Цилиндрический ударный униполярный генератор Советский патент 1982 года по МПК H02K31/00 

1

Изобретение относится к униполярным машинам и может быть использовано преимущественно в униполярных генераторах постоянного тока.

Известны ударные униполярные генераторы (УУГ), используемые для получения одиночных импульсов сильного тока в ремиме динамического торможения якоря 1.

В ряде случаев разряд УУГ осуществляется с форсированием потока возбуждения генератора с целью получения плоской вершины импульса разрядног;о тока 2 .

Форсирование возбуждения (быстрое увеличение полезно используемого магнитного потока,создаваемого индуктором) обычно начинается в момент достижения током разряда своего максимального значения.

Интенсивность увеличения потока возбуждения УУГ в указанном режиме тем меньше, чем больше запасенная кинетическая энергия якоря, т.е.

,тем медленнее происходит его торможение. Следовательно, форсирование возбуждения более эффективно у УУГ с большими вращающимися массами.

Наиболее .предпочтительны в этом отношении цилиндрические генераторы с массивным якорем, который одновременно является и преобразовательным элементом, и высокоскоростным массивным маховиком, что существенно повышает технико-экономические по-« казатели УУГ как наполнителя и преобразователя энергии.

К ним относится, в частности, ци,j линдрический двухполюсный УУГ с ферромагнитопроводом, массивным якорем с одним центральным и двумя крайними токосъеммами. Известный УУГ обт ладает сравнительно небольшой помощью возбуждения из-за наличия ферромагнитопровода, а также удвое-; нием разрядного тока благодаря двум параллельным ветвям по току в якоре СЗ. Недостатком известного УУГ является низкая эффективность формирования плоской вершины импульса разрядного тока, поскольку форсирование возбуждения такого УУГ затрудняется из-за демпфирующего действия вихревых токов, наводимых в массовом магнитопроводе включая якорь при изменении магнитного потока, создаваемого индуктором Цель изобретения - повышение эффективности формирования плоской вершины импульса разрядного тока путем форсирования возбуждения генератора. Указанная цель достигается тем, что генератор снабжен полыми соосно присоединенными к торцам якоря цилиндрами, на свободных крнцах которы расположены крайние токосъемы генератора, и дополнительными кольцевыми индукторами, установленными у торцов полых цилиндров и включенными встреч ио.с индуктором статора. На чертеже приведена конструктивная схема предлагаемого УУГ. Генератор содержит ферромагнитный кольцевой двухполюсный статор 1 с индуктором 2, якорь с массивным ферромагнитным цилиндром 3 токосъем k размещенный между полюсами статора, и два крайних токосъема 5« Крайние токосъемы расположены на торцах полы цилиндров 6, вблизи которых установлены индукторы 7, включенные встречно с индуктором 2 статора. Разряд генератора осуществляется следующим образом. Якорь разгоняется приводом до необходимой скорости. Индуктор 2 подключается к источнику питания. Якорная цепь замыкается на нагрузку. Начинается разряд УУГ, сопровождаемый всплеском тока в нагрузке и динами.ческим торможением якоря. При мак|симальноМ токе разряда к источнику ;питания подключаются индукторы 7, ток в которых начинает увеличиваться по заданному закону, обеспечивающему необходимую скорость увеличения суммарного магнитного потока УУГ, обуславливающую постоянство разрядного тока в якоре в течение определенного времени. По истечении этого времени форсирование возбуждения пре

кращается и далее происходит неуправляемый процесс динамического торможения якоря до полной или частичной

ее практических случаев находится в том диапазоне, при котором реализация предлагаемого УУГ приводит к его остановки. Затем указанный цикл повторяется. Магнитные потоки, создаваемые индукторами 7, замыкаются практически целиком по воздуху, т.е. в режиме форсировки они не могут проникнуть в статор из-за демпфирующего действия вихревых токов в его массивных частях. Отсутствие у этих индукторов ферромагнитопровода сопряжено с увеличением их намагничивающей силы, необходимой для получения заданного 1значения магнитного потока. Тем не меiHee, суммарная мощность, потребляе;ма.я системой возбуждения УУГ в режиме форсирования, значительно меньше той, которую необходимо было бы подвести к индуктору 2 с целью увеличения создаваемого им магнитного потока, замыкающегося по ферромагнитопроводу. Объясняется это совокупностью следующих, факторов. При большой запасенной кинетической энергии якоря плоская вершина импульса разрядного тока может быть получена при сравнительно небольшом приросте полного потока возбуждения УУГ (на 10-30). Однако поскольку этот прирост надо осуществить за время порядка 0,1-1 с (наиболее распространенный на практике диапазон значений длительности плоской вершины) , то необходимая скорость нарастания потока оказывается достаточно высокой. Увеличение с большой Скоростью потока, создаваемого индуктором 2, который составляет большую часть полного потока машины и замыкается по массивному ферромагнитопроводу, сопряжено с необходимостью подведения к индуктору значительной мощности, намного превосходящей первоначально потребляемую. Индукторы 7 обеспечивают необходимую скорость нарастания создаваемых ими магнитных потоков при умеренно потребляемой мощности, поскольку их потоки сравнительно невелики и замыкаются в областях, где массивные проводящие части сведены к минимуму и не оказывают заметного демпфирующего влияния. При небольшой величине необходимого прироста полного магнитного потока УУГ величина потребляемой индукторами 7 мощности в большинстэкономии полной потребляемой системой возбуждения УУГ мощности.

Принимая во внимание отмеченные особенности, повышение эффективности формирования плоской вершины импульса разрядного тока в предлагаемом УУГ по сравнению с известным моно конкретизировать следующим образом.

Снижение мощности, потребляемой системой возбуждения УУГ в режиме форсирования. Это улучшает техникоэкономические показатели установки. Увеличение приращения полного маг;Нитно о потока, и, следовательно, увеличение длительности плоской вершины при равенстве потребляемых мощностей. В конечном счете это приводит к улучшению использования вращащихся масс, т.е. к повышению удельных энергетических показателей УУГ. Повышение быстродействия системы регулирования потока возбуждения, по зволяющее получать импульсы разрядного тока, сопровождаемые более интенсивным динамическим торможением вращающихся масс, что дает возможность повысить эффективность преобразования кинетической энергии.

Указанные преимущества проявляются особенно сильно в применяемых в электрофизике крупных УУГ, преобразующих значительную энергию и потребляющих большую мощность возбуждения, Формула изобретения

Цилиндрический ударный униполярный генератор, содержащий двухполюсный ферромагнитный кольцевой статор с индуктором, массивный ферромагнитный цилиндрический якорь, токосъем, расположенный на боковой поверхности якоря между полюсами статора, и два крайних токосъема, расположенных по обе стороны статора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности формирования плоской вершины импульса разрядного тока путем форсирования возбуждения генератора, он снабжен полыми цилиндрами, установленными по торцам якоря, на свободных концах которых распо;;)ожены крайние токосъемы генератора, и дополнительными кольцевыми индукторами, установленными у торцов полых цилиндров и включенными встречно с индуктором статора.

Источники информации, принятые во вниаание при экспертизе

1.Суханов Л.А. и др. Электрические униполярные машины. М., Отделение ВНИИЭМ, 196, с. 50.

2.Харитонов В.В., Исследование режимов работы ударного униполярного генератора с регулированием потока возбуждения. - Электротехника, 1971, N- 12, с. .

3.Бартинов А.И. и др. Униполярп ные электрические машины. М.-Л., Энергия, 1966, с. 33, рис. 1-15 е.

1- ««t