Униполярный компрессионный генератор Советский патент 1984 года по МПК H02K31/00 

Изобретение относится к электромашинным импульсным генераторам ком прессионного типа, -использующим принцип сжатия магнитного потока, и может найти применение при питании электрофизических установок импульсами сильного тока. Известны компрессионные генерато ры; имеющие вал, корпус с размещенными в нем ферромагнитными шихтован ными ротором и статором с расположе нь1ми по окружности одинаковыми полюсами, на которых уложены одинаковые импульсные обмотки, соединенные последовательно посредством скользя щих контактов. При вращении ротора такого генератора индуктивность его импульсных обмоток пульсирует вслед Ствие того, что в одном положении ротора импульсные обмотки оказываются включенными согласно и имеют максимальную индуктивность, а в дру гом - встречно и имеют минимальную индуктивность. Если к этим обмоткам и нагрузке подключить источник возбуждения, то через них протекает им пульсный ток Л. Недостатком этих генераторов является необходимость протекания импульсного тока через источншс возбуждения при непосредственном его подключении к генератору и нагрузке или необходимость введения дополнительных мощных элементов (дроссели, вентили, коммутаторы) для разделени цепи возбзшдения и нагрузки. Все эт приводит к усложнению, удорожанию и уменьшению надежности систем возбуждения и питания нагрузки от такого генератора. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является униполярный компрессионный генератор, имеющий вал, размещенные в корпусе ферромагнитные шихтованные ротор и ста тор с расположенными по окружности одинаковыми полюсами. На полюсах уложены одинаковые импульсные обмотки, соединенн ае последовательно через скользящие контакты. Статор снабжен обмоткой возбуждения в виде катушек, расположенных вдоль оси м&шины на тех же nojrocax, что и импульсная обмотка..При вращении ротора и подключении обмотки возбуждения к источнику электрической энергии в результате пульсации индуктивности импульсных обмоток и на ведения в них переменного напряжения от магнитного потока возбуждения через импульсные обмотки и нагрузку протекает импульсньпЧ ток, магнитный поток которого, сцепляясь с витками обмотки возбуждения, вызывает пульсацию тока возбуждения. Амплитуда тока возбуждения для опытной модели такого генератора в 23 раза превосходит величину, необходимую для создания требуемого потока возбуждения 2 . Недостатком таких генераторов является значительная пульсация тока возбуждения, которая- приводит к снижению КПД вследствие повьшенных потерь в цепи возбуждения. . Цель изобретения - повьш1ение КПД путем уменьшения потерь мощности в цепи возбуждения. Цель достигается тем, что в униполярном компрессионнбм генераторе, содержащем корпус с фланцами, прилегающими к валу, шихтованные ферромагнитные pefop и статор с расположенными по окружности одинаковыми полюсами и установленными на них одинаковьпу И импульсными обмотками, соединенными последовательно посредртвом скользящих контактов, катушки обмотки возбуждения последние выполнены кольцевыми и размещены с торцов статора, импульсные обмотки , ротора и статора выполнены с выводами на противоположные ротора и статора, а корпус, его флан1Ц11 и вал выполнены из ферромагнитного материала . На фиг. 1 схематически изображен генератор, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, частичный разрез в другой проекции; на фиг. 3 - схема части ротора. Генератор содержит шихтованный ферромагнитный статор 1, шихтованный ферромагнитный ротор ,2, две кольцевые катушки обмотки 3 возбуждения, расположенные у торцов статора и включенные между собой последовательно и. встречно, путь 4 протекания магнитного потока возбуждения, ферромагнитный корпус 5, ферромагнитные фланцы корпуса 6, скользящие контакты 7, ферромагнитный вал 8, вводы 9 и выводы 10 импульсной обмотки статора, расположенные у проти1ВОПОЛОЖНЫХ торцов статора, вводы и

31

,выводы 11 и 12 импульсной обмотки ротора, расположенные у противоположных торцов ротора, импульсную обмотку 13 статора, расположенную на олинаковых полюсах, импульсную обмотку 14 ротора, расположенную на одинаковых полюсах, одинаковый полюс ротора 15, путь 16 протекания импульсного магнитного потока, полюс статора 17, проводники 18-20 импульрной обмотки ротора, в которых наводятся униполярные ЭДС..

Компрессионный генератор работает .следующим образом.

Ротор 2 и вал 8 при отключенном возбуждении и нагрузке приводным двигателем разгоняются до необходимой скорости. Затем обмотка 3 возбуждения подключается к источнику питания (не показан). Две кольцевые катушки обмотки возбуждения 3, включенные последовательно и встречно между собой создают униполярный магнитный поток 4 возбуждения в статоре 1, роторе 2 и воздушном зазоре между ними. Цля созДания потока 4 при относительно малых ампервитках обмотки возбуждения 3 корпус 5, фланцы корпуса 6 и вал 8 должны быть ферромагнитными и образовывать с ротором 2 и статором 1 замкнутый магнитопровод. В движупщхся проводниках импульсной обмотки 14 ротора наводятся униполярные ЭДС. Однако в проводниках, образую1цих полный виток импульсной обмотки 14 ротора вокруг :полюсов 15, эти ЭЦС направлены навстречу друг другу и не вызывают электрического тока. В свою о4ередь в проводниках, образующих неполный виток импульсной обмотки 14 ротора вокруг полюсов 15 и подсоединенных к выводам 12, униполярные ЭДС не уравновешены и вызьтают при наличии замкнутой цепи электрический ток. Таким- -образом, для возбуждения электрического тока необходимо выполнение импульсной обмотки ротора 14 с выводами 11 и 12 на противоположные торцы ротора 2.

При вращении ротора 2 его полюса t5 перемещаются относительно полюсов 17 .статора, что приводит к пуль.сации индуктивности импульсных обмоток 14 ротора и 13 статора, соедиiненных посредством скользящих конI тактов 7. В результате при подключений нагрузки к импульсным обмоткам 13 и 14 через них, вводы 9 и вы52 .Л

воды 10, скользящие контакты 7, вводы 11 и выводы 12 протекает импульсный ток. Для большей пульсации индуктивности импульсных обмоток 14 ротора и 13 статора, а следовательно, импульсного тока импульсные обмотки 14 ротора и 13 статора должны быть одинаковы. Поэтому импульсная обмотка 13 также выполняется с выводами 9 и 10 на противоположные торцы статора 1. Импульсный поток 16 замыкается через полюса 15 ротора и 1 7 статора, не сцепляясь с витками обмотки 3 возбуждения и не вызывая тем самым пульсаций тока возбуждения.

Отсутствие пульсаций позволяет уменьшить потери мощности в цепи возбуждения, которые определяются сопротивлением обмотки возбуждения и током, необходимым для создания требуемого потока.возбуждения. В известном компрессионном генераторе с обмоткой возбуждения на полюсах статора наличие пульсаций потока возб гждения приводит -к большим потерям мощности в цепи возбуждения по сравнению с предлагаемым генератором, так как действующее значение пульсирующего тока больше .его постоянной величины, необходимой для создания требуемого потока возбуждения .

При таком выполнении генератора магнитный поток возбуждения замыкается через статор, ротор, вал и корпус. В результате в зазоре между ротором и статором создается униполярный магнитный поток возбуждения. Что обеспечивает при вращении ротора наведение униполярных ЭДС в проводниках импульсной обмотки ротора, перпендикулярных потоку возбуждения и вектору окружной скорости, направление которых определяется по правилу правой руки.

Под действием этих униполярных ЭДС и переменной индуктивности импульсных обмоток при подключении к ним нагрузки протекает импульсный ток.

Обмотка возбуждения может выполняться либо из одной кольцевой ка-тушки, расположенной с одной стороны статора, либо из двух одинаковых кольцевых катушек, расположенный по обе стороны статора и включенных между собой последовательно и встречно для создания униполярного магннтного потока возбуждения в воздушном зазоре.

По с равнению с базовым объектом предлагаемьй генератор имеет следующие преимущества: более простая обмотка возбуждения, состоящая из одной или двух кольцевых катушек при лю.бом количестве полюсов (у базового объекта число катушек равно количестШ 15

ву полюсов); за счет отсутствия пульсаций тока вoэбyж eния и меньшего числа катушек экономится медь.

Таким образом, предлагаемый компрессионный генератор является экономичной машиной и может найти применение для питания низкоомной нагрузки импульсами сильного тока с частотой в сотни герц. 12

УНИПОЛЯРНЫЙ КОМПРЕССИОННЫЙ .ГЕНЕРАТОР, содержащий корпус с фланцами, примыкающими к валу, ферромагнитные шихтованные статор и ротор с расположенными по -окружности одинаковыми полюсами и установленными на них одинаковыми импульсными обмотками, соединенными последовательно посредством скользящих контактов, катушки обмотки возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повьпиения КПД за счет уменьшения потерь мощности в цепи возбуждения, катушки обмотки возб ждения выполнены кольцевыми и размещены с торцов статора, импульсные обмотки ротора и статора выполнены с выводами на противоположные торцы ротора и статора, а корпус, его фланцы и вал выполнены из ферромагнитного (/) материала.