Ударный униполярный генератор без ферромагнитопровода

Союз СоветсиниСоцналнстнческниРеспубпнк ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ц 904137(51)М. Кл. Н 02 К 31/00 Юооударстееиый комитет СССР по делен язаоретеиий и открытийДата опубликования описания 10,02.82,71) Заявитель 54) УДАРНЫЙ УНИПОЛЯРНЫЙ ГЕНЕРАТОР БЕЗ ФЕРРОМАГНИТОПРОВОДА Изобретение оым машинам и мо носится к униполярет быть использовагенераторах постоян но в унипо ного тока. Известны ударные униполярные генераторы (УУГ) без ферромагнитопровода, используемые для получения одиночных импульсов сильного тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи на нагрузку И ,Известен также УУГ, у которого в нагрузку выводится энергия магнитного поля обмотки возбуждения. Генератор предварительно самовозбуждается при зашунтированной нагрузке, а затем энергия магнитного поля обмотки возбуждения выводится в нагрузку путем быстрого разрыва шунтирующей ее цепи. Обмотка возбуждения, таким образом, используется как индуктивный накопитель энергии, совмещенный с генератором с целью улучшения техникоэкономических показателей энергосис=темы в целом. Указанный генератор имеет два дисковых якоря, вращаемых приводными двигателями в противоположных направлениях. Электрические диски сое" динены последовательно при помощи соответствующих проводников, соединяющих щеточные токосъемные устройства. Диски расположены во внутреннем объеме обмотки возбуждения, выполненной в виде однослойного соленоида. Наружный диаметр дисков со" ставляет лишь половину внутреннего диаметра соленоида. Такое отдаление периферии дисков от проводников обмотки возбуждения, объясняется необходимостью уменьшения потерь электромагнитной энергии в якорях при выводе ее в нагрузку. Поглощение частИ энергии якорем при выводе ее в нагрузку происходит из-за возникновения в нем вихревых токов, наводимых3 904 при изменении магнитного потока обмотки возбуждения 21. Однако известный УУГ затрудняет доступ к щеткам как центральных, так и периферийных токосъемов, ревизия которых может быть проведена только после разборки машины. Поскольку УУГ-машина сильноточная и высокоскоростная, а современные щетки несовершенны, замена щеток в них производится достаточно часто. Токоподводы от обмотки возбуждения и нагрузки к дискам подведены к периферийным токосъемам, состоящим из большого числа щеток. Ввиду ограниченности пространства в зоне токосъемов укаэанное обстоятельство существенно усложняет задачу равномерного распределения тока по окружности ротора. Неравномерное распределение тока по окружности ротора обуславливает перегрузку отдельных щеток и более быстрый выход их из строя; дополнительные потери в якоре из-за возникновения продольного индуктированного поля, создающего в якоре зоны подмагничивания и размагничивания основного поля обмотки возбуждения; "паразитные" взаимодиндуктивные связи обмотки с якорем, Размеры дисков существенно ограничены внутренним диаметром обмотки и условием уменьшения потерь энергии в якоре при выводе ее в нагрузку, что снижает воэможности машины в отношении повышения энергоемкости роторов, Действительно, при заданных габаритах обмотки-накопителя запа сенную кинетическую энергию якоря можно увеличить эа счет повышения его линейной скорости вращения, что имеет известные огра;ичения по механической прочности и затрудняет работу периферийных токосъемных устройств. Другой путь-увеличить массу якоря, однако он для рассматриваемого УУГ малоэффективен, так как массу якоря можно увеличить лишь за счет увеличения толщины дисков. Последнее приво" дит к увеличению потерь электромагнитной энергии в якоре при ее выводе и к усложнению конструкции УУГ. Ограничение диаметров дисков приводит также к необходимости повышения частоты их вращения с целью получения приемлемых условий самовозбуждения и удельных показателей. Повышение же частоты вращения сопряжено с трудностями подбора высокоскоростного137 10 5 20 25 50 35 40 45 50 55 привода, особенно в случае достаточно большой его мощности, Ограничение диаметра якоря сопряжено с уменьшением площади периферийного скользящего контакта либо с расширением контактной зоны диска. 8 обоих случаях уменьшается надежность токосьемов. В первом случае - иэ-эа увеличения плотности тока в скользящем контакте, во втором - из-за усложнения конструкции и усиления параэитных токов кондукционнного характера, циркулирующих в зоне щетка-диск вследствие пересечения ее магнитным полем обмотки возбуждения.Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение эффективности генератораУказанная цель достигается тем, что якоря симметрично установлены с торцов обмотки возбуждения и их центральные токосъемы соединены с токоподводами, расположенными с внешней стороны каждого якоря, а периферийные токосъемы соединены между собой проводниками, равномерно распределенными по окружности якорей и размещенными в центральном отверстии обмотки.На чертеже изображен предлагаемый генератор.Генератор содержит два дисковых якоря 1, валы которых закреплены в опорах 2 Съем тока производится периферийными 3 и центральными 4 токосъемами, Обмотка 5 возбуждения размещена между дисками 1 на одинаковых расстояниях от каждого диска. Обмотка может иметь оптимальную конфигурацию: радиальный размер сечения составляет О, 15 О, осевой - 0,2 О, где О - средний диаметр катушки. Обмотка возбуждения включена последовательно якорю, В якорной цепи имеется также нагрузка 6, зашунтированная коммутатором . Токосъемные устройства 3 каждого диска состоят иэ щеток, равномерно расположенных по окружности якоря и занимающих большую часть его контактной поверхности. Элементарные периферийные щетки дисков соединены проводниками 8. Центральные токосъемные устройства 4 расположены на валу и соединены с обмоткой и нагрузкой шинами, по одной на каждый токосъем. Расстояние междуторцовой плоскостью катушки и каждым диском выбирается исходя из условий904137 6внутренний диаметр обмотки воэбужде.ния. Приемлемый уровень потерь энергии при ее выводе обеспечивается теперь не уменьшением их диаметра, а5 варьированием расстояния между боковыми плоскостями диска и катушки. Приэтом в контурах, образованных соседними соединительными проводниками 8,периферийными щетками и телом дис 1 О ков, вихревые токи при выводе энергии не наводятся, поскольку интегралз- напряженности индуктированного электрического поля вдоль каждого контураравен нулю, так как благодаря симмет 15 ричному располоожению дисков относительно обмотки возбуждения равно нулюпотокосцепление каждого контура. Возможность существенного увеличениядиаметра якоря позволяет более эффеку тивно увеличить энергоемкость якоря,повысить разрядную мощность УУГ иего надежность за счет снижения необходимой линейной скорости вращенияякоря, повысить надежность периферий 25 ных токосъемов путем снижения плотности тока в скользящем контакте (увеличением площади контакта) или путемуменьшения паразитных токов в контакте эа счет сокращения соответствуюЗо щего линейного размера контактнойзоны ротора. Обмотка возбужденияимеет оптимальную геометрию, обеспе-.чивающую при заданном весе ее проводников максимум выведенной энергии,35 Это приводит к повышению КПД генератора и улучшению его технико-экономических показателей. Влияние геометрии обмотки на КПД вывода энергии весьма существенно. Например,4 в если в известном УУГ обмотку возбуждения выполнить в виде катушки оптимального сечения той же массы, тоиэ нее можно было бы вывести в нагрузку на 30 больше энергии,Формула изобретения 5самовоэбуждения генератора и приемлемого уровня потерь энергии в якоре при выводе энергии магнитного поля обмотки в нагрузку.Разряд генератора осуществляется в следующей последовательности.Якоря разгоняются приводными дви гателями до необходимой скорости, Затеи при замкнутом коммутаторе 7 и отключенном приводе УУГ самовозбуждается. Самовозбуждение обеспечивается созданием начального поля во буждения либо при помощи небольшой дополнительной обмотки, либо подпит кой якоря от постороннего источника (в данном случае способ создания начального поля несущественен), Затем при максимальном токе самовозбуждения коммутатор 7 размыкается и ток переводится в нагрузку б, зат хая до нуля. Затем операции повторя ются.упрощение конструкции генератора заключается в следующем.Имеется свободный доступ к щеточ ному аппарату. Это позволяет просто производить его ревизию, упрощает разработку токосъемов, размещенных ранее в сильно ограниченном объеме. Токоподводы от обмотки возбуждения и нагрузки в виде одной общей шины подведены к центральным токосъемам, расположенным на валу, а периферийные токосъемы соединены друг с другом по кратчайшему пути и по всейокружности. Такая схема позволяет обеспечить наиболее простым путем равномерное распределение тока по окружности дисков и щеткам. При выб ранных размерах накопителя имеется возможность более широкого варьирования наружного диаметра якорей. В частности, увеличение их диаметра позволяет снизить частоту вращения дисков, упрощает выбор привода и размещения щеток периферийного токосъема по окружности ротора.Повышение эффективности генератора определяется более оптимальной геометрией машины и заключается в следующем.Диаметр дисков не ограничен внутренним диаметром обмотки возбуждения и условием снижения потерь энер 55 гюи в самих. дисках при выводе энергии. Действительно, диски расположены вне катушки, их диаметр может теперь быть равным или превосходить Применение изобретения особенно перспективно в.УУГ с большим уровнем преобразуемых энергий и большими токами разряда,Ударный униполярный генератор без ферромагнитопровода, содержащий обмотку возбуждения - индуктивный накопитель энергии с коммутирующей аппаратурой ее вывода, вращающиеся в противоположных направлениях дис37 Составитель А, ТреТехред М, Надь а Редактор Е, Дичинс Корректор С. ЦоА аказ 151/44 Тираж 718 ВНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж"35, РаушскаПодписноеета СССРытийнаб., д, 4/ ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная фи 7 9041 ковые якоря с периферийными и центральными щеточными токосъемами, токоподводы к якорям от обмотки и на" грузки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции з и повышения эффективности генератора, якоря симметрично установлены с торцов обмотки возбуждения и их центральные токосъемы соединены с токоподводами, расположенными с внеш ней стороны каждого якоря, а периферийные токосъемы соединены между собой проводниками, равномерно распределенными по окружности якорей иразмещенными в центральном отверстииобмотки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бертинов А.И. и др. Униполярные электрические машины. М.-Л.,