Инерционный накопитель энергии электромашинного типа

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 119) И 1) 25 0 ЕНИЯ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Томский ордена ОктябрьскойРеволюции и ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова(56) 1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3308059/24-07,кл. Н 02 К 19/36, 1981,2, Авторское свидетельство СССРР 748682, кл, Н 02 К 7/02, 1977(54)(57) ИНЕРЦИОННЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАШИННОГО ТИПА, содержащий внутренний сердечник с якорнойобмоткой, имеющей клеммы для подключения к нагрузке через коммутирующий аппарат, внешний вращающийся магнитопровод с демпФерной обмоткой и экраны из электропроводного материала, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения удельнойимпульсной мощности, накопитель снабжен неуправляемюм вентилем, шунтиРующим демпферную обмотку, и,конденсатором, подключенным к якорной обмотке через однофаэный мостовойуправляемый выпрямитель, якорная идемпферная обмотки выполнены сосредоточенными с одинаковыми фаэными зонами, экраны установлены на внешнеммагнитопроводе и внутреннем сердечнике в зонах размещения обмоток,авнутренний сердечник выполнен виз Ферромагнитного материалаи установлен с возможностьювращения в направлении, противоположном направлению вращения внешнегомагнитопровода.Следует отметить, что вращение внешнего магнитопровода и внутреннего сердечника в противоположных направлениях может быть обеспечено различными техническими решениями, в том числе с использованием подшипников, магнитного подвеса и т.д, При этом ось вращения роторов может быть как горизонтальная, так и вертикальная. Коммутация тока якорной обмотки 5, вращающейся вместе с внутренним ротором 4, может осуществляться либо с использованием коллекторно-щеточного узла, либо с помощью жидкостного токосъема. Вентиль 9 в цепи демпферной обмотки 3 целесообразно выполнять вращающимся вместе с внешним магнитопроводом 1,Работа устройства заключается в следующем,Изобретение относится к электротехнике, а именно к инерционнымнакопителям и источникам импульсной."нергии электромашинного типа, иможет быть использовано в системахимпульсного питания при электроФизических исследованиях и на автономных объектах,Известен электромашинный накопитель энергии, содержащий на статоре рабочую (якорную) обмотку, подключенную к нагрузке через коммутирующий аппарат, вспомогательную обмотку, смещенную относительно рабочей обмотки на 90 эл. град., с коммутирующим аппаратом в цепи, и демпферную обмотку на роторе с коммутирующим аппаратом в цепи. Накопительснабжен конденсатором и двумя дополнительными коммутирующими аппаратами, один из которых шунтирует рабо.20чую обмотку, а другой подключаетконденсатор параллельно рабочей обмотке 1).Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому эффекту является ударный генератор, внешнийротор которого выполнен полым в форме маховика равной прочности, охватывающим якорную обмотку с экранами изэлектропроводного материала, уложенную на неподвижный сердечникиз прочного электроизоляционногоматериала,При импульсном разряде известныхэлектромашинных накопителей энергииудельная мощность пропорциональ 35на удельной энергоемкости, амплитуде и частоте ЭДС рабочей обмотки 2) .В известных накопителях запас кинематической энергии создается лишь 40одним вращающимся ротором, а удельная энергоемкость определяется сучетом массы и объема неподвижныхчастей, не участвующих в накоплении.энергии. Это приводит к снижению удельной энергоемкости накопителя в целом. Амплитуда и частотаЭДС рабочей обмотки пропорциональны скорости вращения магнитного потока возбуждения и в известных электромашинных накопителях определяются скоростью вращения .лишь одногОротора. В результате удельная им-пульсная мощность прототипа относительно невелика. Кроме того, при импульсном разряде существующих электромашинных накопителей возникаютзначительные крутящие моменты, воздействующие на опору, что в рядеслучаев, в частности при использовании накопителей на автономных объек" 60тах, является существенным недостатком, ограничивающим импульсную мощность источника питания;Целью изобретения является повышение удельной импульсной мощности 65 инерционного накопителя энергии электромашинного типа.Поставленная цель достигается тем, что инерционный накопитель энергии электромашинного типа, содержащий внутренний сердечник с якорной обмоткой, имеющей клеммы для подключения к нагрузке через коммутирующий аппарат, внешний вращающийся магнитопровод с демпферной обмоткой и экран из электропроводного материала, снабжен неуправляемым вентилем, шунтирующим демпферную обмотку, и конденсатором, подключенным к якорной обмотке через однофазный мостовой управляемый выпрямитель, якорная и демпферная обмотки выполнены сосредоточенными с одинаковыми Фазными зонами, экраны установлены на внешнем магнитопроводе и внутреннем сердечнике в зонах размещения обмоток, а внутренний сердечник выполнен из Ферромагнитного материала и установлен с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения внешнего магнитопровода.На фиг. 1 представлена принципиальная схема инерционного накопителя; на фиг. 2 - кривые токов и напряжения в функции времени, где П, - напряжение на конденсаторе,ток якорной обмотки, хв - ток нагрузки, 1 - ток конденсатора.Устройство содержит внешний магнитопровод 1, экран 2 обмотки внешнего магнитопровода (демпферной) 3, внутренний сердечник (ротор) 4 с якорной обмоткой 5, экран б якорной обмотки 5, коммутирующий аппарат 7, подключающий нагрузку 8 к якорной обмотке, неуправляемый вентиль 9 и конденсатор 10, подключенный к якорной обмотке 5 через однофазный мостовой управляемый выпрямитель, содержащий неуправляемые вентили 11 и 12 и управляемые вентили 13 и 14.В исходном состоянии внутренний 1 сердечник 4 и внешний магнитопровод 1 инерционного накопителя вращаются в противоположных направлениях с угловыми скоростями И, и ь 5 , ком мутирующий аппарат 7 разомкнут, вентили 13 и 14, конденсатор 10 заряжен до некоторого начального напряжения И . Запас кинетической энергии накопителя определяется суммарным запасом кинетической энергии двух вращающихся роторов. В момент времени 1=1 на вентиль 14 подается управляющий сигнал, вентиль открывается и конденсатор 10 разряжается на обмотку 5 по цепи: вентиль 14 - 15 обмотка 5 - вентиль 11. Ток через нагрузку 8 не протекает, так как коммутирующий аппарат 7 разомкнут. С увеличением тока возрастает магнитный поток обмотки 5 и его пото косцепление с демпферной обмоткой 3. Согласно закону электромагнитной ин,дукции, в обмотке 3 наводится ЭДС взаимоиндукции, Вентиль 9 включен таким образом, что на интервале 25 ь 1=1 -1 ЭДС обмотки 3 направлена противоположно полярности вентиля 9. Вентиль 9 закрыт, ток в обмотке 3 не протекает. В момент времени 1=1, ток 1 =Хщ достигает максимальйо го значения, а напряжение на конденсаторе 10 уменьшается до нуля. Следует отметить, что параметры обмоток накопителя и конденсатора, а также момент времени =1 (начало раз. разряда конденсатора на якорную обмотку), выбираются так, чтобы момент максимума тока 1. =1,О соответствовал совпадению магнитных осей якорной и демпферной обмоток. Этим обеспечивается максимум потокосцеплений об моток 3 и 5 при 1=. В момент времени 1=1 коммутирующий аппарат 7 замыкается и подключает якорную обмотку 5 к нагрузке 8. Конденсатор 10 перезаряжается до напряжения обратной 45 полярности, и в момент времени 1=1 вентиль 14 закрывается.При дальнейшем вращении роторов 1 и 4 противоположных направлениях в обмотках 3 и 5 возникают ЭДС под действием которых протекают токй. Преобразование кинетической энергии в электромагнитную осуществляется в результате вознихновения тормозящих моментов, действующих на оба ротора накопителяМаксимум тока в нагрузке определяется величиной ЭДС якорной обмотки и параметрами обмоток накопителя и нагрузки. Он достигается при относительном повороте роторовна угол, близкий к 180 эл.град. Приэтом индуктивное сопротивление об-.,мотки 5 минимально, вследствие эффективного демпфирования основногомагнитного потока обмоткой 3 и вытеснения его на пути потоков рассеяния. Максимальный эффект демпфирования основного магнитного потокадостигается за счет выполнения обмоток 3 и 5 .с одинаковыми фазнымизонами. В результате экранированияобмоток проводимость путей потоковрассеяния существенно снижается,что обеспечивает минимум индуктивности и индуктивного сопротивленияобмоток 3 и 5,В момент времени 1=1 , ток 15=18уменьшается до нулевого значения,и коммутирующий аппарат 7 размыкается. Для получения следующего импульса тока в нагрузке на вентиль 13подается управляющий сигнал, вентиль13 открывается, и конденсатор 10разряжается на обмотку 5 по цепи:вентиль 13 - обмотки 5 - вентиль 12,В результате в обмотке 5 на интервалеь=1-5 протекает ток 1 того женаправления, что и на интервалеоВ момент максимума потокосцеплений обмоток 3 и 5 при Т=4 коммутирующий аппарат 7 замыкается иподключает якорную обмотку 5 к нагрузке 8. Далее процессы в схемеповторяются: конденсатор 10 перезаряжается, в обмотках накопителя инагрузке формируются импульсы тока,кинетическая энергия преобразуетсяв электромагнитную. Предлагаемый инерционный накопитель энергии электромашинного типа может осуществлять преобразозание и передачу энергии в нагрузку одиночным или повторяющимися однополярными импульсами тока. В последнем случае необходимо осуществлять подзаряд конденсатора для компенсации потерь в разрядном контуре. Следует отметить, что при выполнении внешнего магнитопровода и внутреннего сердечника накопителяс одинаковым запасом кинетической энергии исключается воздействие крутящего момента на опо. ру в рабочем режиме. Это является весьма существенным преимуществом, позволяющим широком использовать предлагаемый инерционный накопитель в системах импульсного питания на автономных объектах.