Magnetohydrodynamischer Generator, zur direkten Erzeugung von Wechselstrom Unter dem Begriff Magnetohydrodynamischer Generator wird, bekanntlich eine Einrichtung zur direkten Umwandlung von Wärmeleistung in elek trische Leistung verstanden. Die Einrichtungen, auf welche sich im Hinblick auf die Erzeugung hoher elektrischer Leistungen das Interesse zur Zeit konzen triert, umfassen (Fig. <B>1)</B> einen Kanal K von beispiels weise quadratischem Querschnitt, der von ionisiertem Gas durchströmt wird. Durch das eine Paar<I>a,<B>b</B></I> der Seitenwände hindurch wird, quer zur Strömungsrich tung v des Gases ein magnetisches Feld H gelegt.
Die übrigen Wände c und<B>d</B> sind mit<B>je</B> einer Elektrode <B>Ei</B> bzw. <B>E,</B> versehen, welche dem Gas ausgesetzt ist. Zwischen diesen beiden Elektroden entsteht beim Betrieb des Generators eine Gleichspannung<B>E,</B> deren Höhe unter anderem von der Strömungsgeschwindig keit des Gases und von der magnetischen Feldstärke abhängt. Untersuchungen liessen erkennen, dass mit derartigen Einrichtungen bei Kanallängen von der Grössenordnung<B>10</B> m, Kanalquerschnitten von der Grössenordnung<B>1</B> M2, Strömungsgeschwindigkeiten des Gases (z. B.
Luft von rund 20000 K) in der Grössenordnung<B>1000</B> m/s und Magnetfeldern in der Grössenordnung<B>10000</B> Gs elektrische Leistungen von mehr als<B>100</B> MW bei Spannungen in der Grössen ordnung<B>1000</B> V erzielbar sind.
Die bekannten Einrichtungen sind zur Erzeugung von Gleichstrom entworfen worden. Bei der Ver wendung solcher Einrichtungen in Kraftwerken zur Speisung des vorhandenen Verteilnetzes ist daher eine Umformung in Wechselstrom notwendig. In An betracht der verhältnismässig grossen Leistungen bei verhältnismässig niedrigen Spannungen ist der Um- forinprozess mit beträchtlichen Schwierigkeiten ver bunden und bedingt einen relativ grossen, Aufwand.
Der erfindungsgemässe Generator erzeugt nun direkt Wechselstrom. Er kann also auf kürzestem Wege direkt mit einem Hochspannungstransformator verbunden werden, so dass der Hochstromkreis nur geringe Ausdehnung aufzuweisen braucht. Schalt kontakte oder Kommutatoren im Hochstromkreis fallen dabei völlig weg.
Es erscheint naheliegend, eine Einrichtung gemäss Fig. <B>1</B> dadurch zur Erzeugung von Wechselstrom auszunützen, dass ein Magnetfeld H von zeitlich sinus- förmigveränderlicher Stärke appliziert wird. Infolge der zeitlich veränderlichen Beeinflussung der Gas strömung durch das pulsierende Magnetfeld entstehen jedoch in der Längsrichtung des Kanals periodische Druckwellen, so dass dieses Verfahren aus gaskine tischen Gründen nicht in Betracht kommt.
Der Erfindlungsgedanke sieht demgegenüber vor, ein Magnetfeld anzuwenden, das zwar seine Richtung mit der gewünschten Frequenz ändert, das aber zur Vermeidung der störenden Druckwellen. im Gasstrom stetsdieselbe Stärke aufweist. Demgemäss sind, beim erfindungsgemässen Generator die Mittel zur Erzeu gung des Magnetfeldes so ausgebildet, dass sie zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes geeignet sind.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen Gene#rators, der zur Erzeugung von dreipha sigem Wechselstrom geeignet ist. Die Mittel zur Er zeugung des um die Längsachse des Kanals rotie renden magnetischen Drehfeldes umfassen den Stator <B><I>S</I></B> mit den drei Polköpfen Pl, P2, P.. Die<B>Polköpfe</B> tragen Erregerwicklungen, welche aus der Drehstrom- quelle <B>Q</B> gespeist werden.
Der sechseckige Kanal K enthält zwischen den, Magnetpolen die drei Elektroden Eji <B><I>E2,</I> E.,</B> an welchen eine erzeugte Drehstrom- leistung in Dreieckschaltung abgenommen wird. Es kann selbstverständlich auch ein Stator mit sechs Polköpfen, vorgesehen werden, wobei jeweils die Erregerwicklungen von einander diametral gegenüber liegenden Polköpfen aus<B>je</B> einer Phase der Dreh- stromquelle gespeist werden.
Die Fig. <B>3</B> zeigt die Polköpfe und Elektroden in einer für die Erzielung günstiger magnetischer und elektrischer Eigenschaften zweckmässigen Gestalt. Die inneren Begrenzungslinien der Polkopfflächen und der Elektroden stehen an ihren Schnittpunkten senkrecht aufeinander. Diese Bedingung kann durch eine Krüm mung der Elektroden, durch eine Krümmung der dem Gasstrom zugewendeten Polflächen oder auch, wie es die Figur zeigt, durch eine Krümmung aller Flächen, erfüllt werden. Die ausserhalb der Elektroden zwischen den Polköpfen auftretenden Streufelder las sen sich in an sich bekannter Weise durch Kurz- schlusswindungen unterdrücken.
Im vorliegenden Fall können diese Kurzschlusswindungen durch die radial gestellten, Zuleitungen Z" Z2, Z,3 gebildet werden, die sich dazu wenigstens angenähert über die gesamte Länge des Stators erstrecken, müssen.
Magnetohydrodynamic generator, for the direct generation of alternating current The term magnetohydrodynamic generator is understood to mean a device for the direct conversion of thermal power into electrical power. The facilities on which the interest is currently concentrated with regard to the generation of high electrical powers include (FIG. 1) a channel K of, for example, a square cross-section through which ionized gas flows. A magnetic field H is placed through one pair <I> a, <B> b </B> </I> of the side walls, transversely to the flow direction v of the gas.
The remaining walls c and <B> d </B> are provided with <B> each </B> an electrode <B> Ei </B> or <B> E, </B>, which are exposed to the gas is. When the generator is in operation, a DC voltage is generated between these two electrodes, the level of which depends, among other things, on the flow rate of the gas and the magnetic field strength. Investigations have shown that with such devices with channel lengths of the order of <B> 10 </B> m, channel cross-sections of the order of <B> 1 </B> M2, flow velocities of the gas (e.g.
Air of around 20,000 K) in the order of magnitude <B> 1000 </B> m / s and magnetic fields in the order of magnitude <B> 10000 </B> Gs electrical power of more than <B> 100 </B> MW at voltages in the order of <B> 1000 </B> V can be achieved.
The known devices have been designed for the generation of direct current. When using such facilities in power plants to feed the existing distribution network, conversion into alternating current is necessary. In view of the relatively high performance at relatively low voltages, the transformation process is associated with considerable difficulties and requires a relatively large amount of effort.
The generator according to the invention now generates alternating current directly. It can therefore be connected directly to a high-voltage transformer in the shortest possible way, so that the high-current circuit only needs to be small. Switching contacts or commutators in the high-current circuit are completely eliminated.
It seems obvious to use a device according to FIG. 1 for generating alternating current by applying a magnetic field H of a strength that changes sinusoidally over time. As a result of the time-varying influence of the pulsating magnetic field on the gas flow, however, periodic pressure waves arise in the longitudinal direction of the channel, so that this method cannot be considered for gas kinetic reasons.
In contrast, the idea of the invention provides for a magnetic field to be used which, although it changes its direction at the desired frequency, does so to avoid the disruptive pressure waves. always has the same strength in the gas flow. Accordingly, in the generator according to the invention, the means for generating the magnetic field are designed so that they are suitable for generating a rotating magnetic field.
2 shows an exemplary embodiment of such a generator which is suitable for generating three-phase alternating current. The means for generating the rotating magnetic field rotating about the longitudinal axis of the channel comprise the stator <B><I>S</I> </B> with the three pole heads Pl, P2, P .. The <B> pole heads < / B> carry excitation windings which are fed from the three-phase current source <B> Q </B>.
The hexagonal channel K contains, between the magnetic poles, the three electrodes Eji <B> <I> E2, </I> E., </B> at which a generated three-phase power is tapped in a delta connection. Of course, a stator with six pole heads can also be provided, with the excitation windings being fed from diametrically opposite pole heads from one phase of the three-phase current source.
FIG. 3 shows the pole heads and electrodes in a shape that is useful for achieving favorable magnetic and electrical properties. The inner boundary lines of the pole head surfaces and the electrodes are perpendicular to one another at their intersection points. This condition can be fulfilled by a curvature of the electrodes, by a curvature of the pole surfaces facing the gas flow or, as the figure shows, by a curvature of all surfaces. The stray fields occurring outside the electrodes between the pole heads can be suppressed in a manner known per se by short-circuit windings.
In the present case, these short-circuit turns can be formed by the radially positioned supply lines Z ″ Z2, Z, 3, which for this purpose must extend at least approximately over the entire length of the stator.