Электромашинный генератор импульсов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскинСоциалистическиеРеспублик 944 0 О 1(23)Приоритет 30.07.80 2 еудеретеенный кемнтет СССР Опубликовано 15,07.82. Бюллетень 26 делам нзаеретеннй н открытей.И (088.8) бликования описания 15,07,(72) Авторы изобретени В. Лоос, А ин и г Томский ордена Октябрьской Револ Красного Знамени политехническийим, С. М. Кирова 71) Заявитель 5 Й) ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬС 1Изобретение относится к электромашинным импульсным генераторам,применяемым в устройствах для созда-ния сильных магнитных полей и других системах импульсного питанияпри электрофизических исследованиях.Существуют источники импульсовмикросекундной длительности на основе емкостных накопителей, использование которых является наиболеецелесообразным при энергиях 1-5 10 Дж,6 1 оОднако развитие современных электрофизических исследований требует энергий свыше 10 Дж, полуцечие которыхможет быть обеспечено лишь созданиемновых импульсных источников электромашинного типа, позволяющих накапливать до 10 Дж кинетической энергии,мотку возбуждения н нои обмотки иротореИзвестен т кже электромашинный ьсов, содержащий две дикулярные обмотки на взаимно перпендикуляр- роторе, причем допол" тка статора и дополтка ротора соединены ующий аппарат и пред- питания нагрузки оди" оряющимися импульсаНаиболее близк по технической сущ электромашинный и содержащий статор лоткой, соединенн рез коммутирующий пендикулярной к н обмоткой с коммут снабженный обмотк роторе, Длительно нера орпенс ком- вига- тельнныи ге имно пе таторе фазосд дополниИзвестен электромаш тор, содержащий две вз дикулярные обмотки на мутирующими аппаратами ющее устройство в цепи источник импу взаимно перпе статоре и две ные обмотки н нительная обм нительная обм через коммути назначены для ноцньми и пов ми Г 21. м к изобретению ности является точчик импульсов, сосновной обй с нагрузкой чеаппарат, и перй дополнительной рующим аппаратом, й возбуждения на ть иИпульсоа этого.1 4стороны относительно активных эонобмотки возбуждения.На фиг. 1 представлена принципиальная схема генератора с одной роторной обмоткой; на фиг, 2 - диаграммы распределения магнитной йндукции В , в воздушном зазоре генератора в зависимости от угла поворотаротора у; на фиг. 3 - кривые изменения тока в обмотках статора, гдеток в дополнительной обмотке статора; 1- ток в основной обмотке статора; на фиг, 4 . принципиальнаясхема генератора с двумя Обмоткамина роторе; на фиг. 5 - диаграммыраспределения магнитной индукции ввоздушном зазоре генератора В взависимости от угла поворота ротора у; на фиг. б - кривые изменениятоков и потокосцеплений обмоток генератора, где 1= 4 - ток в основной обмотке генератора и нагрузке,1 - ток дополнительной обмотки,-потокосцепление демпферной обмотки,Генератор содержит дополнительную обмотку 1 статора,основную обмотку 2 статора, обмотку 3 возбуждения, нагрузку 4, коммутирующие аппараты 5, 6 и 7, экран 8, демпферную обмотку 9, причем коммутирующийаппарат 5 закорачивает дополнительную обмотку, а коммутирующий аппарат б подключает основную обмоткук нагрузке.В исходном состоянии ротор гене"ратора (Фиг 1) вращается с номинальной скоростью, обмотка 3 возбуждения запитана постоянным током, ком"мутаторы 5 и 6 разомкнуты.В момент времени 1 = Со, когдапотокосцепление дополнительной обмотки 1 достигает максимального значения с потоком возбуждения фиг,2 а ),коммутатор 5 замыкается, и генератор попадает в режим внезапного короткого замыкания. По дополнительнойобмотке протекает ток 11 (фиг.3),при этом кинетическая энергия ро"тора преобразуется в электромагнитную энергию полей, связанных с обмот.ками статора и ротора.Согласно принципу постоянства потокосцепления и в связи с тем, что 3 94400генератора определяется частотой ЭДСи находится в пределах 2-20 мс 3.Однако дальнейшее увеличение числа полюсов и частоты вращения ротора,приводящее к увеличению частоты ЭДСгенератора, в сильной степени умень.шает импульсную мощность источника.Таким образом, с помощью указанногоэлектромашинного генератора получить мощные импульсы тока микросе Окунднойдлительности практическиневозМожно.Цель изобретения - повышение ударной мощности генератора путем получения импульсов микросекундного 5диапазона длительности.Поставленная цель достигаетсятем, что дополнительная обмотка статора и обмотка возбуждения выполнены сосредоточенными с диаметральным шагом Ф, а основная обмотка выполнена с укороченным шагом у= рТв виде двух последовательно соединенных катушечных групп, охватывающих активные эоны витков дополнительной обмотки, при относительномшагеф = Сд р,п10где й - требуемая длительность переднего фронта импульса тока30в основной обмотке, фикс;р - числопар полюсов генератора;и - частота вращения ротора,об/с.Дополнительная обмотка может бытьснабжена экраном в активных зонаха каждая катушечная группа основнойобмОтки статора может быть выполнена в виде двух сосредоточенных,последовательно соединенных катушек ффпротивоположной намотки, охватывающих активные эоны витков дополнительной обмотки, причем катушкикаждой катушечной группы размещеныпо разные стороны относительно активной зоны дополнительной обмотки.Кроме того, обмотка возбужденияможет быть снабжена экраном в активных зонах, и ротор генератора можетбыть снабжен демпферной обмоткой,каждая катушечная группа которойвыполнена в виде двух сосредоточенных последовательно соединенных катушек противоположной намотки с уко роченным шагом у=-ф 7, охватывающих 55активные зоны витков обмотки возбуждения, причем катушки каждой катушечной группы размещены по разные5 9440 дополнительная обмотка статора и обмотка возбуждения выполнены сосредоточенными, при дальнейшем повороте ротора результирующий поток гене" ратора 1,величина этого потока на еди-. 5 ницу длины определяется площадь под кривой индукции В ).сжимается(фиг.2 б) и величина индукции в зазоре В, достигает максимального значения при угле поворота ротора близком к 180 Ы электрическим градусам (фиг,2 в), Важным условием более эффективной работы данной импульсной системы является обеспечение минимального коэффициента рассеяния обмоток, 15В момент времени й =С, когда потокосцепление основной обмотки статора достигает максимума с резуль-. тирующим потоком, комммутирующий аппарат 6 подключает ее к нагрузке, По 2 о основной обмотке и нагрузке протекает мощный импульс тока 11 малой длительности, обусловленной быстрым изменением потокосцепления контура основной обмотки при прохождении по ложительной оси намагничивающей силы обмотки возбуждения угла=180 .электрических градусов. Достигнув максимума, ток 1начинает уменьшаться и при 1 = й, когда потокосцепление ос- ЗО новной обмотки, создаваемое взаимодействием токов всех трех контуров, становится равным потокосцеплению до коммутации данной обмотки, ток достигает нуля и коммутатор 6 от" ключает нагрузку от генератора, При угле поворота ротора большем 180 электрических градусов ток дополнительной обмотки уменьшается и коммутирующий аппарат 5 при достижении то- о ка нулевого значения (1 =с) вновь переводит генератор в режим холостого хода, размыкая данную обмотку. В момент времени 1 = 1 когда потокосцепление дополнительной обмотки опять достигает максимального значения (, =360 электрических градусов ) коммутатор 5 замыкается и все процессы в обмотках генератора повторяются.При наличии на роторе демпферной обмотки (фиг.4) работа генератора осуществляется следующим образом.В исходном состоянии ротор гене" ратора вращается с номинальной ско" ростью ц:. Коммутирующие аппараты 5"7 разомкнуты. Обмотка 3 возбуждения запитана постояннным током и создает в воздушномзазоре начальный магнитный поток, распределен 01 бный на полюсном делении Т . Величина. потока на единицу длины машины опре- деляется плоц 1 адью под линией распределения индукции Ву, которая воданном случае имеет вид прямоугольника, так как обмотки генератора вы" полнены сосредоточенными.При угле поворота рЬтора у =Щ,=0, когда обмотка 1 на статоре имеет максимальное потокосцепление Ч с потоком возбуждения (фиг.5 и 6), коммутирующий аппарат 7 замыкается, закорацивая обмотку 1. При дальнейшем вращении ротора в обмотках 1 и 3 протекают токи 1 и 1, стремящиеся сохранить неизменными начальные потокосцепления обмоток (Ч=сопэй, У =сопэс) в момент замыкания коммутирующего аппарата 7.Согласно принципу постоянства потокосцеплений обмоток и в связи с тем, цто дополнительная обмотка 1 на статоре и обмотка 3 возбуждения на.роторе выполнены сосредоточенными, при вращении ротора результирующий магнитный поток в воздушном зазоре генератора сжимается. При этом, в результате экранирования обмоток 1 и 3 в активных зонах, коэффициент рассеяния магнитного потока минимален, цто обеспечивает максимальное возрастание индукции в воздушном зазоре Ву.Вследствие сжатия магнитного потока и возрастания индукции Ву потокосцепления разомкнутых обмоток 2 и 9, имеющих укороченный шаг у= Я 7, увелициваютсяд При угле поворота роищтдра :у = э результирующий маг 11нитный поток распределяется на отрезке, равном у. Основная обмотка 2 на статоре и демпферная обмотка 9 на ;роторе имеют максимальное потокосцепление с результирующим магнитным потоком, и коммутирующие аппараты 5 и 6 замыкаются. В результате основная обмотка 2 подключается к нагрузке 4, а демпферная обмотка 9 закорачгвается.При дальнейшем вращении ротора в обмотках генератора и нагрузке протекают токи, стремящиеся сохранить неизменными начальные потокосцепления в моменты их замыкания (М, Ч, Ч, Ч =сопэй. При этом кинетическая э ергия ротора преобразуется в электромагнитную энергию нагрузки и энергию магнитного поля, связанного с об7 9 МО мотками генератора, В момент времени, соответствующий повороту ротора на угол ):=Х , магнитный поток генератора вытесняется на пути потоков рассеяния, имеющих низкую проводимость,и токи. в обмотках генератора и нагрузке достигают максимального .значения (фиг.М, 5 и 6), В дальнейшем токи в обмотках генератора и ток нагрузки уменьшаются. о Формула изобретения ч а ю щ и й с я тем, цто дополнительВследствие того, что обмотки 2 и ч выполнены в виде последовательно соединенных катушечных групп, каждая из которых состоит из двух сосредото з ценных катушек противоположной намотки, при угле поворота ротора" 31эезультирующий магнитныйчпоток в воздушном зазоре генератора создает в основной обмотке 2 и демпферной обмотке 9 потокосцепления, равные по величине потокосцеплениям в момент времени, соответствующийт25 повороту ротора на угол )ф "1=при отсутствии токов 1и 9. В ре. ,зультате, при у: у токи в обмотках 2 и 9 достигают нулевого значе" ния, и коммутирующие аппараты 5 и 6 зв размыкаются. Ори дальнейшем вращении ротора то" ки.в обмотках 1 и 3 генератора уменьшаются до начального значения в моЗ 5 мент у=Я 4, = 9.Л и коммутирующий аппарат 7 размыкается,Таким образом, из приведенногоописания работыпредлагаемого устройства импульсного генератора следует, цто увеличение ударной мощнос.ти генератора при получении в наг,рузке импульсов микросекундной длительности обусловлено сжатием при минимальном рассеянии основного маг" нитного потока в воздушном зазоре двумя сосредоточенными обмотками с ,диаметральным шагом на статоре и роторе с последующим захватом его укоИ роценной основной обмоткой и демоферной обмоткой на роторе. Полуце" ,ние мощных коротких импульсов тока в основной обмотке и нагрузке достиг ается за счет возникающих пиковИ . ЭДС при резком изменении направления захваченного магнитного потока на1интервале, равномИ, Сл Я 01 8отметить, цто действующее знацение ЭДС в основной обмотке по сравнению с известным импульсным генератором практически неизменно. При этом величина энергии, передаваемой, в нагрузку, одинакова, а увеличение ударной мощности в данном случае определяется сокращением длительности передачи энергии пропорционально укорочению шага основной обмотки.Технический эффект от использования данного изобретения заключается в том, что за счет увеличения ударной мощности электромашинного генератора при получении в нагрузке импульсов микросекундной длительности повышаются энергетические и удельные характеристики системы импульсного питания потребителей. Предлагаемый генератор позволяет получать в нагрузке одиночные и повторяющиеся им" пульсы, количество которых определяется запасом кинетической энергии вращающихся масс ротора,1, Электромашинный генератор импульсов, содержащий статор с основ" ной обмоткой, подключенной к нагрузке через коммутирующий аппарат перпендикулярной к ней дополнительной обмоткой с коммутирующим аппаратом в цепи, и ротор с обмоткой возбуждения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения ударной мощности генератора путем получения импульсов микросекундного диапазона длительности, дополнительная обмотка статора и обмотка возбуждения выполнены сосредоточенными с диа" метральным шагом, а основная обмотка выполнена с укороченным шагом у= фТ в виде двух последовательно соединенных катушечных групп, охватывающий активные зоны витков дополнительной обмотки, при относительном шаге-6р= й р и игде 1 и - требуемая длительность переднего фронта импульса токав основной обмотке, мкс;р - число пар полюсов генератора;и - частота вращения ротора, об/с. 2. генератор по п.1, о т л и "9 94400 ная обмотка снабжена экранов в активных зонах, а каждая катушечная группа основной обмотки статора выполнена в виде двух сосредоточен" ных, последовательно соединенных ка-. тушек противоположной намотки, охватывающих активные зоны витков дополнительной обмотки, причем катушки каждой катушечной группы размещены, по разные стороны относительно активной зоны дополнительной обмотки.3. Генератор по п.2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что обмотка возбуждения снабжена экраном в активных зонах и ротор генератора снабжен 1 демпферной обмоткой, каждая катушечная группа которой выполнена в виде двух сосредоточенных, последователь 1 10но соединенных катушек противоположной намотки с укороченным шагому=фК, охватывающих активные эонывитков обмотки возбуждения, причемкатушки каждой катушечной группы размещены по разные стороны относительно активных зон обмотки возбуждения,Приоритет по пунктам:30.07.80 по пп.2 и 3Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР439883, кл. Н 02 К 19/36, 1972.2. Авторское свидетельство СССРУ 437181, кл. Н 02 К 19/26, 1972.3. Авторское свидетельство СССРй 304681, кл. Н 03 К 3/84, 1970