Устройство для уменьшения искрообразования в узле скользящего токосъёма
Владельцы патента RU 2685695:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Псковский государственный университет" (RU)
Настоящее устройство относится к схемам защиты электрических генераторов, а именно к устройствам для уменьшения искрообразования в узлах скользящего токосъема. Устройство содержит электрическую емкость, подключенную между параллельно электрически соединенными группами щеток одного контактного кольца узла скользящего токосъема, причем одна группа щеток соединена с силовой шиной, вторая группа щеток изолирована от силовой шины. Электрическая емкость состоит из двух групп параллельно соединенных конденсаторов: полярных и неполярных, одни выводы группы конденсаторов соединены непосредственно, а вторые - через индуктивность, между выводами группы полярных конденсаторов подключен диод анодом к положительному выводу группы полярных конденсаторов. Все щеткодержатели группы щеток, подсоединенных к силовой шине, изолированы от силовой шины, и между корпусами близко расположенных щеткодержателей подключены электрические емкости. Техническим результатом является увеличение надежности, снижение стоимости и габаритов. 1 ил.
Настоящее устройство относится к схемам защиты электрических генераторов, а именно к устройствам для уменьшения искрообразования в узлах скользящего токосъема.
В узлах скользящего токосъема турбогенераторов искрение вызывает повышенный износ и разрушение щеток, износ поверхности контактных колец, а также может привести к круговому огню и выходу из строя всего щеточно-контактного аппарата и длительному простою турбогенератора. По данным Департамента Генеральной инспекции эксплуатации и финансового аудита РАО ЕЭС России за 1998-2003, на долю щеточно-контактного узла приходится до 25% всех поломок турбогенераторов (Плохов И.В. Комплексная диагностика и прогнозирование технического состояния узлов скользящего токосъема турбогенераторов: дис. … докт. техн. наук: 17.05.02. - СПб., 2001. - 362 с).
Из существующего уровня техники известно устройство для искрогашения в узле скользящего токосъема, состоящее из группы электрических емкостей, одним выводом подключенных к узлу скользящего токосъема электрической машины, а другим выводом соединенных в общей точке, описанное в патенте Визе Хинриха «Электродвигатель с колоколообразным якорем и устройством для искрогашения» RU №2195756 от 27.12.2002.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для уменьшения искрообразования в узле скользящего токосъема, содержащее электрическую емкость, подключенную между параллельно электрически соединенными группами щеток, размещенных в щеткодержателях, одного контактного кольца узла скользящего токосъема, причем одна группа щеток соединена с силовой шиной, вторая группа щеток изолирована от силовой шины, электрическая емкость состоит из двух групп параллельно соединенных конденсаторов, полярных и неполярных, одни выводы группы конденсаторов соединены непосредственно, а вторые - через индуктивность, между выводами группы полярных конденсаторов подключен диод анодом к положительному выводу группы полярных конденсаторов (Патент на полезную модель №132 630).
Недостатком данного технического решения являются: низкая степень уменьшения искрообразования под щетками.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение степени уменьшения искрообразования под щетками.
Данная задача решается за счет того, что все щеткодержатели группы щеток, подсоединенных к силовой шине, изолированы от силовой шины и между корпусами близко расположенных щеткодержателей подключены электрические емкости.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение степени уменьшения искрообразования под щетками.
На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства для уменьшения искрообразования в узле скользящего токосъема с указанием его подключения к узлу скользящего токосъема.
Устройство подключено между параллельно электрически соединенными группами щеток 1, 2 одного контактного кольца 3 узла скользящего токосъема, причем одна группа щеток 1 соединена с силовой шиной 4, вторая группа щеток 2 изолирована от силовой шины 4. Например, за счет установки щеток этой группы в щеткодержателях, изолированных от силовой шины и отсоединения токопроводящих проводников данных щеток от силовой шины. Устройство содержит электрическую емкость 5, состоящую из двух групп параллельно соединенных конденсаторов 6, 7. Первая группа конденсаторов 6 - неполярные, вторая группа 7 - полярные. Одни выводы группы конденсаторов соединены непосредственно, а вторые - через индуктивность 8. Между выводами группы полярных конденсаторов 7 подключен диод 9 анодом к положительному выводу группы полярных конденсаторов 7. Новым является то, что все щеткодержатели 10 группы щеток 1, подсоединенных к силовой шине, изолированы от силовой шины и между корпусами близко расположенных щеткодержателей 10 подключены электрические емкости.
Работает устройство следующим образом. При работе группы щеток 1, подключенных к силовой шине 4, на них воздействуют неровности контактной поверхности вращающегося контактного кольца 3, при этом щетки вибрируют, и происходит глубокая модуляция переходного сопротивления скользящего контакта. Вследствие наличия паразитных индуктивностей в токоведущей шине 4 и подводящих проводниках, а также вследствие наличия емкостной составляющей в переходном сопротивлении скользящего контакта, в электрической цепи образуется резонансный контур напряжений. Модуляция переходного комплексного сопротивления «щетка-кольцо» приводит к возникновению высокочастотного параметрического резонанса напряжений и, как следствие, к значительным выбросам амплитуды тока через щетку, превышающим среднее значение в десятки и сотни раз, что приводит к усиленному искрению. Для снижения влияния модуляции переходного сопротивления «щетка-кольцо» на резонансные процессы в электрическую цепь узла скользящего токосъема турбогенератора вводится предлагаемое демпфирующее устройство. За счет электрической емкости 5, входящей в состав устройства, достигается уменьшение амплитуды резонансных токов.
Диод 9, подключенный к группе полярных конденсаторов 7, защищает ее от обратного напряжения и предотвращает выход полярных конденсаторов 7 из строя. Подключенная между группами конденсаторов индуктивность 8 защищает группу полярных конденсаторов 7 от критической скорости нарастания тока. Разделение электрической емкости на группы позволяет добиться существенного уменьшения стоимости и габаритов устройства, так как полярные конденсаторы имеют более низкую стоимость на единицу емкости, чем неполярные.
Эффект от того, что все щеткодержатели группы щеток, подсоединенных к силовой шине, изолированы от силовой шины и между корпусами близко расположенных щеткодержателей подключены электрические емкости заключается в следующем. Между каждой щеткой и обоймой щеткодержателя, выполненной из металла, имеется достаточно хороший и устойчивый электрический контакт. Если две соседние щетки контактируют устойчиво, то их переходные падения напряжений между контактным кольцом и щеткой достаточно малы и близки по величине. При этом конденсатор, подключенный между щеткодержателями этих щеток разряжен. При нарушении контакта одной из щеток переходное напряжение между этой щеткой и кольцом резко возрастает, при этом конденсатор начинает заряжаться и забирает часть тока щетки на себя. Это снижает переходное напряжение и величину тока разрыва цепи щетка-кольцо, что вызывает снижение искрообразования. Опыты, проведенные на экспериментальной установке, подтверждают уменьшение искрения при подключении конденсаторов между близко расположенными щеткодержателями, примерно, на 10%.
Устройство для уменьшения искрообразования в узле скользящего токосъема, содержащее электрическую емкость, подключенную между параллельно электрически соединенными группами щеток, размещенных в щеткодержателях одного контактного кольца узла скользящего токосъема, причем одна группа щеток соединена с силовой шиной, вторая группа щеток изолирована от силовой шины, электрическая емкость состоит из двух групп параллельно соединенных конденсаторов, полярных и неполярных, одни выводы группы конденсаторов соединены непосредственно, а вторые - через индуктивность, между выводами группы полярных конденсаторов подключен диод анодом к положительному выводу группы полярных конденсаторов, отличающееся тем, что все щеткодержатели группы щеток, подсоединенных к силовой шине, изолированы от силовой шины и между корпусами близко расположенных щеткодержателей подключены электрические емкости.
