Ударный униполярный генератор без ферромагнитопровода

Союз Советскни

Соцналнстическни

Респубпик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (> ) 904137 (S! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 20.05.80 (21) 2926825/27-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.02 ° 82. Бюллетень ЭЙ 5 (51)M. Кл.

Н 02 К 31/00

9еоударстееиыН квинтет

СССР по делен язаоретений и открытий (5З) УДК 621..313.292 (088.8) Дата опубликования описания 10,02.82, (71) Заявитель (54) УДАРНЫЙ УНИПОЛЯРНЫЙ ГЕНЕРАТОР

БЕЗ ФЕРРОМАГНИТОПРОВОДА

Указанный генератор имеет два дисковых якоря, вращаемых приводными двигателями в противоположных направлениях. Электрические диски соединены последовательно при помощи соответствующих проводников, соединяющих щеточные токосъемные устройства. Диски расположены во внутрен.нем объеме обмотки возбуждения, выполненной в виде однослойного соленоида. Наружный диаметр дисков со" ставляет лишь половину внутреннего диаметра соленоида. Такое отдаление периферии дисков от проводников обмотки возбуждения, объясняется необходимостью уменьшения потерь электромагнитной энергии в якорях при выводе ее в нагрузку. Поглощение части энергии якорем при выводе ее в наt грузку происходит из-за возникновения в нем вихревых токов, наводимых

Известен также УУГ, у которого в нагрузку выводится энергия магнитного поля обмотки возбуждения. Генера1$ тор предварительно самовозбуждается при зашунтированной нагрузке, а затем энергия магнитного поля обмотки возбуждения выводится в нагрузку путем быстрого разрыва шунтирующей ее

20 цепи. Обмотка возбуждения, таким образом, используется как индуктивный накопитель энергии, совмещенный с генератором с целью улучшения техникоИзобретение относится к униполярным машинам и может быть использовано в униполярных генераторах IlocToRk ного тока.

Известны ударные униполярные гене- раторы (УУГ) без ферромагнитопровода, используемые для получения одиночных импульсов сильного тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи на нагрузку (11. экономических показателей энергосис= темы в целом.

137

3 9О4 при изменении магнитного потока обмотки возбуждения (21.

Однако известный УУГ затрудняет доступ к щеткам как центральных, так и периферийных токосъемов, ревизия которых может быть проведена только после разборки машины. Поскольку

УУГ-машина сильноточная и высокоскоростная, а современные щетки несовершенны, замена щеток в них производится достаточно часто. Токоподводы от обмотки возбуждения и нагрузки к дискам подведены к периферийным токосъемам, состоящим из большого числа щеток. Ввиду ограниченности пространства в зоне токосъемов указанное обстоятельство существенно усложняет задачу равномерного распределения тока по окружности ротора.

Неравномерное распределение тока по окружности ротора обуславливает перегрузку отдельных щеток и более быстрый выход их из строя; дополнительные потери в якоре из-за возникновения продольного индуктированного поля, создающего в якоре зоны подмагничивания и размагничивания основного поля обмотки возбуждения; "паразитные" взаимодиндуктивные связи обмотки с якорем. Размеры дисков существенно ограничены внутренним диаметром обмотки и условием уменьшения потерь энергии в якоре при выводе ее в нагрузку, что снижает воэможности машины в отношении повышения энергоемкости роторов, Действительно, при заданных габаритах обмотки-накопителя запа сенную кинетическую энергию якоря можно увеличить эа счет повышения его линейной скорости вращения, что имеет известные огра;ичения по механической прочности и затрудняет работу периферийных токосъемных устройств.

Другой путь-увеличить массу якоря, однако он для рассматриваемого УУГ малоэффективен, так как массу якоря можно увеличить лишь за счет увеличения толщины дисков. Последнее приво" дит к увеличению потерь электромагнитной энергии в якоре при ее выводе и к усложнению конструкции УУГ.

Ограничение диаметров дисков приводит также к необходимости повышения частоты их вращения с целью получения приемлемых условий самовозбуждения и удельных показателей. Повышение же частоты вращения сопряжено с трудностями подбора высокоскоростного

И

ЭО

55 привода, особенно в случае достаточно большой его мощности. Ограничение диаметра якоря сопряжено с уменьшением площади периферийного скользящего контакта либо с расширением контактной зоны диска. В обоих случаях уменьшается надежность токосьемов.

В первом случае — иэ-эа увеличения плотности тока в скользящем контакте, во втором - из-за усложнения конструкции и усиления параэитных токов кондукционнного характера, циркулирующих в зоне щетка-диск вследствие пересечения ее магнитным полем обмотки возбуждения.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение эффективности генератора

Указанная цель достигается тем, что якоря симметрично установлены с торцов обмотки возбуждения и их центральные токосъемы соединены с токоподводами, расположенными с внешней стороны каждого якоря, а периферийные токосъемы соединены между собой проводниками, равномерно распределенными по окружности якорей и размещенными в центральном отверстии обмотки.

На чертеже изображен предлагаемый генератор.

Генератор содержит два дисковых якоря 1, валы которых закреплены в опорах 2.. Съем тока производится периферийными 3 и центральными 4 токосъемами. Обмотка 5 возбуждения размещена между дисками 1 на одинаковых расстояниях от каждого диска. Обмотка может иметь оптимальную конфигурацию: радиальный размер сечения составляет 0,15 О, осевой - 0,2 О, где О - средний диаметр катушки. Обмотка возбуждения включена последовательно якорю. В якорной цепи имеется также нагрузка 6, зашунтированная коммутатором 7. Токосъемные устройства 3 каждого диска состоят иэ щеток, равномерно расположенных по окружности якоря и занимающих большую часть его контактной поверхности.

Элементарные периферийные щетки дисков соединены проводниками 8. Центральные токосъемные устройства 4 расположены на валу и соединены с обмоткой и нагрузкой шинами, по одной на каждый токосъем. Расстояние междуторцовой плоскостью катушки и каждым диском выбирается исходя из условий

904137 6 внутренний диаметр обмотки возбуждения. Приемлемый уровень потерь энергии при ее выводе обеспечивается теперь не уменьшением их диаметра, а варьированием расстояния между боковыми плоскостями диска и катушки. При этом в контурах, образованных соседними соединительными проводниками 8, периферийными щетками и телом дис10 ков, вихревые токи при выводе энергии не наводятся, поскольку интеграл з- напряженности индуктированного электрического поля вдоль каждого контура равен нулю, так как благодаря симметричному располоожению дисков относительно обмотки возбуждения равно нулю потокосцепление каждого контура. Возможность существенного увеличения диаметра якоря позволяет более эффеку- 2о тивно увеличить энергоемкость якоря, повысить разрядную мощность УУГ и его надежность за счет снижения необходимой линейной скорости вращения якоря, повысить надежность периферий2$ ных токосъемов путем снижения плотности тока в скользящем контакте (увеличением площади контакта) или и,тем уменьшения паразитных токов в контакте эа счет сокращения соответствующего линейного размера контактной зоны ротора. Обмотка возбуждения имеет оптимальную геометрию, обеспе-. чивающую при заданном весе ее проводников максимум выведенной энергии.

3$ Это приводит к повышению КПД генератора и улучшению его технико-экономических показателей. Влияние геометрии обмотки на КПД вывода энергии весьма существенно. Например, если в известном УУГ обмотку возбуждения выполнить в виде катушки оптимального сечения той же массы, то иэ нее можно было бы вывести в нагрузку на 303 больше энергии.

Формула изобретения

5 самовоэбуждения генератора и приемлемого уровня потерь энергии в якоре при выводе энергии магнитного поля обмотки в нагрузку.

Разряд генератора осуществляется в следующей последовательности.

Якоря разгоняются приводными дви гателями до необходимой скорости.

Затем при замкнутом коммутаторе 7 и отключенном приводе УУГ самовозбуждается. Самовозбуждение обеспечивается созданием начального поля во буждения либо при помощи небольшой дополнительной обмотки, либо подпит кой якоря от постороннего источника (в данном случае способ создания начального поля несущественен), Затем при максимальном токе самовозбуждения коммутатор 7 размыкается и ток переводится в нагрузку б, зат хая до нуля. Затем операции повторя ются.

Упрощение конструкции генератора заключается в следующем.

Имеется свободный доступ к щеточ ному аппарату. Это позволяет просто производить его ревизию, упрощает разработку токосъемов, размещенных ранее в сильно ограниченном объеме.

Токоподводы от обмотки возбуждения и нагрузки в виде одной общей шины подведены к центральным токосъемам, расположенным на валу, а периферийные токосъемы соединены друг с другом по кратчайшему пути и по всей окружности. Такая схема позволяет обеспечить наиболее простым путем равномерное распределение тока по окружности дисков и щеткам. При выб ранных размерах накопителя имеется возможность более широкого варьирования наружного диаметра якорей. В частности, увеличение их диаметра позволяет снизить частоту вращения дисков, упрощает выбор привода и размещения щеток периферийного токосъема по окружности ротора.

Повышение эффективности генератора определяется более оптимальной геометрией машины и заключается в следующем.

Диаметр дисков не ограничен внутренним диаметром обмотки возбуждения и условием снижения потерь энер$$ гюи в самих. дисках при выводе энергии. Действительно, диски расположены вне катушки, их диаметр может теперь быть равным или превосходить

Применение изобретения особенно перспективно в.УУГ с большим уровнем преобразуемых энергий и большими токами разряда.

Ударный униполярный генератор без ферромагнитопровода, содержащий обмотку возбуждения - индуктивный накопитель энергии с коммутирующей аппаратурой ее вывода, вращающиеся в противоположных направлениях дис37

Составитель А. Трепутнева

Техред И. Надь Корректор С. Цомак

Редактор Е. Дичинская

Заказ 151/44

Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 .9041 ковые якоря с периферийными и центральными щеточными токосъемами, токоподводы к якорям от обмотки и нагрузки, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции s и повышения эффективности генератора, якоря симметрично установлены с торцов обмотки возбуждения и их центральные токосъемы соединены с токоподводами, расположенными с внеш" 10 ней стороны каждого якоря, а периферийные токосъемы соединены между собой проводниками, равномерно распределенными по окружности якорей и размещенными в центральном отверстии обмотки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бертинов А.И. и др. Униполярные электрические машины. М.-Л., "Энергия", 1966, с. 223, 228.

2. Экспресс информация. Серия

"Электрические машины и аппараты", 1977, М 7, с. 13.