Токосъемник кольцевой своими руками

Tweet

рис.1

Необходимость передачи электроэнергии от неподвижных контактов к подвижным и наоборот возникла сразу же, как только появились электрические машины. Такие устройства получили название токосъемных, или сокращенно (ТСУ). Вместе с этим сразу же появились проблемы с надежностью, долговечностью и др. характеристиками ТСУ. Многие из этих проблем не решены и до настоящего времени. Условно можно разделить ТСУ на две группы. Первая группа – это ТСУ с подвижными контактами скольжения, вторая – с подвижными контактами качения.

Известно достаточно большое количество разнообразных конструкций ТСУ, основанных на принципе работы подшипников и их аналогов. Например, вместо шариков (роликов) в обоймах подшипников используют гибкие токопроводящие элементы различной формы, или жидкометаллические элементы. Достаточно часто в технике применяются (используются) кольцевые ТСУ, конструкции которых выполнены в виде сплошных полированных колец и токосъемных щеток. Но наиболее характерным и распространенным ТСУ является коллекторно-щеточный узел, применяемый в электрогенераторах и электродвигателях  постоянного тока, а также в других устройствах. Типовое устройство коллекторно-щеточного узла электродвигателя  постоянного тока приведено на рис.1.

Приведу лишь некоторые основные недостатки перечисленных выше конструкций ТСУ. Первое место в перечне этих недостатков прочно удерживает искрообразование между неподвижными и подвижными контактами ТСУ. Устранение искрообразования особенно важно при больших токах в обмотках электрогенератора и электродвигателя постоянного и переменного тока, поскольку между подвижными контактами ТСУ может возникать кольцевое искрение, при котором выгорает большинство или даже все пластины коллектора. Это значительно сокращает срок эксплуатации коллекторно-щеточного узла и других конструкций аналогичного типа. Искрение на скользящем контакте электрогенераторов и двигателей постоянного тока не позволяет использовать их во взрывоопасных средах. При работе в дисперсных средах пластины коллектора и щетки быстро истираются и весь коллекторно-щеточный узел требует замены.

Существенным недостатком коллекторно-щеточного узла и других ТСУ является также изменение сопротивления в процессе их работы, а, следовательно, изменение (колебания) величины напряжения и тока в цепи токосъема. Сопротивление в цепи ТСУ изменяется прежде всего из-за изменения площади контакта между подвижными и неподвижными элементами ТСУ, а также из-за образования на поверхностях контактов диэлектрических образований, наслоений в виде отдельных неровностей или пленки. Этот же недостаток может быть и в ТСУ, основными элементами которого являются шарикоподшипники, если их подвижные контакты не защищены от окружающей среды. Для уменьшения сопротивления в цепи токосъема лучше использовать роликовые подшипники, у которых площадь контактов между подвижными и неподвижными обоймами больше, чем у шарикоподшипников. Недостатки присущие различным ТСУ приводят к необходимости создавать новые конструкции ТСУ, в которых изобретатели устраняют те или иные недостатки. Одна из таких конструкций ТСУ, которую легко сделать своими руками, описана в настоящей публикации и показана в прилагаемом видеоролике.

В этой публикации и соответствующем видеоролике я расскажу о простом ТСУ, которое может быть использовано с высокой степенью надежности в электрооборудовании, бытовых приборах, различного рода приспособлениях, которые подключены к промышленным сетям постоянного и переменного тока. В отличие от существующих аналогов, предлагаемое ТСУ содержит некоторые изменения в конструкции (НОУ-ХАУ), которые позволяют повысить надежность и долговечность устройства, уменьшить потерю мощности в цепи токосъема, а также повысить качество передаваемого напряжения и тока (снизить шумы).

Основными элементами предлагаемого ТСУ, в конструкцию которого внесены упомянутые выше изменения, являются типовые (гостовские) подшипники, а также могут быть использованы подшипники с элементами качения различной формы. Само по себе использование подшипников с элементами качения, а не скольжения, как элементов ТСУ, с механической точки зрения является надежным и долговечным средством. По сути дела, эти подшипники не несут никакой нагрузки в сравнении с подшипниками, например, в автомобилях, электрогенераторах или электродвигателях.

Рис.2

Сборка элементов предлагаемого ТСУ также достаточно проста и ее производят следующим образом.  На вал через изолирующие резиновые или пластмассовые трубки устанавливают подшипники. При установке каждого из подшипников к его наружной и внутренней обоймам подключают провода однофазной сети переменного тока или от источника постоянного тока (АКБ). В предлагаемом ТСУ контакт одного провода присоединяют к неподвижной наружной обойме с помощью изоленты, а затем (для надежности контакта) скрепляют хомутом. Второй провод присоединяют к внутренней подвижной обойме того же подшипника одновременно с установкой подшипника на изолятор вала. Для этого конец провода вставляют между изолятором вала и внутренней поверхностью подвижной обоймы, обеспечивая при этом плотность контакта. Концы проводов необходимо зачистить и опаять. Аналогично соединяют контакты второго провода этой же фазы ко второму подшипнику. Для 3-х фазной сети на каждую фазу устанавливают по два подшипника. Опытный образец токосъемника в сборе показан на рис.2. При сборке ТСУ необходимо иметь в виду, что в закрытые крышками подшипники в процессе их изготовления закладывается смазка, что может сильно влиять на изменение электрической мощности в цепи токосъема. Для удаления излишней смазки подшипники перед сборкой ТСУ необходимо промыть растворителем (керосином).

В показанном опытном образце ТСУ (рис.2) смонтировано два узла (два в одном).  Один из них (ТСУ) передает напряжение (ток) от источника энергии (например, АКБ) к неподвижному контакту наружной обоймы подшипника с последующей передачей к подвижному контакту внутренней обоймы того же подшипника. От этой подвижной обоймы напряжение (ток) передается на подвижный контакт внутренней обоймы второго подшипника. Далее через нагрузку по такой же схеме ТСУ соединяют с второй клеммой АКБ. Другими словами, посредством второго ТСУ напряжение передается от подвижных (вращающихся) контактов к неподвижным контактам, например, от якоря электрогенератора к клеммной коробке. При этом, 1-ое и 2-ое ТСУ содержат по два обыкновенных шарикоподшипника. Такая схема токосъема сделана для того, чтобы в одном устройстве одновременно показать передачу напряжения (тока) от неподвижных контактов к подвижным и наоборот от подвижных к неподвижным контактам. На практике два провода одной фазы присоединяют к неподвижным обоймам двух подшипников, по одному проводу к каждой обойме, а с внутренних, подвижных обойм каждого из соответствующих подшипников, передают напряжение (ток) на нагрузку. При передаче напряжения (тока) от подвижных (вращающихся) контактов производя подключения в обратной последовательности.

В рассматриваемом двойном ТСУ (рис.2) передача напряжения от неподвижных контактов к подвижному узлу (вращающимся контактам) осуществляется посредством подключения проводов от источника питания к наружным обоймам двух подшипников и «снимается» с внутренних обойм обоих подшипников, посредством подключения проводов к контактам подвижного узла. Электромонтажная схема токосъемника приведена на рис.3, где 1-вал токосъемника; 2-изолятор; 3-подшипники; 4-соединительные провода. В качестве нагрузки использованы лампы накаливания. На приведенной схеме (рис.3) показано, что напряжение (ток) от одной клеммы АКБ поступает на неподвижный контакт наружной обоймы одного подшипника, далее передается на подвижный контакт внутренней обоймы того же подшипника. От этой подвижной обоймы напряжение передается на подвижный контакт внутренней обоймы второго подшипника, и далее через нагрузку (лампочка) по такой же схеме ТСУ соединяют с второй клеммой АКБ.

Рис.4

Испытание опытного образца ТСУ показано на видеоролике. На видеоролике показана работа ТСУ в 3-х вариантах. 1. При подаче напряжения на неподвижные контакты постоянного тока от АКБ. 2. При подаче переменного напряжения 36В от промышленной сети через понижающий трансформатор. 3. При подаче переменного напряжения 220В (50Гц) от промышленной сети. В качестве нагрузки использовались электрические лампочки соответствующего номинала. Устройство для испытания токосъемника в сборе показано на рис.4

На видеоролике показана работа ТСУ в 3-х вариантах. 1. При подаче напряжения на неподвижные контакты постоянного тока от АКБ. 2. При подаче переменного напряжения 36В от промышленной сети через понижающий трансформатор. 3. При подаче переменного напряжения 220В (50Гц) от промышленной сети. В качестве нагрузки использовались электрические лампочки соответствующего номинала. Устройство для испытания токосъемника в сборе показано на рис.4

В процессе передачи напряжения (тока) от неподвижных контактов к подвижным, как показано на видеоролике, ни в одном из приведенных вариантов (12В, 36В. 220В) не наблюдается искрения между наружной и внутренней обоймами подшипников.  Ранее при измерении электрических  параметров в цепи ТСУ (рис.3) наблюдалось незначительное изменение (потеря) мощности, около 2-х%. Для более высоких напряжений и больших токов конструкция ТСУ имеет более сложное устройство. Для этого используется узел, приведенный в описании одного из моих патентов.

В заключение подчеркну, что предлагаемая конструкция ТСУ позволяет уменьшить потерю мощности между подвижными и неподвижными контактами, снизить до минимума вероятность появления искрения между подвижными и неподвижными контактами, повысить эксплуатационную надежность устройства.

Tags: Энергетика

Источник: http://prompatent.ru/tokosemnik-svoimi-rukami/

Предыдущая статья: делаем телефон своими руками

Следущая статья: фигурки из печенья своими руками

Лучшие статьи: