Ударный униполярный генератор Советский патент 1981 года по МПК H02K31/00 

(54) УДАРНЫЙ УНИПОЛЯРНЫЙ ГЕНЕРАТОР

1

Изобретение относится к униполяр ным машинам и может быть использовано в униполярных генераторах постоянного тока.

Известны ударные униполярные генераторы (УУГ) без ферромагнитопровода, используемые для получения одиночных импульсов .сильного тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи на нагрузку l.

Наиболее близкими к преялагаемййу являются УУГ, у которых в нагрузку выводится энергия магнитного поля обмотки возбуждения. Такие УУГ предварительно самовозбуждаются при зашунтированной нагрузке, а затем энерния магнитного поля обмотки возбуждения выводится в нагрузку путем быстрого разрыва шунтирующей цепи. Обмотка возбуждения в этом случае используется как индуктивный накопитель энергии, который конструктивно совмещен с генератором с целью улучшения массогабаритныл; показателей системы питания в целом.

Устройство работает по принципу УУГ дискового типа с обмоткой возбуждения, размещенной в кожухе в -виде соленоида. Два его

дисковых ротора расположены на достаточно большом расстоянии от проводников обмотки возбуждения,диаметр роторов составляет половину диаметра соленоида. Отдаление роторов от проводников обмотки объясняется стремлением уменьшить потери электромагнитной энергии при выводе ее в нагрузку. Часть этой энергии поглощается ротором вследствие возникновения в нем вихревых токов, наводимых при изменении потока возбуждения.Это приводит к снижению пиковой электромагнитной мощности, развиваемой нако5пителем при выводе энергии. Отдаление роторов снижает указанные вихревые токи и улучшает характеристики накопителя 2.

0

Однако в рассматриваемой конструкции недостаточно используется поле возбуждения генератора, поскольку при его самовозбуждении значительная часть потока возбуждения проходит мимо ротора. В результате мощность генератора в режиме самовозбуждения снижается, условия его Сс1мовозбуждения ухудшаются, что приводит к уменьшению уровня запасенной и выделяемой

0 в нагрузку энергии магнитного поля

обмотки возбуждения - накопителя.Все это снижает эффективность УУГ как совмещенной импульсной энергосистемы

Цель изобретения - повышение эффективности генератора.

Указанная цель достигается тем, что обмотка возбуждения УУГ выполнена в виде двух согласно включенных по потоку катушек, установленных с возможностью осевого перемещения в кожухе, образующем вместе с боковыми плоскостями катушек замкнутый объем, соединенный с газонапорной системой, снабженной устройствами сброса избыточного давления газа,а токопроводы выполнены с гибкими связями .

В предложенной конструкции катушки отдаляются от роторов в процессе разряда генератора и к моменту вывода энергии обмотки возбуждения находятся ка расстоянии, при котором влияние вихревых токов становится несущественным.

На чертеже изображена схема ударного униполярного генератора.

Генератор содержит два дисковых ротора 1, закрепленных в опорах 2. Съем тока с роторов производится при помощи токосъемных устройств 3 и 4. Обмотка возбуждения состоит из двух цилиндрических катушек 5, размещенных в цилиндрическом кожухе б, и электрически соединена тркоподводами 7 с токосъемами и нагрузкой 8, зашунтированной коммутатором 9. Токоподводы содержат гибкие связи 10, например пружинного типа, допускающие перемещение катушек в осевом направлении.

Боковые поверхности катушек и кожух образуют замкнутые объемы 11, сообщаклциеся с газонапорной системой каналами 12,снабженными импульсными клапанами 13. Объемы 11 разделены амортизирующим устройством 14.

Разряд генератора осуществляется следующим образом.

В объеме 11 через каналы 12 нагнетается газ до определенного избыточного давления, под действием которого катушки 5 занимают исходное положение, определяемое условием обеспечения наибольшей взаимоиндуктивной связи с роторами, т.е. условием наиболее полного использования потока возбуждения для получения генерируемой ЭДС. Затем роторы раскручиваются приводом до необходимой скорости холостого хода, и вращаются в противоположных направлениях. После этого осуществляется самовозбуждение генератора в режиме динамического торможения роторов. При заданном максимальном токе в обмотке возбуждения давление газа в объемах 11 импульсно при помощи клапанов 13 сбрасывается и катушки 5 под деПствием электромагнитных сип взаимодействия их

токов перемещаются друг к другу до полного соприкосновения с амортизатором 14. Перемещению катушек способствуют и электродинамические силы взаимодействия тока в каждой катушке и вихревых токов в каждом роторе, наводимых в процессе самовозбуждения генератора. После перемещения катушек при помощи коммутатора 9 энергия магнитного поля обмотки возбуждения выводится в нагрузку 8, где ток затухает. На этом разряд заканчивается, после чего операции повторяются .

Расстояние, на которое смещаются катушки в кожухе, выбирается таким, чтобы при выводе энергии магнитного поля обмотки возбуждения в нагрузку наводимые в роторах вихревые токи не оказывали заметного влияния на процесс преобразования энергии. Как показывают расчеты, положительный эффект имеет место уже при расстоянии между краями ротора и катушки порядка четверти среднего диаметра катушки.

При использовании предлагаемого генератора повышается генерируемая ЭДС за счет более полного использования потока возбуждения путем приближения якоря к проводникам обмотки на этапе самовозбуждения. Это улучшает условие самовозбуждения генератора, позволяя выполнить катушки с большим числом витков при заданном максимальном токе разряда. Увеличение витков улучшает использование катушки, поскольку позволяет повысит запасенную энергию магнитного поля обмотки возбуждения,а следовательно, выделяемую в нагрузке энергию.

Повышается надежность генератора, поскольку при выбранном числе витков катушек за счет улучшения использования потока возбуждения можно снизить критическую скорость вращения роторов , при которой машина Сс1мовозбуждается. Снижение скорости облегчает работу токосъемов и повышает запас механической прочности ротора.

Преимущества предложенной конструции УУГ заключаются также в том, что для перемещения катушек используются электродинамические силы взаимодействия токонесущих элементов самого генератора, что существенно упрощает механизм смещения.

Улуаяаются и технико-экономические показатели генератора. При заданной энергии магнитного поля обмотки возбуждения уменьшается ее масса, сокращаются габариты и стоимость УУГ

Применение изобретения особенно перспективно в УУГ с малым или средним уровнем преобразуемых энергий, когда перемещаемые катушки имеют сравнительно небольшую массу, поддаю|щуюся быстрому перемещг нию при помоЬди технически простых средств.

Формула изобретения

Ударный униполярный генератор,содержащий два дисковых ротора, размещенную в кожухе обмотку возбуждения индуктивный накопитель энергии с коммутирующей аппаратурой ее вывода и токоподводами, отличающийс я тем, что, с целью повышения эффективности генератора, обмотка возбуждения выполнена из двух согласно включенных по потоку катушек, установленных с возможностью осевого перемещения в кожухе, образующем вместе с боковыми плоскостями катушек замкнутый объем, соединенный с газонапорной системой, снабженной устройствами сброса избыточного давления газа, а токоподводы выполнены с гибкими связями.

Источники информации, принятые 30 внимание при экспертизе

рис. 9-3.

2.Экспресс-информация. Сер. Электрические машины и аппарат , 1977, 7, с. 16.