Электромашинный накопитель энергии

Электромашинный накопитель энергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

А.И.Чучалин и А.В.Лоос ь

Ф

Томский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им t.:;М:-Кмрова (73) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ НЛКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашинным накопителям и источникам импульсной энергии, и может быть использовано в системах импульсного питания при электрофизических исследованиях.

Известен электромашинный импульсный генератор, содержащий на статоре две взаимно перпендикулярные обмотки с коммутирующими аппаратами и обмотку возбуждения на роторе (!)

Известен также импульсный генератор с фазосдвигающим устройством в цепи дополнительной обмотки на статоре (2), 15

Наиболее близким по технической сущност и к данному изоб рет ению я вляется электромашинный генератор импульсов, содержащий на статоре рабочую обмотку, подключенную к нагрузке ?о через коммутирующий аппарат, и вспомогательную обмотку с коммутирующим аппаратом в цепи, а на роторе - обмотку возбуждения и демпферную обмотку с коммутирующим аппаратом в цепи, и позволяющий осуществлять передачу энергии в нагрузку импульсами тока милисекундйой длительности f3).

Однако при этом коэффициент полезного преобразования кинетической энергии вращающихся масс в электромагнитную энергию нагрузки за один импульс не превышает 5-103, что ограничивает эффективность использования данного генератора в системах импульсного питания.

Целью изобретения является повышение мощности путем увеличения энергии, передаваемой в нагрузку за один импульс.

Поставленная цель достигается тем, что накопитель дополнительно снабжен конденсатором и двумя коммутирующими аппаратами, а вспомогательная обмотка статора подключена параллельно к рабочей обмотке, зашунтированной одними из дополнительных коммутирующих аппаратов, а конден3 91 сатор подключен параллельно рабочей обмотке через другой дополнительный. коммутирующий аппарат

На фиг.l представлена принципиальная схема электромашинного накопителя; на фиг.2 и 3 - кривые токов напряжения и скорости вращения ротора.

Накопитель содержит демпферную обмотку 1 ротора, рабочую обмотку

2 статора, вспомогательную обмотку

3 на статоре, конденсатор 4. Рабочая обмотка 2 подключена к нагрузке 5.

Накопитель содержит также коммутирую щие аппараты 6-10.

Работа устройства заключается в следующем.

В исходном состоянии ротор элект" ромашинного накопителя вращается со скоростью (у3, коммутирующие аппараты 6-10 разомкнуты, конденсатор 4 заряжен до некоторого начального напряжения 0

В момент времени,t""й (фиг.2) коммутирующий аппарат 8 замыкается. При этом предварительно заряженный конденсатор 4 шунтирует рабочую обмотку

2 и разряжается через нее на интерва ле временийй = t -2 „ В результате по обмотке 2 протекает ток i,,который создает магнитный поток в воздушном зазоре накопителя. 8 момент времени t=t< ток i = 1, достигает максимального значения. Коммутирующий аппарат 9 замыкается,эакорачивая обмотку 2. При достижении максимального потокосцепления вращающейся обмотки i ротора, что соответствует прохождению ее ЭДС через нулевое эна . чение, коммутирующий аппарат 10 замыкается, закорачивая обмотку 1. При дальнейшем вращении ротора обмотки

1 и 2 стремятся сохранить неизменным начальные йотокосцепления в момент замыкания коммутирующих аппаратов

9 и 10 (t =, ) за счет протекания токов i и i . flop действием токов неподвижной 2 и вращающейся 1 обмоток результирующий магнитный поток .в воздушном зазоре накопителя возрастает на интервале времени

gt = и -t< вследствие несимметрии статора и ротора. При достижении максимального потокосцепления обмотки 3 в момент времени t = t, что соответствует прохождению ее ЭДС через нулевое значение, коммутирующий аппарат 7 замыкается и подключает дополнительную обмотку 3 к ра8280 4 бочей обмотке 2, зашунтированной коммутирующим аппаратом 9.

На интервале t g-p токи

1 и i> .замыкаются по коммутирующему аппарату 9 и протекают в нем в противоположных направлениях. В момент равенства токов в обмотках

2 и.3 по абсолютной величине при

t = и ток коммутирующего аппарата

36 9 достигает нулевого значения, и коммутирующий аппарат 9 размыкается.

flop действием ЭДС дополнительной обмотки 3 ток i < возрастает, а конденсатор 4 на интервале времени

15 Дй и i- t+ заряжается. Ток обмотки 1 ротора, достигнув максимального значения, уменьшается до нуля, и коммутирующий аппарат 10 размыкается.На интервале времени At=t-t< щ конденсатор 4 разряжается через обмотку 2,при этом ток 1 возрастает до максимума,а ток i+ уменьшается до нулевого значения. В момент времени коммутирующий аппарат 9 замы5

2s кается, шунтируя обмотку 2, а коммутирующий аппарат 7 размыкается, отключая обмотку 3.

Таким образом, на интервале времени b t = t<- в рабочей обмотке зв 2 накопителя запасается электромаг-i нитная энергия в результате преобразования части кинетической энергии вращающихся масс ротора.

В момент максимального потокосцепления обмотки 1 ротора при С = и коммутирующий аппарат 10 вновь замыкается, закорачивая обмотку l. .Следует отметить, что синхронизация момента достижения максимума тока

4© магнитного потока в обмотке 2 с мо" ментом максимума потокосцепления обмотки 1 при совпадении их осей достигается выбором определенного соотношения параметров обмоток накопителя и емкости конденсатора 4, определяющего длительность переходного процесса разряда конденсатора.

При дальнейшем вращении ротора под действием тока i и 1 результирующий магнитный поток в воздушном зазоре накопителя возрастает. Далее последовательность коммутаций в схеме.floBTo ряется многократно.

8 результате многократных последоИ вательных коммутаций обмоток накопителя по описанному выше принципу большая часть кинетической энергии вращающихся масс ротора преобразуИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 304681, кл. Н 03 К 3/84, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

М 439883, кл. H 02 К 19/36, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

1i 450319, кл. H 03 K 3/02, 1971 ° б

5 97828 ется в электромагнитную, которая запасается в рабочей обмотке 2. Ско-. рость вращения роторами при этом падает, и приращение электромагнитной энергии в обмотке 2 на каждом этапе s сначала увеличивается, а в конце цикла уменьшается за счет падения скорости вращения ротора и насыщения магнитной цепи накопителя, ограничивающего возрастание магнитного потока в режиме самовозбуждения (фиг.3).

В конце цикла накопления энергии в рабочей обмотке 2 напряжение на конденсаторе 4 снижается, и при,прохождении тока i через нулевое значение в момент времени на последнем этапе накопления коммутирующий аппарат 8 размыкается (фйг.2 ). При этом конденсатор 4 от- 20 ключается в заряженном состоянии, и напряжение на нем остается постоянным до начала следующего цикла (Фиг.3) .

При прохождении тока в обмотке 3 через нулевое значение коммутирую- ЭЗ щий аппарат 7 размыкаетсп в момент времени t t7 замыкается коммутирующий аппарат 6, подключая нагрузку

5 к рабочей обмотке 2. Коммутирую- . щий аппарат 9 размыкается и энергия ЗО из рабочей обмотки 2 накопителя передается в нагрузку, по коТорой протекает мощный импульс тока i фиг.2 . и 3).

Такер образом, предлагаемый электромашинный накопитель энергии позволяет увеличить коэффициент полезного преобразования запаса кинетической энергии вращающихся масс в электромагнитную энергию нагрузки ав. до 503 за один импульс. Достоинством

0 Ь предлагаемого устройства является возможность обеспечения автономной работы электромашинного накопителя без потребления электрической энергии на возбуждение.

Формула изобретения

Электромашинный накопитель энергии, содержащий на статоре рабочую обмотку, подключенную к нагрузке через коммутирующий аппарат, и вспомогательную обмотку, смещенную относительно рабочей обмотки на

90 эл.град., с коммутирующим аппаратом в цепм, демпферную обмотку на роторе с коммутирующим аппаратом вцепи,отличающийся тем, что, с целью повышения мощности путем увеличения энергии, передаваемой в нагрузку за один импульс, накопитель дополнительно снабжен конденсатором и двумя коммутирующими аппаратами, вспомогательная обмотка статора подключена параллельно к рабочей обмотке, зашунтированной одним из дополнительных коммутирующих аппаратов, а конденсатор подключен параллельно рабочей обмотке через другой дополнительный коммутирующий аппарат.