Ударный униполярный генератор

Ударный униполярный генератор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАЙИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Соцналнстнческнк республик

<п1 85588? (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву— (22)Заявлено 20.08.79 (21} 2812989/24-07 с присоединением заявки М (23 } Приоритет— (5! )М. Кл.

Н 02 К 31/00

Гооудорстоеииый комитет

СССР во делон изобретений и открытий

Опубликовано 15. 08. 81. Бюллетень М 30

Дата опубликования описания 15.08.81 (53) УДК621. .313.2 (088.8) (72) Автор изобретения

В. В. Харитонов (7I) Заявитель (54) УДЛРНЬГЙ УНИПОЛЯРНЫ .1 ГЕHFPATOP

Изобретение относится к униполярным машинам и может быть использовано в униполярных генераторах постоянного тока.

Известны ударные униполяркые генераторы (УУГ) без ферромагнитопровода, используемые для получения одиночных импульсов сильного тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи на нагрузку (lj. 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 f2 2 Такой режим применяется для . усиления разрядной мощности. Токоиесущие 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 элемен лми являются прямой и обратной токо2 проводы 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 кольцевыми токосъемамит прйменение которой в указанном режиме работы позволяет накапливать и выделять в нагрузку значительную энергию азимутального магнитного поля, сосредоточенного в объеме, ограниченном токонесукзтми элементами якорной цепи.

Преимущество такой схемы состоит в том, что в ней обратный токопровод генератора разделен на две параллельные ветви, симметрично расположенные по обе стороны якоря. За счет этого электродинамические силы, приложенные к якорю, взаимно компенсируются, что позволяет получить большие токи разряда, повышая тем. самым энергию азимутального магнитного

855887

15

30 поля и nHI oBym электромагнитную мощность короткого замыкания генератора 3 ).

Недостатками данного устройстна являются электродинамическая неус5

":-.1йчивость центральных токосъемов, ti.,який металл которых под действием электромагнитной силы взаимодейстни . тока в контакте и поля якоря вытесняется из контактной зоны. Это нарушает нормальную работу скользящего кон "„:кта и ухудшает работу

o::.ср скольжения, куда жидкий металл в конечно счете попадает. Л также пл:-хос использование объема, ограничи заемого обратным токопроводом. начи..е явнаu часть этого объема за— пята массивным проводя цим якорем.

Энергия азимутального поля разрядного тока, заключенная в объеме„ занимаемом мякорем, B нагpузKУ бь!cTpо вы в:-:дена быть не может из-за демпфирую-!

I|Bi o цейс " BHB вихревых кающих в якоре при выводе энергии.

У.:;.азанные недостатки существенно снижают эффективность и надежность УУГ, ка. . накогителя и преобразователя энер,, ии, Бель и.-обретения — говышение эффектHBHoc.òè накопления и выделения в навруз.;е aBH. --утального магнитного

1!а фиг., изображена конструктивная схема УУГ; на фиг. 2 — один из вариантов выполнения принципиальной электрической схемы разрядного контура генератор — нагрузка.

Генератор содержит обмотку возбуждения, состоящую из катушек °, -.oêoíåcóøué диск 2 на валу 3, закрепленном в опорах, токосъемные дис ки 5 на концах вяла, заключенные в кожухи 6, соединенные с токоподвсдящими шипами 7 одной полярности, заполняемые жидким металлом Е H резв мещенные между полюсами 9 электромагнитов 10 с обмотками II возбуждения. Обратный токопровод выполнен в виде полого цилиндра 12„ соединенного н плоскости симметрии с периферийным кольцевым жидкометалли-:ееKHM токосъемом 13, а в центральной чаев ти его оснований 14 — с токоподводящими шинами 15 одной по.;ярвссти. Oc— нования 14 электрически изслировАны от вала при помощи прок:адок 16. . !ежду основаниями обратного тскспрсвода и якорным диском на валу размещены маховики !7, соеди.1евные с диско.; и стянутые между собой, Би11иидры мс ут быть вь|полнены из стеклопластика или из шихтовапных мет алли-! вских:Iuc "oB .

Соотношения между основными i ес15

50 галя, надежность и упрощение конструкпии генератора.

Указанная цель достигается тем, ;то якорь снабжен размещенными с двух стсрсп от диска маховиками, скрепленных между со"-ой Ig с диском. а цент ральны;-. жидкометаллические токосъемы сoqep:;.à1 диски, установленные на концах вала в кожухах, соединенных с токопадводящими шинами одной полярнссти., Расположенные на концах вала токосъзмные диски снабжены встречно включ.:-нными по потоку электромагнитами при исполь" îâàíèè этих дисков для раскручивания якоря.

Кроме того, для повышения удельной энергоемкости якоря, прилегающие к и.-:::яскаму диску якоря маховики выполнены из набираемых вдоль оси вращения тонких металлических листов электрон"-сляционным покрытием.

При этом для уменьшения магнитно1 о сопротивления якоря, как элемента магнитной цепи генератора, листы, из которых набраны маховики, целесссбразно изготовить из ферромагнитного материала. метрическими размерами тскснесущих диска 2, вала 3 и обратного токопровода соответствуют оптимальной по КПД вывода энергии геометрии коаксиальньгх индуктивных накопи†.елей. отношение внутреннего радиуса обратного 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 тoi;ccьемам. заполненным жидким металлом 8, при помощи коммутатора 18 яодключается источник 19. К моменту замыкания комм -та- . тора 18 коммутаторы 20 разомкнуты, коммутаторы 21 =-;;üìêíóòBI à B 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 включены электрически последовательно и создают действ>ю-! щие в одну сторону электромагнитные моменты, приводящие якорь УУГ во нра5 85 . щение. При замыкании коммутатора 18 в обеих катушках 1 обмотки возбуждения также протекает ток, однако поскольку их сопротивление значительно больше, чем сопротивление вала с центральными токосъемами, катуш ки остаются закороченными. При необходимости в процессе разгона якоря катушки можно обесточить еще одним 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 nàраллельные ветви 2-13-1-5-3. В электромагнитную энергию, потребляемую обмоткой возбуждения, преобразуется часть кинетической энергии якоря, основная часть которой =-апасается в цилиндрах 17 (фиг. 1). После самовоэбуждения 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 в пространстве 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 4 ния самовозбуждения генератора; повью:ение пиковой разрядной мощности накопителя за счет увеличения максимально допустимого зарядного тока, не ограничиваемого электродпнамической неустойчивостью центральных токосъемов: повышение надежности генератора, обусловленное электродинамнческой устойчивостью центральных токо1ц съемов, металл которых под действием электромагнитной силы сжимается к оси вращения в "àçîðå между дискам и кож-,-хом, не покидая контактной зоны и не :-опадая в подшипники или другие узлы; упрощение приводного устройства, в качестве которого использованьi диски центральных токосъемов; уп ощение конструкции высокоскоростно"о периферийного токосъема, покоя=-:ê .ó îí при разгоне якоря не используется и работает под нагрузкой лишь в течение короткого времени самовозоуждения УУГ и вывода энергии в нагрузку, что упрощает его разработк .

Применение предлагаемого изобретения особенно перспективно при создани импульсных источников предельных мощностей "-: термоядерных исследованиях и элс.ктрофизике, существенно превосходяши.:; по своим технико-зкономическим показателям другие возможные системы аналс ичного назначения. Например, на уровне выделяемой энергии 10 Дж УУГ

7 пред :агаемой конструкции имеет,относите ьную стоимость 1 коп/Дж, плотно"т.. энергии 1,6 мДж/мЗ и удельную энергоемкость l 5 кДж/кг. Это выше соответствующих показателей лучших щ обра- öoâ конденсаторных батарей по стоимос-;и 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 О заполнена маховыми массами, повышающими энергоемкость УУГ, но не влияющими на вывод энергии накопителя в нагрузку; сокращение габаритов, снижение массы и повышение удельных S5 показателей энергосистемы в целом

{отношение выделяемой энергии к массе и объему); снижение потребляемой извне мощности за счет применеФорму.;а изобретения

Ударный униполярный генератор без ферромагнитопровода, содержащий обмогку возбуждения, дисковый элск.тропроводный якорь на валу, периферийный токо=ъем, расположенный B центральной части якоря, жидкометаллические центральные токосьемы, обратными токопровод B виде сиьметрич io расположенных относительно периферийного токосъема частей, токоподводящие шины и коммутирующую аппаратуру, о т— л к ч а ю щ и Й с. я тем что с це лью повышения эффективности накопле855887 ния и í»;,:::ÿëåния в нагрузке энергии азн11утаЛЬНОГО МаГН1тНОГО ПОЛЯ 11адЕЖ :::ости и упрощения конструкции генератора, якорь снабжен размещенными с дву-. сторон от диска маховиками,, 11еп1 е -нь1 и :", д« сooQA и писком центральнь е M I .кометаллические тоЕ ось :мь1 C OUBpiKG 1" 1 ОкосЪемные диски

: тановп-.нные на концах вала в кожухах,, соециненнь1х с токоподвоцящими шинами одной полярности, Генератор пс †.. !., О т л и ю щ и ." с я тем что расголожен-. на к ь1 ах вала Toico - e 4Hbjcl дис— слабже.::.; ucòpå lío включеннь1ми по

1 . Гr- нер,.I 1 От; по пп, и 2, -> т — а ю а и и с я тем,. -то маховиj1j1 вьэ1олнены иэ 11абираемых вдол1з Оси вращения тонких металлических листов с электроизоляционным покрытием.

4, Генератор по пп. I-З, о т л ич а ю шийся тем„ что листы, из которых набраны маховики.изгOTэвлены иэ ферромагнитного материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !. Бергинов A.И. и др. Униполярные электрические машины. М.-Л., "Энергия", !966„ с. 223, 228.

2. Экспресс-информация. Сер. "Электрические машины и аппараты", )977. ф 7

3. Баранов Г. А. и др. Ударные униполярные генераторы с газовой

Опорой ротора. Доклады Всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов Ленинград, 28-30 июня, !977) т. 3. Л., НИИЭФА, !

977, с. ?8, рис. 2.

ВНИИПИ Заказ 6959/80

Тираж 730 Подписное

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