Инерционный накопитель энергии электромашинного типа

Инерционный накопитель энергии электромашинного типа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ИНЕРЦИОННЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАШИННОГО ТИПА, содержарций внутренний сердечник с якорной обмоткой, имеющей клеммы для подключения к нагрузке через коммутируняций аппарат, внешний вращающийся магнитопровод с демпферной обмоткой и экраны из электропроводного материала , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьвления удельной импульсной мощности, накопитель снаб жен неуправляемым вентилем, шунтирующим демпферную обмотку, и -конденсатором , подключенным к якорной обмотке через однофазный мостовой управляе « й выпрямитель, якорная и демпферная обмотки выполнены сосредоточенными с одинаковыми фазными зонами , экраны установлены на внешнем магнитопроводе и внутреннем сердечнике в зонах размещения обмоток, а внутренний сердечник выполнен (| из ферромагнитного материала и установлен с возможностью вращения в направлении, противополож ном направлению вращения внаинего магнитопровода.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) Н 02 К 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ий ;м((ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3400779/24-07 (22) 26.02.72 (46) 23.05.84. Бюл. Р .19 (72) A.È.×ó÷àëèí, A.Â.Ëîîñ, Г.A.Сипайлов, В.Г.Сипайлов, С.A.Ãîðèñåâ и A.Ä.Êoíàõ (71) Томский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова (53) 621 ° 313 ° 322(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3308059/24-07, кл. Н 02 К 19/36, 1981, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 748682, кл. Н 02 К 7/02, 1977 (прототип). (54)(57) ИНЕРЦИОННЫИ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАШИННОГО ТИПА, содержащий внутренний сердечник с якорной обмоткой, имеющей клеммы для подключения к нагрузке через коммутирующий аппарат, внешний вращающийся магнитопровод с демпферной обмоткой и экраны из электропроводного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной импульсной мощности, накопитель снаб жен неуправляе(еим вентилем, шунтирующим демпферную обмотку, и,конденсатором, подключенным к якорной обмотке через однофаэный мостовой управляемый выпрямитель, якорная и демпферная обмотки выполнены сосредоточенными с одинаковыми фаэными зонами, экраны установлены на внешнем магнитопроводе и внутреннем сердечнике в-зонах размещения обмоток,а внутренний сердечник выполнен в из ферромагнитного материала и установлен с возможностью вращения в направлении, противополож ном направлению вращения внешнего магнитопровода.

1094114

Следует отметить, что вращение внешнего магнитопровода и внутреннего сердечника в противоположных направлениях может быть обеспечено различными техническими решениями, в том числе с использованием подшипников, магнитного подвеса и т.д.

При этом ось вращения роторов может быть как горизонтальная, так и вертикальная. Коммутация тока якорной обмотки 5, вращающейся вместе с внутренним ротором 4, может осуществляться либо с использованием коллекторно-щеточного узла, либо с помощью жидкостного токосъема. Вентиль 9 в цепи демпферной обмотки 3 целесообразно выполнять вращающимся вместе с внешним магнитопроводом 1.

Работа устройства заключается в следующем.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к инерционным накопителям и источникам импульсной ."нергии электромашинного типа, и может быть использовано в системах импульсного питания при электрофизических исследованиях и на автономных объектах.

Известен электромашинный накопитель энергии, содержащий на статоре рабочую (якорную) обмотку, под- 10 ключенную к нагрузке через коммутирующий аппарат, вспомогательную обмотку, смещенную относительно рабочей обмотки на 90 эл. град., с коммутирующим аппаратом в цепи, и демп- 15 ферную обмотку на роторе с коммутирующим аппаратом в цепи. Накопитель снабжен конденсатором и двумя дополнительными коммутирующими аппаратами, один из которых шунтирует рабо-20 чую обмотку, а другой подключает конденсатор параллельно рабочей обмотке (1).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является ударный генератор, внешний ротор которого выполнен полым в форме маховика равной прочности, охватывающим якорную обмотку с экранами из электропроводного материала, уложенную на неподвижный сердечник из прочного электроизоляционного материала.

При импульсном разряде известных электромашинных накопителей энергии удельная мощность пропорциональ35 на удельной энергоемкости, амплитуде и частоте ЭДС рабочей обмотки (2).

В известных накопителях запас кинематической энергии создается лишь 4() одним вращающимся ротором, а удельная энергоемкость определяется с учетом массы и объема неподвижных частей, не участвующих в накоплении.энергии. Это приводит к снижению удельной энергоемкости накопителя в целом. Амплитуда и частота

ЭДС рабочей обмотки пропорциональны скорости вращения магнитного потока возбуждения и в известных электромашинных накопителях определяются, скоростью вращения .лишь одного ротора. В результате удельная им-. пульсная мощность прототипа относительно невелика. Кроме того, при импульсном разряде существующих электромашинных накопителей возникают значительные крутящие моменты, воздействующие на опору, что в ряде случаев, в частности при использовании накопителей на автономных объек- 60 тах, является существенным недостатком, ограничивающим импульсную мощ ность источника питания..

Целью изобретения является повышение удельной импульсной мощности 65 инерционного накопителя энергии электромашинного типа.

Поставленная цель достигается тем, что инерционный накопитель энергии электромашинного типа, содержащий внутренний сердечник с якорной обмоткой, имеющей клеммы для подключения к нагрузке через коммутирующий аппарат, внешний вращающийся магнитопровод с демпферной обмоткой и экран из электропроводного материала, снабжен неуправляемым вентилем, шунтирующим демпферную обмотку, и конденсатором, подключенным к якорной обмотке через однофазный мостовой управляемый выпрямитель, якорная и демпферная обмотки выполнены сосредоточенными с одинаковыми фазными зонами, экраны установлены на внешнем магнитопроводе и внутреннем сердечнике в зонах размещения обмоток, а внутренний сердечник выполнен из ферромагнитного материала и установлен с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения внешнего магнитопровода.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема инерционного накопителя; на фиг. 2 — кривые токов и напряжения в функции времени, где (), — напряжение на конденсаторе, 1 — ток якорной обмотки 18 - ток нагрузки, i<> — ток конденсатора.

Устройство содержит внешний магнитопровод 1, экран 2 обмотки внешнего магнитопровода (демпферной) !

3, внутренний сердечник (ротор) 4 с якорной обмоткой 5, экран б якорной обмотки 5, коммутирующий аппарат 7, подключающий нагрузку 8 к якорной обмотке, неуправляемый вентиль: 9 и конденсатор 10, подключенный к якорной обмотке 5 через однофазный мостовой управляемый выпрямитель, содержащий неуправляемые вентили 11 и 12 и управляемые вентили 13 и 14.

1094114

В исходном состоянии внутренний

1сердечник 4 и внешний магнитопровод 1 инерционного накопителя вращаются в противоположных направлениях с угловыми скоростями И, и о 2, ком. мутирующий аппарат 7 разомкнут, вентили 13 и 14, конденсатор 10 заряжен до некоторого начального напряжения U® . Запас кинетической энергии накопителя определяется суммарным запасом кинетической энергии двух вращающихся роторов. В момент времени t=t на вентиль 14 подается управляющий сигнал, вентиль открывается и конденсатор 10 разряжается на обмотку 5 по цепи: вентиль 14 — 15 обмотка 5 — вентиль 11. Ток через нагрузку 8 не протекает, так как коммутирующий аппарат 7 разомкнут.

С увеличением тока возрастает магнитный поток обмотки 5 и его потокосцепление с демпферной обмоткой 3.

Согласно закону электромагнитной ин,дукции, в обмотке 3 наводится ЭДС взаимоиндукции. Вентиль 9 включен таким образом, что на интервале 25

at=t, -t ЭДС обмотки 3 направлена противоположно полярности вентиля 9.

Вентиль 9 закрыт, ток в обмотке 3 не протекает. В момент времени t=t« ток 1, =з„, достигает максимального значения, а напряжение на конденсаторе 10 уменьшается до нуля. Следует отметить, что параметры обмоток накопителя и конденсатора, а также момент времени t=tz (начало разразряда конденсатора на якорную обмотку), выбираются так, чтобы момент максимума тока i. =iù соответствовал совпадению магнитных осей якорной и демпферной обмоток. Этим обеспечивается максимум потокосцеплений об- 40 моток 3 и 5 при = . B момент времени .t=t2 коммутирующий аппарат 7 замыкается и подключает якорную обмотку 5 к нагрузке 8. Конденсатор 10 пе >езаряжается до напряжения обратной 45 полярности, и в момент времени 1= 2 вентиль 14 закрывается.При дальнейшем вращении роторов 1 и 4 противоположных направлениях в обмотках 3 и 5 возникают ЭДС под действием которых протекают токй. Преобразование кинетической энергии в электромагнитную осуществляется в результате вознихновения тормозящих моментов, действующих на оба ротора накопителя °

Максимум тока в нагрузке определяется величиной ЭДС якорной обмотки и параметрами обмоток накопителя и нагрузки. Он достигается при относительном повороте роторов на угол, близкий к 180 эл.град. При этом индуктивное сопротивление об-.,мотки 5 минимально, вследствие эффективного демпфирования основного магнитного потока обмоткой 3 и вытеснения его на пути потоков рассеяния. Максимальный эффект демпфирования основного магнитного потока достигается за счет выполнения обмоток 3 и 5 .с одинаковыми фазными зонами. В результате экранирования обмоток проводимость путей потоков

pac".еяния существенно снижается, что обеспечивает минимум индуктивности и индуктивного сопротивления обмоток 3 и 5.

В момент времени t=t, ток i>=i> уменьшается до нулевого значения, и коммутирующий аппарат 7 размыкается. Для получения следующего импульса тока в нагрузке на вентиль 13 подается управляющий сигнал, вентиль

13 открывается, и конденсатор 10 разряжается на обмотку 5 по цепи: вентиль 13 — обмотки 5 — вентиль 12.

В результате в обмотке 5 на интервале

at=t4-t5 протекает ток i того же направления, что и на интервале 1 0 °

В момент максимума потокосцеплений обмоток 3 и 5 при t=t4 коммутирующий аппарат 7 замыкается и подключает якорную обмотку 5 к нагрузке 8. Далее процессы в схеме повторяются: конденсатор 10 перезаряжается, в обмотках накопителя и нагрузке формируются импульсы тока, кинетическая энергия преобразуется в электромагнитную.

Предлагаемый инерционный накопитель энергии электромашинного типа может осуществлять преобразозание и передачу энергии в нагрузку одиночным или повторяющимися однополярными импульсами тока. В последнем случае необходимо осуществлять подзаряд конденсатора для компенсации потерь в разрядном контуре. Следует отметить, что при выполнении внешнего магнитопровода и внутреннего сердечника накопителя с одинаковым запасом кинетической энергии исключается воздействие крутящего момента на опору в рабочем режиме. Это является весьма существенным преимуществом, позволяющим широком использовать предлагаемый инерционный накопитель в системах импульсного питания на автономных объектах.

1094114

7 ф

ВНИИПИ Эаказ 3453/43:

Тираж 667 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4