Многовитковый рельсотрон, секционированный по длине

Изобретение относится к многовитковым рельсотронам. Технический результат - повышение КПД. Многовитковый рельсотрон выполнен с секционированным по длине ускорительным каналом, содержащим N пар токопроводных параллельных рельсов, первые рельсы всех пар и вторые рельсы всех пар разделены изоляционными промежутками и образуют первую и вторую стопы. Якорь состоит из электрически изолированных друг от друга электропроводных перемычек по числу рельсов (N), установленных на общем изоляторе с возможностью скольжения по рельсам. Со стороны входа канала вторые рельсы i-й пары соединены с первыми рельсами i+1 пары посредством сериесных электропроводных перемычек, а первый рельс первой пары и второй рельс N-й пары выведены для подключения к источнику электропитания. Кроме того, содержится М дополнительных стоп, содержащих по N-1 рельсов, установленных вдоль канала последовательно с изоляционными промежутками между концами рельсов первой стопы, начиная со второго, и началами рельсов первой дополнительной стопы, а также между концами рельсов j-й (где j=1…M-1) дополнительной стопы и началами рельсов i+1-й дополнительной стопы, причем длина рельсов второй стопы и первого рельса первой стопы равна суммарной длине сборки первой и М дополнительных стоп. 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к линейным электрическим двигателям и может быть применено для разгона твердого тела (якоря) относительно большой массы.

Уровень техники

Известен рельсотрон с распределенным вдоль канала вводом энергии [Структура электрической части рельсотрона с распределенным вдоль канала вводом энергии. Коммутация токов индуктивных накопителей / Потоцкий А.П., Халимуллин Ю.А., Крылов М.К., Кузнецов В.В., Савичев В.В., Галанин М.П. // Препринт ГНЦ РФ ТРИНИТИ 0082-А, ЦНИИАТОМИНФОРМ 2001 г. С. 26.], содержащий канал, образованный парой электрически изолированных параллельных рельсов и ускоряемый якорь, содержащий токовую перемычку, скользящую по паре рельсов. Электропитание рельсотрона осуществляется от секционированного индуктивного накопителя энергии. Точки подвода электроэнергии к рельсам от гальванически развязанных секций индуктивного накопителя распределены равномерно вдоль рельсов. Рельсы соединены с секциями индуктивного накопителя через сильноточные коммутаторы. Кроме того, секции индуктивного накопителя соединены между собой и с зарядным устройством сильноточными размыкателями. Подключение секции индуктивного накопителя осуществляется в момент прохождения токовой перемычки якоря точек подключения данной секции. Благодаря переходу части энергии магнитного поля в пройденном участке рельсотрона в объем следующего участка, достигается повышение коэффициента полезного действия [с. 19, рис. 12].

Недостатком такого устройства является усложнение конструкции источника электрической энергии и токопроводов для передачи электрической энергии от источников к ускорительному каналу за счет включения в схему сильноточных коммутаторов.

Выбранным за прототип, как наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату, является рельсотронный ускоритель (многовитковый рельсотрон) [Рельсотронный ускоритель: пат. 2154890. Рос. Федерация: МПК7 H02N 11/00, H02K 57/00, 33/00 / Полтанов А.Е., Кондратенко А.К., Павлов И.П., Рындин В.Н.; заявитель и патентообладатель Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (РФ) - №98123735/06 заявл. 22.12.1998; опубл. 20.08.2000 Бюл. №23. - 10 с.: 9 ил.], содержащий ускорительный канал, образованный N одинаковыми парами электрически изолированных токопроводящих параллельных рельсов, установленных неподвижно в электроизоляционном корпусе так, что первые рельсы всех пар и вторые рельсы всех пар расположены с изоляционными промежутками соответственно друг над другом стопой, и якорь, содержащий N электрически изолированных друг от друга электропроводных перемычек, каждая из которых установлена на соответствующем изоляторе ускоряемого якоря с возможностью скольжения по соответствующей паре рельсов. Кроме того, содержатся N-1 сериесных электропроводных перемычек, соединяющих на входе вторых рельсов i-й пары с первыми рельсами (i+1)-й пары (где i=1…N-1), а первый рельс первой пары и второй рельс N-й пары выведены для подключения источника электрической энергии. Таким образом, N пар рельсов соединены последовательно (сериесно) неподвижными перемычками, образуя N-витковый рельсотрон. В данном рельсотронном ускорителе используется один источник электрической энергии, что позволяет упростить конструкцию токоподвода и снизить потери электрической энергии при передаче ее от источника к ускорителю.

Недостатком такого рельсотронного ускорителя является его относительно низкий коэффициент полезного действия. Это связано с тем что в объеме участка канала, пройденном якорем при его движении, накапливается магнитное поле, энергия которого соизмерима с кинетической энергией якоря и практически не используется для разгона последнего. Это приводит к тому, что теоретический коэффициент полезного действия в такой конструкции, даже при отсутствии потерь в рельсах, не может превышать 50% при питании рельсотронного ускорителя от стабилизатора постоянного тока.

Раскрытие изобретения

Техническая задача изобретения заключается в разработке системы секционированного по длине подвода энергии к многовитковому рельсотрону, что давало бы возможность повысить коэффициент полезного действия многовиткового рельсотрона.

Для достижения указанного технического результата предложено усовершенствовать рельсотронный ускоритель (N-витковый рельсотрон), содержащий ускорительный канал, образованный N парами электрически изолированных токопроводящих параллельных рельсов, установленных неподвижно в электроизоляционном корпусе (неподвижном электроизоляторе) так, что первые рельсы всех пар и вторые рельсы всех пар расположены с изоляционными промежутками соответственно друг над другом и образуют первую и вторую стопы, якорь, содержащий N электрически изолированных друг от друга электропроводных перемычек, каждая из которых установлена на общем электроизоляторе ускоряемого якоря с возможностью скольжения по рельсам соответствующей пары и N-1 сериесные электропроводные перемычки, соединяющие со стороны входа рельсы второй стопы i-й пары с рельсами первой стопы i+1 пары (где i=1…N-l). Усовершенствование заключается в том, что содержится М дополнительных стоп содержащих по N-1 рельсов, установленных вдоль канала последовательно с изоляционными промежутками между концами рельсов первой стопы начиная со второго и началами рельсов первой дополнительной стопы, а также между концами рельсов j-й (где j=1…М-1) дополнительной стопы и началами рельсов j+1-й дополнительной стопы. Длина рельсов второй стопы и первого рельса первой стопы равна суммарной длине сборки первой и М дополнительных стоп. Изоляционные промежутки в стыках рельсов основной и дополнительных стоп шунтированы диодами, включенными в прямом направлении. Рельсы второй стопы i-й пары соединены через диоды, включенные в прямом направлении с началами i+1-х рельсов дополнительных стоп.

Краткое описание чертежа

На чертеже (фиг.) показана электрическая схема многовиткового рельсотрона, секционированного по длине.

Осуществление изобретения

Описание конструкции устройства

Электрическая схема многовиткового рельсотрона содержит ускорительный канал, образованный N парами рельсов 1.i и 2.i (i=1, 2, … N), электропроводные перемычки 3.i ускоряемого якоря установленные с возможностью скольжения по рельсам 1.i и 2.i соответствующей пары, сериесные перемычки 4.i соединяющие начальные концы пар рельсов 2.i и 1.i+1 последовательно. Первый рельс 1.1 первой пары и рельс 2.N последней пары подключены к источнику электропитания 5. Рельсы 1.i и 2.i собраны соответственно в первую и вторую стопы с изоляционными промежутками. Дополнительные М стоп, каждая из которых содержит N-1 рельсов, установлены вдоль канала последовательно с изоляционными промежутками между концами рельсов первой стопы, начиная со второго рельса 1.2 и началами рельсов первой дополнительной стопы, а также между концами рельсов j-ой дополнительной стопы и j+1-й дополнительной стопы. Длина рельсов второй стопы и первого рельса первой стопы равна суммарной длине сборки первой и М дополнительных стоп. Изоляционные промежутки в стыках рельсов основной и дополнительных стоп шунтированы диодами 7.2.1 … 7.N.1 … 7.2.М … 7.N.M, включенными в прямом направлении. Рельсы второй стопы i-ой пары соединены через диоды 8.2.1 … 8.N.1 … 8.2.М … 8.N.M, включенные в прямом направлении с началами i+1-ых рельсов дополнительных стоп.

Таким образом, данный многовитковый рельсотрон является секционированным. Длина каждой секции равна длинам рельсов, входящих в состав первой и дополнительных стоп. Рельсы 1.1 и 2.i являются общими для всех секций. Электроизоляция рельсов, перемычек якоря и сериесных перемычек на фиг. 1 не показана. Стрелкой V указано направление движения ускоряемого якоря, а стрелками I путь протекания электрического тока.

Работа устройства

Работа секционированного многовиткового рельсотрона, показанного на чертеже осуществляется следующим образом. В исходном положении ускоряемый якорь установлен в начале рельсов 1.1 … 2.N после точек подключения сериесных перемычек 4.1 … 4.(N-1). При подаче электрической энергии 5 на выводах рельсов 1.1 и 1.N появляется напряжение и по цепи, состоящей из начальных участков рельсов 1 и 2 перемычек 3.1 … 3.N ускоряемого якоря каждой пары рельсов, соединенных последовательно сериесными перемычками 4.1 … 4.N, протекает электрический ток. В результате взаимодействия магнитных полей, создаваемых токами, текущими в рельсах секции и перемычках якоря, возникает электромагнитная ускоряющая сила Fa. Под воздействием этой силы ускоряемый якорь перемещается вдоль рельсов по стрелке V.

Диоды 7.2.1 и 8.2.1 … 7.N.M и 8.N.M, включенные встречно попарно, предотвращают образование короткозамкнутых контуров, и участки рельсов перед движущимся якорем исключены из работы. После достижения якорем конца первой секции рельсотронного ускорителя, якорь своими перемычками 3.1 … 3.N замыкает начала рельсов второй секции. При этом ток источника электропитания 5 замыкается по цепи, содержащей рельс 1.1, перемычки якоря 3.1 … 3.N, участки рельсов 2.1 … 2.(N-1) и 6.1.2 … 6.(N-1).2 от контактов перемычек якоря с соответствующими рельсами, диоды 8.2.1 … 8.N.1 и рельс 2.N. Кроме того, по рельсам второй секции и перемычкам якоря протекает ток, вызванный э.д.с. самоиндукции накопленного магнитного поля первой секции, который замыкается по рельсам первой секции, сериесным перемычкам 4.1 … 4.(N-1) и замыкается через источник электропитания 5. При этом магнитное поле первой секции рельсов снижается, а его энергия используется для разгона якоря во второй и последующих секциях.

Движение якоря в последующих секциях происходит аналогичным образом, а электромагнитная ускоряющая сила Fa равна аналогичной силе в обычном N-витковом рельсотроне

где I - рабочий ток ускорителя, - погонная индуктивность канала, образованного N парами рельсов, запитываемых последовательно рабочим током I.

Это приводит к равенству полезных работ (кинетических энергий ускоряемых тел) при одинаковой длине обычного N-виткового и предлагаемого рельсотрона из М секций

где , , - длина одной секции ускорителя.

Коэффициент полезного действия ускорителя в общем случае определяется как

где Wвх - энергия, подведенная к каналу, которая без учета омических потерь может быть представлена как сумма полезной работы (кинетической энергии) и оставшейся в канале магнитной энергии .

Если при питании постоянным током I в момент вылета якоря в канале обычного N-виткового рельсотрона остается энергия магнитного поля равная

то в канале рассматриваемого секционированного ускорителя в момент вылета якоря остается магнитная энергия

где - погонная индуктивность пары рельсов 1.1 и 2.N. Степень увеличения коэффициента полезного действия

с учетом соотношений (3)-(5) (без учета тепловых, трения и других потерь) будет равна:

и лежит в области . Учет омических потерь при прочих равных условиях дает более высокие значения κ по сравнению с оценкой по формуле (7). Эффективность технического решения повышается с увеличением числа пар рельсов N и числа секций М.

Данное техническое решение позволяет повысить коэффициент полезного действия η многовиткового рельсотрона при секционировании. Это достигается использованием энергии магнитного поля предыдущих секций для ускорения якоря в последующих секциях.

Многовитковый рельсотрон, секционированный по длине, содержащий ускорительный канал, образованный N парами электрически изолированных токопроводных параллельных рельсов, установленных неподвижно в электроизоляционном корпусе так, что первые рельсы всех пар и вторые рельсы всех пар расположены с изоляционными промежутками соответственно друг над другом и образуют первую и вторую стопы, якорь, содержащий N электрически изолированных друг от друга электропроводных перемычек, каждая из которых установлена на общем электроизоляторе ускоряемого якоря с возможностью скольжения по рельсам соответствующей пары, и N-1 сериесные электропроводные перемычки, соединяющие со стороны входа рельсы второй стопы i-й пары с рельсами первой стопы i+1 пары (где i=1…N-1), отличающийся тем, что содержится М дополнительных стоп, содержащих по N-1 рельсов, установленных вдоль канала последовательно с изоляционными промежутками между концами рельсов первой стопы, начиная со второго, и началами рельсов первой дополнительной стопы, а также между концами рельсов j-й (где j=1…M-1) дополнительной стопы и началами рельсов i+1-й дополнительной стопы, причем длина рельсов второй стопы и первого рельса первой стопы равна суммарной длине сборки первой и М дополнительных стоп, изоляционные промежутки в стыках рельсов основной и дополнительных стоп шунтированы диодами, включенными в прямом направлении, а рельсы второй стопы i-й пары соединены через диоды, включенные в прямом направлении с началами i+1-х рельсов дополнительных стоп.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к многовитковым рельсотронам. Технический результат - повышение КПД.

Изобретение относится к электротехнике к линейным приводам со средством детектирования возгорания. Технический результат состоит в повышении надежности.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для электроприводов с прямолинейным движением рабочих органов. Цилиндрический линейный асинхронный двигатель содержит индуктор с трехфазной обмоткой, выполненной в виде катушечных модулей, якорь в виде ферромагнитного стержня с чередующимися ферромагнитными и электропроводящими кольцами.

Изобретение относится к электромагнитным пусковым установкам. Ускоритель содержит силовой корпус и находящиеся в нем рельсы, источник тока и подмагничивающие катушки, неполярные коммутаторы, систему управления коммутаторами, конденсаторный накопитель и источник питания накопителя.

Изобретение относится к области магнитолевитационной транспортной технологии, а именно к конструкции устройства магнитной левитации и поперечной стабилизации. Устройство магнитной левитации и поперечной стабилизации транспортного средства содержит бортовые сверхпроводниковые обмотки левитации и боковой стабилизации, Т-образно расположенные горизонтальные и вертикальные короткозамкнутые электропроводящие контуры, установленные непрерывно вдоль активной путевой структуры так, что плоскость симметрии бортовой сверхпроводниковой обмотки левитации и боковой стабилизации находится в плоскости вертикального короткозамкнутого электропроводящего контура, причем горизонтальные и вертикальные короткозамкнутые электропроводящие контуры выполнены в виде развернутой обмотки беличьей клетки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в робототехнических установках с программным управлением, включающих электропривод с шаговым двигателем, в частности линейным или двухкоординатным, и требующих точного позиционирования исполнительного механизма.

Изобретение относится к электромагнитным движителям и может быть использовано, в частности, в космических транспортных средствах. .

Изобретение относится к энергомашиностроению и может найти применение на транспорте, в том числе в летательных аппаратах и в космической технике. .

Изобретение относится к многовитковым рельсотронам. Технический результат - повышение КПД.

Изобретение относится к способам электротермического ускорения твердых тел. В способе электротермического ускорения твердых тел разряд между рельсами-токоподводами перемещается вместе со снарядом перемычкой, что провоцирует разряд между дном снаряда и рельсами.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для ускорения макротел, моделирования микрометеоритов и техногенных частиц, применяться в физике высокоскоростного удара.

Изобретение относится к электромагнитным пусковым установкам. Ускоритель содержит силовой корпус и находящиеся в нем рельсы, источник тока и подмагничивающие катушки, неполярные коммутаторы, систему управления коммутаторами, конденсаторный накопитель и источник питания накопителя.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Резонансный ускоритель пылевых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, мишень.

Электромагнитное оружие имеет сферический, или параболический, или эллиптический в продольном сечении отражатель электромагнитных волн, который имеет постоянный кронштейн или несколько сменных кронштейнов, на котором в фокусе отражателя крепится взрывной электромагнитный заряд.

Изобретение относится к области оружия и предназначено, в частности, для полного и быстрого уничтожения живой силы противника (или обращение его к бездействию) на любом расстоянии в зоне прямой видимости.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Резонансный электромагнитный ускоритель содержит ферромагнитный ускоряемый объект, цилиндрическую немагнитную трубку с соосно закрепленными на ней и последовательно расположенными тяговыми соленоидами, средства коммутации обмоток соленоидов по сигналам управляющего устройства, силовые шины коммутации и конденсаторный источник энергии, силовые ключи, изолированные драйверы, обратные диоды, датчик тока, шину управления, главный коммутатор, основной драйвер и импульсный блок питания.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Каскадный импульсный ускоритель твердых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, цилиндрические электроды, резисторы делителя, колонны разделительных сопротивлений, высоковольтные конденсаторы, неуправляемые разрядники, управляемые разрядники, систему управления, датчик тока, источник высокого напряжения, шину данных, мишень, согласующее устройство, электронно-вычислительную машину.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для решения научных и прикладных задач. Ускорение макрочастиц в данном способе осуществляют градиентом поля бегущего по спиральной структуре электрического импульса.
Наверх