Устройство для передачи тока Советский патент 1987 года по МПК H01R39/00 H02K31/00 

Изобретение относится к электро- технгасе, в частности к созданию устройств для передачи тока от вращающегося электрода к неподвижному с помощью ионизированного разрядом газа, и может быть использовано, например, в униполярных электрических машинах,

Цель изобретения - снижение потерь мощности при передаче тока и увеличение ресурса работы электродов

На фиг.I представлено устройство для передачи тока, осевой разрез; на фиг.2 - дополнительный разрядный электрод с иглообразными окончаниями

Устройство для передачи тока содержит концентрично расположенные вращающийся I и неподвижный 2 злект- рЬды подключенные к внешней электрической цепи (не показана). Электроды 1 и 2 связаны между собой с прмощью ионизированного разрядом газа в кольцевом зазоре 3 между электродами 1 и 2,Устройство содержит так- 25 лежит в пределах V 200-600 м/с.

же два дополнительных р1азрядных электрода 4 и 5, связанные с самостоятельным источником питания, (не показан). Разрядный электрод 4 изолированно с помощью изолятора 6 укреплен на неподвижном электроде 2 и выступает с его торца в кольцевую полость зазора 3. С другого торца вращающегося электрода 1 в эту полость зазора 3 выступает по крайней мере одно иглообразное окончание 7, которым снабжен второй разрядньш электрод 5, укрепленный изолированно с помощью изолятора 8 на вращающемся электроде 1 .Иглообразное; окончание 7 имеет диаметр не более , при этом в случае использования группы иглообразных окончаний (фиг.2) расстояние Е между ним целесообразно выбирать большим 3-10 м.

Устройство работает следующим образом .

На вращающийся электрод 1 и не- подвижньм электрод 2 от внешней эле рической цепи подается рабочее напряжение, величина которого недостаточна для пробоя и ионизации газа в зазоре 3 и поддержания разряда в зазоре. Для осуществления передачи тока между электродами 1 и 2 подают напряжение на разрядные электроды 4 и 5 от самостоятельного источника питания, достаточное для пробоя и

ионизации газа в зазоре 3. Поскольку электрод 5 установлен в устройстве таким образом, что в зазор 3 выходят лить его иглообразные окончания 7, разряд в зазоре 3 осуществляется между иглообразными окончаниями 7 и вторым разрядным электродом 4. Время разряда в данном конкретном месте зазора 3 определяется линейной скоростью V вращающегося электрода I и диаметром d иглообразного окончания 7: е-, d/V. Чтобы не происходил разогрев тяжелых частиц газа

(ионов) и, как следствие, не было потерь мощности при передаче тока, связанных с разогревом газа, энергия вьщеляемая в разряде должна идти лишь на ионизацию газа в зазоре 3,

поэтому время разряда С, не должно . превышать значения .

Линейная скорость вращающегося электрода 1 в области зазора 3 для устройств с плазменным токосъемом

Верхняя граница определяется -прочностными характеристиками вращающихся элементов устройства, а нижняя граница - практической целесообраз-

0 ностью применения в устройствах с такими скоростями плазменного токосъема (при более низких скоростях целесообразно использование других видов токосъема: жидкостного, щеg точного и др. }. С учетом указанных ограничений времени разряда С, и линейной скорости вращающегося электрода в области зазора определено максимальное значение диаметра

0 d иглообразного окончания 7 значением d 2 . Минимальное значение диаметра d ограничивается возможностями технологии изготовления этого элемента. При таком диаметре

5 иглообразных окончаний одного из

разрядных электродов в разрядном промежутке устройства с плазменным токосъемом в рабочем режиме разряда обеспечивается ионизация газов в за-. g зоре между электродами 1 и 2 без

разогрева тяжелых частиц газа. Иони зированный газ используется как проводящая среда для передачи тока между электродами и 2 под действием

i-g приложенного к ним напряжения. Образовавшаяся после разряда нестационарная неравновесная плазма начинает распадаться, так как приложенного к электродам 1 и 2 напряжения не дос3135

таточно для поддержания самостоятельного разряда в зазоре 3. Для увеличения токопроводящих зон между электродами 1 и 2 и с целью увеличения рабочего тока устройства можно выполнить разрядный электрод 5 с группой иглообразных окончаний 7, которые размещают по его окружности с интервалом, выбираемым из условия заданного уменьшения концентрации заряженных частиц в зазоре 3; например каждый последующий разряд в данном конкретном месте зазора 3 с одного иглообразного окончания должен

происходить в хвосте предьщуще- го разряда с предыдущего по ходу вра щения электрода 1 иглообразного окончания. При этом время между разрядами j равно /V, где - расстояние между иглообразными окончания- ми.

в прототипе в качестве проводника между электродами использован дуговой разряд, имеющий большое сопротивление, а следовательно, потери мощ- ности. Для оценки сопротивления формулой для проводимости полностью ионизированного газа:

1|

3, . Д- ,

где Tg - температура электронов в

градусах Кельвина; Д - Кулоновский логарифм,

; 3-6.

Для т 5 50000К; и 6-10 Ом- I , тогда сопротивление дуги длиной 2 м и сечением 13 мм равно

R 2,8-10

Ом.

Для машины мощностью 1 МВт с током 10 кА потери мощности-в дуге составят 280 кВт или 28% от полной мощности машины.

В предложенном устройстве для передачи больших токов необходима степень ионизации газа в зазоре, близкая к 1, т.е. во время разряда ионизируется практически весь газ. При этом потери мощности на ионизацию

Р, i.-пе - д h-V-N,

где ; - энергия ионизации для данного газа; пе - концентрация электронов;

Л радиальная величина зазора 3; h - осевая длина зазора 3;

V - линейная скорость электрода I ;

N - количество игл 7 на разрядном электроде 5. При падении напряжения ли на зазоре плотность тока в плазме определяется выражением

j е пе- ii АИ /л ,

где е, fi- заряд и подвижность электронов соответственно. Подвижность /i определяется по формуле

п- & (2-Тр-т)

т, Tg - масса и температура

электронов соответственно;

п - концентрация газа; сечение ионизации.

И Тогда

J

п - 6 . d (2-Те)

ff2

Ток, который можно пропустить в следе одного разряда, равен

I j-h-1

и полный ток

In j-h-1-N.

Для заданного тока 1 электрические потери мощности zl Р определяются выражением

40

4Pj Т„-/1и

S i liL-i2iT g m)f 1, пе- h-1-N

При V 300 м/с, d 0,1 мм, время

разряда -, 3,3-10- с; h 5-10- м; Е 3,9 эВ для цезия ;

-п ; 6 10- «м ; „ 10 кА; N 50-,Tf 3 эВ.

Потери мощности на ионизацию и разогрев электронов лР, (3,9+3) х1,6-10-5, J023. 2 -lO- -5-lO З00 -50 16,56 кВт. Для определения потерь Pj время распада плазмы 2 -10 , для пе 10 и Те 5 эВ.

Концентрация электронов в распадающихся плазмах водорода, гелия, азота и аргона,-примерно за 50 мкс

уменьгаается в 3 раза. За время между разрядами 1 50 1 0 с концентрация электронов пе примерно равна концентрации газа п, т.е. п ,

при этом

V..

1,5 см.

Отсюда

JP

10- 1.3- i

1,2-2,56-10 5-10 - 1,5-10 50

115 Вт.

Следовательно, суммарные потери др ЛР + Р2 кВт, что поч- tv. в 30 раз меньше аналогичных потерь в известном устройстве, в кото- ром имеет место также эрозия электродов, появляющаяся уже после не-, скольких минут работы машины с дуговым токосъемом ( в предлагаемом уст- ройстве-эрозия электродов отсутствует, что увеличивает ресурс их работы ).

O

5

0

Формула изобретения

Устройство для передачи тока, содержащее расположенные концентрично вращающийся и неподвижный электроды, подключенные к внешней электрической цепи и связанные между собой с помощью ионизированного разрядом газа в кольцевом зазоре между электродами, отличающееся тем, что, с целью снижения потерь мощности при передаче тока и увеличения ресурса работы электродов, устройство содержит два дополнитель-- ных разрядных электрода, связанных с самостоятельным источником питания, при этом один из этих электродов изолированно укреплен на неподвиж- - ном электроде и выступает с его торца в кольцевую .полость зазора, а с другого торца вращающегося электрода в эту полость выступает по крайней мере одно иглообразное окончание, которым снабжен второй разрядный электрод, который изолированно укреплен на вращающемся электроде, при этом иглообразное окончание имеет диаметр не более 2-10 м.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к униполярным электрическим машинам. Целью изобретения является снижение потерь мощности при передаче тока и увеличение ресурса работы электродов. Устройство содержит вращающийся 1и неподвижньй 2-электроды. Электроды связаны между собой с помощью ионизированного разрядом газа в кольцевом зазоре 3 между электродами I и 2. Дополнительно в устройство введены разрядные электроды 4 и 5. Разрядный электрод 4 укреплен на неподвижном электроде 2 и выступает с его торца в кольцевую полость зазора 3. С другого торца вращающегося электрода в эту полость зазора выступает по крайней мере одно иглообразное окончание 7, которым снабжен разрядный электрод 5, укрепленный на вра- шдющемся электроде 1 , Иглообразное окончание 7 имеет диаметр не более 210 м. 2 ил. со ел С5 о оо ND Фе/г.7

фи.2

Составитель М.Кузйецова Редактор М. Андрушенко Техред л.Сердюков Корректор М.Максимишинец

Заказ 5802/48 Тираж 625Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4