Электромашинный генератор периодических импульсов тока Советский патент 1989 года по МПК H02K25/00 

мотка ротора 8, выполненная коротко- замкнутой в виде массивных рамокр электрически изолированных от сердечника и размещенных соосно. Выводы дополнительной обмотки 2 статора подключены к источнику начального тока возбуждения, выполненному в виде источника ЭДС 3 и дросселя 4, В предлагаемом устройстве поставленная цель достигается путем каскадного принципа построения генератора и отсутствия щеточно-контактных узлов в силовой цепи генератора, что позволяет повысить величину тока, протекающего в нагрузке, и надежность работы генератора. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашинным источникам импульсной энергии, в частности к источникам питания периодическими импульсами тока электрофизических установок. Целью изобретения является увеличение импульсной мощности и амплитуды тока, снижение мощности возбуждения и повышение надежности. Генератор содержит шихтованный сердечник статора с однофазными основной 1 и дополнительной 2 обмотками, смещенными на 90 эл.град друг относительно друга. Вьгооды основной обмотки 1 статора через неуправляемый вентиль 7 подключен к нагрузке 6, а через управляемый вентиль 5 - к источнику начального тока возбузедения. На шихтованном сердечнике ротора генератора расположена однофазная об§ сл 4 СП 00 СП 00 со 77

1

Изобретение относится к электро- технике, а именно к электромашинным источникам импульсной энергии, и может быть использовано в системах импульсного питания при электрофизичес ких исследованиях и на автономных объектах.

Цель изобретения - увеличение импульсной мощности и амплитуды тока, снижение мощности возбуяэдения, повышение надежности генератора.

На чертеже показана принципиальна схема генератора в момент компрессии магнитного поля основной обмотки ста тора.

Генератор содержит Ш1гхтованный магнитопровод статора с однофазной основной обмоткой 1 и дополнительной однофазной обмоткой 2,, обмотки 1 и 2 смещены на 90 эл.град одна относительно другой.

Дополнительная обмотка 2 подкшоче На к источнику начального тока возбуждения, содержащему 1(-.;точник 3 на- пряжения и дроссель 4. Дополнительная обмотка 2 через управляемый вентиль 5 подсоединена к основной обмотке статора 1, которая имеет клеммы для подключения к нагрузке 6 через неуправляемый вентиль 7„ Ротор 8 генератора содержит шихтованный магнитопровод, на котором размещена однофазная обмотка, выполненная в виде массивных короткозамкнутых рамок,- размещенных соосно и электрически изолированных от шихтованного магни- топровода ротора.

Предлагаемый генератор по существу представляет собой каскад из двух компрессионных генераторов, смещенных в одной конструкции.

При этом первая ступень генератора образована однофазными дополнительной обмоткой статора и обмоткой ротора, а вторая ступень - основной обмоткой статора и обмоткой ротора. Первая ступень предназначена для создания начального тока возбуждения во второй ступени генератора, являющейся силовой и создающей импульс тока в нагрузке. Тот факт, что вторая ступень служит в качестве нагрузки для первой ступени, позволяет говорить о каскадном принципе построения генератора.

Генератор работает следующим образом.

Ротор генератора вращается с угловой частотой U) . В исходном состоянии, когда магнитные оси дополнительной обмотки 2 и обмотки ротора 8 смещены на 90 эл.град, источник 3 напряжения создает в дополнительной обмотке 2 статора начальный ток возбуждения i „. При повороте ротора на 90 эл.град обмотка ротора 8 демпфирует магнитный поток дополнительной обмоткой 2 статора. При этом в случае открытого управляемого вентиля 5 в дополнительной обмотке 2 генерируется импульс тока i,, который протекает по основной обмотке 1 статора. Таким образом, на первом этапе работы генератора обеспечивается создание начального тока в основной обмотке 1 статора. На втором этапе, при повороте ротора еще на 90 эл.град, обмотка ротора 8 демпфирует магнитный поток основной обмотки 1 статора. При этом в этой обмотке генерируется импульс тока 1ц, протекающего по нагрузке 6. Процесс периодически повторяется после поворота ротора на

180 эл.град. Наличие управляемого, вентиля 5 в цепи дополнительной обмотки 2 статора позволяет регулировать (уменьшить) частоту следования импульсов тока возбуждения в основной обмотке 1 статора, а следователно, регулировать частоту силовых импульсов в нагрузке 6. Наличие двух вентилей 5 и 7 в схеме генератора препятствует протеканию токов обратного направления в обмотках статора генератора, которые могли бы снизит эффективность генерирования импульсной мощности.

Ротор генератора имеет только одн обмотку 6, вьшолненную короткозамкну той одноосной. Это приводит к тому, что, например, в момент совпадения осей магнитного потока основной обмотки 1 статора и обмотки 8 ротора последняя не препятствует созданик магнитного потока дополнительной обмотки 1 статора, обеспечивая тем са- мьт возможность запасания в ней начальной магнитной энергии. Лобовые части основной обмотки 1 статора и обмотки ротора 8 целесообразно приблизить к области воздушного зазора для усиления магнитной связи между ними. При этом повышается степень компрессии рабочего магнитного потока и увеличивается ток в нагрузке. На первом этапе работы генератора, когда происходит генерирование импульса начального тока возбуждения в основной обмотке 1 статора, место работа компрессионного генератора с обмотками 2 и В на индуктивную нагрузку, в качестве которой выступает основная обмотка 1 статора. Отсюда для оптимального согласования этой индуктивной нагрузки с внутренней индуктивностью генератора необходимо, чтобы индуктивность основной обмотки 1 статора была приблизительно равна минимальной эквивалентной индуктивности дополнительной обмотки 2 статора З, 4, которая достигается в момент максимального демпфирования ее потока обмоткой ротора 8. Это условие достигается соответствующим выбором числа витков обмоток статора из условия оптимального согласования, согласно которому индуктивность обмоток генератора должна удовлетворять равенству . .

L. (1-2) 4- О) ,

где L - индуктивность основной об-мотки 1 статора;

L - индуктивность дополнительной обмотки 2 статора; k - кратность изменения эквивалентной индуктивности дополнительной обмотки 2, являющаяся конструктивным параметром 1-й ступени.

Учитывая, что индуктивности пропорциональны квадрату числа витков обмоток, а k j 10-400, получаем рекомендуемое соотношение чисел вит- ков основной U j и дополнительной и/,

обмоток статора

(2)

Второе важное условие, которому должно соответствовать соотношение чисел витков основной и дополнительной обмотки для достижения наибольших значений k Дс, вытекает из необходимости при возбуждении каждой ступени генератора избегать чрезмерного насьпцения железа, т.е. иметь в зазоре индукцию, близкую к индукции насыщения в точке перегиба кривой намагничивания при начальном токе возбуждения i для первой ступени и i f-цля второй ступени.

Поскольку ток i является выход35

ным током первой ступени, то i

Л

2о

где - 1, коэффициент

о 1

усиления тока в первой ступени. С учетом этого, исходя из равенства

-1 tt), lip где 0)- число

. витков обмотки первой ступени;

число витков силовой обмотки второй

2 5

0

5

ступени, получаем соотношение и, / Юл

I ..

- 1 - / i ;

-с 1о

л

Это условие не противоречит изложенному ранее условию. Оно является определяющим при нена- сьпценном железе, но сводится к условию (2), когда степень насьш;ения железа при токе, равном начальному, выбрана более высокой, вследствие чего коэффициенты k , k j , могут иметь более низкое значение. Таким образом, в общем случае отношение числа витков дополнительной обмотки 2 статора к числу витков силовой обмотки 1 статора в предлагаемом генераторе должно лежать в пределах 2 i U)i/ Wi 20. При этом использование первой ступени генератора наиболее эффективно.

Использование изобретения позволяет увеличить импульсную мощность i и амплитуду тока в нагрузке и снизить мощность, потребляемую цепью возбулсдения за счет каскадного 1ггрин- ципа построения генератора, а также повысить амплитуду импульсов тока и надежность работы генератора за счет устранения щеточных контактов в силовой цепи, ограничивающих величину генерируемого тока.

Расчеты показывают, что импульсная мощность генератора превышает величину импульсной мощности одноступенчатого генератора более чём в 160 раз. Налигше предварительной ступени усиления позволяет снизить величину Мощности, потребляемой цепью возбуждения5 так как часть требуемой мощности возбуждения потребляется с вращагощегося вала генератора.

Отсутствие щеточного контакта в силовой цепи предлагаемого генератора снимает ограничение на величину TOKS 3 нагрузке и позволяет генериро - вать инпульсы больших тохоз при ренных значениях напряжеггил:, которые могут быть использованы напрш-iep, для импульсной сварки. Формула изобретения

Злектромашинный генератор перио- дических импульсов тока содержащий шихтованные сердечн1- -и ротора и статора, обмотку ротора и ocкcEH o обмотку статора, выполненные однофазны- Mii, клеммы для подключения к нагрузке через первый коммутирующий аппа- рат, второй коммутирующий аппарат и источник начального тока возбуждения, отличающийся тем, что с целью увеличения импульсной мощности и амплитуды тока, снижения

мощности возбуждения и повьшения надежности, он снабжен дополнительной однофазной обмоткой статора, смещенной на 90 эл.трад относительно основной, число витков дополнительной

обмотки статора превышает число витков основной обмотки статора в 2- , 20 раз, первый коммутирующий аппарат выполнен в виде неуправляемого вен- .тиля, обмотка ротора выполнена короткозамкнутой в виде массивных рамок, размещенных соосно и злектрически изолированных от сердечника ротора, клеммы для подключения к нагрузке соединены с вьюодами основной обмотки статора, подключенными к источнику начального тока возбуждения через второй коммутирующий аппарат, выполненный в виде управляемого вентиля, выводы дополнительной обмотки статора подключены к источнику начального тока возбуждения, встречно по отношению к которому включен управляемый вентиль, при этом управляемый и неуправляемый вентили соединены друг с другом одноименными выводами.