Ударный униполярный генератор

ОП ИСАЙИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоцналнстнческнкреспубликво делон изобретений и открытий(54) УДАРНВГЙ УНИПОПЯРНЫ. ГЕНЕРАТОР Изобретение относится к униполярным машинам и может быть использовано в униполярных генераторах постоянного тока,Известны ударные униполярные генераторы (УУГ) без ферромагнитопровода, используемые для получения одиночных импульсов сильного тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи на нагрузку 1. Одним из вариантов разряда УУГ является разряд при зам" кнутой накоротко якорной цепи с последующим переводом тока из этого замкнутого контура в нагрузку путем быстрого разрыва шунтирующей ее цепи 2 1. Такой режим применяется для . усиления разрядной мощности. Токонесущие элементы УУГ выполняют в этом случае роль индуктивного накопителя энергии, совмещенного с зарядным устройством, что существенно улучшает технико-экономические показатели системы питания в целом. Такими элементами являются прямой и обратной токо 2проводы УУГ или последовательная обмотка возбуждения.Наиболее близкой к изобретению по технической сушности и достигаемому результату является конструктивная схема УУГ дискового типа без ферромагнитопровода с жидкометаллическими кольцевьии токосъемамит прйменение которой в указанном режиме работы позволяет накапливать и выделять в нагрузку значительную энергию азимутального магнитного поля, сосредоточенного в объеме, ограниченном токонесукрми элементами якорной цепи. Преимущество такой схемы состоит в том, что в ней обратный токопровод генератора разделен на две параллельные ветви, симметрично расположенные цо обе стороны якоря. За счет этого электродинамические силы, приложенные к якорю, взаимно компенсируются, что позволяет получить большие токи разряда, повышая тем. самьпч энергию азимутального магнитного10 15 25 35 40 50 поля и пикбвую электромагнитную мощность короткого замыкания генератора 3 1,Недостатками данного устройстваявляются электродинамическая неустСИЧИвоот цЕ 1 раЛЬНЫХ тОКОСЪЕМОВ,ы дкий металл которых под действиемэлектромагнитной силы взаимодейстВи;. тока в контакте и поля якорявытесняется из контактной зоны, Этонарушает нормальную работу скользящего кот,:кта и ухудшает работуо".Ор скольжения, куда жидкий металлВ конечном счете попадает. Л такжеплохо исгользование объема, ограничиваемого обратным токопроводом.8 ачи.ельная часть этого объема запята массивным проводяцим якорем.Энергия азимутальногс поля разрядного тока, заключенная в объеме зани.маемсм якорем. В нагрузку быстро Вывдена быть не может из-за демпфируюшегс действия вихревых токов, воэникающих В якоре при Выводе энергии.Указанные недостатки существенно снижают эФфективность и надежность УУГ,ка накопителя и преобразователя энергииЦель изобретения - говышение эффективности накопления и Выделения в нагрузке азимутального магнитного галя, адежность и упрощение конструкпии генератора.Указанная цель достигается тем, что якорь снабжен размещенными с двух стсрсп от диска маховиками, скрепленных между собойс диском, а цент ральныа жидкометаллические токосъеи:.л содер:.а диски, установленные наконцах вала в кожухах, соединенныхс токопадводящими шинами одной полярнссти.,Расположенные на концах вала токосъзмные диски снабжены встречно включенными по потоку электромагнитами при использовании этих дисков для раскручивания якоря.Кроме того, для повышения удельной энергоемкости якоря, прилегающие к плоскому диску якоря маховики выполнены из набираемых Вдоль оси вращеия тонких металлических листов электрон":сляционным покрытием.При этом для уменьшения магнитно 1 с сопротивления якоря, как элемента магнитной цепи генератора, листы, из которых набраны маховики, целесосбразно изготовить из ферромагнитного материала. 7 4Ба фиг.,Изображена конструктивная схема УУГ; на фиг, 2 - оци из вариантов выполнения принципиальной электрической схемы разрядного контура генератор - нагрузка.Генератор содержит обмотку Возбуждения, состоящую из катушек, токонесуший диск 2 на валу 3, закрепленном в опорах , токосъемныс диски 5 на концах вяла, заключенные в кожухи 6, соединенные с токоподвсдящими шипами 7 одной полярности,. запслняемье жидким металлом 8 и размещенные между полюсами 9 электрс - магнитов 10 с обмотками 11 возбуждения. Обратный токопровод выполнен в виде полого цилиндра 12 соединенного В плоскости симметрии с периферийным кольцевым жидкометаллическим токосъемом 13, а в центральной чаев ти его оснований 14 - с токоодводящими шинами 15 одной полярости, Основания 14 электрически изолированы от вала при помощи прок:адок 16, ,ежду основаниями обратного тскспрсвода и якорным диском на валу размещены маховики 7, соединенные с диско.; и стянутые между собой, Билидры мсут быть вьполены из стеклопластика или из шихтоВапных мета 1 личе ких лисОВ.Соотношения между основымиесметрическими размерами тсксесущих диска 2, вала 3 и обратного токспровода соответствуют оптимальой по КПД вывода энергии геометрии коаксиальных индуктивных накопителей. Отошение внутреннего радиуса обратнсгс токопровода к радиусу вала составляет примерно 4 5, а отношение расстояния между диском 2 и основанием 14 к радиусу вала - о.;олс 6.Разряд генератояа осуществляется следующим. образом.К центральным токссьемам, заполненным жидким металлом 8, при помощи коммутатора 18 юдключается источник 19. К моменту замыкаия коммта- . тора 18 коммутаторы 20 разомкнуты, коммутаторы 21 " замкнуты а В периферийном тскссьеме 13 жидкий металл отсутствует, Ток и,.тсчника 19 протекает через центральные токосъемы и Вал . Магнитные потоки электромагнитов пронизывают диски 5 в противоположных направлениях, за счет чего эти диски включеы электрически последовательно и создают действющие в одну сторону электромагнитные моменты, приводящие якорь УУГ во Вра5 85щение. При замыкании коммутатора 18в обеих катушках 1 обмотки возбуждения также протекает ток, однакопоскольку их сопротивление значительно больше, чем сопротивление вала с центральными токосъемами катушки остаются закороченными, При необходимости в процессе разгона якоря катушки можно обесточить ещеодним раэмыкателем.После разгона якоря до необходимой скорости источник 19 отключается от центральных токосъемов, после чего в контактную зону периферийного токосъема инжектируется жидкий металл и генератор самовозбуждения. Протекающий по диску 2 ток разряда распределяется в две одинаковые параллельные ветви 2-13-1-5-3. В электромагнитную энергию, потребляемую обмоткой возбуждения, преобразуется часть кинетической энергии якоря, основная часть которой запасается в цилиндрах 17 (фиг. 1). После само- возбуждения генератора замыкаются коммутаторы 20 и происходит разряд генератора на две цепи 2-13-20-21-5-3, в процессе которого и осуществляется накопление энергии азимутального магнитного поля, локализованного впространстве ме:ду диском 2 и обратным токопроводом.При максимальном токе разряда и короткозамкнутой якорной цепи размыкаются коммутаторы 21 и ток переводится в секции 22 нагрузки, затухая там до нуля, Сопротивление нагрузки значительно выше сопротивления короткозамкнутой якорной цепи, что обеспечивает увеличение разрядной мощности и малое время выделения энергии в нагрузке. Затем цикл повторяется. 5887 4ния самовозбуждения генератора; повышение пиковой разрядной мощностинакопителя за счет увеличения максимально допустимого зарядного тока,не ограничиваемого электродпнамической неустойчивостью центральных токосъемов; повышение надежности генератора, обусловленное электродинамнческой устойчивостью центральных токо 1 ц съемов, металл которых под действиемэлектромагнитной силы сжимается к осивращения в зазоре между дискам и коз;.ухом, не покидая контактной зоны ине попадая в подшипники или другие15 узлы; упрощение приводного устройства, в качестве которого использовань диски центральных токосъемов;уп ощение конструкции высокоскоростно"о периферийного токосъема, покольку он при разгоне якоря не используешься и работает под нагрузкойлишь в течение короткого временисамовозоуждения УУГ и вывода энергиив нагрузку, что упрощает его разработк.Применение предлагаемого изобретения особенно перспективно при созданиимпульсных источников предельных мощностей ."-: термоядерных исследованияхи электрофизике, существенно превосходял,". по своим технико-зкономическимпоказателям другие возможные системыаналспчного назначения. Например, науровне выделяемой энергии 10 Дж УУГ7пред.агаемой конструкции пмеет,относитеьную стоимость 1 коп/Дж, плотнот энергии 1,6 мДж/м З и удельнуюэнергоемкость 1,5 кДж/кг. Это вышесоответствующих показателей лучшихщ образцов конденсаторных батарей постоимости в 50 раз, по удельным показателям - в 20 раз и более, Преимуществами предлагаемого устройства являются высокая эффективность накопления и выделения в нагрузке энергии азимутального магнитного поля в результате совмещения УУГ с коаксиальным накопителем оптимальной геометрии, полость которого 5 О заполнена маховыми массами, повышающими энергоемкость УУГ, но не влияющими на вывод энергии накопителя в нагрузку; сокращение габаритов, снижение массы и повышение удельных 55 показателей энергосистемы в целом (отношение выделяемой энергии к массе и объему); снижение потребляемой извне мощности за счет применеФорму.ча изобретения Ударный униполярный генератор без ферромагнитопровода, содержащий обмогку возбуждения, дисковый элск" тропроводный якорь на валу, периферийный токо:ъем, расположенный в центральной части якоря, жидкометаллические центральные токосьемы, обратный токопровод в виде симметрично расположенных относительно периферийного токосъема частей, токоподводящие шивы и коммутирующую аппаратуру, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения э 44 гактивности накопле8 887 о Заказ 6959/800 Подписное НИИПИ раж Филиал ППП "Пате ния и выделения в ня рузке энерии азн 14 у ЯЛЬНОГО МЯГЫТНО О ПОЛЯ 11 адЕЖ 1 Ости и упрОщения констру кдии генеря тора, якорь снабжен размещенными с двух сторон от диска маховиками скре.ленньми между сооой и диском,централвнь 1 е 11 ддкометялл 1 ческие тоьос:МЬ 1 .ОЦЕр/КЯ 1 1 ОКОСЪЕМНЫЕ дИСКИ :;тановпнные на концах вала в кожухах соединенных с токоподвоцящими шинами одной полярности; . 2. Геваратор по и, , О т л и ю щ и ." с я тем., что расположень на к 1 ях валаОкос:емные диски снабжеы встречно включеннь;ми по Ге 11 еря 1 от; по пп,и 2, О т- я ю .:, и й -. я тем что маховики вь.10 лн. ны иэ 11 ябиЯемьх вдоль оси вращения тонких металлических листовс электроизоляционным покрытием., Генератор по пп. 1-3, о т л ич а ю щ и й с я тем что листы, изкоторых набраны маховики.изготовленыиэ ферромагнитного материала,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Бертинов А.И. и др. Униполярные электрические машины. М,-Л"Энергия", 1966 с, 223, 228,2, Экспресс-информация. Сер, "Электрические машины и аппараты", 1977.та3, Баранов Г.А, и др, Ударныеуниполярные генераторы с газовойОпорой ротора. Доклады Всесоюзнойконференции по инженерным проблемамтермоядерных реакторов (Лен 1 нград,28-30 июня, 977) т, 3, Л., НИИЭФА,977, с, 28, рис, 2,.Ужгород,ул,Проектная