Ударный генератор импульсов тока

 

1. УДАРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА, содержащий цилиндрический якорь , HKopHjTO обмотку, токосъемы в виде щеток, коаксиально расположенное по отношению к якорю кольцевое ярмо с полюсами и обмотку самовозбуждения с коммутирующм устройством подключения нагрузк к генератору, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности преобразования энергии путем повьш1ения удельной энергоемкости генератора, снижения электромагнитных потерь и упрощения конструкции, обмотка самовозбуждения BbinojhieHa в виде навитых вокруг ярма двух одинаковых встречно включенных по магнитному потоку многовитковых катушек, размещенных между полюсами, на каждую катушку обмотки самовозбуждения навита злектрически изолированная вторичная обмотка, имеющая вь1воды для присоединения нагрузки , якорная обмотка выполнена из злектрическиизолированных стержней , равномерно распределенных по окружности якоря, концы якорных стержней с одного торца якоря замкнуты накоротко, а с другого торца якоря (Л контактируют с двумя щетками разной полярности, одна из которых соприкас сается.со всеми стержнями, расположенными под одним из полюсов, а вторая со всеми стержнями, расположенными под другим полюсом. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью снижения его массы, ярмо вьлолнено без ферромагнитопровода. ю :о N0

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflVSJlHH ае (и) Г

Г 1 . l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н CBTOPCNOIIIV CBBEETEIIBCTBV ОСУДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3544423/24-07 (22) 26.01.83 (46) 30.08.84, Бкл. Ф 32 (72) В.В.Харитонов и Б.Г.Карасев (53) 621.313.2(088.8) (56) 1. Adams С.С. Pulsed motor-generator sets.— In. Proc. Inter Cous Higt

Magnetic Fields, Cambridge, 1962, Р1, р, 319.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 904137, кл. Н 02 К 31/00, 1981.

3. Патент Англии 9 1143649, кл. Н 2 А, 1969.

4. Сергеев П.С. Электрические машины. M. — Ë., Госэнергоиэдат, 1962, с.. 232, рис. 5 1. (54)(57) 1. УДАРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА, содержащий цилиндрический якорь, якорную обмотку, токосъемы в виде щеток, коаксиально расположенное по отношению к якорю кольцевое ярмо с полюсами и обмотку самовозбуждення с коммутирующим устройством подключения нагрузкИ к генератору, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности преобразования энергии путем повышения удельg g Н 02 К 25./00 Н 02 К 23 14 ной энергоемкости генератора, снижения электромагнитных потерь и упрощения конструкции, обмотка самовозбуждения выполнена в виде навитых вокруг ярма двух одинаковых встречно включенных по магнитному потоку многовитковых катушек, размещенных между полюсами, на каждую катушку обмотки самовозбуждения навита электрически изолированная вторичная обмотка, имеющая выводы для присоединения нагрузки, якорная обмотка выполнена из. электрически изолированных стержней, равномерно распределенных по окружности якоря, концы якорных стержней с одного торца якоря замкнуты I накоротко, а с другого торца якоря контактируют- с двумя щетками разной полярности, одна из которых соприкасается.со всеми стержнями, расположенными под одним из полюсов, а вторая со всеми стержняии, расположенными под другим полюсом.

2. Генератор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью снижения его массы, ярмо выполнено без ферромагнитопровода.

1111232

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использо- вано в машинах постоянного тока.

Известны ударные генераторы постоянного тока, генерирующие одиночные импульсы сильного тока в режиме внезапного замыкания якорной цепи C1).

Одним из вариантов разряда ударного генератора является разряд при замкнутой накоротко нагрузке с после10 дующим переводом тока из разрядного контура в нагрузку путем быстрого разрыва с помощью коммутирующего устройства шунтирующей ее цепи l27.

Такой режим применяют для усиления разрядной мощности.

Токонесущие элементы генератора, т.е. его обмотки, выполняют роль индуктивного накопителя энергии, совмещенного,с зарядным устройством, что существенно улучшает технико-экономические показатели системы питания в целом. С целью согласования параметров генератора и нагрузки, последнюю присоединяют через встроенный в машину разделительный трансформатор L31.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является конструктивная схема коллекторного генератора постоянного тока, содержащего цилиндрический якорь, многовитковую якорную обмотку, токосъемы на основе твердых щеток, кольцевое ярмо с 35 полюсами и обмотку самовозбущцения, выполненную в виде катушки рамочного типа, намотанной вокруг явновыраженного полюса 503.

Преимущество такой схемы состоит 40 в том, что в ней легко повысить генерируемое напряжение и электромагнитную мощность путем пропорциональ.ного удлинения якоря, чего нельзя сделать в используемых с указанной целью машинах постоянного тока другого типа — униполярных, в которых при выбранной конструктивной схеме

nosbmrение напряжения и мощности сопряжено с увеличением диаметра якоря, 50 что не всегда приемлемо на практике.

Однако традиционная схема коллекторного генератора постояного тока применительно к рассматриваемому случаю использования обмотки возбуж- дения в качестве индуктивного накопи55 теля энергии имеет: ряд недостатков.

Обмотка возбуждения, используемая в качестве индуктивного накопителя, занимает сравниТельно небольшую часть объема машины. Это снижает удельные показатели устройства в целом. При увеличении сечения обмотки возбуждения увеличивается коэффициент рассеяния магнитной цепи, что ухудшает ис.(ользование- магнитопровода.

При намотке на обмотку возбуждения вторичной обмотки, соединенной с нагрузкой, трудно получить высокий коэффициент связи обмоток, характеризующий эффективность передачи энергии во вторичный контур и нагрузку.

При выделении энергии из обмоток генератора в нагрузку, осуще"..твляемом весьма быстро (миллисекунды или даже доли миллисекунды), велики потери энергии внутри машины вследетеие демпфирующего действия якорном обмотки, в которой возникают индуктивные токи. Возникновение последних снижает также надежность машины, поскольку они могут вывести из строя щетки.

Указанные недостатки снижают эффективность использования обмотки возбуждения генератора для накопления и выделения в нагрузке электромагнитной энергии.

Цель изобретения — повышение эффективности преобразования энергии путем повышения удельной энергоемкости генератора, снижение электромагнитных потерь и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в генераторе, содержащем цилиндрический якорь, якорную обмотку, токосъемы в виде щеток, коаксиально расположенное по отношению к якорю кольцевое ярмо с полюсами и обмотку самовозбуждения с коммутирующим устройством подключения нагрузки к генератору, обмотка самовозбуждения выполнена в виде навитых вокруг ярма двух одинаковых встречно включенных по магнитному потоку многовитковых катушек, размещенных между полюсами, на каждую катушку обмотки самовозбуждения навита электрически изолированная вторичная обмотка, имеющая выводы для присоединения нагрузки, якорная обмотка выполнена из электрически изолированных стержней, равномерно расположенных по окружности якоря, концы якорных стержней с одного торца якоря замкнуты. накоротко, а с другого торца якоря контактируют с двумя щетками разной полярности, 1111232 другой полярности.

50 .-ки возбуждения вводится сравнительно большое активное сопротивление 14.

В результате ток возбуждения резко затухает а во вторичной цепи 7,8,16, одна из которых соприкасается со всеми стержнями, расположенными под одним из полюсов, а вторая — со всеми стержнями, 1 асположенными под другим полюсом.

С целью снижения массы генератора ярмо можно выполнить без ферромагнитопровода.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема ударного генератора; на фиг. 2 — электрическая схема генератора.

Пунктиром со стрелками на фиг. 1 отмечен путь прохождения магнитных потоков, создаваемых тороидальными частями обмотки самовозбуждения.

Генератор содержит шихтованный ферромагнитный цилиндрический якорь.

1, шихтованное ферромагнитное ярмо

2 с полюсами 3 и 4, обмотку самовозбуждения — индуктивный накопитель энергии, выполненную в виде навитых вокруг ярма двух одинаковых встречно включенных по магнитному потоку многовитковых катушек 5 и 6. На катушки 5 и 6 навиты электрически изолированные вторичные обмотки 7 и 8, электрически соединенные последовательно и имеющие выводы для присоединения элементов разрядного контура.

Для упрощения изготовления и эксплуатации машины ярмо имеет разъем.в плоскости симметрии полюсов. Якорная обмотка выполнена из электрически изолированных по длине стержней 9, закрепленных на боковой, поверхности якоря, расположенных параллельно оси его вращения и равномерно распределенных по его окружности на равных расстояниях друг от друга.

Концы якорных стержней с одного торца якоря (противоположного показанному) замкнуты накоротко диском или кольцом, а с другого торца якоря (показанного) контактируют торцами с двумя щетками iO и 11 разной полярности, соприкасающимися только с теми стержнями якоря, которые находятся под соответствующими полюсами 3 и 4. Ширина каждой щетки примерно равна ширине прилегающего полюса, т.е. щетка контактирует одно временно со всеми проводниками, расположенными в активной зоне якоря.

Ширину якорных проводников и расстоя.ние между ними следует выбирать, исходя из приемлемого уровня потери энергии в стержнях при затухании

30 пронизывающего их магнитного потока в процессе выделения энергии в нагрузке.

Катушки 5 и 6 обмотки самовозбуждения соединены последовательно и присоединены к якорю генератора с помощью коммутатора 12 (фиг. 2). Параллельно якорю с помощью коммутатора 13 подключено активное сопротивление 14, зашунтированное коммутатором 15. Вторичные обмотки 7 и 8 соединены последовательно и подключены к нагрузке 16.

Разряд генератора осуществляется следующим образом.

Якорь раскручивается приводом до необходимой скорости. При этом коммутаторы 12 и 13 разомкнуты, а коммутатор 15 замкнут. Затем замыкается коммутатор 12 и генератор самовозбуждения в режиме динамического торможения якоря. В качестве начального магнитного потока, необходимого для обеспечения самовозбуждения, используется поток остаточного намагничивания ферромагнитопровода. Ток самовозбуждения протекает по цепи: якорь 1 — щетка 10 — коммутатор 12— обмотки 5 и 6 — щетка 11 — якорь. В якоре ток течет по пути: щетка одной полярности — якорные. стержни под прилегающнм полюсом — короткозамыкающий элемент (диск или кольцо) на противоположном торце якоря — якорные стержни под .другим полюсом — щетка

При максимальном токе самовозбуждения замыкается коммутатор 13, и одновременно коммутатор 12 размыкается. В результате якорь обесточивает-, ся и ток переводится в контур: обмотка возбуждения — коммутатор 13 — ком мутатор 15 — обмотка возбуждения, где медленно затухает. Сразу же после размыкания коммутатора 12 щетки 10 и 11 с помощью отжимного устройства, например, на основе пневматики . быстро отводятся от контактной поверхности якоря. После полного отвода щеток от якоря размыкается коммутирующее устройство 15, и в контур обмотпоявляется индуктированный ток нагруз ки в виде мощного одиночного импульса сильного тока. Далее цикл повторя

1111232 ется. Отжатие щеток от проводников якоря непосредственно перед выводом энергии в нагрузку (перед размыканием устройства15) производится для устранения потерь энергии в коротко- S замкнутом контуре пад каждым полюсом, :образованном двумя крайними токонесущими якорными стержнями и замыкаю.щей их щеткой .

Преимущества предложенного генера- 10 тора заключаются в следующем.

Улучшается использование обмотки возбуждения и якоря, так как сведен к минимуму коэффициент рассеяния по-. тока возбуждения. Повышается коэффи- 15 циент связи обмотки самовозбуждения с вторичной цепью нагрузки. Это повышает эффективность преобразования и передачи энергии в нагрузку. Сведены к минимуму потери- энергии в якорной 20 обмотке при выводе энергии в нагруз ку, поскольку на пути потока, создаваемого обмоткой возбуждения, нет проводящих короткозамкнутых контуров и массивных элементов конструкции. 25

Имеющиеся потери, определяемые вихревыми токами в массивах якорных стержней, сравнительно невелики и слабо влияют на электроэнергетические показатели генератора. Сведение к ми- зо нимуму индуктированных в якоре токов также. сокращает время выделения энергии в нагрузке, повышает пиковую электромагнитную мощность генератора.

Уменьшение указанных индуктированных

35 токов повышает надежность машины, снижая электромагнитные и тепловые нагрузки в токонесущих элементах.

Обмотка самовозбуждения — индуктивный накопитель энергии с соответствующей частью магнитопровода при заданных габаритах установки занимает большую часть объема машины. Это позволяет запасти в ней и вывести в нагрузку большую энергию магнитного поля, что повышает энергоемкость генератора, его удельную мощность и :!лoтноcть запасенной энергии. Pac" ширены функциональные возможности машины, которую можно еще использовать как сильноточный ударный генератор постоянного тока, разряжающийся непосредственно на подключенную к якорю нагрузку. Упрощается конструкция обмотки возбуждения накопителя, которую технологически просто выполнить из стержней, соединенных перемычками. Такая обмотка также не затрудняет доступ к якорю и токосъемам, не усложняет уборку-разборку машины.

Изобретение более целесообразно применять в тех случаях, когда первичная обмотка (либо вторичная) индуктивного накопителя должна иметь сравнительно большое число витков б ольшого сечения, по которым протекает весьма сильный ток (порядка 10—

10 А) 1 11232

Составитель С.Шутова

Редактор Л.Алексеенко Техред М.Гергель Корректор Л.Пилипенко

Заказ 6324/43 Тирах 666 Подписное

ВНИИИИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæroðoä, ул.Проектная, 4