ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ С ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ НА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена, в частности, для переключения конденсаторов с параллельного на последовательное соединение.
Известен генератор импульсного напряжения (генератор Маркса). Генератор предназначен для получения большой импульсной мощности, т.е. для получения больших импульсов тока (http://hea.phys.msu.ru/Boss/user-files/generatory_impulsnogo_napryazheniya.pdf). Для получения большой импульсной мощности заряжаются параллельно соединенные конденсаторы, которые после зарядки соединяются последовательно при помощи различных коммутирующих устройств. Таким образом, выходное напряжение увеличивается пропорционально количеству соединенных последовательно конденсаторов.
Известно также устройство для переключения конденсаторов с параллельного соединения на последовательное (патент №15785), которое по своей конструкции и принципу работы наиболее близко к конструкции предлагаемой полезной модели.
Устройство включает три вращающиеся с одинаковой угловой скоростью ротора (P, Q, и R.). Каждый из роторов снабжен равномерно расположенными по окружности металлическими, изолированными друг от друга контактами и щетками. Отдельно от вращающихся роторов размещена батарея конденсаторов, включающая ряд конденсаторов с выводами 1 и 2. Каждый вывод 1 конденсатора, входящего в батарею, при помощи провода соединен со своей щеткой, расположенной на роторе P. Каждый вывод 2 конденсатора, входящего в батарею, соединен со своей щеткой, расположенной на роторе R. Роторы P и R предназначены для параллельного соединения конденсаторов с источником питания. Третий ротор Q предназначен для последовательного соединения конденсаторов. Щетки, размещенные на этом роторе, сдвинуты по фазе относительно щеток, размещенных на роторах P и R. При синхронном вращении роторов конденсаторы, входящую в батарею конденсаторов, посредством контактов и щеток сначала соединяются параллельно к источнику питания и заряжаются, потом коммутируются в последовательную цепь и отдают накопленный заряд на выход. При последовательном соединении конденсаторов выходное напряжение превышает напряжение источника тока на величину, равную произведению напряжения источника тока на количество конденсаторов в последовательной цепи.
Недостаток данной конструкции заключается в сложности изготовления, так как содержит три ротора, на вращение которых расходуется энергия, а также сложность коммутации конденсаторов из параллельного соединения в последовательное соединение.
Техническая задача, на которое направлено данное техническое решение, заключается в упрощение конструкции приведенного выше устройства, экономии энергии на вращение ротора, оптимизации конструкции контактных колодок, минимизации длины и количества проводного монтажа, на которых происходит падение напряжения.
Технический результат достигнут за счет установки батареи конденсаторов внутри одного ротора, по окружности которого размещены контактные площадки с контактами, а контактные колодки с щетками для параллельной зарядки конденсаторов и их последовательного соединения размещены по окружности вокруг статора.
Конструкция устройства для переключения конденсаторов с параллельного соединения на последовательное соединение приведена на чертежах.
На Фиг. 1 приведен общий вид устройства.
На Фиг. 2 приведена конструкция ротора в сборе.
На Фиг. 3 приведена конструкция статора в сборе.
На Фиг. 4 приведена конструкция линейки конденсаторной батареи.
На Фиг. 5 приведена конструкция колодки с щетками для параллельной зарядки конденсаторов.
На Фиг. 6 приведена конструкция колодки с щетками для соединения конденсаторов в последовательную цепь.
Устройство для переключения конденсаторов с параллельного соединения на последовательное соединение включает неподвижный статор 1 и размещенный в нем вращающийся ротор 2. Ротор представляет собой пустотелый цилиндр 3, с секторами 4, в которых по окружности размещена конденсаторная батарея. В данной конструкции ротор включает восемь секторов. В каждом секторе установлена линейка конденсаторов 5, на которой установлено десять конденсаторов 6 с выводами A и B (при использовании полярных конденсаторов «+» и «-»). В совокупности линейки конденсаторов составляют конденсаторную батарею. Выводы A и B каждого конденсатора электрически соединены с контактами 7 контактных площадок 8, размещенных над ними по окружности вокруг ротора. Количество контактных площадок равно количеству секторов. При необходимости количество секторов и количество конденсаторов на каждой конденсаторной линейке может быть изменено. Их количество рассчитывается исходя из необходимого напряжения на выходе устройства. Чем больше конденсаторов задействовано в последовательной цепи, тем выше выходное напряжение. На валу 9 ротора установлена шестеренка 10. Шестеренка находится в зацеплении с выходным валом механизма вращения ротора (на чертежах механизм не приведен).
Ротор установлен внутри статора 1. Статор включает восемь контактных колодок. Каждая контактная колодка включает ряд щеток с ламелями. число которых равно числу контактов 7 на контактной площадке 8. В данной конструкции применены два вида колодок: для параллельной зарядки конденсаторов и их последовательного соединения. Колодка 11 предназначена для параллельной зарядки конденсаторов в пределах одной конденсаторной линейки и содержит электрически изолированные друг от друга щетки 12 и 13. Каждая щетка электрически объединяет десять ламелей 14. Щетки сдвинуты друг относительно друга на расстояние, равное расстоянию между двумя контактами 7. Таким образом, посредством двух щеток, соединенных с выводами источника питания, через ламели 14 и контакты 7 подается питание одновременно на все выводы конденсаторов в пределах одной или нескольких конденсаторных линеек. Колодка 15 предназначена для последовательного соединения конденсаторов и содержит две концевые щетки 16 и 17 и девять промежуточных щеток 18. электрически изолированных друг от друга. Каждая промежуточная щетка электрически объединяет две смежные ламели 19. Таким образом, через ламели 19, концевые щетки 16-17. промежуточные щетки 18 и контакты 7 выводы конденсаторов A и B в пределах одной конденсаторной линейки соединяются в последовательную цепь. Через концевые щетки 16 и 17 осуществляется съем выходного напряжения с одной конденсаторной линейки. Контактные колодки 11 и 15, чередуя друг друга, установлены на статоре по окружности (по четыре штуки каждого вида). Щетки 12 и 13 всех четырех колодок 11 соединены параллельно, а концевые щетки 16 и 17 четырех колодок 15 соединены последовательно, что дает возможность зарядить одновременно конденсаторы на четырех конденсаторных линейках, и также разрядить их через нагрузку.
Устройство работает следующим образом:
От источника питания подастся напряжение на щетки 12 и 13 колодок 11. Приводится во вращение ротор 2 при помощи механизма вращения (например, по часовой стрелке). При совпадении ламелей 14 колодок 11 с контактами 7 контактных площадок 8 напряжение источника питания поступает одновременно на все выводы A и B конденсаторов 6 на четырех конденсаторных линейках и заряжает их. При дальнейшем вращении ротора напряжение с выводов уже заряженных конденсаторов поступает на контакты 7 четырех контактных площадок. При этом вывод A одного конденсатора через ламели 19 промежуточной щетки 18 соединяется с выводом B смежного конденсатора, т.е все конденсаторы на всех четырех конденсаторных линейках объединяются в последовательную цепь. При этом с концевой щетки 16 первой колодки и концевой щетки 17 четвертой колодки, соединенных последовательно, снимется напряжение в 40 раз превышающее напряжение источника питания. При подключении нагрузки к этим щеткам конденсаторы разряжаются. При дальнейшем вращении ротора описанный цикл повторяется. Следует отметить, что напряжение на выходе носит импульсный характер.