Электромашинный импульсный генератор
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗО6РЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистическик
Реснублик ()873340 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18.12.79 (21) 2847555/24-07 (51) М.К .
Н 02 К 19/00
Н 02 К 25/00 с присоединением заявки №вЂ”
Гееудзрстееллмй кемлтет (23) Приоритет—
Опублиювано 15.10:81. Бюллетень № 38 (53) УДК 621.313 (088.8) ло делам изобретений и еткрмтий
Дата опубликования описания 15. 10.81 (72) Автор изобретения
П. В. Васюкевич
1 ,(Московский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (71) Заявитель
\ (54) ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР
Изобретение относится к электрическим машинам, касается усовершенствования импусльного генератора и может быть использовано для создания сильных магнитных полей, запитки ламп и других импульсных систем.
Известен электромашинный импульсный генератор, содержащий однофазную обмотку на статоре, подключенную через управляемый вентиль к нагрузке, и две обмотки ротора, расположенные по взаимно перпендикулярным осям, в цепь которых включены вентили. Генератор снабжен конденсатором, подключенным параллельно одной из обмоток ротора, которая соединена параллельно с другой обмоткой ротора (1).
Наиболее близким по технической сущности является электромашинный импульсный генератор, содержащий статор с расположенными на нем однофазными магнитбсвязанными обмотками возбуждения и якорной, подключенной к нагрузке, ротор с обмоткой типа «беличьей клетки», разомкнутой с одной из торцовых поверхностей, и средством коммутации обмотки типа «беличьей клетки» накоротко. Генерирование импульса
2 тока в нагрузке возможно при любом положении ротора относительно статора (2).
Недостатком известного генератора является низкая эффективность преобразования энергии и невозможность работы на индуктивную нагрузку, при которой постоянная времени разрядного контура больше времени поворота ротора генератора на четверть оборота.
Цель изобретения — повышение эффективности преобразования энергии и расширение функциональных возможностей генератора.
Поставленная цель достигается тем, что электромашинный импульсный генератор, содержащий статор с расположенными на нем однофазными магнитосвязанными обмотками возбуждения и якорной обмоткой, подключенной к нагрузке, ротор с обмоткой типа «беличьей клеткиа, разомкнутой с одной из торцовых поверхностей, и средством коммутации роторной обмотки накоротко, снабжен коммутируемой накоротко экранирующей обмоткой, расположенной на статоре и магнитосвязанной с якорной обмоткой а параллельно нагрузке включена цепь с коммутатором.
873340 з
При этом в качестве коммутатора экранирующей обмотки использован диод., На фиг. 1 показан генератор, поперечный разрез; на фиг. 2 — то же, продольный разрез; на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема .генератора; на фиг. 4 временная диаграмма токов в обмотках и нагрузки за период 2к, где I!> — ток в роторной обмотке, I — ток в экранирующей обмотке, I„ — ток в якорной обмотке, I ток в нагрузке.
Ярмо 1 и полюсы 2 статора генератора выполнены из листовой электротехнической стали. У основания полюсов расположена обмотка возбуждения 3 катушечного типа, а на полюсных наконечниках — якорная обмотка .4. Сердечник ротора 5, набранный из листовой электротехнической стали, закреплен на валу 6. В пазах сердечника 5 размещена роторная обмотка 7 типа «беличьей клетки», разомкнутая с одного из торцов (на фиг. 2 с правой стороны). В приведенном примере средство коммутации роторной обмотки накоротко электромеханическое, хотя может быть любым, например полупроводниковым, электронным и др. Это средство коммутации содержит обмотку управления 8 и ярмо 9, расположенные на статоре, и якорь 10, размещенный на втулке 11, закрепленной на валу 6 с возможностью осевого перемещения под действием электромагнитного усилия, создаваемого обмоткой управления 8, и пружины 12. Втулка 11 удерживается на валу стопорным кольцом 13. На втулке 11 закреплен диск 14 из электропроводного материала, который при осевом перемещении втулки 1! влево входит в контакт и замыкает накоротко стержни разомкнутой «беличьей клетки» роторной обмотки 7. Экранирующая обмот15 размещена на статоре генератора и выполнена рассредоточенной в пазах полюсного наконечника 2. В цепь обмотки 3 включен ключ 16, в цепь обмотки? — ключ 17, в цепь обмотки 15 — ключ 18. Между клеммами якорной обмотки 4 подключен ключ 19.
С помощью коммутатора 18 экранирующая обмотка 15 может быть замкнута накоротко.
С целью упрощения синхронизации коммутации экранирующей обмотки 15 с поворотом ротора в качестве ключа 18 может быть использован диод, включенный в цепь экранирующей обмотки таким .образом, чтобы
ЭДС, возникающая при деформации магнитного поля за первую. половину оборота, не смогла вызвать ток в экранирующей обмотке, а ЭДС, возникающая при расширении магнитного поля в связи с переходом ротора через нейтраль во вторую половину оборота, вызвала бы короткозамкнутый ток. В этом случае экранирующая обмотка 15 и диод включены последовательно.
Генератор работает следующим образом.
В исходном положении все ключи разомкнуты. Ротор генератора раскручивают до номинальных оборотов, после чего замыкают ключ 16 и подключают обмотку возбуждения 3 к источнику постоянного напряжения. Магнитный поток в машине замыкается по ярму 1, полюсным наконечникам 2 и сердечнику ротора 5, сцепляясь с якорной обмоткой 4, экранирующей обмоткой 15 и роторной обмоткой 7. После окончания переходного процесса возбуждения машины замыкают ключ 19 (см. фиг. 3) и закорачивают нагрузку 20 генератора и якорную обмотку 4 накоротко. Генератор готов к работе. С помощью средства коммутации роторной обмотки закорачивают накоротко роторную обмотку 7. На фиг. 3 это эквивалентно замыканию ключа 17. Па1 раметры электромагнитной системы генератора таковы, что постоянные времени контуров роторной обмотки и экранирующей обмотки значительно превышают время поворота ротора на угол полюсного деления статора. Так, для 12000 об/мин время пово рота ротора на 180 для двухполюсной машины 2,5. 10 з с, что по меньшей мере, на два порядка меньше постоянной времени для указанных короткозамкнутых обмоток.
Поэтому после замыкания ключа 17 в на25 чальный момент, который для роторной обмотки 7 может протекать в течение нескольких полных оборотов ротора, роторная короткозамкнутая обмотка обладает свойством идеального контура, сохраняющего без изменения потокосцепление, т. е. - ф = О. ТаЗО ким образом, в момент коммутаций роторной обмотки магнитный поток как бы «вмораживается» в ротор и образует в нем магнитные полюсы, противоположные по знаку полюсам системы возбуждения. Эти «вмороженные» полюсы в начальный момент неподвижны относительно ротора и врашаются вместе с ним относительно статора.
При повороте ротора на 180 для двухполюсной машины (в общем случае на 180 эл. град.) «вмороженные» полюсы роторной
4о обмотки оказываются против одноименных полюсов статора. Так как якорная обмотка 4 замкнута накоротко, для нее также в начальный момент потокосцепление сохраняется без изменения. За счет этого, как в роторной обмотке 7, так и в якорной обмотке 4
45 возникают токи, направленные встречно, обеспечивающие условие взаимодействия, при котором ф = О. Весь магнитный поток как роторных полюсов, так и статорных полюсов, вытесняется в зазоры между ротором ои статором. Ток в якорной обмотке 4 достигает максимальной величины при повороте на 180 с момента закоротки роторной обмотки и определяется коэффициентом связи между этими обмотками. Процесс преобразования механической энергии в
55 электромагнитную осуществляется за половину оборота ротора для двухполюсной машины. В момент максимума тока в якорной обмотке 4 замыкают накоротко экранирую873340
6 щую обмотку 15, после чего размыкают ключ 19. Деформированное короткозамкнутой роторной обмоткой 7 магнитное поле удерживается в этом состоянии замкнутой экранирующей обмоткой 15 в течение некоторого времени, которое значительно превышает постоянную времени контура, образованного якорной обмоткой 4 и нагрузкой 20. Ротор после прохождения половины оборота с начала преобразования энергии не ускоряется деформированным магнитным полем, так как оно остается в сжатом состоянии из-за появления в экранирующей обмотке 15 токов. Ампервитки роторной обмотки 7 с некоторыми потерями, обуславливаемыми отличным от единицы коэффициентом связи, останутся в обмотке 15.
Накопленная за половину оборота ротора энергия в якорной обмотке 4, равная ф где L — индуктивность обмотки 4, 1 — максимальный ток, выделяется в нагрузке.
Время выделения зависит от характера нагрузки и тем меньше, чем меньше индуктивность нагрузки.
Эффективность преобразования энергии в предлагаемом устройстве повышается по сравнению с известным за счет двух основных факторов. Первый из них состоит в том, что деформация магнитного поля и, следовательно, преобразование механической энергии вращающегося ротора в электромагнитную происходит при максимальном тормозном усилии. Сила Лоренца, равная векторному произведению плотности тока на плотность магнитного потока, в этом случае наивысшая, так как в якорной и роторной короткозамкнутых обмотках протекают наибольшие для данной машины токи, взаимодействующие с наибольшей плотностью, деформированного магнитного потока. Второй фактор состоит в экранировании ротора от передачи ему за вторую половину оборота электромагнитной энергии, запасенной в машине за первую половину оборота ротора после замыкания роторной обмотки. Ротор после замыкания экранирующей обмотки 15 не испытывает воздействия со стороны якорной обмотки 4 и не ускоряется, за счет чего механическая энергия, сработанная за первую половину оборота ротора, остается в виде электромагнитной энергии в статорных обмотках 4 и 15.
Неожиданный эффект, проявляющийся благодаря экранирующей обмотке 15, состоит в том, что запасенная в статорных обмотках энергия может удерживаться в них-относительно долго по сравнению с постоянной времени разрядного контура обмотки якоря 4 с нагрузкой 20, обеспечивая выделение запасенной энергии в нагрузке с высоким
КПД. Экранирующая обмотка является как бы трансформатором времени, обеспечивая эффективное выделение энергии в нагрузке с большей допустимой по сравнению с известными устройствами индуктивностью. Расширяются функциональные возможности генератора.
Потери энергии в предлагаемом генераторе имеют место за счет того, что коэффициент связи роторной и экранирующей обмоток отличен от единицы, поэтому часть электромагнитной энергии, запасенной в статорных обмотках, превращается в механическую энергию ротора. Кроме того, при размыкании ключа 19 часть энергии выделяется в возникающей при этом дуге, однако существующие прерыватели, скорость перемещения клемм которых составляет несколько десятков метров в секунду, обеспечивают высокий КПД этого процесса.
Формула изобретения25
1. Электромашинный импульсный генератор, содержащий статор с расположенными на нем однофазными магнитосвязанными обмотками возбуждения и якорной обмоткой с клеммами для подключения нагрузки, ротор с обмоткой типа «беличьей клетки», разомкнутой с одной из торцовых поверхностей, и средством коммутации роторной обмотки накоротко, отличающийся тем,что,с целью повышения эффективности преобразования з5 энергии и расширения функциональных возможностей, генератор снабжен коммутируемой накоротко экранирующей обмоткой, расположенной на статоре и магнитосвязанной с якорной обмоткой, а между клеммами якорной обмотки включена цепь с комму4П татором.
2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве коммутатора экранирующей обмотки использован диод.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР № 663033. кд. Н 02 К 25/00, 1975.
2. Авторское свидетельство СССР № 352382, кл. Н 03 К 3/84, 1969 (прототип).
873340
qua. 1
), (! ))(((Puz.Z
Хро
2п ри8.3 Риг.Ф
Составитель Т. Калашникова
Редактор Л. Тюрина Техред А. Бойкас Корректор М. Шароши
Заказ 906б/80 Тираж 733 Подшкное
ВНИИПИ Государственного комитета О.СР по дела м изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 .Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектнан, 4
Л