Ударный генератор импульсов тока Советский патент 1984 года по МПК H02K25/00 H02K23/14 

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в машинах постоянного тока.

Известны ударные генераторы постоянного тока, генерируюпщеодиночные импульсы сильного тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи С1.

Одним из вариантов разряда ударного генератора является разряд при замкнутой накоротко нагрузке с последующим переводом тока из разрядного контура в нагрузку путем быстрого разрыва с помощью коммутирующего устройства шунтирующей ее цепи 2.

Такой режим применяют для усиления разрядной мощности.

Токонесущие элементы генератора, т.е. его обмотки, выполняют роль индуктивного накопителя энергии, совмещенного .с зарядным устройством, что существенно улучшает технико-экономические показатели системы питания в целом. С целью согласования параметров генератора и нагрузки, последнюю присоединяют через встроенный в машину разделительный трансформатор СЗИ.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является конструктивная схема коллекторного генератора постоянного тока, содержащего цилиндрический якорь, многовитковую якорную обмотку, токосъемы на основе твердых щеток, кольцевое ярмо с полюсами и обмотку самовозбуждения, выполненную в виде катушки рамочного типа, намотанной вокруг явновыраженного полюса С.

Преимущество такой схемы состоит в том, что в ней легко повысить генерируемое напряжение и электромагнитную мощность путем пропорционального удлинения якоря, чего нельзя сделать в используемых с указанной целью машинах постоянного тока другого типа - униполярных, в которых при выбранной конструктивной схеме повьш1ение напряжения и мощности сопряжено с увеличением диаметра якоря что не всегда приемлемо на практике

Однако традиционная схема коллекторного генератора постояного тока применительно к рассматриваемому случаю использЪвания обмотки возбужДания в качестве индуктивного накопителя энергии имеет ряд недостатков.

Обмотка возбуждения, используемая в качестве индуктивного накопителя.

занимает сравнительно небольшую часть объема машины. Это снижает удельные показатели устройства в целом. При увеличении сечения обмотки возбуждения увели ивается коэффициен рассеяния магнитной цепи, что ухудшает ислользование- магнитопровода.. При намотке на обмотку возбуждения вторичной обмотки, соединенной с нагрузкой, трудно получить высокий коэффициент связи обмоток, характеризующий эффективность передачи энергии во вторичный контур и нагрузку. При вьщелении энергии из обмоток генератора в нагрузку, осуществляемом весьма быстро (миллисекунды пли даже доли миллисекунды), велики потери энергии внутри машины вследствие демпфирующего действия якорном обмотки, в которой возникают индуктивные токи. Возникновение последних снижает т;акже надежность машины, поскольку они могут вывести из строя щетки.

Указанные недостатки снижают эффективность использования обмотки возбуждения генератора для накопления и вьщеления в нагрузке электромагнитной энергии.

Цель изобретения - повьш1ение эффективности преобразования энергии путем повьшения удельной энергоемкости генератора, снижение электромагнитных потерь и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в генераторе, содержащем цилиндрический якорь, якорную обмотку, токосъемы в виде щеток, коаксиально расположенное по отношению к якорю кольцевое ярмо с полюсами и обмотку самовозбуждения с коммутирующим устройством подключения нагрузки к генератору, обмотка самовозбуждения выполнена в виде навитых вокруг ярма двух одинаковых встречно включенных по магнитному потоку многовитковых катушек, размещенных между полюсами, на каждую KaTjraiKy обмотки самовозбуждения навита электрически изолированная вторичная обмотка, имеющая выводы для присоединения нагрузки, якорная обмотка вьшолнена из электрически изолированных стержней, равномерно расположенных по окружности якоря, концы якорных стержней с одного торца якорй замкнуты,накоротко, а с другого торца якоря контактируют с двумя щетками разной полярности, одна из которых соприкасается со вс ми стержнями, расположенными под одним из полюсов, а цторая - со все ми стержнями, 1 асположенными под др гим полюсом. С целью снижения массы х енератор ярмо можно выполнить без ферромагни топровода. На фиг, 1 представлена конструктивная схема ударного генератора; на фиг. 2 - электрическая схема ген ратора. Пунктиром со стрелками на фиг. 1 отмечен путь прохождения магнитных потоков, создаваемых тороидальными частями обмотки самовозбуждения. Генератор содержит -шихтованньй , ферромагнитный цилиндрический якорь 1, шихтованное ферромагнитное ярмо 2 с полюсами 3 и 4, обмотку самовойбужденйя - индуктивный накопитель энергии, выполненную в виде навитых вокруг ярма двух одинаковых встречно включенных по магнитному потоку многрвитковых катушек 5 и 6. На катушки 5 и 6 навиты электрически изолированные вторичные обмотки 7 и 8, электрически соединенные последовательно и имеющие выводы для присоеди нения элементов разрядного контура. Для упрощения изготовления и эксплуа тации машины ярмо имеет разъем.в плоскости симметрии полюсов. Якорная обмотка выполнена из электрически изолированных по длине стержней 9, закрепленньЬс на боковой поверхности якоря, расположенных параллельно оси его вращения и равномерно распределенных по его окружности на . равных расстояниях друг от друга. Концы якорных стержней с одного торца якоря (противоположного показанному) замкнуты накоротко диском или кольцом, а с другого торца якоря (показанного) контактируют торцами с двумя щетками 10 и 11 разной полярности, соприкасающимися только с теми стержнями якоря, которые находятся под соответствующими полюсами 3 и 4. Ширина каждой щетки примерно равна ширине прилегающего полюса, т.е. щетка контактирует одновременно со всеми проводниками, расположенными в активной зоне якоря. Ширину якорных проводников и расстоя ние между ними следует выбирать, исходя из приемлемого уровня потери энергии в стержнях при затухании пронизывающего их магнитного потока в процессе вьщеления энергии в нагрузке. Катушки 5 и 6 обмотки самовозбуждения соединены последовательно и присоединены к якорю генератора с помощью коьшутатора 12 (фиг. 2). Параллельно якорю с помощью коммуггатора 13 подключено активное сопротивлёние 14, зашунтированное коммутатором 15. Вторичные обмотки 7 и 8 соединены последовательно и подключены к нагрузке 1f. Разряд генератора осуществляется следукицим образом. Якорь раскручивается приводом до необходимой скорости. При этом ком- ; мутаторы 12 и 13 разомкнуты, а коммутатор 15 замкнут. Затем замыкается коммутатор 12 и генератор самовозбуждения в режиме динамического торможения якоря. В качестве начального магнитного потока, необходимого для обеспечения самовозбуждения, используется поток остаточного намагничивания ферромагнитопровода. Ток самовозбуждения протекает по цепи: якорь 1 - щетка 10 - коммутатор 12 обмотки 5 и 6 - щетка 11 - якорь. В якоре ток течет по пути: щетка одной полярности - якорные стержни под прилегающим полюсом - короткозамыкающий Элемент (диск или кольцо) на противоположном торце якоря - якорные стержни под .другим полюсом - щетка Другой полярности. При максимальном токе самовозбуждения замыкается коммутатор 13, и одновременно коммутатор 12 размыкается. В результате якорь обесточивается и ток переводится в контур: обмот-п ка возбуждения - коммутатор 13 - коммутатор 15 - обмотка возбуждения, где медленно затзгхает. Сразу же после размыкания коммутатора 12 щетки 10 и 1.1 с помо1цью отжимного устройства, например, на основе пневматики. быстро отводятся от контактной поверхности якоря. После полного отвода щеток от якоря размыкается коммутирующее устройство 15, и в контур обмотки возбуждения вводится сравнительно большое активное сопротивление 14. В результате ток возбуждения резко 3aTyxaeTj а во вторичной цепи 7,8,16 появляется индуктированный ток нагрузки в виде мощного одиночного импульca сильного тока. Далее цикл повторя- ется, Отжатие щеток от проводников якоря непосредственно перед выводом энергии в нагрузкх(перед размыканием устройства 5) производится для устрранения потерь энергии в короткозамкнутом контуре под каждым полюсом образованном двумя крайними токонесущими якорными стержнями и замыкающей их щеткой. Преимущества предложенного генера тора заключаются в следующем. Улучшается использование обмотки возбуждения и якоря, так как сведен к минимуму коэффициент рассеяния потока возбуждения. Повышается коэффициент связи обмотки самовозбуждения с вторичной цепью нагрузки. Это повы шает эффективность преобразования и передачи знергии в нагрузку. Сведены к минимуму потери-энергии в якорной обмотке при выводе в нагрузку, поскольку на пути потока, создаваемого обмоткой возбуждения, нет проводящих короткозамкнутых контуров и массивных элементов конструкции. Имеющиеся потери, определяемые вихре выми токами в массивах якорных стерж ней, сравнительно невелики и слабо влияют на электроэнергетические показатели генератора. Сведение к минимуму индуктированных в якоре токов также, сокращает время выделения энергии в нагрузке, повышает пиковую электромагнитную мощность генератора Уменьшение указанных индуктированных токов повьш1ает надежность машины, снижая электромагнитные и тепловые нагрузки в токонесущих элементах. Обмотка самовозбуждения - индуктивный накопитель знергии с соответствующей частью магнитопровода при заданных габаритах установки занимает больш то часть объема машины. Это позволяет запасти в ней и вывести в нагрузку большую энергию магнитного поля, что повьшает энергоемкость генератора, его удельную мощность и плотность запасенной знергии. Расширены функциональные возможности машины, которло можно еще использовать как сильноточный ударный генератор постоянного тока, разряжающийся непосредственно на подключенную к якорю нагрузку. Упрощается конструкция обмотки возбуждения накопителя, которую технологически просто выполнить из стержней, соединенных перемычками. Такая обмотка также не зат15удняет доступ к якорю и токосъемам, не усложняет уборку-разборку машины. Изобретение более целесообразно применять в тех случаях, когда первичная обмотка (.либо вторичная) индуктивного накопителя должна иметь сравнительно большое число витков большого сечения, по которым протекает весьма сильный ток (порядка ю ).

1. УДАРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА, содержащий цилиндрический якорь, HKopHjTO обмотку, токосъемы в виде щеток, коаксиально расположенное по отношению к якорю кольцевое ярмо с полюсами и обмотку самовозбуждения с коммутирующм устройством подключения нагрузк к генератору, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности преобразования энергии путем повьш1ения удельной энергоемкости генератора, снижения электромагнитных потерь и упрощения конструкции, обмотка самовозбуждения BbinojhieHa в виде навитых вокруг ярма двух одинаковых встречно включенных по магнитному потоку многовитковых катушек, размещенных между полюсами, на каждую катушку обмотки самовозбуждения навита злектрически изолированная вторичная обмотка, имеющая вь1воды для присоединения нагрузки, якорная обмотка выполнена из злектрическиизолированных стержней, равномерно распределенных по окружности якоря, концы якорных стержней с одного торца якоря замкнуты накоротко, а с другого торца якоря (Л контактируют с двумя щетками разной полярности, одна из которых соприкас сается.со всеми стержнями, расположенными под одним из полюсов, а вторая со всеми стержнями, расположенными под другим полюсом. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью снижения его массы, ярмо вьлолнено без ферромагнитопровода. ю :о N0

/г/

/

U