Индуктивный накопитель энергии

 

1. ИНДУКТИВНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ, содержащий первичную обмотку , подсоединенную к генератору тока через выключатель, и вторичную обмотку , к Ьд ному из выводов которой через замыкатель присоединена индуктивная нагрузка, отличающ и и тем, что,с целью увеличения КПД передачи энергии при сохранении оптимальной удельной энергоемкости накопителя, вторичная обмотка разделена на N секций, у каждой из которых один из выводов подсоединен через один из N замыкателей первой группы к первому выводу индуктивной нагрузки, второй вывод которой через один из N замыкателей второй группы присоединен к другим выводам секций, соединенным одним из М размыкателей с первым выводом индуктивной разрузки, причем секции расположены внутри первичной обмотки, а длина каждой из секций равна длине первичной обмотки. 2. Накопитель по п.1, о т л и ч аi ю щ и и с я тем, что каждая из сек (Л ций в поперечном сечении имеет вид сектора круга с углом раствора ZJT/N и с радиусом, равным радиусу внутренней окружности первичной обмотки, .где N- целое число. 1C со 4 О Is2

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК З51> Н 03 K 3/53

-м;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3311422/18-21 (22) 03.07.81 (46) 15.07.83. Бюл. и 26 (72) А.П.Лотоцкий и И.A.Иванов (53) 621.373(088.8) (56) 1.Побережский Л.П. Об индуктивных накопителях энергии. Труды ИЭИ, вып.45, 1963, с.15-17.

2. Верещагин И.П. Анализ трансформаторной схемы индуктивного накопителя энергии. Труды ИЭИ, вып.45, 1963, с. 21-24. (54) (57) 1. ИНДУКТИВНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ

ЭНЕРГИИ, содержащий первичную обмотку, подсоединенную к генератору тока через выключатель, и вторичную обмотку, к одному из выводов которой через замыкатель присоединена индуктивная нагрузка, о т л и ч а юшийся тем, что,с целью увеличения КПД передачи энергии при сохра„„SU„„1029402 А нении оптимальной удельной энергоемкости накопителя, вторичная обмотка разделена íà N секций, у каждой из которых один из выводов подсое:динен через один из М замыкателей первой группы к .первому выводу индуктивной нагрузки, второй вывод которой через один из Й замыкателей второй группы присоединен к другим выводам. секций, соединенным одним из Й размыкателей с первым выводом индуктивной раз рузки, рричем секции расположены внутри первичной обмотки, а длина каждой из секций равна длине первичной обмотки.

2. Накопитель по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что каждая из секций в поперечном сечении имеет вид сектора круга с углом раствора 2ii/N и с радиусом, равным радиусу внутренней окружности первичной обмотки, . где N — - целое число.

1029402

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам накопления и передачи энергии, используемым для генерации сильных магнитных полей в термоядерных усТановках типа 8 -пинч или "Токамак".

Известны устройства для передачи электромагнитной энергии, содержащие секционированную накопительную катушку, источник тока, размыкатели и нагрузочную катушку с замыкателями (1 1.

В этом устройстве размыкатели включены между секциями накопительной катушки, а замыкатели присоединены одной клеммой к выводам каждой секции, а другой - к выводу нагрузки.

Однако в таких устройствах передача энергии производится -при синхронном срабатывании размыкателей и замыкателей после зарядки накопительной катушки от источника тока.

Максимальный коэффициент передачи энер при этом достигает всего лишь 0,25. Кроме того при отсутствии индуктивной связи между секциями накопительной катушки удельная энергоемкость накопителя значительно ниже оптимальной эа счет уменьшения полной индуктивности накопительной катушки при разделении длинного соленоида (или тора ) на отдельные катушки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является индуктивный накопитель с трансформаторной связью В этом накопителе первичная обмотка, подсоединенная к источнику тока через выключатель, располагается снаружи вторичной обмотки. К одному из выводов вторичной обмотки через замыкатель подсоединена нагрузка, а второй вывод присоединен к другому выводу нагруз-. ки,.

Накопитель работает следующим образом. Ток от источника питания протекает по первичной обмотке. При заданном значении тока выключатель .начинает прерывать ток первичной обмотки,а замыкатель включает нагруз.ку в цепь вторичной обмотки. Ток первичной обмотки убывает, а во вторичной обмотке и в нагрузке при этом индуцируется импульс тока Г2) .

Целью изобретения является увеличение КПД передачи энергии при сохранении оптимальной удельной энергоемкости накопителя.

Укаэанная цель достигается тем, что в индуктивном накопителе энергии, содержащем первичную обмотку,подсоединенную к генератору тока через выключатель, и вторичную обмотку,к

10 одному иэ выводов которой. через замыкатель присоединена индуктивная нагрузка, вторичная обмотка разделена на М секций,у каждой иэ которых один из выводов подсоединен через один из 5 замыкателей первой группы к первому выводу индуктивной нагрузки, второй вывод которой через один из N замыкателей второй группы присоединен к другим выводам секций, соещ диненным одним из N размыкателей с. первым выводом индуктивной нагрузки, причем секции расположены внутри первичной обмотки, а длина каждой из секций равна длине первичной обмотки.

Каждая из секций в поперечном сечении имеет вид сектора с углом раствора 2 У /N и с радиусом, равным радиусу внутренней окружности пер.вичной обмотки, где N - целое число

На фиг.1 представлена принципиальная схема индуктивного накопителя энергии; на фиг.2 - накопительная катушка, поперечный разрез.

Первичная обмотка 1 (фиг.1) через выключатель 2 соединена с генератором .

35 тока 3. Секции 4 z - 4,„ вторичной об моткии через эамыкатели 5 - 5> первой

1 группы присоединены к одному иэ выиодов индуктивной нагрузки 6. Второй

40 вывод индуктивной нагрузки присоединен через замыкатели 7 - 7 второй группы к другим выводам секций, которые, в свою очередь, соединены размыкателями 8 „- 8 с первым выводом индуктивной нагрузки. Управление ком-.

45 мутаторами позволяет осуществить последовательное во времени подключе ние секций 4 - 4 вторичной обмотки

1 к индуктивной нагрузке 6. И - целое ,число.

Устройство работает следующим образом.

Генератор тока 3 возбуждает ток

3 в первичной обмотке 1. При-этом происходит накопление энергии в магнитном поле накопителя. После

Однако и в данном случае максимальный КПД передачи энергии также составляет всего 0,25. достижения заданного значения тока включают замыкатели 5„- 5„l и прерывают ток. выключателем 1, запирая

3 .. 10294 магнитное поле в объеме секций 4„-4,4

При этом в секциях 4 „- 4 „ наводятся токи, протекающие через размыкатели

81- 8ч, Величина токов зависит от. соотношения числа витков первичной обмотки 1 и числа витков каждой сек- . ции 4„- 4 „„вторичной обмотки. После этого включается замыкатель 7 и пре1 рывается ток в размыкателе 8„. Ток

Э„ секции 4 переключается в индук- 10 тйвную нагрузку 6. Аналогичным образом производят подключение секции

42, 4 > и т.д. последовательно во времени.

При подключении каждой следующей секции 4к(к «(1ч1 на ее выводах возникает ЗДС и ток в ней убывает на вели чину Э - 7„= д С .

Так как в качестве эффективной

- нагрузки для каждой подключаемой секции 4 из 4 „- 4, можно рассматривать цепочку параллельно соединенных

1 секций 4„, 42, .... "1, „и индуктивную нагрузку 6 (а индуктивность такой цепочки мала по сравнению

-с 4„, то энергия, рассеиваемая в размыкателе 8, также мала. Одновременно в секциях 4, 4„,...4 > ток также убывает на величину,,поскольку индуктивности секции равны, Зо а. все секции находятся под одина ковым потенциалом при подключении к индуктивной нагрузке 6. Следовательно, в К- 1 подключенных секцияхэнергия убывает. В силу закона сохранения энергии эта энергия без рассеяния передается в индуктивную нагрузку 6.

Таким образом малые потери при . коммутации секции 4,- (к=l,...N) и.

40 бездиссипативная передача энергии ,из ранее подключенных секций в индуктивную нагрузку 1 обуславливают высокий КПД предлагаемого устройства, достигающий при Й )) 1 величины

0,65.. 45

Точный расчет показывает, что уже при числе секций вторичной обмотки

И =" 6 КПД передачи энергии достигает

0,5, т.е . увеличивается вдвое по отношению к. КПД, реализуемом в извест.ных устройствах. Требование к отсутствию индуктивной связи между подключаемыми секциями накопителя в данной конструкции накопителя удовлетворяется расположением обмоток накопительной катушки, приведенном, например,.на фиг.2. Каждая секция 4.„- 4> вторичной обмотки имеет длину, равную

02 4 длине первичной обмотки. 1, и установлена в несущем каркасе 9, выполненном из изоляционного материала.

Сверху размещена первичная обмотка 1, изолированная от вторичной обмотки изоляционными прокладками 10. Выводы вторичной обмотки размещены между витками первичной обмотки 1 при торо" идальной первичной обмотке или по ее. краям(при соленоидальной первич-1 ной обмотке

В данном примере поперечное сече-, ние каждой секции 4 - 4 вторичнойобмотки представляет собой сектор круга с углом раствора Ч = 2)7/N и радиусом. равным внутреннему радиусу первичной обмоткий 1. Такая конфигурация обеспечивает равное активное . сопротивление секци 4 1- 4 вторичной обмотки при наименьшей суммарной длине намоточной шины, а следовательно, имеет малые потери энергии на нагрев. Если же потери на нагрев за времена передачи энергии незначительны по сравнению с запасенной энергией, то форма поперечного сечения 4„ - 4 вторичной обмотки может быть другая.

Важно лишь, чтобы намотка каждой сек- ции 4 — 4 охватывала свою часть магнитного потока первичной обмотки

1, т.е. не была связана с другими секциями вторичной ., обмотки по магнитному полю т.е. не обладала вза" имной (индуктивностью с другими секциями) .

При создании крупных энергоисточников на базе индуктивных накопителей, предназначенных для питания индуктивных нагрузок, целесообразно накопи" тельную катушку выполнять из модулей, подобных изображенным на фиг ° 2, с последующей сборкой модулей в тороидальную систему.В этом случае участ" ки первичной обмотки соединяются последовательно, а участки секций вто ричной обмотки, расположенных иден"i тично по азимуту (по углу 4), соединяются параллельно..

Индуктивный накопитель энергии в совокупности с описанной конструкцией обмоток накопительной катушки позво-ляет более чем в два раза увеличить эффективность передачи энергии в индуктивную нагрузку при сохранении габаритов устройства вследствие резкого уменьшения коммутационных потерь и бездиссипативной передачи

1029402

Составитель В.Седов

Редактор О.Персиянцева Техред С.Мигунова Корректор 5.Макаренко

Заказ 5001/58 .Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4.большей части энергии. Значительное уменьшении энергии, рассеиваемой в разныкателях при последовательном подключении секций вторичной обмотки к индуктивной нагрузке, позволяет при облегчении конструкции увеличить надежность срабатывания.

Применение предлагаемого устройства сделает возможным без увеличения энергоснабжения и при незначительном увеличении капитальных затрат вдвое увеличить энергию магнитного поля в камерах крупных термоядерных установок типа "Токамак".