Ударный униполярный генератор

Сетез СееетсиикСоциалистически кРеспублик ОП ИСАЫИЕИЗОБРЕТЕ Ы ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 84453(22) Заявлено 11.06.79 (21) 2778481/24 1)М, К Н 02 1/00 присоединением заявки ГесуМрствекай кеетет СССР ю дклйи кзэбриВккй(72) Авторы изобретени В.В.Хар ов и Г. А. Барано 7 ) Заявитель 4)УДАРНЫЙ УНИПОЛЯРНЫЙ ГЕНЕР Изобретение относится к униполярныммашинам и может быть использовано в униполярных генераторах (УГ) постоянного тока.Известны ударные униполярные генераторы (УУГ) без ферромагнитопровода,5 используемые для получения одиночных импульсов тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи на нагрузку. Одним из вариантов разряда УУГ является пред.10 варительное самовозбуждение генератора и последующий перевод тока из обмотки самовозбуждения в нагрузку при помощи коммутирующей аппаратуры. В этом случае обмотка возбуждения используется15 в качестве индуктивного накопителя энергии, совмещенного с зарядным устройствоцтчто существенно улучшает техникоэкономические показатели энергосистемы в целом Щ.В пршщипе в указанном режиме может20 работать любой УУГ. Однако при этомболее эффективны УУГ, конструкция ко- торых, в отличие от указанной, позволяет устранить большие потери электромагнитной энергии, рассеиваемой в конструктивных элементах (роторе, магнитопровсде, токосъемах) при выводе ее из обмотки возбуждения в нагрузку, при максимальном использовании потока возбуждения наэтапе самовозбуждения.Известен также УГ без ферромагнитопровода, ротор которого содержит иэолиф. рованные проводники, концы которых выведены на коллекторы. Последние представляют собой набор сегментов, контактирующих с твердыми щетками. Огжатие щеток от коллектора перед выводом энергии магнитного поля обмотки возбуждения в нагрузку обеспечивает минимум электромаг нитных потерь, псскольку при этом устраняются основные контуры циркуляции вих ревых токов, наводимых при изменении . потока возбуждения 21Однако при самовозбуждении такого генератора контуры циркуляции вихревых токов, образуемые при перекрытии соседних коллекторных пластин щетками, су3 8474 ществуют. Это не отражается существенно на энергетических характеристиках генератора, поскольку сам овоэбуждение протекает значительно медленнее, чем вывод энергии в нагрузку, однако снижает надежность машины. Объясняется это тем что наводимые вихревые тока проходят через скользящий контакт щетка-ротор и могут вывести щетки из строя иэ-еа дополнительного выделения тепла и образования дуги. Поскольку величина вихревых токов может быть значительной (несколько десятков или сотен килоампер), ,вероятность выхода щеток из строя велика. 15К другим недостаткам рассматриваемой конструкции УГ следует отнести наличие явно выраженной коммутации тока в скользящем контакте, снижающей надежность токосъемов; известные ограничения по плотности тока и линейной скорости в скользящем контакте, ухудшаюшяеисполь- эование ротора как зарядного устройства и инерционного накопитея энергии слож 4ность конструкции токосъема, содержащего большое число щеток.Цель изобретения - повышение надежности и эффективности генератора, упрощение его конструкции.Указанная цель достигается тем, что 30 по торцам ротора установлены соосно с ним токонещюводящие элементы, образующие с ротором соединенный с .импульсной газонапорной и сливной полостями кольцевой зазор, заполненный через каналы 35 жидким металлом, соединяющим проводники ротсрв и токоотвода. Проводники токо- отвода с одной стороны могут быть объе динены, а с другой стороны выведены в каналы, подводящие жидкий металл в 40кольцевой зазор.На чертеже схематически показано предлагаемое устройство.Генератор содержит обмотку возбуждения в виде двух катушек 1, цилиндричес ий ротор 2 с жидкометвллическими кольцевыми токосъемами 3, в которые жидкий металл подается через выполненные в диэлектрике каналы 4, Катушки обмотки возбуждения соединены с ротором пврвюлельно цри помощи токоотводов, состоя щих иэ стержней 5, концы которых вывены в каналы 4, втулок 6 и соединительных шин 7.Цилиндрическая массивная часть ротора 55выполнена иэ стеклопластика 8 и нанесена на зафиксированный опорами 9 вал 10. Токонесушвя часть ротора выполнена из 53 4стержней 11, равномерно распределенныхцо окружности ротора. Концы роторных .стержней также выведены в полости токосъемов 3. Катушки соединены последова-,тельно шиной 12. При помощи коммутатора 1.3 к ним присоединена нагрузка 14,зашунтированная коммутатором 15. Полость, прилегающая к торцу ротора, сообщается с импульсной гвзонапорной системой.Разряд генератора осуществляется вследующей последовательности.Ротор 2 разгоняется приводом донеобходимой скорости. Затем через каналы4 в токосъемы подается жидкий металл(натрий - калий или др.) и осуществляеъся самовоэбуждение генератора в режимединамического торможения ротора. В процессе самовозбуждения коммутатор 13разомкнут и ток протекает в цепи якоряи обмотки возбуждения через токопроводы5, 6, 7, 12, После окончания процессасамовозбуждения при помощи, например,импульсных клапанов в полость токосъемов 3 прекращается подача жидкого металла, а коммутатор 13 замыкается.Жидкий металл под действием центробежных и электромагнитных сил выбрасывается из полости токосъемов и размыкаетякорную цепь, благодаря чему ток пере-,водится в цепь нагрузки. Для ускорениявыброса металла из полости токосъемовв прилегающие к торцам ротора полостиподводится импульсно газ под избыточнымдавлением. Для повышения надежностиразмыкания якорной цепи концы стержней5 токоотвода выведены не в полостьтокосъемов, а в каналы 4, благодарячему после. прекращения подачи жидкогометалла воздушный промежуток междуразрываемыми электродами увеличивается.После выброса металла из полости токосъемов и перевода тока в цепь нагрузкиразмыкается коммутатор 15 и ток переводятся непосредственно в нагрузку 14,после чего затухает до нуля.В рассматриваемой конструкции вихревые токи, оказывающие влияние на характеристики установки при выводе энергии в нагрузку, могут наводиться в жидкометаллических кольцах токосъемов 3,образуемых при вращении ротора. Послевыброса жидкого металла из полости токосъемов контуры циркуляции вихревыхтоков уничтожактся, что и позволяет устранить демпфнрующее влияние вихревыхтоков и дополнительные потери энергииВ роторев,5 8474При самовозбуждении генератора вихревые токи наводятся только в жидкометаллических кольцах токосъемныхчус;тройств и не проходят через скользящий контакт и ротор, что облегчает работу ,токосъема и повышает его надежность, Надежность токосъема повышается и от того, что устранена явно выраженная коммутация тока на коллекторе.Жидкометаллический скользящий кон 1 б такт допускает, как известно, значительно большие, чем твердые щетки, плотность тока и линейную скорость вращения подвижного эгмента. Это позволяет улучшить, удельные и абсолютные показатели ротора 15 ак зарядного устройства и всего генератора (энергоемкость, плотность энергии, относительный вес), т.е. повысить эффек тивность генератора. Кроме. того, предла гаемое устройство обладает более простой 20 конструкцией по сравнению с йзвестной, поскольку устраняется громоздкий щеточный аппарат.Применение изобретения особенно перспективно в высокоскоростных сильноточ- И ных УУГ большой мощности.формула изобретения1. Ударный униполярный генератор, содержащий обмотку возбуждения-индук 53 6тивный накопитель энергии с коммутирующей аппаратурой ее вывода, ротор в виде непроводящего цилиндра с рвсполакеннйми равномерно по окружности проводниками, токосъеяы и токоотводы в виде равномерно распределенных по окружности проводников о т л и ч а ю щ и й с я тем что с целью повышения надежности, эффективности и упрощения конструкции генераторцэ по торцам ротора установленысоосно. с, ним токонепроводящие элементы, образующие с ротором соединенный с импульсной газонапорной и сливной полостями кольце вой зазор, заполненный, через кащйы жидким металлом, соединяющим проводники ротора и токоотвода.2. Генератор по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что проводники токоотво- да с одной стороны обьединены, а с дру- гой выведены в каналы, подводящие жидкий металл в кольцевой зазор. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бертинов А. И. и щл Униполярныеэлектрические машины. М.-Л., фЭнергияф,1966, с.223, с. 228, рис, 9.Ь2. Патент Англии, Ж 1181821,кл. Н 02 К 31/00, 1970.