Высоковольтное коммутационное устройство

 

М 54753

Класс 21 У, 64

ОПИСАНИЕ 3ОЕрЕТЕеаа

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ВЫДАННОМУ НАРОДНЫМ КОМИССАРИАТОМ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Заревистрировано в Бюро посл изобретений Госплана при СНК СС

Н. С. Климов.

Высоковольтное коммутационное устро

Заявлено 4 февраля 1938 года за М 14201.

Опубликовано 30 апреля 1939 года.

Предметом настоящего авторского свидетельства является высоковольтное коммутационное устройство для выпрямления тока, индуктируемого в неподвижной обмотке. Такой обмоткой может быть, например, 12-фазная обмотка трансформатора (в трансвертере) или обмотка неподвижного якоря высоковольтной машины постоянного тока.

В коммутационных устройствах подобного назначения применялись механические вращающиеся выпрямители, недостатком которых является механическое скольжение или качение токособирателей, приводящее к сильному износу последних.

В предлагаемом коммутационном устройстве этот недостаток устранен тем, что в качестве токособирателей в нем применены вращающиеся искровые контакты, собранные в две группы, смещенные в пространстве друг относительно друга и вращаемые синхронным двигателем.

Сущность изобретения поясняется схематическим чертежом, на фиг. 1 которого изображена принципиальная электрическая схема присоединения вращающихся искровых контактов устройства к отводам от высоковольтной обмотки и к токосборам машины, а на фиг. 2, 3, 4 — вращающийся искровой контакт в трех положениях. Концы секций граммовской обмотки 1 (практически обмотка

12-фазного трансформатора) присоединяются каждый к двум неподвижным сегментам 2, а стоящие против последних неподвижные сегменты 8 присоединяются: один — к положительному токосбору, а другой— к отрицательному. Сегменты 2 и 8 замыкаются по очереди вращающимися контактами 4, соединенными между собой проводниками б.

Пара неподвижных сегментов 2 и 3 и один вращающийся контакт 4 представляют собой отдельный контактный элемент, изображенный в. разных положениях на фиг. 2, 3 и 4. Все положительные контактные элементы (т. е. присоединенные к положительному токосбору) и все отрицательные элементы насаживаются на отдельные валы и вращаются синхронными моторами (в случае использования устройства в трансвертере).

Вращающиеся контакты 4 в пространстве друг относительно друга сдвинуты и закреплены на валу неподвижно таким образом, что по очереди присоединяют концы секций (или фаз) к токосбору. При этом коммутация должна происходить таким образом, что конец одной секции не должен отключаться, пока не подключится конец другой. Вращающиеся контакты 4.не скользят по сегментам 2 и 3, а проходят мимо них с некоторым воздушным зазором, так что ток замыкается через дугу.

Как только обмотка на нейтрали будет иметь полное напряжение и выпрямитель будет включен на нагрузку, то те элементы, контакты 4 которых в данный момент стоят против сегментов 2 и 8 (а таких элементов два: один — с одной стороны обмотки, присоединяющий последнюю к плюсу, второй — с другой стороны обмотки, присоединяющий, последнюю к минусу) будут иметь напряжение между контактами 2 и 4 и между 8 и 4; таким образом, если имеется напряжение 300 кв, то оно распределится между четырьмя искровыми промежутками 5 двух работающих элементов. Эти промежутки 5 будут небольшими настолько, насколько позволит механическая часть.

Автор полагает, что промежутки 5 будут порядка 0,2 мм. Если на каждый из них ляжет 75 кв, то произойдет пробой, появится дуга и нагрузка получит ток. При дальнейшем вращении работающий элемент должен отключиться, т. е. дуга должна потухнуть и должен подключиться следующий элемент, т. е. дуга должна в нем зажечься до того, как она потухнет в предыдущем элементе.

Основными процессами в работе схемы являются процессы тушения и зажигания дуги каждого контактного элемента.

Начальное зажигание происходит под действием полного напряжения и возможность его не вызывает сомнений. Если под действием полного напряжения зажегся элемент А, то раньше, чем его потушить, нужно зажечь следующий элемент B. Это создает трудности, поскольку элемент В до некоторой степени включен параллельно элементу А, но если элементы А и В сдвинуть с нейтрали, то напряжение секции С не будет равно нулю. Пусть оно будет равно 2 кв, Тогда на воздушные промежутки элемента В ляжет это напряжение, и поскольку эти промежутки равны 0,2 мм, то 2 кв достаточно, чтобы их пробить. После того, как образуется дуга в элементе В, большая часть тока устремится через этот элемент, так как величина зазора в нем равна 0,2 мм, а в элементе А зазор к этому времени возрастет до 10 мм благодаря тому, что сегменты 2 и 8 (фиг. 2 — 4) располагаются вблизи от контактов 4 только своими началами, а концы их удалены от контактов 4. В виду этого электрическое сопротивление дуги в,элементе В будет меньше, а сопротивление дуги в элементе А— больше.

После того, как замкнется элемент В, дугу элемента А нужно потушить. Хотя большая часть тока и идет через элемент В и напряжение, под которым придется рвать ток в элементе А, небольшое механическое тушение дуги с помощью дутья или другим механическим способом возможно, хотя и представляет трудности. Так как в предлагаемом выпрямителе ток до нуля не доходит, то это можно сделать следующим образом. Если осуществит ь опережающую коммутацию, сдвинув в опережающую сторону с нейтрали подключенные элементы, и секция С имеет напряжение, как указано выше, равное 2 кв и необходимое для зажигания, то теперь это напряжение можно использовать для тушения. После того, как зажегся элемент В, секция С оказалась замкнутой накоротко через дуги элементов А и В, причем при опережающей коммутации направление тока короткозамкнутой секции С будет таким, каким оно показано стрелкой на фиг. 1. Направление этого тока таково, что оно совпадает с направлением тока в элементе В, который должен еще работать, и обратно по направлению току в элементе А, который должен потухнуть. Рассчитав величину этого тока так, чтобы он всегда был больше тока элемента в период его тушения (каким является элемент А), можно достичь того, что ток в этом элементе будет проходить через нуль. Если дать при этом сильное дутье, то промежуток 5 будет деионизирован, электроды охладятся и дуга в элементе снова не возникнет, так как кроме этого вращающийся контакт 4 отойдет на большое расстояние от сегментов 2 и 3. Время нарастания тока короткозамкнутой секции будет ограничиваться самой секцией, индуктивность которой значительна. Кроме того включением в токосбор катушки самоиндукции время нарастания добавочного тока можно сделать любым. Для тушения дуги, в крайнем случае, можно применить ртутные выпрямители или тиратроны. В дальнейшем процесс будет повторяться.

Возможно применить зажигание с помощью вспомогательных сегмен. тов, которые будут чуть касаться друг друга и вызывать дугу, которую помощью дутья можно перевести на главные электроды.

Для зажигания можно предложить еще ряд схем.

Дугу тушить можно, как указывалось выше, помимо основного метода доведения до нуля с помощью другого тока, также и разными механическими способами.

Диски 7, на которых крепятся контакты 4, выполняются из изоляционного материала.

Если положительный контактный элемент работает, то присоединенный к этому же концу секции обмотки отрицательный элемент находится в разомкнутом положении и его контакты 4 расположены как раз посредине между контактными сегментами. В этом случае между сегментами этого элемента будет полное напряжение, т. е. 300 кв. Если элемент работает в воздухе, то диаметр диска 7 должен быть равен 250 мм, а если поместить его в сжатый воздух, то диаметр диска можно снизить до 60 — 80 мм.

По сравнению с коммутационными устройствами, имеющими скользящие или катящиеся контакты, предлагаемое устройство имеет преимущество в отсутствии сильно изнашивающихся частей. По сравнению же с искровым выпрямителем Маркса предлагаемое устройство имеет следующие указанные автором преимущества: а) оно значительно проще и дешевле; б) расстояние между электродами не связано с величиной выпрямленного напряжения, что позволяет уменьшить искровой промежуток до

0,2 мм; в свою очередь, это уменьшает подгорание электродов, так как в виду меньшего падения напряжения в дуге выделяемая в последней энергия будет меньше; в) в выпрямителе Маркса при многофазном выполнении время работы его отдельных элементов уменьшается незначительно, в предлагаемом устройстве при 12- фазном выполнении обмотки каждый элемент работает только /, часть оборота, что значительно облегчает условия охлаждения электродов и уменьшает подгорание их, тем более, что в момент коммутации ток распределяется между двумя элементами; г) оно может быть применено для выпрямления больших напряжений при том же искровом расстоянии между электродами.

Предмет изобретения.

Высоковольтное коммутационное устройство с применением двух рядов друг против друга расположенных и поочередно замыкающихся контактов, соединенных соответственно с обмоткой якоря и выводами машины, отличающееся тем, что для замыкания контактов различной полярности в определенной и постоянной последовательности применены две группы вращающихся искровых контактов, смещенные по отношению друг к другу и вращаемые синхронным двигателем.