Устройство для передачи тока

(19) 111 5114 Н 01 О, Н 02 К 31/О ТЕНИ ы. Электро помощьюгаза в ко офизики СО АН СССР,родам иство в и 5. Р 88.8)идетельство СССР 1 В. 39/00, 1969. ук ин на неподупает с его ь зазора гося эле выступа глообразноенабжен разря ныи на вра глообразное тр не более ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к униполярным электрическим машинам. Делью изобретения является снижение по, терь мощности при передаче тока и увеличение ресурса работы электродов. Устройство содержит вращающийся 1 и неподвижный 2ды связаны междуионизированного рцевом зазоре 3 межи 2. Дополнительндены разрядные элрядный электрод 4вижном электроде электро обой с зрядом ду элек в устр ктродырепле торца в кольцевую поло С другого торца вращаю рода в эту полость заз по крайней мере одно и окончание 7, которым с ныи электрод 5, укреплещающемся электроде 1; Иокончание 7 имеет диаме2104 м. 2ионизации газа в зазоре 3. Поскольку электрод 5 установлен в устройстве таким образом, что в зазор 3 выходят лишь его иглообразные окончания 7, разряд в зазоре 3 осуществляется между иглообразными окончаниями 7 и вторым разрядным электродом 4.Время разрядав данном конкрет 1ном месте зазора 3 определяется линейной скоростью Ч вращающегося элект. рода 1 и диаметром Й иглообразного окончания 7: ь, =Д/Ч, Чтобы не происходил разогрев тяжелых частиц газа (ионов) и, как следствие, не было потерь мощности при передаче тока, связанных с разогревом газа, энергия выделяемая в разряде должна идти лишь на ионизацию газа в зазоре 3, поэтому время разряда С, не должно . превьппать значения 10 с.Линейная скорость вращающегося электрода 1 в области зазора 3 для устройств с плазменным токосъемом лежит в пределах Ч = 200-600 м/с. Верхняя граница определяется прочностными характеристиками вращающихся элементов устройства, а нижняя граница - практической целесообразностью применения в устройствах с такими скоростями плазменного токосъема (при более низких скоростях целесообразно использование других видов токосъема: жидкостного, щеточного и др. ), С учетом указанных ограничений времени разряда , и линейной скорости вращающегося электрода в области зазора определено максимальное значение диаметра Й иглообразного окончания 7 значением с 12 10 4 м. Минимальное значение диаметра д ограничивается возможностями технологии изготовления этого элемента. При таком диаметре иглообразных окончаний одного из разрядных электродов в разрядном промежутке устройства с плазменным токосъемом в рабочем режиме разряда обеспечивается ионизация газов в за-., зоре между электродами 1 и 2 без разогрева тяжелых частиц газа. Ионизированный газ используется как проводящая среда для передачи тока между электродами 1 и 2 под действием приложенного к ним напряжения. 06- разовавшаяся после разряда нестационарная неравновесная плазма начинает распадаться, так как приложенного к электродам 1 и 2 напряжения не дос 1 1356082Изобретение относится к электротехнике, в частности к созданию устройств для передачи тока от вращающегося электрода к неподвижному с( 5помощью ионизированного разрядом газа, и может быть использовано, например, в униполярных электрическихмашинах.Цель изобретения " снижение потерь мощности при передаче тока иувеличение ресурса работы электродов.На фиг.1 представлено устройстводля передачи тока, осевой разрез;на фиг.2 - дополнительный разрядный 15электрод с иглообразными окончаниями.Устройство для передачи тока содержит концентрично расположенныевращающийся 1 и неподвижный 2 элект"роды, подключенные к внешней электрической цепи (не показана ). Электроды 1 и 2 связаны между собой спрмощью ионизированного разрядом газа в кольцевом зазоре 3 между электродами 1 и 2.Устройство содержит также два дополнительных разрядныхэлектрода 4 и 5, связанные с само-стоятельным источником питания (непоказан ), Разрядный электрод 4 изолированно с помощью изолятора 6 укреплен на неподвижном электроде 2 ивыступает с его торца в кольцевуюполость зазора 3. С другого торцавращающегося электрода 1 в эту полость зазора 3 выступает по краинеи 35мере одно иглообразное окончание 7,которым снабжен второй разрядныйэлектрод 5, укрепленный изолированно с помощью изолятора 8 на вращающемся электроде 1.Иглообразное, 40окончание 7 имеет диаметр не более210 м, при этом в случае использования группы иглообразных окончаний (фиг.2) расстояние 1 между нимицелесообразно выбирать большим453 10 м.Устройство работает следующим образом,На вращающийся электрод 1 и неподвижный электрод 2 от внешней элетрической цепи подается рабочее напряжение, величина которого недостаточна для пробоя и ионизации газа взазоре 3 и поддержания разряда в зазоре. Для осуществления передачи55тока между электродами 1 и 2 подаютнапряжение на разрядные электроды4 и 5 от самостоятельного источникапитания, достаточное для пробоя и1356082- е пе,иБ/а,3 77 еР 18 и- Ь (2 Т ш) 3таточно для поддержания самостоятельного разряда в зазоре 3. Для увеличения токопроводящих зон междуэлектродами 1 и 2 и с целью увеличения рабочего тока устройства можновыполнить разрядный электрод 5 сгруппой иглообразных окончаний 7,которые разМещают по его окружностис интервалом, выбираемым из условиязаданного уменьшения концентрации за Оряженных частиц в зазоре 3; например каждый последующий разряд в данном конкретном месте зазора 3 с одного иглообразного окончания долженпроисходить "в хвосте" предыдущего разряда с предыдущего по ходу вращения электрода 1 иглообразного окончания. При этом время между разрядами ь равно 1/Ч, где 1 - расстояние между иглообразными окончаниями,В прототипе в качестве проводникамежду электродами использован дуговой разряд, имеющий большое сопротивление, а следовательно, потери мощности. Для оценки сопротивления формулой для проводимости полностью ионизированного газа:3= 3 06 О-ф Т Л Ч - линейная скорость электрода 1;И - количество игл 7 на разрядном электроде 5.При падении напряжения л П на зазоре плотность тока в плазме определяется выражением где е, р - заряд и подвижность электронов соответственно.Подвижность / определяется по формуле где ш, Те - масса и температураэлектронов соответственно;п - концентрация газа;сечение ионизации. Тогда 1 -2 е -пе.дБ 2 и . д (2.Трпа)Ток, который можно пропустить вследе одного разряда, равенгде Т - температура электронов вградусах Кельвина;- Кулоновский логарифм,Л = 3-6.Для Т, = 50000 К; Й = 6 .1 О Ом-" 35см-, тогда сопротивление дуги длиной 2 м и сечением 13 мм равноК = 2,810Ом.Для машины мощностью 1 МВт с током 10 кА потери мощности в дугесоставят 280 кВт или 283 от полноймощности майины.В предложенном устройстве дляпередачи больших токов необходима 45степень ионизации газа в зазоре,близкая к 1, т.е. во время разрядаионизируется практически весь газ.При этом потери мощности на ионизацию 50ДР = ,пе Ь ЬЧИ,1гдеэнергия ионизации для данного газа;концентрация электронов; 55пе -радиальная величина зазора 3; осевая длина зазора 3; и полный ток1 п = 3.Ь.1.И.Для заданного тока 1 электрические потери мощности 1 Р определяют-. ся выражениеми 6 д 1 п (2 Т ш)ДР=Т 3 Уи1,2 е пе Ь 1 МПри Ч = 300 м/с, с 1 = 0,1 мм, время разряда Г = 3,3 10с; Ь = 510 м; д= 2 10 м; Е; = 3,9 эВ для цезия и= 1 Офм; Ь= 10 дм; 1=10 кА; М = 50;Т = 3 эВ.Потери мощности на ионизацию и разогрев электронов аР, =(3,9+3) ф . х 1,6" 10 9 10 2 10 5.10 30050 = - 6,56 кВт. Для определения потерь Р время распада плазмы 2 =2 -10-10с, для пе = 10 "-1 Осм и Т = 5 эВ.Концентрация электронов в распадающихся плазмах водорода, гелия, азота и аргона, примерно за 50 мкссЗаказ 5802/48 Тираж 625 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4 5 135608 уменьшается в 3 раза. За время между разрядами= 50 Ос концентрация электронов пе примерно равна концентрации газа п, т.е. и=10" см , при этом 1 Ч Г 1,5 см.(р Следовательно, суммарные потери 6 Р = ВР + 3 Р = 9,48 кВт, что почти в 30 раз меньше аналогичных потерь в известном устроистве, в коточ20 ром имеет место также эрозия электродов, появляющаяся уже после не-, скольких минут работы машины с дуго. вым токосъемомв предлагаемом уст 25 ройствеэрозия электродов отсутствует, что увеличивает ресурс их работы ). Формула изобретенияУстройство для передачи тока, содержащее расположенные концентрично вращающийся и неподвижный электроды, подключенные к внешней электрической цепи и связанные между собой с помощью ионизированного разрядом газа в кольцевом зазоре между электродами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения потерь мощности при передаче тока и увеличения ресурса работы электродов, устройство содержит два дополнительных разрядных электрода, связанных с самостоятельным источником питания, при этом один из этих электродов изолированно укреплен на неподвиж- . ном электроде и выступает с его торца в кольцевую .полость зазора, а с другого торца вращающегося электрода в эту полость выступает по крайней мере одно иглообразное окончание, которым снабжен второй разрядный электрод, который изолированна укреплен на вращающемся электроде, при этом иглообразное окончание имеет диаметр не более 2 10 м.