Ударный униполярный генератор

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ:КОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ

Союз Соаетскик

Социалистичесвик

Республик

«i) S43122.Ф

l (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено17.08.79 (21) 2812938/24-07 (51) М. Кл.з с присоединением заявки Йо

H 02 К 31/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300681. бюллетень ЙЯ 24

Дата олубликовамия описания 300681 (53) УДК 621. 313. г (088.8) т r3 fi l .l -" (12) Автор изобретения

В.В. Харитонов (11) Заявитель (54) УДАРНЫИ УНИПОЛЯРНЫИ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к уннпо1лярным машинам и может быть использовано в униполярных генераторах постоянного тока.

Известны ударные униполярные генераторы (УУГ), используемые для получения одиночных импульсов сильного тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи на нагрузку или накоротко и динамического торможения ротора (1).

Известны также УУГ цилиндричес" кого типа, совмещенные с тороидальным трансформатором, используеьим для согласования параметров УУГ и нагрузки. Трансформатор представляет собой тороидальный сердечник, являющийся также ярмом УУГ, с одновитковой первичной обмоткой в виде дисковых и цилиндрических шин, образующих тор прямоугольного сечения, и многовитковой вторичной, намотанной из медной шины j2), Совмещение трансформатора и УУГ в едином конструктивном узле обес-

„печивает снижение габаритов и массы системы питания в целом, сокращает длину токопроводов, уменьшая потери энергии в первичном контуре.

В известном УУГ трансформатор является повышающим, причем коэффициент трансформации равен числу виткОв вторичной ОбмОтки °

Такой трансформатор позволяет получать в нагрузке токи, превышающие значения, получаемые при прямом включении генератора на нагрузку, либо те же токи при большом, чем при прямом включении, сопротивлении нагрузки. Для этого, однако, необходимо обеспечить вполне определенный оптимальный коэффициент трансформации. Применение трансформатора расширяет приемлемый диапазон параметров нагрузки.

Укаэанная конструкция УУГ с трансформатором имеет следующие основные

2О недостатки:

1. Электродинамическая неустойчивость жидкого металла токосъемов, снижающая надежность УУГ и ограничивающая значение тока в первичной

: 25 обмотке трансформатора. При необходимости получения достаточно большего тока в нагрузке это ограничение тока первичного контура осущественно снижает эффективность рассматривае30 мой конструкци

843122

2. Большое число коммутаторов в первичной цепи, обусловленное необходимостью обеспечения осевой симметрии электромагнитного поля ротора генератора и первичной цепи трансформатора. Отсутствие осевой симмет- - 5 рии растекания тока в первичной цепи рассматриваемого УУГ,вызванное

*применением малого числа коммутаторов, привело бы к ухудшению электроэнер-, гетических характеристик из-за .появ- 10 ления дополнительных паразитных полей и потерь энергии, а также к снижению использования активных материалов и кольцевого скользящего контакта ротора.

3. Ограничение области применения рассматриваемой конструктивной схемы., поскольку трансформатор выполнен повышающим и не может быть эффективно использован как понижающий беэ существенных изменений конструкции. При- 20 менение же понижающего трансформатора весьма перспективно в.случае использования его в качестве индуктивного накопителя с умножением тока во вторичной цепи. 25

Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение эффективности генератора на основе устранения перечисленных недостатков.

Указанная цель достигается тем, что трансформатор выполнен в виде двух симметрично расположенных относительно периферийного токосъема частей, первичные обмотки которых состоят иэ равномерно распределенных по окружности тора секций, одни выводные концы которых соединены с аналогичными концами секций соседнего, тора и с периферийным токосъемом, а другие концы подведены к центральному токосъему. 40

Концы секций первичной обмотки могут быть подключены к центральному ToKocъему через коммутатор.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема УГГ, на фиг. 2 — элек- 45 трическая схема при использовании трансфбрматора в качестве индуктивного накопителя.

Генератор содержйт обмотку 1 воз-. буждения, выполненную в виде цилин- щ дрической катушки, цилиндрический ротор 2 с кольцевыми жидкометаллическими токосъемами: периферийным

3 и центральными 4. Ротор охватывают два тора 5, выполненные в виде полно каркаса или сплошного сердечника. Вокруг торов намотаны вторичная б и первичная 7. обмотки. Вторичная обмотка 6 содержит определенное число витков, намотанных иэ плоской шины. Первичная обмотка 7 намотана d0 из дискретной шины и разделена на ряд секций, содержащих последовательно соединенные витки, число которых при необходимости можно снизить до одного. Секции равномерно рас- ; 65 пределены по окружности тока. Концы

8 секций первичных обмоток соединены и присоединены к контактному кольцу

9 периферийного токосъема, а концы

10 при помощи кольцевых шин 11, токопроводов 12, коммутаторов 13 выведены к центральным токосъемам.

Концы 8 так же, как и сами секции, равномерно распределены по окружности, что обеспечивает равномерное распределение тока по окружности ротора. Коммутаторы 13 выполняют раз- нообразные функции замыкания или размыкания первичной цепи.

Разгон ротора производится в двигательном режиме работы УУГ. При вращении ротора в поле обмОтки возбуждения между центральными и периферийным токосъемами наводится ЭДС.

После замыкания якорной цепи коммутаторами 13 ток разряда протекает по двум параллельным цепям: периферийный токосъем 3 — ротор — центральный токосъем 4 — токацроводы 12, 11 и 10 — первичная обмотка 7 трансформатора — периферийный ToKocъем 3.

Цепи идентичны, поэтому протекающие по ним токи одинаковы. Благодаря этому электромагнитные силы, действующие на периферийный токосъем 3, взаимно уравновешиваются, что устраняет опасность выброса металла из контактной зоны периферийного токосьема 3 при разряде генератора. Иеталл центральных токосъемов 4 также не вытесняется из контактной зоны под действием электромагнитных сил, поскольку эти силы сжимают его к центру в зозоре между торцом неподвижного грибовидного элемента и дном углубления в вале °

УУГ предлагаемой конструкции может работать,с использованием тороидальных обмоток в различных режимах.

При этом трансформатор может использоваться и как согласующий, и как индуктивный накопитель. В первом случае нагрузка присоединяется непосредственно к вторичной обмотке, импульс тока в которой получается при разряде УУГ в первичной цепи, осуществляемом замыканием ее коммутаторами 13. Вторичные обмотки 6 при этом могут быть соединены последовательно или параллельно., Работа УУГ осуществляется следующим образом.

Якорные цепи (фиг.2) возбужденного УУГ замыкаются инжекцией жидкого металла в периферийный токосъем

3. Центральные токосъемы 4 заполняются металлом заранее. При максимальном токе разряда коммутатор 14 замыкается, а коммутаторы 15 и 16 размыкаются, вводя в якорные цепи сопро тивления 17 и 18. Последующее затухание якорного тока сопровождается всплеском тока во вторичной цепи.

Число витков первичной обмотки 7

843122

35

50 трансформатора, равное числу витков секции, в данном случае существенно больше, чем число витков вторичной обмотки 6, что позволяет значительно увеличить ток во вторичной цепи.

Принимая во внимание, что значение его в первичной обмотке 7 равно полному току якоря и может быть весьма велико, благодаря равномерному распределению его по окружности и высокой электродинамической устойчивости токосъемов, можно рекомендо- . вать предлагаемую конструкцию для получения колоссальных токов порядка 106-10 A во вторичной цепи. Применение здесь трансформатора обеспечивает такие известные преимущества, как коммутация цепей с более низким током и электрическая развязка нагрузки от якорной цепи, позволяющая устранить опасные перенапряжения в последней в случае последующей коммутации тока нагрузки.

Основные преимущества предлагаемого технического решения заключаются в следующем.

1. Упрощение конструкции генера-. тора: а) электродинамическая устойчивость токосъемов, облегчающая удержание металла в контактной зоне и упрощающая конструкцию токосъемного аппарата; б) сокращение до одного в каждой тороидальной части числа коммутаторов в первичной цепи и простота конструкции многовитковой первичной обмотки при сохранении равномерного распределения тока по окружности ротора, которое улучшает электроэнергетические характеристики генератора.

2. Повышение эффективности генератора: а) повышение разрядной мощности

УУГ за счет увеличения тока якоря, не ограничиваемого электродинамической неустойчивостью токосъемов; б) упрощение согласования УУГ с . нагрузкой и расширение функции транс" форматора, благодаря возможности более широкого варьирования коэффициента трансформации как в сторону повышения, так и понижения; в) повышение надежности энергосистемы, благодаря электродинамической устойчивости токосъемов, сокращению числа одновременно срабатывающих коммутаторов, электрической развязке цепей якоря и нагрузки, возможности получения в нагрузке сильного тока на основе коммутации тока значительно меньшей величины;

1 г)повышение технико-экономических. показателей энергосистемы — сокращение габаритов, уменьшение массы повьпаение плотности энергии и удельной энергоемкости (Дж/м и Дж/кг), благодаря повышению разрядной мощности УУГ, возможности увеличения намагничивающей силы первичной обмотки трансформатора и устранения ферромагнитопровода.

Изобретение имеет широкую область применения в импульсной электроэнергетике и особенно перспективно в случае получения предельных значений мощностей, энергий, токов и удельных показателей в крупных установках, когда преимущества предлагаемого технического решения становятся особенно ощутимыми.

Формула изобретения

1. Ударный униполярный генератор, содержащий обмотку возбуждения, ротор с кольцевыми периферийным и центральными токосъемами и тороидальный импульсный трансформатор с первичными и вторичными обмотками, имеющими выводные концы, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения эффективности генератора, трансформатор выполнен в виде двух симметрично расположенных относительно периферийного токосъема частей, первичные обмотки которых выполнены в виде равномерно распределенных по окружности.тора секций, одни выводные концы которых соединены с аналогичными концами секций соседнего тора и периферийным токосъемом, а другие концы подключены к центральному токосъему.

2. Генератор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что концы секций первичной обмотки трансформатора подключены к центральному токосъему при помощи коммутатора.

Источники информации, принятые so внимание при экспертизе

1. Суханов Л.А ° и др. Электрические униполярные машины, М., Отделение ВНИИЭМ, 1964, с. 50.

2. Патент Англии, 9 1143649, кл. Н 2 A,1969 °

843122

ôèñ.1

IPcre. Я

Составитель А. Трепутнева

Редактор M. Лысогорова Техред A,A÷ Корректор А. Гриценко

Заказ 5153/76 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д;4/5

Филиал ППП "Патент", r.. Ужгород, ул. Проектная,4