Ударный униполярный генератор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОИ:КОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ Сфез СфаетскнкСфцнаектичесвикРеспублик . щ 843122(51) М. Кл.з с присоединением заявки Йо Н 02 К 31/00 Государственный комитет СССР о делан изобретений и открытий(54) УДАРНЫЙ УНИПОЛЯРНЫЙ ГЕНЕРАТОР Изобретение относится к уннпо 1 лярным машинам и может быть использовано в униполярных генераторах постоянного тока.Известны ударные униполярные генераторы (УУГ), используемые для получения одиночных импульсов силь" ного тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи на нагрузку или накоротко и динамического торможения ротора Г 11.Известны также УУГ цилиндричес" кого типа, совмещенные с тороидальным трансформатором, используеьим для согласования параметров УУГ и нагрузки. Трансформатор представляет собой тороидальный сердечник, являющийся также ярмом УУГ, с одновитковой первичной обмоткой в виде дисковых и цилиндрических шин, образующих тор прямоугольного сечения, и многовитковой вторичной, на" мотанной из медной шины Г 23Совмещение трансформатора и УУГ в едином конструктивном узле обес- печивает снижение габаритов и массы системы питания в целом, сокращает длину токопроводов, уменьшая потери энергии в первичном -контуре. В известном УУГ трансформатор является повышающим, причем коэффициент трансформации равен числу вит 5 ков вторичной ОбмОткиТакой трансформатор позволяетполучать в нагрузке токи, превышающие значения, получаемые при прямомвключении генератора на нагрузку,либо те же токи при большом, чем припрямом включении, сопротивлениинагрузки. Для этого, однако, необходимо обеспечить вполне определенныйоптимальный коэффициент трансформации. Применение трансформатора расширяет приемлемый диапазон параметров нагрузки.Укаэанная конструкция УУГ с трансФорматором имеет следующие основныенедостатки:1. Электродинамическая неустойчивость жидкого металла токосъемов,снижающая надежность УУГ и ограничивающая значение тока в первичной : 25 обмотке трансформатора. При необходимости получения достаточно большего тока в нагрузке это ограничениетока первичного контура осущественноснижает эффективность рассматривае мой КОнструкции2. Большое число коммутаторов в первичной цепи, обусловленное необходимостью обеспечения осевой симметрии электромагнитного поля ротора генератора и первичной цепи трансформатора. Отсутствие осевой симмет-5 рии растекания тока в первичной цепи рассматриваемого УУГ,вызванное применением малого числа коммутаторов, привело бы к ухудшению электроэнер-, гетических характеристик из-за .появ ления дополнительных паразитных полей и потерь энергии, а также к снижению использования активных материалов и кольцевого скользящего контакта ротора.3. Ограничение области применения рассматриваемой конструктивной схемы., поскольку трансформатор выполнен повышающим и не может быть эффективно использован как понижающий беэ существенных изменений конструкции. При менение же понижающего трансформатора весьма перспективно в.случае использования его в качестве индуктивного накопителя с умножением тока во вторичной цепи. 25Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение эффективности генератора на основе устранения перечисленных недостатков.Указанная цель достигается тем, что трансформатор выполнен в виде двух симметрично расположенных относительно периферийного токосъема частей, первичные обмотки которыхсостоят иэ равномерно распределенных по окружности тора секций, одни выводные концы которых соединены с аналогичными концами секций соседнего, тора и с периферийным токосъемом, а другие концы подведены к центральному токосъему. 40Концы секций первичной обмотки могут быть подключены к центральному токосъему через коммутатор.На фиг. 1 представлена конструк"тивная схема УГГ 1 на фиг. 2 - элек трическая схема при использовании трансфбрматора в качестве индуктивного накопителя.Генератор содержйт обмотку 1 воз-.буждения, выполненную в виде цилин дрической катушки, цилиндрический ротор 2 с кольцевыми .жидкометаллическими токосъемами: периферийным3 и центральными 4. Ротор охватывают два тора 5, выполненные в видеполно каркаса или сплошного сердечника. Вокруг торов намотаны вторичная б и первичная 7. обмотки. Вторичная обмотка б содержит определенное число витков, намотанных иэ плоской шины. Первичная обмотка 7 намотана 60из дискретной шины и разделена на ряд секций, содержащих последовательно соединенные витки, число которых при необходимости можно снизить до одного. Секции равномерно рас" ; 65 пределены по окружности тока. Концы8 секций первичных обмоток соединеныи присоединены к контактному кольцу9 периферийного токосъема, а концы10 при помощи кольцевых шин 11,токопроводов 12, коммутаторов 13выведены к центральным токосъемам,Концы 8 так же, как и сами секции,равномерно распределены по окружности, что обеспечивает равномерноераспределение тока по окружности ротора. Коммутаторы 13 выполняют раз-нообразные функции замыкания илиразмыкания первичной цепи.Разгон ротора производится в двигательном режиме работы УУГ. Привращении ротора в поле обмОтки возбуждениямежду центральными и периферийным токосъемами наводится ЭДС.После замыкания якорной цепи коммутаторами 13 ток разряда протекаетпо двум параллельным цепям: периферийный токосъем 3 - ротор - центральный токосъем 4 - токадроводы 12, 11и 10 - первичная обмотка 7 трансфор-матора - периферийный токосъем 3.Цепи идентичны, поэтому протекающиепо ним токи одинаковы. Благодаряэтому электромагнитные силы, действующие на периферийный токосъем 3,взаимно уравновешиваются, что устраняет опасность выброса металла изконтактной зоны периферийного токосьема 3 при разряде генератора. Иеталлцентральных токосъемов 4 также невытесняется из контактной зоны поддействием электромагнитных сил, по"скольку эти силы сжимают его к центрув зозоре между торцом неподвижногогрибовидного элемента и дном углубления в валеУУГ предлагаемой конструкции может работать,с использованием тороидальных обмоток в различных режимах.При этом трансформатор может использоваться и как согласующий, икак индуктивный накопитель. В первом случае нагрузка присоединяетсянепосредственно к вторичной обмотке,импульс тока в которой получаетсяпри разряде УУГ в первичной цепи,осуществляемом замыканием ее коммутаторами 13. Вторичные обмотки 6при этом могут быть соединены последовательно или параллельноРабота УУГ осуществляетсяследующим образом.Якорные цепи (фиг.2) возбужденного УУГ замыкаются инжекцией жидкого металла в периферийный токосъем3, Центральные токосъемы 4 заполняются металлом заранее. При максимальном токе разряда коммутатор 14 замыкается, а коммутаторы 15 фи 16 размыкаются, вводя в якорные цепи сопротивления 17 и 18. Последующее затухание якорного тока сопровождаетсявсплеском тока во вторичной цепи.Число витков первичной обмотки 725 30 35 40 45 50 трансформатора, равное числу витковсекции, в данном случае существеннобольше, чем число витков вторичнойобмотки 6, что позволяет значительно увеличить ток во вторичной цепи.Принимая во внимание, что значениеего в первичной обмотке 7 равно полному току якоря и может быть весьмавелико, благодаря равномерному распределению его по окружности и вы"сокой электродинамической устойчивости токосъемов, можно рекомендо- .вать предлагаемую конструкцию дляполучения колоссальных токов поряда 106-10 А во вторичной цепи. Применение здесь трансформатора обеспечивает такие известные преимущества,как коммутация цепей с более низкимтоком и электрическая развязка нагрузки от якорной цепи, позволяющаяустранить опасные перенапряжения впоследней в случае последующей коммутации тока нагрузки,Основные преимущества предлагаемого технического решения заключаются в следующем.1. Упрощение конструкции генера-,тора:а) электродинамическая устойчивость токосъемов, облегчающая удержание металла в контактной зоне и упрощающая конструкцию токосъемного аппарата;б) сокращение до одного в каждойтороидальной части числа коммутато"ров в первичной цепи и простота кон"струкции многовитковой первичнойобмотки при сохранении равномерногораспределения тока по окружности ротора, которое улучшает электроэнергетические характеристики генератора.2, Повышение эффективности гене"ратора:а) повышение разрядной мощностиУУГ за счет увеличения тока якоря,не ограничиваемого электродинамической неустойчивостью токосъемов;б) упрощение согласования УУГ с. нагрузкой и расширение функции транс"форматора, благодаря возможностиболее широкого варьирования коэффициента трансформации как в сторонуповышения, так и понижения;в) повышение надежности энергосистемы, благодаря электродинамической устойчивости токосъемов, сокращению числа одновременно срабаты"вающих коммутаторов, электрическойразвязке цепей якоря и нагрузки,возможности получения в нагрузке сильного тока на основе коммутации тока значительно меньшей величины;г)повышение технико-экономических. показателей энергосистемы - сокращение габаритов, уменьшение массыповьпаение плотности энергии и удельной энергоемкости (Дж/м и Дж/кг), благодаря повышению разрядной мощности УУГ, возможности увеличения намагничивающей силы первичной обмотки трансформатора и устранения ферромагнитопровода.Изобретение имеет широкую область применения в импульсной электроэнергетике и особенно перспективно в случае получения предельных значений мощностей, энергий, токов и удельных показателей в крупных установках, когда преимущества предлагаемого технического решения становятся особенно ощутимыми. формула изобретения 1. Ударный униполярный генератор, содержащий обмотку возбуждения,ротор с кольцевыми периферийным ицентральными токосъемами и тороидальный импульсный трансформатор спервичными и вторичными обмотками,имеющими выводные концы, о т л ич а ю щ и й с ятем, что, с цельюупрощения конструкции и повышенияэффективности генератора, трансформатор выполнен в виде двух симметрично расположенных относительно периферийного токосъема частей, первичные обмотки которых выполнены в виде равномерно распределенных по окружности.тора секций, одни выводныеконцы которых соединены с аналогичными концами секций соседнего тора и периферийным токосъемом, а другие концы подключены к центральномутокосъему.2. Генератор по п,1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что концы секций первичной обмотки трансформатораподключены к центральному токосъемупри помощи коммутатора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Суханов Л.А. и др. Электрические униполярные машины, М., Отделение ВНИИЭМ, 1964, а. 50.2. Патент Англии, В 1143649,кл. Н 2 А,1969843122 фис 1 ставитель А. Трепутневахред А,АчКорректор А. енко Тираж 730 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 13035, Москва, И, Рааказ 5153 тент", г,. Ужгород, ул. Проектная,филиал ПП Редактор М. Лысогоров Подписноекомитета СССРи открытийкая наб., д;4/5