Бесконтактный импульсный компрессионный генератор

Полезная модель относится к области электромашинных генераторов параметрического типа с периодически изменяющейся при вращении ротора индуктивностью обмотки статора и может быть использована для питания электрофизических установок мощными импульсами тока. Задачей полезной модели является упрощение конструкции бесконтактного импульсного компрессионного генератора. Указанный технический результат достигается тем, что бесконтактный импульсный компрессионный генератор содержит явнополюсный ферромагнитный шихтованный статор с обмоткой между полюсами и расположенный на валу явнополюсный ротор. Ротор выполнен ферромагнитным шихтованным с расположенными в пазах короткозамкнутыми обмотками, охватывающими ротор, число которых равно числу пар полюсов обмотки статора. 1 ил.

Полезная модель относится к области электромашинных генераторов параметрического типа с периодически изменяющейся при вращении ротора индуктивностью обмотки статора и может быть использована для питания электрофизических установок мощными импульсами тока.

Известна конструкция компрессионного генератора [Патент SU 934888, МПК Н033К 3/00, опубл. 15.08.1983, БИ 30], имеющего явнополюсные ферромагнитные шихтованные ротор и статор с двумя одинаковыми обмотками, которые соединены между собой посредством скользящих контактов (контактные кольца и щетки). При вращении ротора суммарная индуктивность этих обмоток периодически пульсирует за счет того, что в одном положении ротора обмотки оказываются включенными согласно и имеют максимальную суммарную индуктивность L_max, а в другом - встречно и имеют минимальную суммарную индуктивность L_min. Кратность изменения индуктивности такого генератора N=L_max/L _min достигает сотен единиц и при начальном токе (возбуждения) i₀ и начальной энергии магнитного поля генератора W₀, когда суммарная индуктивность обмоток максимальна L_max, эта кратность N определяет значительную амплитуду импульса тока i_m~i₀·N и существенную генерируемую энергию этого импульса W~W₀·N.

Недостатком этой конструкции является наличие скользящих контактов, через которые необходимо пропустить весь импульс тока амплитудой i_m и всю генерируемую энергию W.

Известна конструкция бесконтактного компрессионного генератора [Invited the compensated pulsed alternator program - a review / W.L. Bird, W.F. Weldon, B.M. Carder, R.J. Foley - Proceedings of 3 rd IEEE International Pulsed Power Conference, Albuquerque, June 1981, p.134-141], имеющего явнополюсный ферромагнитный шихтованный статор с обмоткой, размещенной между полюсами, и монолитный явнополюсный ротор из проводящего электрический ток материала с зубцами, число которых равно числу пар полюсов обмотки статора. При вращении ротора индуктивность обмотки статора за счет ее экранирования зубцами ротора периодически изменяется, причем в момент минимума индуктивности L_min магнитный поток вытесняется в область обмотки, а в момент максимума индуктивности L_max магнитный поток Ф₀ проходит значительный путь по воздуху между полюсами статора и для его создания требуется большой ток возбуждения i₀, что обуславливает большую начальную энергию магнитного поля генератора W₀. За счет малой величины максимальной индуктивности L_max получается незначительная кратность изменения индуктивности обмотки (N10÷20). Однако благодаря большому току возбуждения i₀ и большой величине начальной энергии W₀ получается значительная амплитуда импульса тока i_m и существенная генерируемая энергия импульса W.

Недостатками этого генератора являются большая величина тока возбуждения i₀ и значительная начальная энергия магнитного поля генератора W₀, которые необходимо получить от внешнего источника возбуждения, например, от заряженной конденсаторной батареи.

Наиболее близким техническим решением является бесконтактный компрессионный генератор, выбранный в качестве прототипа [Патент RU на полезную модель 60807, МПК Н02К 57/00, опубл. 27.01.2007, БИ 3], содержащий явнополюсный ферромагнитный шихтованный статор с обмоткой, размещенной в открытых пазах между полюсами, и расположенный на валу монолитный явнополюсный ротор из проводящего электрический ток материала с зубцами, между которыми закреплены шихтованные магнитопроводы, число которых равно числу пар полюсов обмотки статора. Благодаря наличию магнитопроводов значительно уменьшается путь магнитного потока по воздуху в момент максимума индуктивности обмотки статора L_max, что приводит к увеличению максимальной индуктивности обмотки статора L_max , к повышению кратности изменения индуктивности N, к уменьшению тока возбуждения i₀ и к снижению начальной энергии магнитного поля генератора W₀. В результате этот генератор имеет уменьшенный по энергии и мощности источник возбуждения при той же амплитуде импульса тока i_m и той же генерируемой энергии W.

Недостатком прототипа является сложность конструкции, обусловленная монолитным явнополюсным ротором сложной формы для надежного крепления шихтованных магнитопроводов.

Задачей полезной модели является упрощение конструкции бесконтактного импульсного компрессионного генератора.

Поставленная задача достигается тем, что так же как в прототипе бесконтактный импульсный компрессионный генератор содержит явнополюсный ферромагнитный шихтованный статор с обмоткой между полюсами и расположенный на валу явнополюсный ротор.

Согласно полезной модели, ротор выполнен ферромагнитным шихтованным с расположенными в пазах короткозамкнутыми обмотками, охватывающими ротор, число которых равно числу пар полюсов обмотки статора.

За счет использования более технологичного в изготовлении ротора упрощается конструкция бесконтактного импульсного компрессионного генератора.

Ротор изготовляется ферромагнитным и шихтованным путем штамповки из листов электротехнической стали. Короткозамкнутые обмотки ротора располагаются и закрепляются в специальных штампованных пазах и изготовляются монолитными из алюминиевого сплава, бронзы или наматываются электрическим проводом.

На фиг.1 схематически изображен бесконтактный импульсный компрессионный генератор при положении ротора, когда индуктивность обмотки статора максимальна.

Бесконтактный импульсный компрессионный генератор содержит обмотку статора 1, проводники которой размещены в соседних междуполюсных пространствах ферромагнитного шихтованного статора 2, корпус статора 3, ферромагнитный шихтованный ротор 4, короткозамкнутые обмотки ротора 5, вал 6. Число короткозамкнутых обмоток ротора 5 равно числу пар полюсов обмотки статора 1. На фиг.1 число короткозамкнутых обмоток ротора 5 и число пар полюсов обмотки статора 1 равно четырем (p=4). Штампованные пазы, в которых располагаются и закрепляются короткозамкнутые обмотки ротора 5, на фиг.1 не детализированы.

Бесконтактный компрессионный генератор работает следующим образом. Внешним приводным двигателем вал 6 и ротор 4 раскручивается до определенного числа оборотов в секунду. Далее на обмотку генератора 1 в момент максимума ее индуктивности L_mах от внешнего источника возбуждения подается ток i₀, который создает магнитный поток Ф₀. По мере поворота ротора 4 его короткозамкнутые обмотки 5 вытесняют магнитный поток в пазы статора 2 и индуктивность обмотки 1 уменьшается. В результате происходит преобразование механической энергии вращающегося ротора 4 в электромагнитную энергию импульса тока амплитудой i_m, который возрастает тем больше, чем больше кратность изменения N индуктивности обмотки 1. Электромагнитная энергия импульса тока W передается в внешнюю нагрузку, которая подключается последовательно или параллельно обмотке 1.

По сравнению с прототипом полезная модель имеет более простую конструкцию за счет более технологичного для изготовления ротора при том же источнике возбуждения и той же энергии генерируемого импульса тока. Согласно расчетам данная полезная модель массой 50000 кг с четырьмя парами полюсов (p=4) и 50 оборотами ротора в секунду при питании активно-индуктивной нагрузки может иметь: N=106; i₀=35,5 кА; Ф₀ =4,23 Вб; W₀=152 кДж; i_m=2,75 МА; W5,4 МДж.

Бесконтактный импульсный компрессионный генератор, содержащий явнополюсный ферромагнитный шихтованный статор с обмоткой между полюсами и расположенный на валу явнополюсный ротор, отличающийся тем, что ротор выполнен ферромагнитным шихтованным с расположенными в пазах короткозамкнутыми обмотками, охватывающими ротор, число которых равно числу пар полюсов обмотки статора.