Униполярная машина переменного тока Советский патент 1992 года по МПК H02K31/00 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к электрохимическим и электромеханическим преобразователям, и является агрегатом, обратимо преобразующим химические и механические формы энергии.

Известна униполярная машина, в которой якорем-статором является цилиндрический топливный элемент, активируемый магнитно-спиновым эффектом и размещенный в воздушном зазоре магнитопроводно- го ротора-индуктора.

Эта машина имеет высокий КПД, но низкие пусковые характеристики из-за массивного ротора-индуктора, которые ограничивают ее применение в народном хозяйстве. Взрывоопасная близость водорода и кислорода, необходимых для питания ТЭ, усложняет ее эксплуатацию.

Известен электрохимический преобразователь, содержащий кислород в твердофазном состоянии в одном из электродов - полутопливный элемент. Энергопреобразование в нем происходит в стационарном режиме без прокачки электролита.

Известна униполярная машина переменного тока, в которой однонаправленная электромагнитная сила, вращающая ротор, создается взаимодействием синхронно изменяющих направление поля тока якоря и поля индуктора.

Такое электромагнитно-динамичное взаимодействие повышаетудельные энергетические показатели машины, но использовать ее в таком виде для химико-электромеханического преобразования невозможно.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей униполярной машины переменного тока и повышение КПД химико-электромеханического преобразования.

Поставленная цель достигается размещением противостоящих витков двойного полутопливного элемента в воздушном зазоре магнитопроводного статора, прокачиванием электролита между электродами центробежным насосом, вращаемым валом ротора, и поочередной коммутацией начальных и конечных выводов обмоток из этих электродов тиристорным коммутатором, управляемым индукционной следящей обмоткой, обеспечивающей электромагнитный резонанс.

На фиг.1 показана униполярная машина, осевой разрез; на фиг.2 - ее схема с полуторавитковым полутопливным элементом (направления электрического тока и магнитного потока показаны при включении внешнего анода); на фиг.З - эквивалентная схема электромагнитного

преобразования с токовой диаграммой; на фиг.4 - вариант последовательного соединения витков-ячеек двух полутопливных элементов, разделенных изоляционной

прокладкой.

Обмотка возбуждения ленточного полутопливного элемента расположена в цилиндрической части воздушного зазора магнитопровода 1. Она состоит из трех рас0 положенных с зазором друг против друга электродов (газодиффузионные аноды 2 и средний, сплошной, катод 3). Начальные и конечные выводы этих обмоток подключены к тиристорным ключам коммутатора 4, обес5 печивающего их поочередное подключение к осевому и периферическому скользящим контактам ротора 5. Витки электродов скреплены между собой диэлектриком и являются расположенными одна в другой тру0 бами, замкнутыми по торцам кольцевыми диэлектрическими коллекторами 6, имеющими трубчатое соединение с центробежным насосом 7, вращаемым валом ротора 5. Эти трубы укреплены в герметичной цилинд5 рической полости, в верхнюю часть которой по трубке 8 поступает водород, а нижняя часть этой полости соединена с клапаном 9, обеспечивающим отток электролита, просачивающегося сквозь газодиффузионные

0 электроды. На магнитопровод также намотана следящая индукционная обмотка 10, подсоединенная к управляющему блоку тиристорного коммутатора 4.

Водород, поступая по трубке 8 в цилин5 дрические полости вокруг обмотки возбуждения из витков полутопливных элементов, проходит сквозь газодиффузионные электроды 2 и, ионизируясь, вступает в электрохимическую реакцию, создавая ионный ток

0 между противостоящими поверхностями витков катодного электрода 3, один из выводов которого через ключ коммутатора 4, скользящие контакты ротора 5 и другой ключ подключен к противоположному выво5 ду анода 2. По виткам этой электродной пары и по якорю начинает течь электрический ток, возбуждающий магнитное поле, которое посредством магнитопровода статора пересекает рабочую часть якоря и, взаимо0 действуя с полем его тока, создает электромагнитную силу, вращающую ротор 5. При нарастании тока происходит поляризация рабочих поверхностей этой пары электродов, препятствующая дальнейшему увели5 чению тока. В. следящей обмотке 10 ток перестает индуцироваться, и в этот момент коммутатор 4 отключает от якоря поляризованные электроды и включает противоположные выводы другой пары витков-электродов, между которыми начинается описанный процесс, при этом ток в цепи обмотка - якорь начинает течь в обратном направлении, возбуждая магнитный поток противоположного направления. Электромагнитная сила, действующая на якорь, сохраняет свою однонаправленность, а нарастание магнитного потока противоположного направления разворачивает парамагнитные диполи поляризованного слоя отключенных электродов и снимает эту поляризацию. Прокачиваемая центробежным насосом 7 ионосодержащая среда активизирует конвекцию между электродами 2 и 3, ускоряя массоперенос. При принудительном вращении ротора за счет остаточного магнетизма машина начинает работать как генератор с самовозбуждением, выделяя водород и восстанавливая оксидный электрод.

Для уменьшения омических энергопотерь в проводниках якорной цепи на подвижных токосъемниках и в коммутаторе электроды витков полутопливных элементов можно соединить последовательно, что повышает напряжение источника электрического тока. С этой же целью электроды полутопливных элементов армированы низкоомным проводником.

Формула изобретения 1. Униполярная машина переменного тока, содержащая статор с магнитопрово- дом и обмоткой возбуждения, ротор с валом, подключенный к обмотке возбуждения через скользящие контакты, при этом обмотка возбуждения выполнена в виде электродов электрохимического источника с электролитом, отличающаяся тем,

что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения КПД, снабжена следящей индукционной обмоткой, управляемым тиристорным коммутатором, центробежным насосом для прокачки электролита между электродами, а витки обмотки возбуждения образованы тремя противостоящими электродами полутопливных элементов, конечные и начальные выводы которых подключены к тиристорному коммутатору, к

управляющему входу которого подсоединена следящая индукционная обмотка, подключенная к скользящим контактам якоря-ротора, а центробежный насос механически связан с валом ротора.

2. Машина по п.1,отличающаяся тем, что снабжена дополнительным полутопливным элементом и диэлектрической перегородкой, установленной между основным и дополнительным полутопливным элементами, которые соединены последовательно.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - расширение функци 1771- ональных возможностей и повышение КПД. Униполярная машина переменного типа содержит статор с магнитопроводом 1 и обмоткой возбуждения, ротор с валом, подключенный к обмотке возбуждения. Обмотка возбуждения выполнена в виде трех противостоящих электродов 2 и 3 полутопливного элемента, конечные и начальные выводы которого подключены ктиристорно- му коммутатору 4, к управляющему входу которого подсоединена следящая индукционная обмотка. Последняя соединена со скользящими контактами ротора 5. Центробежный насос 7 для прокачки электролита между электродами механически связан с валом ротора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фиг. 1

Фиг.3