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

(54)УДАРНЫЙ УНИПОЛЯРНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к униполярным машинам и может быть использовано в униполярных генераторах (УГ) постоянного тока. Известны ударные униполярные генераторы (УУГ) без ферромагнитопровоца, используемые для получения одиночных им пульсов тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи на нагрузку. СЬним из вариантов разряда УУГ является предварительное самовозбуждение генератора и последующий перевод тока из обмотки самовозбуждения в нагрузку при помощи коммутирующей аппаратуры. В этом случае обмотка возбуждения используется в качестве индуктивного накопителя энергии, совмещенного с зарядным устройст - существенно улучшает техникоэкономические показатели энергосистемы в целом tilВ пр1ШЩ1пе в указанном режиме може работать любой УУГ. Однако при этом более эффективны УУГ, конструкция которых, в отличие от указанной, позволяе устранить большие потери электромагнитной энергии, рассеиваемой в конструктивных элементах (, магнитопровсае, токосъемах) при выводе ее из обмотки возбуждения в нагрузку, при максимальном использовании потока возбуждения на этапе самовозбуждения. Известен также УГ без ферромагнитопровода, ротор которого содержит изоли рованные проводники, концы которых выведены на коллекторы. Последние представляют собой набор сегментов, контактирующих с твердыми щетками. Огжатие щеток от коллектора перед выводом энергии магнитного поля обмотки возбуждения в нагрузку обеспечивает минимум электромаг нитных потерь, поскольку при этом устраняются основные контуры циркуляции вихревых токов, наводимых при изменениипотока возбуждения 2, СЬнако при самовозбуждении такого генератсра контуры циркуляции вихревых токов, образуемые при перекрытии соседних коллекторных пластин щетками, сушествуют. Это не отражается существенно на энергетических характеристиках генератора, поскольку самовозбуждение протекает значительно медленнее, чем вывод энергии в нагрузку, однако снижает надежность машины. Объясняется это тем,, что наводимые вихревые тока проходят через скользящий контакт щетка-ротср и могут вьшести щетки из строя дополнительного выделения тепла и образования дуги. Поскольку величина вихревых токов может быть значительной (несколько десятков или сотен килоампер), .вероятность выхода щеток из строя велика.

К другим недостаткам рассматриваемой конструкции УГ следует отнести наличие явно выраженной коммутации тока в сколь зящем контакте, снижающей надежность токосъемов; известные ограничения по

Ш1СУГНОСТИ тока и линейной скорости в скользящем контакте, ухудщающие испольн зование ротора как зарядного устройства и инерционного накохштепя энергии сложность конструкции токосъема, содержащего большое число щеток.

Цель изобретения - пов мнение надежности и эффективности генератс а, упрощение его конструкции.

Указанная цель достигается тем, что по торцам ротора установлены соосно с ним токонепроводящие элементы, образующие с poTqpoM соединенный с .импульсной газонапсрной и сливной полостями кол1 цевой зазор, заполненный через каналы жидким металлом, соединяющим проводники ротора и токоотвода. Проводники токо отвода с одной стороны, могут быть объе динены, а с другой стороны выведены в каналы, подводящие жидкий металл в кольцевой зазор.

На чертеже схематически показано предлагаемое устройство.

Генератор содержит обмотку возбуждения в виде двух катушек 1, цилиндрический ротор 2 с жвдкометаллическими кольцевыми токосъемами 3, в которые жидкий металл подается через выполненные в диэлектрике каналы 4 , Катущки обмотки возбуждения соединены с парал- лельно при помощи токоотводов, состоя ших из стержней 5, концы которых вьте- ны в каналы 4, втулок 6 и соединитель ных шин 7.

Цилиндрическая массивная часть ротор выполнена из стеклопластика 8 и нанесена на зафиксированный опорами 9 вал 10 Токонесущая часть ротора выполнена из

ютержней 11, равномерно распределенных по окружности ротора. Концы роторных стержней также выведены в полости токосъемов 3. Катушки соединены последоварельно шиной 12. При помощи коммутатора 1.3 к ним присоединена нагрузка 14, зашунтированная коммутатором 15. Полость, прилегающая к торцу ротора, сообщается с импульсной газонапорной системой.

Разряд генератора осуществляется в следующей последовательности.,

Ротор 2 разгоняется гфиводом до необходимой скорости. Затем через каналы 4 в токосъемы подается жидкий металл (натрий - калий или др.) и осуществляется самовозбуждение генератора .в режиме динамического тсрможения ротора. В процессе самовозбуждения коммутатор 13 разомкнут и ток протекает в цепи якоря и обмотки возбуждения через токопроводы 5, 6, 7, 12. После окончания продесса самовозбуждения при помощи, например, импульсных клапанов в полость токосъемов 3 прекращается подача жидкого металла, а коммутатор 13 замыкается. Жидкий металл под действием центробежных и электромагнитных сил выбрасывается из полости токосъемов и размыкает якорную цепь, благодаря чему гок переводится в цепь нагрузки. Для ускорения выброса металла из полости токосъемов .в прилегающие к торцам ротора полости подводится импульсно газ под избыточным давлением. Для повышения надежности размыкания якорной цепи концы стержней 5 токоотвода выведены не в полость токосъемов, а в каналы 4, благодаря чему после, прекращения подачи жидкого металла воздушный промежуток между разрываемыми электродами увеличивается После выброса металла из полости токосъемов и перевода тока в цепь нагрузки размыкается коммутатор 15 и ток переводится непосредственно в нагрузку 14, после чего затухает до нуля.

В рассматриваемой конструкции вихревые токи, оказывающие влияние на характеристики установки при выводе энергии в нагрузку, могут наводиться в жидкметаллических кольцах токосъемов 3, образуемых при вращении ротора. После выброса жидкого металла из полости токосъемов контуры циркуляции вихревых токов уничтожаются, что и позволяет устранить демпфирующее влияние вихревых токов и дополнительные потери энергии в роторе.: