Электромашинный накопитель энергии

72) Авторы изобретеии рь учалин и А.В.Л Томский ордена Октябрьской Револ Красного Знамени политехнический ии и ордена Трудов нститут им С;М:-Км г;оорла,1) Заяви(5 Й) ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ НЛКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИ 1Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашинным накопителям и источникам импульсной энергии, и может быть использовано в системах импульсного питания при электрофизических исследованиях.Известен электромашинный импульс. ный генератор, содержащий на статоре две взаимно перпендикулярные обмотки с коммутирующими аппаратами и обмотку возбуждения на роторе ЫИзвестен также импульсный генератор с фазосдвигающим устройством в цепи дополнительной обмотки на статоре 2 Д.Наиболее близким по технической сущност и к данному изоб рет ению я вляется электромашинный генератор импульсов, содержащий на статоре рабочую обмотку, подключенную к нагрузке через коммутирующий аппарат, и вспомогательную обмотку с коммутирующим аппаратом в цепи, а на роторе - обмотку возбуждения и демпферную обмот 2ку с коммутирующим аппаратом в цепи,и позволяющий осуществлять передачуэнергии в нагрузку импульсами токамилисекундйой длительности 3Однако при этом коэффициент полезного преобразования кинетическойэнергии вращающихся масс в электромагнитную энергию нагрузки за одинимпульс не превышает 5-103, что ограничивает эффективность использованияданного генератора в системах импульсного питания.Целью изобретения является повышение мощности путем увелиценияэнергии, передаваемой в нагрузкуза один импульс,Поставленная цель достигаетсятем, что накопитель дополнительноснабжен конденсатором и двумя ком 20 мутирующими аппаратами, а вспомогательная обмотка статора подключенапараллельно к рабочей обмотке, зашунтированной одними из дополнительных коммутирующих аппаратов, а конден3 97сатор подключен параллельно рабоцейобмотке через другой дополнительныйкоммутирующий аппаратНа фиг,1 представлена принципиальная схема электромашинного накопителя; на фиг,2 и 3 - кривые токовнапряжения и скорости вращения ротора,Накопитель содержит демпфернуюобмотку 1 ротора, рабочую обмотку2 статора, вспомогательную обмотку3 на статоре, конденсатор 4. Рабоцаяобмотка 2 подключена к нагрузке 5.Накопитель содержит также коммутирующие аппараты 6-10,Работа устройства заключаетсяв следующем.В исходном состоянии ротор элект"ромашинного накопителя вращается соскоростью Ю , коммутирующие аппараты 6-10 разомкнуты, конденсатор 4заряжен до некоторого начальногонапряжения 0В момент времени, "й фиг.2) коммутирующий аппарат 8 замыкается. Приэтом предварительно заряженный конденсатор 4 вунтирует рабочую обмотку2 и разряжается через нее на интервале временидй = 1 -ТВ результатепо обмотке 2 протекает ток 1 , который создает магнитный поток в воздушном зазоре накопителя. В моментвремени сай,1 ток= 1, достигаетмаксимального значения. Коммутирующий аппарат 9 замыкается,эакорачиваяобмотку 2. При достижении максимального потокосцепления вращающейся обмотки 1 ротора, что соответствуетпрохождению ее ЭДС через нулевое эна. чение, коммутирующий аппарат 10 замыкается, закорацивая обмотку 1. Придальнейшем вращении ротора обмотки1 и 2 стремятся сохранить неизменнымначальные йотокосцепления в моментзамыкания коммутирующих аппаратов9 и 10 (й : Ф ) за счет протеканиятоков 11 и 1. Под действием токовнеподвижной 2 и вращающейся 1 обмоток результирующий магнитный поток.в воздушном зазоре накопителя возрастает на интервале времениЬ = й -1,1 вследствие несимметриистатора и ротора. При достижениимаксимального потокосцепления обмотки 3 в момент времени й = с , чтосоответствует прохождению ее ЭДСчерез нулевое значение, коммутирующий аппарат 7 замыкается и подключает дополнительную обмотку 3 к ра 8280 4 бочей обмотке 2, зашунтированнойкоммутирующим аппаратом 9.На интервале д 1с-й токи1 и 1 .замыкаются по коммутируюз щему аппарату 9 и протекают в немв противоположных направлениях. Вмомент равенства токов в обмотках2 и.3 по абсолютной величине прий = й ток коммутирующего аппарата 1 О 9 достигает нулевого значения, и коммутирующий аппарат 9 размыкается.Под действием ЭДС дополнительнойобмотки 3 ток 1 возрастает, а конденсатор 4 на интервале времени 15 Д 1й 1- Сзаряжается. Ток обмотки 1 ротора, достигнув максимальногозначения, уменьшается до нуля, икоммутирующий аппарат 10 размыкается,На интервале времени А 1=Ф 2 в конденсатор 4 раЭряжается через обмотку 2,при этом ток 1 возрастает домаксимума,а ток 1 а уменьшается до нулевого значения. В момент временис коммутирующий аппарат 9 замы%2 Э кается, шунтируя обмотку 2, а коммутирующий аппарат 7 размыкается, отклю.чая обмотку 3.Таким образом, на интервале времени Ьй = й- й в рабочей обмотке зв 2 накопителя запасается электромаг нитная энергия в результате преобразования части кинетической энергиивращающихся масс ротора.В момент максимального потокосцепления обмотки 1 ротора при С = 1коммутирующий аппарат 10 вновь замыкается, закорацивая обмотку 1. Следует отметить, что синхронизация момента достижения максимума тока 4 магнитного потока в обмотке 2 с мо"ментом максимума потокосцепленияобмотки 1 при совпадении их осейдостигается выбором определенногосоотношения параметров обмоток накопителя и емкости конденсатора 4,определяющего длительность переходного процесса разряда конденсатора.При дальнейшем вращении ротора поддействием тока 1 и 1 результирующиймагнитный поток в воздушном зазоренакопителя возрастает. Далее последовательность коммутаций в схеме.повторяется многократно. В результате многократных последоИ вательных коммутаций обмоток накопителя по описанному выше принципубольшая часть кинетической энергиивращающихся масс ротора преобразуИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРУ 304681, кл, Н 03 К 3/84, 1970.2. Авторское свидетельство СССРЙ 439883, кл. Н 02 К 19/36, 1972.3. Авторское свидетельство СССРйО 319, кл. Н 03 К 3/02, 1971,6 5 97828 ется в электромагнитную, которая запасается в рабочей обмотке 2. Ско-. рость вращения роторами при этом падает, и приращение электромагнитной энергии в обмотке 2 на каждом этапе э сначала увеличивается, а в конце цикла уменьшается за счет падения скорости вращения ротора и насыщения магнитной цепи накопителя, ограничивающего возрастание магнитного в потока в режиме самовозбуждения фиг.3).В конце цикла накопления энергии в рабочей обмотке 2 напряжение на конденсаторе 4 снижается, и при,про хождении тока , через нулевое значение в момент времени йснв последнем этапе накопления коммутирующий аппарат 8 размыкается 1,Фйг.2 ). При этом конденсатор 4 от ключается в заряженном состоянии, и напряжение на нем остается постояннымдо начала следующего цикла ( Фиг 3) .При прохождении тока в обмотке 3 через нулевое значение коммутирую- ЭЗ щий аппарат 7 размыкаетсп в момент времени ФС замыкается коммутирующий аппарат 6, подключая нагрузку 5 к рабочей обмотке 2, Коммутирую. щий аппарат 9 размыкается и энергия ЗО из рабочей обмотки 2 накопителя передается в нагрузку, по коТорой протекает мощный импульс тока 1 Фиг,2 и 3)Таке образом, предлагаемыйзз. электромашинный накопитель энергии позволяет увеличить коэффициент полезного преобразования запаса кинетической энергии вращающихся масс в электромагнитную энергию нагрузки а . до 50 за один импульс, Достоинством 0 Ьпредлагаемого устройства являетсявозможность обеспечения автономнойработы электромашинного накопителябез потребления электрической энергии на возбуждение,формула изобретения Электромашинный накопитель энергии, содержащий на статоре рабочую обмотку, подключенную к нагрузке через коммутирующий аппарат, и вспомогательную обмотку, смещенную относительно рабочей обмотки на 90 эл,град. , с коммутирующим аппаратом в цепм, демпферную обмотку на роторе с коммутирующим аппаратом вцепи,отличающийся тем, что, с целью повышения мощности путем увеличения энергии, передаваемой в нагрузку за один импульс, накопитель дополнительно снабжен конденсатором и двумя коммутирующими аппаратами, вспомогательная обмотка статора подключена параллельно к рабочей обмотке, зашунтированной одним из дополнительных коммутирующих аппаратов, а конденсатор подключен параллельно рабочей обмотке через другой дополнительный коммутирующий аппарат.