Электрический генератор Советский патент 1979 года по МПК H02K19/16 

I. ;.. :... Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для получения электроэнергии в системах, условия работы которых не допускают прим нения щеточных контактов- к связ аны с ;быстрым запуском, останове и изменечием скорости вращения и частоты тока. Известны явдукторвые н коммутаторные генераторы, имеющие магнитные полюсы и якорные обмотки на статоре, а их ротор, изготовленный из магнитомягкого материалгв, является кдадмутатором магнитного потокаГ Ц. Недостатком индукторных и коммутаторных геиератрров является наличие тяжелого ротора. Известен электрический генератор, со держащий статор Q якорными индуктивным катушками и возбудительным контуром, а также ротор с чередующимися по окружно стй высокопроводящими и непроводящими участками, расположенными против якорных катушек 2. Недостатком генератора является сло5 ность регулиройа тя выходного напряжения и частртыГ достигаемого лишь при одновременном соГласдааНнЬм изменении емкости возбудительного контура и скорости ротора, .поскскльку генератор работает только при резонансе механйческой частоты вращения ротора и электрической частоты LC -контура. Другим недостатком параметрического генератора является боль- ; щие габариты и вес иа-аа наличия емкости, рассчитанной напсйну мощность генератора. Целью изобретения является упрощение регулирования выходного напряжения и частоты электрического Генератора, а также уменЫиение его габаритов и веса. Для этого в электрическом генераторе, содержащем статор с якорными индуктивными катушками и возбудительным контурбм, а также ротор с чередующимися по окружности высокопровод ящими и непрсуводящими участками, расположенными против якорных катушек, возбудительный кон- тур Rbiniijr.ien в виде последовятел)но включенных бялластной индуктивна:ти и источника ло1:;тоянного тока и подключен к зажимам якорных катушек, являющикчся выхопньтмй зажимами генератора. На фиг. 1 приведен предлагаемый генератор, продольный разрез; фиг. 2 - то же. Поперечный разрез; фиг. 3 - элёктрчШЖ® с: бема 11р®1лоШн11о 6тЧенфато Ротг генератора содержит втулку 1, на которой закреплены идентичные звездочки 2 с выступами 3 ив прочного вь сокопроводящего немагнитного материала. На статоре с помощью кольца 4 закреплен ны якорные индукторные катуипси 5, разме me.HHbie.no окружности и охваченные с обеих сторон роторными выступами, ft зажимам катушек 5, являющтся вдлходнымн зажимами генератора, подключен возбудительный контур, содержащий регулируемую ЭДС noctoHHHoro тока 6.с балластной ин дуктивностью 7. К выходным зажимам Подсоединена внешняя цепь с омическойi безинг1уктивной нагрузкой 8. Для получе ния в нагрузке импульсов тока одного нйправления один на выходных зажимов может соединяться с якорными катущками через вентиль 9. Снижение влияния обрат ных напряжений на возбудйтельиый контур достигаться с последова Тельного включения в него вентиля 10 ма лой мощности. . Якорные индуктивные катушки соединяются с помощью коммутационных элементов 11,12,13. При замкнутых элементах 11, 13 и разомкнутых элементах -12 кат-у шкИ соединены параллельно,при замкнутых элементах 12 и разомкнутых элементах 11, 13- последовательно. Работа генератора основана на периодическом изменении индуктивности якорных катушек, приводящем к наведению в них рабгяей ЭДС. Катушки пктаются постоянным, тсжом от возбудительного контураи создают первичное магнитное поле; Ротор вращается со скоростью, при Kjnrroрой вьтолняётся условие 11 jQ(Ub 4t где R - эффективное магнитное число Рейнольдса роторяого выступа, Ло 471-10- ra/M,f - удельная: провсаимость материала выступа, и - линейная скорость выступа, . Ь его ширина, О - топщина выступа, (J средний диаметр якорной катушки. Известно, что при yIaгнитнoe поле практически не проникает в/движущуюся среду и роторные выступы могут рассмат риваться какидеальные M WWftbie STfp;aHis.i,.

(;г,42(м Условие R (Т, 1 легК- ч.члизует(:я. Ticли, например, ( 2 ИХ I/Ом м, U т: 20О м/с, Ъ 0,1 м.,1, то -50. Таким образцы, при вращении ротора каждая якорная катушка периодически эк- ранируется роторными выступами, что меняет ее индуктивность, а следовательно, поФ осцёТ1ление и приводит к наведению рабочей ЭДС. Переменная ЭДС якорных катушек будет питать током нагрузку, обладающую малой Индуктивностью (внутреннее индуктивное сопротивление якорной катушки, имеющей в определенный момент времени максимальную ЭДС и питающей током нагрузку, также мало, так как катущка экранирована выступами). Ток, создаваемый рабочей ЭДС в возбудительном контуре, будет мал благг аря балластной индуктивности. Этот TGJK может использгь ваться для зарядки источника возбудительного контура, есл,и в цепи последнего по местить вентиль. Возможно последгйательное и параллельное соединения катущек. 5. При последовательном соединении якорцых катушек (замкнуты коммутаторы . 12) н их синфазной работе генератор обеспечит высокое напряжение на нагрузке. При параллельном соединении якорных катушек (замкнуты коммутаторы 11, 13) генератор создает в нагрузке больше . Кроме того, в последнем случае возможна не синфазная работа катущек, да катущк 1 экранируются выступами с сдвигом во времени. Таким путем Можно регулировать форму выходной ЭДС во вр меня.. При отсутствии синфазньсти катущек целесообразно в цепь каждой катушки п.о местить вентиль для; ЕХ взаимной апёктрической отстройки. При большом числе катущек и соответствующем сдвиге фаз ЭДС можно получать на выходе генератон ра практически постоянное напряжение. Возможна работа генератора на самсувозбуждении , когда вместо вспомогател ного источника тока в возбудительномконтуре частично используется основная рабочая ЭДС якорных катуигек. В част ности, при определенном сочетании параметров генератора схема самовозбуждения может быть построена так, что будительный контур: будет состоять из одной балластной индуктивности (при условии, что в ветвях Q якорными катущками помеще(и4 вентильные диоды) или из балластной индуктивнсх:ти и вентильногп ; диода. Потери, возникающие в роторных выступах вихревых токов, могут легко гугвшиться благодаря относительно большой поверхности и малой массе ротора. Для этих целей может использоваться жидкостное испарительное охлаждение. Эффективность работы генератора по вышается с ростом Р , так как при больших я ffl роль электрических потерь В выступах по сравнению с полезной элект ромагнитной мощностью убывает пропорционально 1/V1R Якорные обмотки могут интенсивно охпаждаться до криогенных температур. Возможно использование ГиперпроВодниковых и сверхпроводниковых якорных катущек. Роторные выступы также могут быть сверхпровод кик овыми. Помимо изображенной на фиг. 1,Й дисковой констру сции, Возможна цилиндрнче екая конструкция генератора, когда оси катушек направлены радиальнЬ, а р6тор Hbie выступы ориентированы вдоль геи ,генератора. Внутренние полости якорных катушек и пространство, окру жающее якорные катущки и роторные выступы, могут содер жать шихтованные ферромагнитные сердечники для увеличения первичного магнитного потока. В генераторе возможен траисфор латор ный вывод электрической мощности с помощью цепей,- индуктивно связанных с якорными катушками. Предложенная электрическая машина может работать в двигательном режиме, а также как преобразователь низкого напряжения постоянного тоКа в высокое напряжение переменного или постоянного тока. ; -По предварительным оценкам в предлагаемом генераторе можно расширить диапазон регулирования выходного напряжения я частоты в 8-10 раз и упростить регулирование и, кроме того умейьшить вес и габариты генератора примерно в 1,5- 2 раза за счет замены емкостной батареи источником постоянн ого тока. Формула р е Т е н И Я Электрический генератор, содержащий статор с якорными индуктивными катушками и возбудительным контуром, а также ротор с чередующимся п(э окружности высокрпроводяпцими и непроводящими участками, расположёнными против якорных к тушек, отличающийся тем, что, с целью упрощения регуйироваШя выход- його напряжения и частоты, а гакже уменьшения габаритов и веса, возбудительный контур выполнен в виде послецовательно включенных балластной ин- дуктйвности и источника постоянного тока и подключён: к зажимам якорных катушек, ;яшГя1ЬШ1шся выходными зажимами генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3470408, кл. 31О-168, 1967. 2. Авторское свидетельство СССР № 36351, кл.Н ра 19/28, 1928.

6b4264

Y-J {t3 /A .

Фи/.З