Униполярная машина Советский патент 1974 года по МПК H02K31/04 

1

Изобретение относится к электротехнике.

Известна униполярная машина, на роторе которой имеется кольцевой выступ с внутренней кольцевой камерой для жидкого металла, в который погружены электроды.

Однако известная конструкция не позволяет осуществлять многократное и кратковременное замыкание цепи якоря при вращающемся роторе за счет изменения уровня жидкого металла в кольцевом углублении.

Целью изобретения является усоверщенствование ротора для многократного и кратковременного коммутирования цепи якоря контактной жидкостью при вращающемся роторе и больших токах в подвижном контакте и улучшение условий коммутирования при заданных параметрах системы управления контактом.

Для этого в роторе во внутренней кольцевой камере для жидкого металла закреплена кольцевая перегородка, установленная с зазором относительно дна камеры и разделяющая камеру на две части, одна из которых соединена с каналами, выполпенными в роторе. Углубления по обе стороны перегородки имеют кольцевые уступы, радиальное расстояние между которыми определяется допустимым перепадом уровней свободной поверхности жидкости, находящейся в обеих частях камеры.

2

На чертеже представлен вариант конструк ции ротора.

Ротор униполярной мащины содержит кольцевой выступ 1 (выступ может располагаться

снаружи ротора, а не сбоку, как показано на чертеже), имеющий внутреннее кольцевое углубление для жидкого металла 2. Углубление разделено кольцевой перегородкой 3 на две примерно равные по объему части, сообщающиеся между собой по зазору 4 между перегородкой и дном углубления 5. Зазор должен быть достаточно большим, чтобы не препятствовать перетечке жидкости из одного углубления в другое, но не настолько большим,

чтобы край перегородки мог выйти из жидкости при изменении ее уровня. Кольцевые углубления по обе стороны перегородки ближе к оси ротора резко расширяются, образуя уступы 6 и 7. Полость 8 за перегородкой соединена с каналами 9, которые по осевому отверстию в вале ротора сообщаются с внещней регулируемой газовой магистралью. Штриховыми линиями условно показан на рисунке неподвижный кольцевой электрод 10.

Предлагаемая конструкция ротора позволяет использовать жидкий металл для многократного и кратковременного коммутирования якорной цепи при вращающемся роторе без изменения объема этой жидкости в кольцевом углублении и без ее расхода через внешнюю систему. Для этого требуются: устройство для однократного занолнення кольцевого углубления жидким металлом и напорное устройство, позволяющее многократно с заданной периодичностью создавать и устранять во внутренних каналах ротора избыточное давление газа или электроизоляционной жидкости с малой плотностью. Такой ротор может быть применен в униполярных генераторах и двигателях. В генераторном режиме могут быть получены импульсы тока длительностью порядка сек. Электрический контакт между ротором и внешней цепью может быть кольцевым либо зональным в зависимости от конструкции неподвижного электрода. Имеюш,иеся в углублепиях ротора кольцевые уступы позволяют улучшить условия коммутироваппя цепи: улучшают условия для гашения дуги, которая может возникнуть при размыкании контакта, исключают выплескивание жидкости из углубления и уменьшают случайные искажения формы импульсов, что позволяет генерировать идентичные между собой импульсы тока. При работе униполярной машины ротор вращается, и жидкий метал 2 в кольцевом углублении принимает под действием центробежных сил положение, показанное на чертеже. Для замыкания цени якоря необходимо в каналах 9 внутри ротора создать избыточное давление газа, подводимого в центральную часть ротора от регулируемой газовой магистрали. Газ будет давить на свободную поверхность жидкого металла, находящегося в полости 8. Жидкость будет перетекать по зазору 4 в соседнее кольцевое углубление до установления нового равновесия сил, действующих на жидкость (сил центробежных и давления газа). При этом свободная поверхность жидкости сместится в полости 8 до уровня п-п, а в соседнем кольцевом углублении- до уровня т-т. Неподвижный электрод 10 окажется погруженным в жидкий металл; цепь якоря будет замкнута. Для размыкания контакта достаточно устранить избыточное давление газа во внутренних каналах ротора. Жидкость вернется в исходное ноложение, и цепь якоря разомкнется. Для работы униполярного генератора в импульсном режиме важно, чтобы замыкание и размыкание цепи якоря происходило быстро, Чем быстрее происходит коммутировапие цепи, тем короче могут быть получены импульсы тока и тем лучше условия для гашения дуги, которая может возникнуть при размыкании цепи (при этом важно также, чтобы при раз.мыкании жидкий металл отводился на как можно большее расстояние от неподвижного электрода). Но при больших скоростях изменения уровня жидкого металла он не должен выплескиваться из углубления в роторе, а глубина погружения ненодвижного электрода в жидкий металл не должна меняться при многократном замыкании цени. Величина и скорость смещения уровня свободной поверхности жидкого металла прямо пропорциональны величине и скорости изменения давления газа в нолости 8. Для того чтобы улучшить условия коммутирования цепи при данных рабочих параметрах газовой магистрали (величине и скорости изменения давления газа в полости 8), кольцевые углубления в роторе сделаны ступенчатыми. При замыкании цепи небольшое изменение уровня жидкого металла в полости 8 вызывает значительное смещение уровня в углублении, где расположен неподвижный электрод 10. Так будет, пока свободная поверхность жидкости не достигнет уровней п-п и т-т, где расположены уступы 6 и 7. За этими уступами величина и скорость смещения уровней изменяются: в углублении, где расположен электрод 10, смещение уровня будет незначительным даже при существенном изменении уровня жидкости за перегородкой 3. Все это позволяет увеличить расстояние между жидким металлом и неподвижным электродом при размыкании цепи, увеличить скорость коммутирования этой цени и обеспеч ивает постоянную глубину ногружения неподвижного электрода в жидкий металл при многократном замыкании цепи. Заливка металла в углубление может производиться, например, с помощью каналов в неподвижном электроде. Металл эвакуируют по окончании работы при остановке ротора. Предмет изобретения 1.Униполярная машина, содержащая ротор с кольцевым выстуном, внутренней кольцевой камерой и каналами для подачи к ней жидкого металла, отличающаяся тем, что, с целью улучщения процесса коммутации, в камере внутри ротора закреплена кольцевая перегородка, установленная с зазором относительно дна камеры и разделяющая камеру на две части, одна из которых соединена с каналами, вынолненными в роторе. 2.Машина по п. 1, отличающаяся тем, что в камере ротора по обе стороны перегородки выполнены кольцевые уступы, радиальное расстояние между которыми определяется допустимым перепадом уровней жидкости в обеих частях камеры.

W