Ударный генератор импульсов тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ОЮ 01) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОВСИОИУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1"ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Айавз С.С, Ро 1 зей ворогепегагог зез. - 1 п.Ргос. 1 пйег Союз Н 8 йМадпе 1 с Гъе 1 дз, СавЪг 1 дде, 1962,9 1, р, 319.2. Авторское свидетельство СССРВ 904137, кл. Н 02 К 31/00, 1981.3. Патент Англии У 1143649,кл. Н 2 А, 1969.4, Сергеев П.С, Электрические машины. И.-Л., Госэнергоиэдат, 1962,с 232, рис. 5-1,(54)(57) 1. УДАРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА, содержащий цилиндрическийякорь, якорную обмотку, токосъемыв виде щеток, коаксиально расположенное по отношению к якорю кольцевоеярмо с полюсами и обмотку самовозбуждення с коммутирующим устройствомподключения нагрузкИ к генератору,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения эффективности преобразования энергии путем повышения удельц Н 02 К 25/00 Н 02 К 23 14 нои энергоемкости генератора, снижения электромагнитных потерь и упрощения конструкции, обмотка самовозбуждения выполненав виде навитых вокруг ярма двух одинаковых встречно включенных по магнитному потоку многовитковых катушек, размещенных между полюсами, на каждую катушку обмотки самовозбуждения навита электрически изолированная вторичная обмотка, имеющая вьводы для присоединения нагрузки, якорная обмотка выполнена из. электрическиизолированных стержней, равномерно распределенных по ок. ружности якоря, концы якорных стержней с одного торца якоря замкнутынакоротко, а с другого торца якоря контактируют с двумя щетками разной полярности, одна из которых соприкасается.со всеми стержнями, расположенными под одним из полюсов, а вторая со всеми стержняии, расположенными под другим полюсом.2. Генератор по п, 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения его массы, ярмо выполнено без ферромагнитопровода.Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использо- вано в машинах постоянного тока.Известны ударные генераторы постоянного тока, генерирующие"одиночные импульсы сильного тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи И 3.Одним из вариантов разряда ударного генератора является разряд при замкнутой накоротко нагрузке с после 10 дующим переводом тока из разрядного контура в нагрузку путем быстрого разрыва с помощью коммутирующего устройства шунтирующей ее цепи 123.Такой режим применяют для усиления разрядной мощности.Токонесущие элементы генератора, т,е. его обмотки, выполняют роль индуктивного накопителя энергии, совмещенного,с зарядным устройством, что существенно улучшает технико-экономические показатели системы питания в целом. С целью согласования параметров генератора и нагрузки, последнюю присоединяют через встроенный в машину разделительный трансформатор 132.Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является конструктивная схема коллекторного генератора постоянного тока, содержащего цилиндрический якорь, многовитковую якорную обмотку, токосъемы на основе твердых щеток, кольцевое ярмо с 35 полюсами и обмотку самовозбужцения, выполненную в виде катушки рамочного типа, намотанной вокруг явновыраженного полюса И 3.Преимущество такой схемы состоит 40 в том, что в ней легко повысить генерируемое напряжение и электромагнитную мощность путем пропорциональ.ного удлинения якоря, чего нельзя сделать в используемых с указанной целью машинах постоянного тока другого типа - униполярных, в которых при выбранной конструктивной схеме повьшение напряжения и мощности сопряжено с увеличением диаметРа якоРя, 50 что не всегда приемлемо на практике.Однако традиционная схема коллекторного генератора постояного тока применительно к рассматриваемому случаю использования обмотки возбуждения в качестве индуктивного накопи 55 теля энергии имеет: ряд недостатков.Обмотка возбуждения, используемая в качестве индуктивного накопителя,занимает сравниТельно небольшую часть объема машины. Это снижает удельные показатели устройства в целом. При увеличении сечения обмотки возбуждения увеличивается коэффициент рассеяния магнитной цепи, что ухудшает ис.пользование магнитопровода. При намотке на обмотку возбуждения вторичной обмотки, соединенной с нагрузкой, трудно получить высокий коэффициент связи обмоток, характеризующий эффективность передачи энергии во вторичный контур и нагрузку. При выделении энергии из обмоток генератора в нагрузку, осуществляемом весьма быстро (миллисекунды нли даже доли миллисекунды), велики потери энергии внутри машины вследетеие демпфирующего действия якорном обмотки, в которой возникают индуктивные токи. Возникновение последних снижает также надежность машины, поскольку они могут вывести из строя щетки,Указанные недостатки снижают эффективность использования обмотки возбуждения генератора для накопления и выделения в нагрузке электромагнитной энергии.Цель изобретения - повышение эффективности преобразования энергии путем повышения удельной энергоемкости генератора, снижение электромагнитных потерь и упрощение конструкции. Указанная цель достигается тем, что в генераторе, содержащем цилиндрический якорь, якорную обмотку, токосъемы в виде щеток, коаксиально расположенное по отношению к якорю кольцевое ярмо с полюсами и обмотку самовозбуждения с коммутирующим устройством подключения нагрузки к генератору, обмотка самовозбуждения выполнена в виде навитых вокруг ярма двух одинаковых встречно включенных по магнитному потоку многовитковых катушек, размещенных между полюсами, на каждую катушку обмотки самовозбуждения навита электрически изолированная вторичная обмотка, имеющая выводы для присоединения нагрузки, якорная обмотка выполнена из электрически изолированных стержней, равномерно расположенных по окружности якоря, концы якорных стержней с одного торца якоря замкнуты. накоротко, а с другого торца якоря контактируютс двумя щетками разной полярности,.-ки возбуждения вводится сравнительно большое активное сопротивление 14.55В результате ток возбуждения резко затухает а во вторичной цепи 7,8,16,одна из которых соприкасается со всеми стержнями, расположенными под одним из полюсов, а вторая - со всеми стержнями, 1 асположенными под другим полюсом.С целью снижения массы генератора ярмо можно выполнить без ферромагнитопровода.На фиг, 1 представлена конструктивная схема ударного генератора; на фиг, 2 - электрическая схема генератора.Пунктиром со стрелками на фиг. 1 отмечен путь прохождения магнитных потоков, создаваемых тороидальными частями обмотки самовозбуждения. Генератор содержит шихтованный ферромагнитный цилиндрический якорь.1, шихтованное ферромагнитное ярмо 2 с полюсами 3 и 4, обмотку самовозбуждения - индуктивный накопитель энергии, выполненную в виде навитых вокруг ярма двух одинаковых встречно включенных по магнитному потоку многовитковых катушек 5 и 6, На катушки 5 и 6 навиты электрически изолированные вторичные обмотки 7 и 8, электрически соединенные последовательно и имеющие выводы для присоединения элементов разрядного контура. Для упрощения изготовления и эксплуатации машины ярмо имеет разъем.в плоскости симметрии полюсов, Якорная обмотка выполнена из электрически изолированных по длине стержней 9, закрепленных на боковой, поверхности якоря, расположенных параллельно оси его вращения и равномерно распределенных по его окружности на равных расстояниях друг от друга, Концы якорных стержней с одного торца якоря (противоположного показанному) замкнуты накоротко диском или кольцом, а с другого торца якоря (показанного) контактируют торцами с двумя щетками 10 и 11 разной полярности, соприкасающимися только с теми стержнями якоря, которые находятся под соответствующими полюсами 3 и 4. Ширина каждой щетки примерно равна ширине прилегающего полюса, т.е. щетка контактирует одновременно со всеми проводниками, расположенными в активной зоне якоря, Ширину якорных проводников и расстоя.ние между ними следует выбирать, исходя из приемлемого уровня потери энергии в стержнях при затухании 5 1 О 15 20 25 30 пронизывающего их магнитного потока в процессе выделения энергии в нагрузке.Катушки 5 и 6 обмотки самовозбуждения соединены последовательно и присоединены к якорю генератора с помощью коммутатора 12 (фиг. 2). Параллельно якорю с помощью коммутатора 13 подключено активное сопротивление 14, зашунтированное коммутатором 15. Вторичные обмотки 7 и 8 соединены последовательно и подключены к нагрузке 16.Разряд генератора осуществляется следующим образом.Якорь раскручивается приводом до необходимой скорости, При этом коммутаторы 12 и 13 разомкнуты, а коммутатор 15 замкнут, Затем замыкается коммутатор 12 и генератор самовозбуждения в режимединамического торможения якоря. В качестве начального магнитного потока, необходимого для обеспечения самовозбуждения, используется поток остаточного намагничивания ферромагнитопровода. Ток самовозбуждения протекает по цепи: якорь 1 - щетка 10 - коммутатор 12 - обмотки 5 и 6 - щетка 11 - якорь, В якоре ток течет по пути: щетка одной полярности - якорные. стержни под прилегающим полюсом - короткозамыкающий элемент (диск или кольцо) на противоположном торце якоря - якорные стержни под,другим полюсом - щетка При максимальном токе самовозбуждения замыкается коммутатор 13, и одновременно коммутатор 12 размыкается. В результате якорь обесточивает- ., ся и ток переводится в контур: обмот ка возбуждения - коммутатор 13 - ком мутатор 15 - обмотка возбуждения, где медленно затухает. Сразу же после размыкания коммутатора 12 щетки 10 и 1.1 с помощью отжимного устройства,например, на основе пневматики .быстро отводятся от контактной поверхности якоря. После полного отвода щеток от якоря размыкается коммутирующее устройство 15, и в контур обмотпоявляется индуктированный ток нагруз ки в виде мощного одиночного импульса сильного тока. Далее цикл повторяется. Отжатие щеток от проводников якоря непосредственно перед выводом энергии в нагрузку (перед размыканием устройства 15) производится для устранения потерь энергии в коротко замкнутом контуре пад каждым полюсом, образованном двумя крайними токонесущими якорными стержнями и замыкаю.щей их щеткой.Преимущества предложенного генера тора заключаются в следующем.Улучшается использование обмотки возбуждения и якоря, так как сведен к минимуму коэффициент рассеяния потока возбуждения, Повышается коэффи циент связи обмотки самовозбуждения с вторичной цепью нагрузки. Это повышает эффективность преобразования и передачи энергии в нагрузку. Сведены к минимуму потери- энергии в якорной 20 обмотке при выводе энергии в нагруз ку, поскольку на пути потока, создаваемого обмоткой возбуждения, нет проводящих короткозамкнутых контуров и массивных элементов конструкции, 25 Имеющиеся потери, определяемые вихревыми токами в массивах якорных стержней, сравнительно невелики и слабо влияют на электроэнергетические показатели генератора. Сведение к ми- зо нимуму индуктированных в якоре токов также, сокращает время выделения энергии в нагрузке, повышает пиковую электромагнитную мощность генератора. Уменьшение указанных индуктированных35 токов повышает надежность машины,снижая электромагнитные и тепловыенагрузки в токонесущих элементах.Обмотка самовозбуждения - индуктивный накопитель энергии с соответствующей частью магнитопровода при заданных габаритах установки занимаетбольшую часть объема машины. Этопозволяет запасти в ней и вывестив нагрузку большую энергию магнитного поля, что повышает энергоемкостьгенератора, его удельную мощностьи плотность запасенной энергии. Расширены функциональные возможностимашины, которую можно еще использовать как сильноточный ударный генератор постоянного тока, разряжающийся непосредственно на подключеннуюк якорю нагрузку. Упрощается конструкция обмотки возбуждения накопителя, которую технологически простовыполнить из стержней, соединенныхперемычками. Такая обмотка также незатрудняет доступ к якорю и токосъемам, не усложняет уборку-разборкумашины. Изобретение более целесообразно применять в тех случаях, когда первичная обмотка (либо вторичная) индуктивного накопителя должна иметь сравнительно большое число витков б ольшого сечения, по которым протекает весьма сильный ток (порядка 10 - 10 А) .