контактные
элементы 99 переключателя Т' также показаны установленными на изоляционной опорной пластине 103,
причем указанные изоляционные пластины частично отломаны на фиг. 7, чтобы лучше проиллюстрировать
взаимосвязь между контактными рычагами, как описано выше.
Все контактные элементы 99 электрически соединены между собой, например, посредством проводящей
полосы 104. Указанная проводящая полоса 104 соединена проводом 105 с одним концом обмотки магнита
реле 106, а другой конец обмотки магнита соединен проводом 107 с одной из входных фаз 89. Другая из
указанных входных фаз соединена проводом 108 с контактным рычагом 98 выключателя Т, так что когда
указанный контактный рычаг 98 находится в зацеплении с любым из 5, один из контактных элементов 99,
магнит реле 106, активируется, и управляемые им средства переключения 109 удерживаются в замкнутом
положении. Однако, когда указанный контактный рычаг 98 выводится из зацепления, например, как показано
на рис. 7, магнит реле 106 обесточивается, и переключающие элементы 109 размыкаются под действием
силы тяжести или соответствующей пружины, как это обычно происходит в таких устройствах, тем самым
разрывая электрическую цепь в переключающем элементе 109 до того, как контактные рычаги 94 выйдут из
зацепления с соответствующими контактными элементами 93.
Также будет видно, что по мере дальнейшего вращения вала 97 в направлении зацепления 70 контактных
рычагов 94 со следующим комплектом контактных элементов 93, цепь останется разомкнутой в
переключающем устройстве 109 до тех пор, пока указанные контактные рычаги не будут приведены в такое
зацепление, и пока контактный рычаг 75 98 не зацепится со следующим контактным элементом 99, после чего
магнит реле 106 снова активируется и замкнет переключающее устройство 109. Таким образом, благодаря
описанной выше конструкции электрическая цепь 80 не размыкается и не замыкается на контактных
элементах бесключевых выключателей Т и т. д., так что указанные контактные элементы не подвергаются
возгоранию или образованию язв из-за искрения между ними, как это произошло бы, если бы цепь 85
размыкалась или замыкалась на указанных контактных элементах.
Контакты и соединения выпрямителя схематически показаны на рис.
6. Соединительный провод 59 показан как непосредственно соединенный с заземляющим контактом 6 и с
низковольтной линией 79, а соединительная планка 73 показана как непосредственно соединенная с
высоковольтной линией 78, но следует понимать, что эти соединения фактически выполнены, как описано
выше.
При работе описанного выше аппарата синхронный двигатель 45 вращается со скоростью, соответствующей
частоте электрического тока, подаваемого на трансформатор, таким образом, чтобы за каждый цикл
указанного тока совершался один оборот ротора коммутатора 23. Резистивные переключатели Q и т. д., а
также переключатели регулирования напряжения T и т. д. могут быть установлены в любое подходящее
положение, например, как показано на рис. 6, и в этом случае главный сетевой переключатель ma-v будет
замкнут. Вращающиеся контактные элементы 24–26' и соединения 110 между ними служат, совместно с
неподвижными контактными элементами 11a–11', для постоянного электрического соединения вторичных
обмоток трансформатора всех трех фаз последовательно друг с другом, 115 между заземленным
низковольтным проводником 79 и высоковольтным проводником 78, и для изменения направления
соединения каждой обмотки трансформатора примерно в момент изменения направления наведенного
напряжения в этой фазе, так что наведенные напряжения во всех фазах действуют в одном направлении в
цепи и поддерживают между указанным низковольтным и указанным высоковольтным проводниками 125
напряжение, которое постоянно примерно равно сумме мгновенных напряжений в различных фазах.
На рис. 9 кривые E, E и E представляют собой кривые напряжения, индуцированного в воздушном зазоре 130,
который абсолютно точно определяет максимальное переходное напряжение, достижимое в момент
переключения соответствующих вращающихся контактных элементов для каждой фазы с одного из
неподвижных контактных элементов для этой фазы на другой неподвижный контактный элемент, поскольку
начальная длина искры в каждый из этих моментов времени не может быть больше минимальной длины
искры, которая определяется длиной этого воздушного зазора, '75 и, следовательно, не зависит от нагрузки.
Обращаясь конкретно к рис. 4а, можно увидеть, что по мере того, как контактные штыри, такие как 24b и 24b',
проходят за кончики соответствующих неподвижных контактных сегментов 80, таких как 11a и Ha', другие
контактные штыри 24a' и 24a занимают положение напротив передних концов указанных неподвижных
контактных сегментов. Однако в данный момент между контактом 24b 85 и контактом 11a, а также между
контактом 24b' и контактом 11a и 11a сохраняется искра, и по мере перемещения вращающихся контактов в
положения, указанные пунктирными линиями, электрическое соединение будет поддерживаться между
зазорами, обозначенными ga 111 и 1111, несмотря на относительное удлинение указанных зазоров, поскольку
эти зазоры ионизированы и, следовательно, имеют относительно низкое сопротивление по сравнению с
меньшими зазорами, обозначенными 11b 95 и 11b1.
Однако, когда вращающиеся контакты достигают некоторого положения, указанного пунктирными линиями,
падение напряжения на ионизированных путях 111 и 1111 становится достаточным для пробоя одного из 100
неионизированных минимальных зазоров, например, в точке 112, и ток, на короткий промежуток времени,
вероятно, делится.
Часть тока продолжает протекать через соответствующую фазу трансформатора 105, а часть —
непосредственно через этот неподвижный контакт, например, 11al, который кратковременно находится в
искровом соединении с обоими вращающимися контактами 24a и 24b. По мере дальнейшего увеличения
сопротивления дуг на выводе 111l, искра образуется также на выводе 1121, и направление подключения этой
фазы трансформатора к цепи меняется на противоположное.
Когда происходит эта коммутация, искры, ранее возникавшие в точках 111 и 115, немедленно исчезают, и
воздух в этих областях быстро восстанавливает свою диэлектрическую прочность, в частности, из-за высокого
сопротивления воздуха, создаваемого механически вращением коммутатора и вращающихся контактных
элементов. Таким образом, следует отметить, что предотвращается короткое замыкание между клеммами
любой фазы трансформатора, а также что переходное напряжение, возникающее во время коммутации, не
может превышать напряжение, необходимое для пробоя минимального дугового зазора, такого как 112 и 112'.
Представляется целесообразным установить коммутатор rot6r в такое положение относительно
соответствующих вторичных обмоток трансформатора, при этом напряжения откладываются по оси ординат,
а времена — по оси абсцисс обычным способом. Когда вращающиеся контактные элементы находятся в
положениях, показанных на рис. 6, значение времени представлено вертикальной линией X-X на рис. 9. Как
будет видно, направление наведенных напряжений в фазах 1 и 2 одинаково, тогда как напряжение в фазе 3
направлено в противоположную сторону, как показано стрелками в точке B на рис.
6, При этом величины соответствующих напряжений представляют собой точки пересечения
соответствующих кривых напряжений с прямой X-X.
i5 Поскольку положение вращающихся контактных элементов в данный момент таково, что вторичная обмотка
фазы 3 подключена к цепи в обратном направлении по отношению к фазам 1 и 2, очевидно, что результатом
будет поддержание разности потенциалов между выходными проводниками 78 и 79, равной арифметической
сумме фазных напряжений.
Кривая E на рис. 9 представляет собой общее теоретическое выходное напряжение или напряжение
холостого хода. Расчетами можно показать, что в любой момент времени, обозначенный вертикальной
линией Y-Y на рис. 9, когда напряжение в любой фазе достигает максимального значения Em, полное
напряжение E = 2Em, и что в любой момент времени, обозначенный вертикальной линией Z-Z, когда
напряжение в любой фазе равно нулю, полное напряжение E = 1,733 E. Таким образом, частота выходного
напряжения out2,5 в шесть раз превышает частоту входного напряжения, а колебания от максимума до
минимума относительно невелики. Среднее теоретическое значение составляет 1,867 ЭМ, а колебание между
максимальным и минимальным значениями — 0,267 ЭМ, или 14,30% от среднего напряжения.
Следует понимать, что приведенные выше расчеты относятся только к напряжению холостого хода между
выходными клеммами или проводниками 78 и 79, и что при подключении указанных проводников к нагрузке,
например, к электростатическому фильтру, фактическое напряжение между этими клеммами будет несколько
меньше рассчитанного выше значения из-за внутреннего сопротивления трансформатора, выпрямителя и
связанных с ними цепей. Фактическое выходное напряжение в таких условиях, однако, может быть
представлено кривой, подобной E, )5, несколько ниже кривой E, но обладающей схожими характеристиками
по частоте, процентным колебаниям и полному использованию напряжения во всех фазах.
Особое преимущество вышеупомянутого аппарата 580 заключается в том, что трудности коммутации сведены
к минимуму благодаря небольшому воздушному зазору между концами вращающихся контактных штифтов и
неподвижными контактными пластинами, этот воздушный зазор обозначен цифрой 110 на фиг. 4 и 4а.
Конструкция вала двигателя 71399,71'1 399,711 предусматривает, что вращающиеся контактные элементы
находятся в некотором положении между положениями, обозначенными сплошной линией и пунктирной
линией на рис. 4а, когда наведенное напряжение в соответствующей фазе трансформатора равно нулю,
поскольку таким образом сопротивление зазора между 111 и 111' возрастает гораздо быстрее, чем
наведенное напряжение в фазе трансформатора, предотвращая тем самым короткое замыкание.
На рис. 10 показана модифицированная конструкция вращающихся контактных элементов, которая может
использоваться вместо описанной выше. В данном случае каждый из указанных контактных элементов
представляет собой дугообразную опору, имеющую окружной край 116, проходящий примерно на 90° и
имеющий несколько меньший диаметр, чем внутренняя поверхность неподвижных контактных элементов,
таких как 11a и 11l, которые могут быть изготовлены и установлены практически так же, как описано выше.
Таким образом, как и прежде, между неподвижным и вращающимся контактными элементами обеспечивается
небольшой воздушный зазор, как показано на рисунке t25 1101. Указанные контактные элементы 115 могут
быть закреплены на роторе 23 любым подходящим способом, например, с помощью болтов 117 и гаек 1171,
причем указанные болты проходят через выступы 118 и через указанный ротор.
Соединительные элементы 61 и 66, предназначенные для соединения указанных контактных элементов в
цепи выпрямителя, могут быть расположены внутри ротора 23 таким же образом, как описано выше.
-35 Работа коммутатора, снабженного таким типом контактных средств, по существу аналогична описанной
выше: передний конец каждого вращающегося контактного элемента занимает положение напротив
следующего неподвижного контакта приблизительно в тот момент, когда его задний конец проходит за кончик
предыдущего неподвижного контактного элемента, и между указанным задним концом и указанным
предыдущим неподвижным контактным элементом возникает дуга до тех пор, пока сопротивление на
ионизированном пути в этой точке не станет достаточным для образования новой дуги через искровой зазор
минимальной длины между указанным передним концом и следующим -50 неподвижным контактным
элементом.
Использование полого цилиндрического ротора из изоляционного материала для поддержки и обеспечения
вращения любого из вышеописанных типов вращающихся контактных элементов минимизирует диаметр
ротора, необходимый для поддержания надлежащего электрического зазора между противоположными
контактными элементами каждой пары, поскольку указанные контактные элементы разделены по диаметру
воздухом внутри цилиндра, и единственная возможная утечка через или над поверхностью изоляционного
материала происходит по его периферии. С другой стороны, необходимый электрический зазор между
соответствующими парами вращающихся контактных элементов обеспечивается их осевым расположением
на роторе. Кроме того, потенциал контактных элементов относительно заземленного вывода увеличивается в
последовательных фазах слева направо на рис. 1, а длина изоляционного материала между указанными
контактными элементами и заземленным выводом также увеличивается, так что максимальная длина
изоляции обеспечивается для фазы, находящейся под наибольшим напряжением (а именно, для правой
фазы на рис. 1), и для высоковольтного вывода ротора без увеличения диаметра ротора.
Еще одно преимущество цилиндрического ротора заключается в том, что он сводит сопротивление воздуха к
минимуму, а также служит удобным средством для удержания соединительных полос 66 и т. д., которые
проходят внутри цилиндра 85, так что эти полосы могут быть сделаны относительно легкими без риска
поломки или деформации под действием центробежной силы или сопротивления воздуха.
При желании вращающееся контактное устройство может быть встроено в изоляционный материал, из
которого изготовлен ротор, путем формования указанного ротора вокруг указанного контактного устройства в
виде вставок, известным способом.
Кроме того, при желании, особенно при использовании конструкции типа 95, ротор может быть выполнен в
виде сплошного цилиндра, а не трубы.
Необязательно, чтобы неподвижные контакты, такие как Ha и lla1, простирались ровно на 100° каждый, и не
обязательно, чтобы вращающиеся контакты, такие как 24 и 24', простирались ровно на 90°, поскольку любая
из этих частей может иметь несколько меньший или несколько больший угловой размер, но желательно в
любом случае, чтобы угловой размер этих двух взаимодействующих наборов контактных элементов был
таким, чтобы каждый вращающийся контакт поддерживал проводящее соединение с каждым неподвижным
контактом на протяжении приблизительно половины оборота или половины цикла.
При необходимости угловое расстояние каждого вращающегося контактного элемента может быть несколько
меньше углового расстояния 115 между неподвижными контактными элементами соответствующей фазы, так
что смещение электрического соединения любого вращающегося контактного элемента с одной стороны на
другую 120 обмотки соответствующей фазы задерживается до тех пор, пока между задним концом указанного
вращающегося контактного элемента и неподвижным контактным элементом 125, с которым он находился в
электрическом соединении, не возникнет дуга или искра определенной заданной длины. Например, на фиг. 11
неподвижные контактные пластины 11a и 11a' показаны практически так же, как и раньше, а угловое
положение каждой из них составляет 130°. При использовании описанного выше устройства относительное
угловое положение неподвижных и вращающихся контактных элементов предпочтительно регулируется таким
образом, чтобы коммутация, как описано выше, не происходила до тех пор, пока передний конец каждого
вращающегося контактного элемента не достигнет или не пройдет несколько дальше переднего конца
следующего соответствующего неподвижного контактного элемента, обеспечивая, как и прежде, что
максимальное напряжение, при котором образуется новая искра и разрушается старая, не может превышать
напряжение, необходимое для пробоя сопротивления относительно небольшого воздушного зазора между
кончиком вращающегося контакта и внутренней поверхностью неподвижного контакта.
Подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы заявляем, что
то, что мы
Соседние файлы в папке патенты