Электромашинный генератор периодических импульсов тока

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к электромашинным источникам импульсной энергии, в частности к источникам питания периодическими импульсами тока электрофизических установок. Целью изобретения является увеличение импульсной мощности и амплитуды тока, снижение мощности возбуждения и повышение надежности . Генератор содержит шихтованный сердечник статора с однофазными основной 1 и дополнительной 2 обмотками , смещенными на 90 эл.град друг относительно друга. Вьгооды основной обмотки 1 статора через неуправляемый вентиль 7 подключен к нагрузке 6, а через управляемый вентиль 5 - к источнику начального тока возбузедения. На шихтованном сердечнике ротора генератора расположена однофазная об§ сл 4 СП 00 СП 00 со 77

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„145353

А1 (51)4 Н 02 К 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4280020/24-07 (22) 07.07.87 (46) 23.01. 89. Бюл. У 3 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) А.Д.Подольцев, И.С.Петухов и В,Т.Чемерис (53) 621.313.322 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1094114, кл. Н 02 К 25/00, 1982.

Дружинин А.С., Кучинский В.Г.

Расчет нагрузочных характеристик компрессорного генератора. Препринт

НИИЭФА, У П-Б-0581, Л., 1982, с.34.

Подольцев А.Д. Анализ энергетических характеристик ударного электромашинного генератора компрессорного типа при работе на омическую, емкостную и индуктивную нагрузки.

Препринт ИЭД AH УССР, И 432, Киев, 1985, с.34.

Авторское свидетельство СССР

9 934888, кл. Н 03 К 3/00, 1980 ° (54) ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ГЕНЕРАТОР

ПЕРИОДИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашинным источникам импульсной энергии, в частности к источникам питания периодическими импульсами тока электрофизических установок. Целью изобретения является увеличение импульсной мощности и амплитуды тока, снижение мощности возбуждения и повышение надежности. Генератор содержит шихтованный сердечник статора с однофазными основной 1 и дополнительной 2 обмотками, смещенными на 90 эл.град друг относительно друга. Выводы основной обмотки 1 статора через неуправляемый вентиль 7 подключен к нагрузке 6, а

-через управляемый вентиль 5 — к источнику начального тока возбуждения.

На шихтованном сердечнике ротора генератора расположена однофазная об14535 мотка ротора 8, выполненная короткозамкнутой в виде массивных рамок„ электрически изолированных от сердечника и размещенных соосно. Выводы дополнительной обмотки 2 статора подключены к источнику начального тока возбуждения, выполненному в виде источника ЭДС 3 и дросселя 4. В пред39 лагаемом устройстве поставленная цель достигается путем каскадного принципа построения генератора и отсутствия щеточно-контактных узлов в силовой цепи генератора, что позволяет повысить величину тока, протекающего в нагрузке, и надежность работы генератора. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашинным источникам импульсной энергии, и может быть использовано в системах импульсного питания при электрофизичес- 5 ких исследованиях и на автономных объектах.

Цель изобретения — увеличение импульсной мощности и амплитуды тока, снижение мощности возбуждения, повышение надежности генератора.

На чертеже показана принципиальная схема генератора в момент компрессии магнитного поля основной обмотки ста- 15 тора.

Генератор содержит шихтованный магнитопровод статора с однофазной основной обмоткой 1 и дополнительной однофазной обмоткой 2, обмотки

1 и 2 смещены на 90 эл.град одна относительно другой.

Дополнительная обмотка 2 подключена к источнику начального тока возбуждения, содержащему i:,:òo÷íèê 3 напряжения и дроссель 4. Дополнительная обмотка 2 через управляемый вентиль 5 подсоединена к основной обмотке статора 1, которая имеет клеммы для подключения к нагрузке 6 через неуправляемый вентиль 7. Ротор 8 генератора содержит шихтованный магнитопровод, на котором размещена оцнофазная обмотка, выполненная в виде массивных короткозамкнутых рамок,. З5 размещенных соосно и электрически изолированных от шихтованного магнитопровода ротора, Предлагаемый генератор по существу представляет собой каскад из двух 40 компрессионных генераторов, смещенных в одной конструкции.

При этом первая ступень генератора образована однофазными дополнительной обмоткой статора и обмоткой ротора, а вторая ступень — основной обмоткой статора и обмоткой ротора.

Первая ступень предназначена для создания начального тока возбуждения во второй ступени генератора, являющейся силовой и создающей импульс тока в нагрузке. Тот факт, что вторая ступень служит в качестве нагрузки для первой ступени, позволяет говорить о каскадном принципе построения генератора.

Генератор работает следующим образом.

Ротор генератора вращается с угловой частотой Ы . В исходном состоянии, когда магнитные оси дополнительной обмотки 2 и обмотки ротора 8 смещены на 90 эл.град, источник 3 напряжения создает в дополнительной обмотке 2 статора начальный ток возбуждения i . При повороте ротора на

90 эл.град обмотка ротора 8 демпфирует магнитный поток дополнительной обмоткой 2 статора. При этом в случае открытого управляемого вентиля

5 в дополнительной обмотке 2 генерируется импульс тока i <, который протекает по основной обмотке 1 статора.

Таким образом, на первом этапе работы генератора обеспечивается создание начального тока в основной обмотке 1 статора. На втором этапе, при повороте ротора еще на 90 эл.град, обмотка ротора 8 демпфирует магнитный поток основной обмотки 1 статора. При этом в этой обмотке генерируется импульс тока iz протекающего по нагрузке 6. Процесс периодически повторяется после поворота ротора на

180 эл.град. Наличие управляемого вентиля 5 в цепи дополнительной обмотки 2 статора позволяет регулировать (уменьшить) частоту следования импульсов тока возбуждения в основной обмотке 1 статора, а следовательно, регулировать частоту силовых импульсов в нагрузке 6. Наличие двух вентилей 5 и 7 в схеме генератора препятствует протеканию токов обратного направления в обмотках статора генератора, которые могли бы снизить эффективность генерирования импульсной мощности.

Ротор генератора имеет только одну обмотку 6, выполненную короткозамкну3539 где L индуктивность основной об" мотки 1 статора; индуктивность дополнитель5 ной обмотки 2 статора; кратность изменения эквивалентной индуктивности дополнительной обмотки 2, являющаяся конструктивным

20 параметром 1-й ступени.

Учитывая, что индуктивности пропорциональны квадрату числа витков обмоток, а k z, = 10-400, получаем рекомендуемое соотношение чисел витков основной « и дополнительной М, обмоток статора той одноосной. Это приводит к тому, что, например, в момент совпадения осей магнитного потока основной обмотки 1 статора и обмотки 8 ротора последняя не препятствует созданию магнитного потока дополнительной обмотки 1 статора, обеспечивая тем самым возможность запасания в ней начальной магнитной энергии. Лобовые части основной обмотки 1 статора и обмотки ротора 8 целесообразно приблизить к области воздушного зазора для усиления магнитной связи между ними. При этом повышается степень компрессии рабочего магнитного потока и увеличивается ток в нагрузке.

На первом этапе работы генератора, когда происходит генерирование импульса начального тока возбуждения в основной обмотке 1 статора, клеет . место работа компрессионного генератора с обмотками 2 и 8 на индуктивную нагрузку, в качестве которой выступает основная обмотка 1 статора.

Отсюда для оптимального согласования этой индуктивной нагрузки с внутренней индуктивностью генератора необходимо, чтобы индуктивность основной обмотки 1 статора была приблизительно равна минимальной эквивалентнои индуктивности дополнительной обмотки

2 статора (3, 4 7, которая достигается в момент максимального демпфирования ее потока обмоткой ротора 8.

Это условие достигается соответствующим выбором числа витков обмоток статора из условия оптимального согласования, согласно которому индуктивность обмоток генератора должна удовлетворять равенству

L 2= (2 — 2)

L1 (1)

k 2. (2) Второе важное условие, которому должно соответствовать соотношение чисел витков основной и дополнительной обмотки для достижения наибольших значений kz,k<, вытекает из

25 Ь необходимости при возбуждении каждой ступени генератора избегать черезмерного насыщения железа, т.е. иметь в зазоре индукцию, близкую к индукции насыщения в точке перегиба кривой намагничивания при начальном токе возбуждения i„„ для первой ступени и „.для второй ступени.

Поскольку ток i> является выходо ным током первой ступени, то

35 о где Л;, — коэффициент усиления тока в первой ступени. С учетом этого, исходя из равенства

, х - ы, где ы,— число о витков обмотки первой ступени; с —

I число витков силовой обмотки второй ступени, получаем соотношение,/и — i2 /i = Л . Это условие не про2о тиворечит изложенному ранее условию.

45 Оно является определяющим при ненась2щенном железе, но сводится к условию (2), когда степень насыщения железа при токе, равном начальному, выбрана более высокой, вследствие чего коэффициенты k2 k L,, могут

Z иметь более низкое значение. Таким образом, в общем случае отношение числа витков дополнительной обмотки

2 статора к числу витков силовой об55 мотки 1 статора в предлагаемом генераторе должно лежать в пределах 2 < (ы,/ ы c 20. При этом использование пе,:вой ступени генератора наиболее эффективно.

Составитель Т.Калашникова

Редактор Н.Лазаренко Техред А.Кравчук Корректор М.Васильева

Ъ . ° J.

Заказ 7296152 Тираж,645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета па изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул . Проектная, 4

5 14535

Использование изобретения позвоI ляет увеличить импульсную мощность и амплитуду тока в нагрузке и снизить мощность, потребляемую цепью возбуждения за счет каскадного прин5 ципа построения генератора, а также повысить амплитуду импульсов тока и надежность работы генератора за счет устранения щетачных контактов в сила- 1О вой цепи, ограничивающих величину генерируемаго тока.

Расчеты показывают, что импульсная мощность генератора превышает величину импульсной мощности одноступенчатого генератора более чем в

160 раз. Наличие предварительной ступени усиления позволяет снизить величину мощности, потребляемой цепью возбуждения, так как часть требуемой мощности возбуждения потребляется с вращающегося вала генератора.

Отсутствие щеточного контакта в силовой цепи предлагаемого генератора снимает ограничепие на величину 25 тока в нагрузке и позволяет генерировать импульсы больших токов прн умеренных значениях напряжения, которые могут быть использованы, например, для импульсной сварки, 30

Формула изобретения

Злектрамашинный генер.:.".ар перио- дических импульсов така,, содержащий шихтованные сердечнп.-.. рачар-i.;и статора, обмотку ротора и аскат..ную аб39 6 мотку ста гора, выполненные однофазными, клеммы для подключения к нагрузке через первый коммутирующий аппарат, второй коммутирующий аппарат и источник начального тока возбуждения, отличающийся тем, что, с. целью увеличения импульсной мощности и амплитуды тока, снижения мощности возбуждения и повышения надежности, он снабжен дополнительной однофазной обмоткой статора, смещенной на 90 эл..град относительно основной, число витков дополнительной обмотки статора превышает число витков основной обмотки статара в 220 раз, первый коммутирующий аппарат. выполнен в виде неуправляемого вен.тиля, обмотка ротора выполнена короткозамкнутой в виде массивных рамок, размещенных соосно и электрически изолированных от сердечника ротора, клеммы для подключения к нагрузке соединены с выводами основной обмотки статара, подключенными к источнику начального тока возбуждения через второй коммутирующий аппарат, выполненный в виде управляемого вентиля, выводы дополнительной обмотки статара подключены к источнику начального тока возбуждения, встречно но отношению к которому включен управляемый вентиль, при этом управляемый и неуправляемый вентили соединены друг с другом одноименными выводами.