Электромашинный генератор импульсов

Электромашинный генератор импульсов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советекин

Социалистические

Рее убпик

„„944 0О1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 14. 05. 80 (21) 2924041/24-07 с присоединением заявки № 2967444/24-07 (5I)M. Кл.

Н 02 К 19/36

9кудеретекнный квинтет (53) УДК621. 373..44 (088.8) .Опубликовано 15.07.82. Бюллетень №26

Дата опубликования описания 1 5 . 07 . 82 ле аелам изобретений и открытей (72) Авторы изобретения

А. В. Лоос, А. И. Чучалин и С.

Томский ордена Октябрьской Револ

Красного Знамени политехнический им. С. М. Кирова го (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ (23) Приоритет 30. 07. 80

Изобретение относится к электромашинным импульсным генераторам, применяемым в устройствах для созда- ния сильных магнитных полей и других системах импульсного питания при электрофизических исследованиях.

Существуют источники импульсов микросекундной длительности на основе емкостных накопителей, использование которых является наиболее целесообразным при энергиях 1-5.10 Дж, 1О

Однако развитие современных электрофизических исследований требует энергий свыше 10 Дж, получечие которых может быть обеспечено ilHlJb созданием новых импульсных источников электромашинного типа, позволяющих накапливать до 10 Дж кинетической энергии.

Известен электромашинный генера- 20 тор, содержащий две взаимно перпендикулярные обмотки на статоре с коммутирующими аппаратами фазосдвигающее устройство в цепи дополнитель2 ной обмотки и обмотку возбуждения на роторе (1 1.

Известен также электромашинный источник импульсов, содержащий две взаимно перпендикулярные обмотки на статоре и две взаимно перпендикулярные обмотки на роторе, причем допол" нительная обмотка статора и дополнительная обмотка ротора соединены через коммутирующий аппарат и предназначены для питания нагрузки оди" ночнь|ми и повторяющимися импульсами 21.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электромашинный источчик импульсов, содержащий статор с основной обмоткой, соединенной с нагрузкой через коммутирующий аппарат, и перпендикулярной к ней дополнительной обмоткой с коммутирующим аппаратом, снабженный обмоткой возбуждения на роторе. Длительность иИпульсоа этого.

1 4 стороны относительно активных эон обмотки возбуждения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема генератора с одной роторной обмоткой; на фиг, 2 — диаграммы распределения магнитной йндукции В, в воздушном зазоре генератора в зависимости от угла поворота ротора у ; на фиг. 3 - кривые изменения тока в обмотках статора, где ток в дополнительной обмотке статора; 1 - ток в основной обмотке статора; на фиг, 4 - принципиальная схема генератора с двумя Обмотками на роторе; на фиг. 5 - диаграммы распределения магнитной индукции в воздушном зазоре генератора В в зависимости от угла поворота ротора g; на фиг. б — кривые изменения токов и потокосцеппений обмоток генератора, где i - — i - ток в основной обмотке генератора и нагрузке,.

i< - ток дополнительной обмотки, i>- ток обмотки возбуждения, i q - ток демпферной обмотки, Ч - потокосцепление дополнительной обмотки, Ч -потокосцепление основной обмотки, Ч потокосцепление обмотки возбуждения, (-потокосцепление демпферной обмотки

Генератор содержит дополнительную обмотку 1 статора, основную обмотку 2 статора, обмотку 3 возбуждения, нагрузку 4, коммутирующие аппараты 5, 6 и 7, экран 8, демпферную обмотку 9, причем коммутирующий аппарат 5 закорачивает дополнительную обмотку, а коммутирующий аппарат б подключает основную обмотку к нагрузке.

В исходном состоянии ротор гене" ратора (фиг..l) вращается с номинальной скоростью, обмотка 3 возбуждения запитана постоянным током, ком" мутаторы 5 и 6 разомкнуты.

В момент времени t = йо, когда потокосцепление дополнительной обмотки 1 достигает максимального значения с потоком возбуждения (фиг.2а 1, коммутатор 5 замыкается, и генератор попадает в режим внезапного короткого замыкания. По дополнительной обмотке протекает ток 1„ (фиг.3), при этом кинетическая энергия ротора преобразуется в электромагнитную энергию полей, связанных с обмотками статора и ротора.

Согласно принципу постоянства потокосцепления и в связи с тем, что

3 94400 генератора определяется частотой ЭДС и находится в. пределах 2-20 мс 33).

Однако дальнейшее увеличение числа полюсов и частоты вращения ротора, приводящее к увеличению частоты ЭДС генератора, в сильной степени уменьшает импульсную мощность источника.

Таким образом, с помощью указанного электромашинного генератора получить мощные импульсы тока микросе- 10 кундной длительности практически невозМожно.

Цель изобретения - повышение ударной мощности генератора путем получения импульсов микросекундного !5 диапазона длительности.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительная обмотка статора и обмотка возбуждения выполнены сосредоточенными с диаметральным шагом, а основная обмотка выполнена с укороченным шагом у= рТ в виде двух последовательно соединенных катушечных rpynn, охватывающих активные эоны витков дополнительной обмотки, при относительном шаге

/3 = tä. p„n ° 10 где и - требуемая длительность переднего фронта импульса тока

30 в основной обмотке, Фикс; р - число пар полюсов генератора;

n — частота вращения ротора, об/с.

Дополнительная обмотка может быть снабжена экраном в активных зонах а каждая катушечная группа основной обмОтки статора может быть выполнена в виде двух сосредоточенных, последовательно соединенных катушек противоположной намотки, охватывающих активные эоны витков дополнительной обмотки, причем катушки каждой катушечной группы размещены по разные стороны относительно ак тивной зоны дополнительной обмотки.

Кроме того, обмотка возбуждения может быть снабжена экраном в активных зонах, и ротор генератора может быть снабжен демпферной обмоткой, каждая катушечная группа которой выполнена в виде двух сосредоточенных последовательно| соединенных катушек противоположной намотки с уко роченным шагом у=-ф, охватывающих 55 активные зоны витков обмотки возбуждения, причем катушки каждой катушечной группы размещены по разные

5 9440 дополнительная обмотка статора и обмотка возбуждения выполнены сосредоточенными, при дальнейшем повороте ротора результирующий поток генератора (величина этого потока на еди-. 5 ницу длины определяется площадь под кривой индукции В ).сжимается(фиг.2б) и величина индукции в зазоре В, достигает максимального значения при угле поворота ротора близком к 180 0 электрическим градусам (фиг.2в). Важным условием более эффективной работы данной импульсной системы является обеспечение минимального коэффициента рассеяния обмоток. 15

В момент времени t -=-t<, когда потокосцепление основной обмотки статора достигает максимума с резуль-. тирующим потоком, комммутирующий аппарат 6 подключает ее к нагрузке, По 2о основной обмотке и нагрузке протекает мощный импульс тока 1 1 малой длительности, обусловленной быстрым изменением потокосцепления контура основной обмотки при прохождении по- 25 ложительной оси намагничивающей силы обмотки возбуждения угла 1г =180 .электрических градусов. Достигнув максимума, ток lg начинает уменьшаться и при t = tg, когда потокосцепление ос- ЗО новной обмотки, создаваемое взаимодействием токов всех трех контуров, становится равным потокосцеплению до коммутации данной обмотки, ток достигает нуля и коимутатор 6 от" ключает нагрузку от генератора. При угле поворота ротора большем 180 электрических градусов ток дополнительной обмотки уменьшается и коммутирующий аппарат 5 при достижении то- 40 ка нулевого значения (t =t ) вновь переводит генератор в режим холостого хода, размыкая данную обмотку. В момент времени t = t<, когда потокосцепление дополнительной обмотки опять достигает максимального значения (=360 электрических градусов ) коммутатор 5 замыкается и все процессы в обмотках генератора повторяются.

При наличии на роторе демпферной обмотки (фиг.4} работа генератора осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии ротор гене" ратора вращается с номинальной скоростью ц :. Коммутирующие аппараты

5-7 разомкнуты. Обмотка 3 возбуждения запитана постояннным током и создает в воздушном зазоре начальный магнитный поток, распределен01 d ный на полюсном делении . Величина . потока на единицу длины машины определяется площадью под линией распределения индукции Ву, которая в о данном случае имеет вид прямоугольника, так как обмотки генератора выполнены сосредоточенными.

При угле поворота рЬтора у =Щ,=О, когда обмотка 1 на статоре имеет максимальное потокосцепление Ч< с потоком возбуждения (фиг.5 и 6), коммутирующий аппарат 7 замыкается, закорачивая обмотку 1. При дальнейшем вращении ротора в обмотках 1 и 3 протекают токи 1 и i, стремящиеся сохранить неизменными начальные lloTQKO сцепления обмоток (% const, Y> =const) в момент замыкания коммутирующего аппарата 7.

Согласно принципу постоянства потокосцеплений обмоток и в связи с тем, что дополнительная обмотка 1 на статоре и обмотка 3 возбуждения на.роторе выполнены сосредоточенными, при вращении ротора результирующий магнитный поток в воздушном зазоре генератора сжимается. При этом, в результате экранирования обмоток

1 и 3 в активных зонах, коэффициент рассеяния магнитного потока минимален, что обеспечивает максимальное возрастание индукции в воздушном зазоре Ву.

Вследствие сжатия магнитного потока и возрастания индукции Ву потокосцепления разомкнутых обмоток 2 и

9, имеющих укороченный шаг y= fbi, увеличиваются. При угле поворота род фУ

tampa f=f =л результирующий маг1

1 нитный поток распределяется на отрезке, равном у. Основная обмотка 2 на статоре и демпферная обмотка 9 на

;роторе имеют максимальное потокосцепление с результирующим магнитным потоком, и коммутирующие аппараты 5 и 6 замыкаются. В результате основная обмотка 2 подключается к нагрузке

4, а демпферная обмотка 9 закорачгвается.

При дальнейшем вращении ротора в обмотках генератора и нагрузке протекают токи, стремящиеся сохранить неизменными начальные потокосцепления в моменты их замыкания (М„, Ч, Ч, Ч =const). При этом кинетическая э ергия ротора преобразуется в электромагнитную энергию нагрузки и энергию магнитного поля, связанного с об7 9440 мотками генератора. В момент времени, соответствующий повороту ротора на угол ) = $ q =J/, магнитный аоток генератора вытесняется на пути потоков рассеяний, имеющих низкую проводимость,и токи. в обмотках генератора и нагрузке достигают максимального .значения (фиг.4, 5 и 6). В дальнейшем токи в обмотках генератора и ток нагрузки уменьшаются. о

Вследствие того, что обмотки 2 и

4 выполнены в виде последовательно соединенных катушечных групп, каждая из которых состоит из двух сосредото- 15 ченных катушек противоположной намотки, при угле поворота ротора ь+ 1 у.=у д, результирующий магнитный ч поток в воздушном зазоре генератора создает в основной обмотке 2 и демпферной обмотке 9 потокосцепления, равные по величине потокосцеплениям в момент времени, соответствующий т(- 25 повороту ротора на угол ) -")" = 1 при отсутствии токов и i9. В ре,зультате, при 1Г= р токи в обмотках 2 и 9 достигают нулевого значения, и коммутирующие аппараты 5 и 6 зв размыкаются.

Формула изобретения ч а ю шийся тем, что дополнительФ

При дальнейшем .вращении ротора токи.в обмотках 1 и 3 генератора умень шаются до начального значения в моЗ5 мент у=Я 4. = Я.Л и коммутирующий аппарат 7 размыкается.

Таким образом, из приведенного описания работы предлагаемого устройства импульсного генератора следует, что увеличение ударной мощности генератора при получении в наг, рузке импульсов микросекундной длительности обусловлено сжатием при минимальном рассеянии основного маг" нитного потока в воздушном зазоре двумя сосредоточенными обмотками с ,диаметральным шагом на статоре и роторе с последующим захватом его уко50 роченной основной обмоткой и демаферной обмоткой на роторе. Получе,ние:мощных коротких импульсов тока в основной обмотке и нагрузке достиг ается за счет возникающих пиков

55, ЭДС при резком изменении направления захваченного магнитного потока на

1 интервале, равном И, Сл Я

01 8 отметить, что действующее значение

ЭДС в основной обмотке по сравнению с известным импульсным генератором практически неизменно. При этом величина энергии, передаваемой, в нагрузку, одинакова, а увеличение ударной мощности в данном случае определяется сокращением длительности передачи энергии пропорционально укорочению шага основной обмотки.

Технический эффект от использова ния данного изобретения заключается в том, что за счет увеличения ударной мощности электромашинного генератора при получении в нагрузке импульсов микросекундной длительности повышаются энергетические и удельные характеристики системы импульсного питания потребителей. Предлагаемый генератор позволяет получать в нагрузке одиночные и повторяющиеся импульсы, количество которых определяется запасом кинетической энергии вращающихся масс ротора.

1, Электромашинный генератор импульсов, содержащий статор с основной обмоткой, подключенной к нагрузке через коммутирующий аппарат перпендикулярной к ней дополнительной обмоткой с коммутирующим аппаратом в цепи, и ротор с обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной мощности генератора путем получения импульсов микросекундного диапазона длительности, дополнительная обмотка статора и обмотка возбуждения выполнены сосредоточенными с диаметральным шагом, а основная обмотка выполнена с укороченным шагом у= ф7 в виде двух последовательно соединенных катушечных rpynn, охватывающий активные зоны витков дополнительной обмотки, при относительном шаге

-6

pj- =t р-и-10 и где йи - требуемая длительность переднего фронта импульса тока в основной обмотке, мкс; р - число пар полюсов генератора; и - частота вращения ротора, об/с.

2. генератор no n.1 о т л и9 94400 ная обмотка снабжена экранов в активных зонах, а каждая катушечная группа основной обмотки статора выполнена в виде двух сосредоточен" ных, последовательно соединенных катушек противоположной намотки, охватывающих активные зоны витков дополнительной обмотки, причем катушки каждой катушечной группы размещены . по разные стороны относительно актив-to ной зоны дополнительной обмотки.

3. Генератор по п.2, о т л и ч а ю шийся тем, что обмотка возбуждения снабжена экраном в активных зонах и ротор генератора снабжен з демпферной обмоткой, каждая катушечная группа которой выполнена в виде двух сосредоточенных, последователь1 10 но соединенных катушек противоположной намотки с укороченным шагом

y=P,, охватывающих активные эоны витков обмотки возбуждения, причем катушки каждой катушечной группы размещены по разные стороны относительно активных зон обмотки возбуждения, Приоритет по пунктам:

30.07.80 по пп.2 и 3 °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР "39883, кл. H 02 К 19/36, 1972 °

2. Авторское свидетельство СССР

N 437181, кл. H 02 К 19/26, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

N 304681, кл. Н 03 К 3/84, 1970 (прототип).

944001

i,f

7а

Ь1 g 1

Фн.S

ВНИИПИ Заказ 5145/70 Тираж 72 1 Подписное

Фипиап ППП "Патент",, г.Ужгород, кл. Проектная, 4