Устройство для передачи тока

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к униполярным электрическим машинам. Целью изобретения является снижение потерь мощности при передаче тока и увеличение ресурса работы электродов . Устройство содержит вращающийся 1и неподвижньй 2-электроды. Электроды связаны между собой с помощью ионизированного разрядом газа в кольцевом зазоре 3 между электродами I и 2. Дополнительно в устройство введены разрядные электроды 4 и 5. Разрядный электрод 4 укреплен на неподвижном электроде 2 и выступает с его торца в кольцевую полость зазора 3. С другого торца вращающегося электрода в эту полость зазора выступает по крайней мере одно иглообразное окончание 7, которым снабжен разрядный электрод 5, укрепленный на врашдющемся электроде 1 , Иглообразное окончание 7 имеет диаметр не более 210 м. 2 ил. со ел С5 о оо ND Фе/г.7

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ И3ОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (? 1 ) 3844232/24-07 (22) 17. 01.85 (46) 30.11.87.Вюл. Ф 44 (71) Институт теплофизики СО АН СССР . (72) С.А.Васильев (53) 621.3.047 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 246644, кл. Н 01 R 39/00, !969. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к униполярным электрическим машинам. Целью изобретения является снижение потерь мощности при передаче тока и увеличение ресурса работы электродов. Устройство содержит вращающийся

„„SU„„1356082 А 1

<51! 4 Í 01 R 39/00, Н 02 К 31/00

1 и неподвижный 2 электроды. Электроды связаны между собой с помощью ианизираваннаго разрядом газа в кольцевом зазоре 3 между электродами 1 и 2. Дополнительно в устройства введены разрядные электроды 4 и 5. Разрядный электрод 4 укреплен на неподвижном электроде 2 и выступает с его торца в кольцевую полость зазора 3.

С другого торца вращающегося электрода в эту полость зазора выступает па крайней мере одно иглообразнае окончание 7, которым снабжен разрядный электрод 5, укрепленный на вращающемся электроде 1; Иглаобразное окончание 7 имеет диаметр не более

2.10 4м. 2 ил. ионизации газа в зазоре 3. Поскольку электрод 5 установлен в устройстве таким образом, что в зазор 3 выходят лишь его иглообразные окончания 7, разряд в зазоре 3 осуществляется между иглообразными окончаниями

7 и вторым разрядным электродом 4.

Время разряда ь в данном конкрет1 ном месте зазора 3 определяется линейной скоростью Ч вращающегося электрода 1 и диаметром d иглообразного окончания 7: ь, =d/V, Чтобы не происходил разогрев тяжелых частиц газа (ионов и, как следствие, не было потерь мощности при передаче тока, связанных с разогревом газа, энергия выделяемая в разряде должна идти лишь на ионизацию газа в зазоре 3, поэтому время разряда С, не должно . превьппать значения 10 с.

Линейная скорость вращающегося электрода 1 в области зазора 3 для устройств с плазменным токосъемом лежит в пределах V = 200-600 м/с.

Верхняя граница определяется .прочностными характеристиками вращающихся элементов устройства, а нижняя граница — практической целесообразностью применения в устройствах с такими скоростями плазменного токосъема (при более низких скоростях целесообразно использование других видов токосъема: жидкостного, щеточного и др. ). С учетом указанных ограничений времени разряда, и линейной скорости вращающегося электрода в области зазора определено максимальное значение диаметра

d иглообразного окончания 7 значением d < 2 .10 4 м. Минимальное значение диаметра d ограничивается возможностями технологии изготовления этого элемента. При таком диаметре иглообразных окончаний одного из разрядных электродов в разрядном промежутке устройства с плазменным токосъемом в рабочем режиме разряда обеспечивается ионизация газов в за-.. зоре между электродами 1 и 2 без разогрева тяжелых частиц газа. Ионизированный газ используется как проводящая среда для передачи тока между электродами и 2 под действием приложенного к ним напряжения. 06разовавшаяся после разряда нестационарная неравновесная плазма начинает распадаться, так как приложенного к электродам l и 2 напряжения не дос1 !356082

Изобретение относится к электротехнике, в частности к созданию устройств для передачи тока от вращающегося электрода к неподвижному с

1 5 помощью ионизированного разрядом газа, и может быть использовано, например, в униполярных электрических машинах.

Цель изобретения — снижение потерь мощности при передаче тока и увеличение ресурса работы электродов.

На фиг.l представлено устройство для передачи тока, осевой разрез; на фиг.2 — дополнительный разрядный электрод с иглообразными окончаниями.

Устройство для передачи тока содержит концентрично расположенные вращающийся 1 и неподвижный 2 электроды, подключенные к внешней элект- 2О рической цепи (не показана ). Электроды 1 и 2 связаны между собой с прмощью ионизированного разрядом газа в кольцевом зазоре 3 между электродами 1 и 2.Устройство содержит так- 25 же два дополнительных разрядных электрода 4 и 5, связанные с само- стоятельным источником питания (не показан ), Разрядный электрод 4 изолированно с помощью изолятора 6 укреплен на неподвижном электроде 2 и выступает с его торца в кольцевую полость зазора 3. С другого торца вращающегося электрода 1 в эту полость зазора 3 выступает по краинеи 35 мере одно иглоббразное окончание 7, которым снабжен второй разрядный электрод 5, укрепленный изолированно с помощью изолятора 8 на вращающемся электроде 1.Иглообразное; 40 окончание 7 имеет диаметр не более

2 10 м, при этом в случае использования группы иглообразных окончаний (фиг.2) расстояние (между ними целесообразно выбирать большим

3 .10 м.

Устройство работает следующим образом.

На вращающийся электрод 1 и неподвижный электрод 2 от внешней эле;;-.рической цепи подается рабочее напряжение, величина которого недостаточна для пробоя и ионизации газа в зазоре 3 и поддержания разряда в зазоре. Для осуществления передачи

55 тока между электродами 1 и 2 подают напряжение на разрядные электроды

4 и 5 от самостоятельного источника питания, достаточное для пробоя и

1356082 — е пе и aU/4, 3- 1 7 е

8-n - 5- (2-T, m)"

3 таточно для поддержания самостоятельного разряда в зазоре 3. Для увеличения токопроводящих зон между электродами 1 и 2 и с целью увеличения рабочего тока устройства можно

° выполнить разрядный электрод 5 с группой иглообразных окончаний 7, которые разМещают по его окружности с интервалом, выбираемым из условия заданного уменьшения концентрации за- 1р ряженных частиц в зазоре 3; например каждый последующий разряд в данном конкретном месте зазора 3 с одного иглообразного окончания должен происходить "в хвосте" предыдуще- 15 го разряда с предыдущего по ходу вращения электрода 1 иглообразного окончания. При этом время между разрядами ь равно k/V где k — расстоя-. ние между иглообразными окончания- 20 ми.

В прототипе в качестве проводника между электродами использован дуговой разряд, имеющий большое сопротивление, а следовательно, потери мощ- 25 ности. Для оценки сопротивления формулой для проводимости полностью ионизированного газа:

Д= 3,06 !О+-Т ° Л

V — линейная скорость электрода 1;

N — количество игл 7 на разрядном электроде 5.

При падении напряжения 4П на зазоре плотность тока в плазме определяется выражением где е, y. — заряд и подвижность электронов соотв етств енно.

Подвижность / определяется по формуле где m Te — масса и температура электронов соответственно; п — концентрация газа; сечение ионизации.

Тогда

1 -2 е - пе- U г

Il Ь 4 ° (2 - Т ю) Ток, который можно пропустить в следе одного разряда, равен где 6 в пе— ч

h энергия ионизации для данного газа; концентрация электронов; 55 радиальная величина зазора 3; осевая длина зазора 3; где Т вЂ” температура электронов в градусах Кельвина; — Кулоновский логарифм, Л = 3-6.

Д„я Т 50000К. 6 6 10г Ом- . 35 хсм-, тогда сопротивление дуги длиной 2 м и сечением 13 мм равно

R = 2,8 ° 10 Ом.

Для машины мощностью 1 МВт с то- 40 ком 10 кА потери мощности.в дуге составят 280 кВт или 28Х от полной мощности машины.

В предложенном устройстве для передачи больших токов необходима 45 степень ионизации газа в зазоре, близкая к 1, т.е. во время разряда ионизируется практически весь газ.

При этом потери мощности на ионизацию 50

ЛР = f. пе . 1 п71, 1 1

I = j-h-1 и полный ток

In = j-h-1-N.

Для заданного тока I „электрические потери мощности d P определяютг ся выражением и 641n-(2 T ш) ДР=Т- У

2 и

1,2-е ne h.1 N

При V = 300 м/с, d = 0,1 мм, время разряда 2 = 3,3 10 с; h = 5 10 гм;

2 10 м; Е; = 3,9 эВ для цезия и= 10 м Ь= 10 "м; I„=

10кА; N= 50;Т = 3 эВ.

Потери мощности на ионизацию и разогрев электронов л Р, = (3,9+3) х . х1,6" 10 9 10гг- 2 -10 5-10 300 50 = — 16,56 кВт. Для определения потерь Рг время распада плазмы 2 г =

2 -10 -10 с, для ne = 10 " -10 см иTe=5эВ.

Концентрация электронов в распадающихся плазмах водорода, гелия, азота и аргона, примерно за 50 мкс

Отсюда

10 1 3 10 2 10 1О

4Р

2.

1,2 ° 2,56 10 5 10 1,5 10 50

1 15 Вт.

Составитель N.Êóçmeöîâà

Ф

Редактор М. Андрушенко Техред Л.Сердюков@ Корректор М.Максимишинец с

Заказ 5802/48 Тираж 625 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно †полиграфическ предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

5 135608 уменьшается в 3 раза. 3а время между разрядами = 50 10 с концентрация электронов пе примерно равна концентрации газа п, т.е. и =10" см, при этом (Ч . 1,5 см. Ф

Следовательно, суммарные потери

ДР = dP„+ dP> = 9,48 кВт, что почти в 30 раз меньше аналогичных потерь в известном устроистве, в кото 20 ром имеет место также эрозия электродов, появляющаяся уже после не-, скольких минут работы машины с дуговым токосъемом (в предлагаемом уст25 ройстве эрозия электродов отсутствует, что увеличивает ресурс их работы ).

Формула изобретения

Ус тройс тв о для пе редачи тока, содержащее расположенные концентрично вращающийся и неподвижный электроды, подключенные к внешней электрической цепи и связанные между собой с помощью ионизированного разрядом газа в кольцевом зазоре между электродами, отличающееся тем, что, с целью снижения потерь мощности при передаче тока и увеличения ресурса работы электродов, устройство содержит два дополнитель- ° ных разрядных электрода, связанных с самостоятельным источником питания, при этом один из этих электродов изолированно укреплен на неподвиж-ном электроде и выступает с его торца в кольцевую .полость зазора, а с другого торца вращающегося электрода в эту полость выступает по крайней мере одно иглообразное окончание, которым снабжен второй разрядный электрод, который изолированна укреплен на вращающемся электроде, при этом иглообразное окончание имеет диаметр не более 2 10 м.