Uprawniony z patentu: Pavel Imris, Eldagsen (Republika Federalna Niemiec) Generator elektryczny Przedmiotem wynalazku jest generator elek¬ tryczny, w szczególnosci do wytwarzania wyso¬ kich napiec, skladajacy sie z cewki indukcyjnej, z napedzanego i przyporzadkowanego do cewki wirnika z umieszczona na jego powierzchni tasma w ksztalcie linii srubowej z materialu ferromag¬ netycznego, oraz z magnesu wytwarzajacego pole magnetyczne.Znane sa powszechnie generatory elektryczne o najbardziej rozmaitych rodzajach budowy. Z za¬ sady cewka indukcyjna generatora porusza sie w polu magnetycznym, przy czym w cewce tej in¬ dukuje sie prad. Wytworzona sila elektromoto¬ ryczna jest proporcjonalna do zmiany w okresie czasu liczby linii natezenia pola magnetycznego przechodzacych przez zwoje cewki.Specjalny rodzaj budowy ma generator w mysl opisu podanego na wstepie, odpowiadajacy paten¬ towi FR-PS 996 645. Chodzi tu przy tym jednak o generator unipolarny, za pomoca którego mozna wytwarzac napiecia o wartosci praktycznie 15 V, przy czym generator ten rózni sie od generatorów powszechnie stosowanej budowy w glównych za¬ rysach tym, ze jeden z biegunów magnesów wy¬ twarzajacych pole magnetyczne jest uksztaltowa¬ ny jako tasma, przebiegajaca w postaci linii sru¬ bowej i obracajaca sie w stosunku do cewki in¬ dukcyjnej. Wychodzace z tej tasmy linie nateze¬ nia pola przesuwaja sie ponad zwojami cewki indukcyjnej i powoduja przez to indukcje.W nowoczesnym przemysle wystepuje duze za¬ potrzebowanie na zródla wysokiego napiecia, na przyklad w przemysle chemicznym dla syntezy chemicznej lub w dziedzinie chemii z zastosowa- 5 niem silnego' pola elektrycznego. Dla oczyszczania powietrza konieczne sa równiez zródla wysokiego napiecia, które wytwarzaja bardzo krótkie iskry przy wyladowaniu ulotowym, na przyklad w fil¬ trach elektrostatycznych. Te krótkie iskry przy 10 ulocie wyplywaja ze zródel wysokiego napiecia o bardzo malej reaktancji indukcyjnej. W obec¬ nych czasach te zródla wysokiego napiecia prak¬ tycznie stanowia transformatory wysokiego napie¬ cia, polaczone z generatorami elektrycznymi, przy 15 czym kombinacja ta ma bardzo duza reaktancje indukcyjna. Gdy tego rodzaju zródlo wysokiego napiecia polaczone jest na przyklad z generatorem ozonu, wówczas iskry utrzymuja sie w generato¬ rze ozonu dlugo, a wydajnosc wytwarzania ozonu 20 jest przez to ograniczona.Przy stosowaniu w wymienionych juz dziedzi¬ nach przemyslu oraz w innych dziedzinach nalezy wziac pod uwage, ze wskutek fluktuacji pradu 25 elektrycznego powstaja w wirniku drgania trudne do opanowania, tak ze praktycznie bardzo trudne i wymagajace duzego nakladu jest zapewnienie stalego obrotu wirnika, a przez to stalej czesto¬ tliwosci wytworzonego pradu, co jest pozadane w 30 wymienionych dziedzinach przemyslu, na przyklad 761133 przy czestotliwosci 50 Hz dokladnosc powinna byc rzedu ilO"*.Celem wynalazku jest przeto opracowanie ge¬ neratora elektrycznego, w szczególnosci do wytwa¬ rzania wysokich napiec, który spelnialby te wy¬ magania.Cel ten zostal osiagniety wedlug wynalazku przy uzyciu generatora omawianego rodzaju dzieki te¬ mu, ze zakonczenia tasmy, otaczajacej czesc cewki indukcyjnej, sa umieszczone naprzeciwko obydwu biegunów magnesu, przy czym tasma jest zwy- miarowana i umieszczona w taki sposób, ze ma¬ ksymalna skuteczna dlugosc tasmy dla przebiegu strumienia magnetycznego oddzialywujacego w sposób ciagly na cewke magnetyczna, mierzona 1 w stopniach katowych, wynosi co najmniej 2X360°.To rozwiazanie stanowi zatem nowa mechanicz¬ na zasade budowy dla zrealizowania czasowej zmiany oddzialywania strumienia magnetycznego na cewke elektryczna w generatorze elektrycznym, przy czym czasowa zmiana strumienia magnetycz¬ nego jest powodowana przez tasme ferromagne¬ tyczna, która zostaje obracana dokola swej osi, to znaczy indukcja sily elektromagnetycznej w cewce powstaje przez zmiane skutecznej dlugosci 2! tasmy dla przebiegu strumienia magnetycznego w tasmie ferromagnetycznej.Tasma majaca ksztalt linii srubowej obraca sie miedzy elektromagnesem i pewna czescia cewki indukcyjnej, przy czym cewka przebiega poprzez tasme i ponadto dokola tasmy.Magnes znajduje sie na zewnatrz tasmy, a pole magnetyczne przebiega od jednego bieguna ma¬ gnesu i z powrotem poprzez druga szczeline po- 3. wietrzna do drugiego bieguna magnesu. Gdy tas¬ ma ferromagnetyczna obraca sie dokola swej osi, wówczas przy kazdym pólobrocie pole magne¬ tyczne przechodzi przez tasme, a mianowicie po raz pierwszy przy 360°, a po wtóre przy 2X360° 4C lub innej wielokrotnosci tej liczby stopni w za¬ leznosci od dlugosci tasmy.W ten sposób mozna wytwarzac prad o wyso¬ kim napieciu, którego czestotliwosc pozostaje w prostym stosunku do obracania sie tasmy o po- 45 staci linii srubowej.Czestotliwosc ta moze byc utrzymywana bardzo precyzyjnie wobec nieznacznego wplywu sily Lenza. Na przyklad przy 50 Hz mozna utrzymac dokladnosc czestotliwosci ±10"*, co jest bardzo 50 wazne przy wielu zastosowaniach tego generatora w tak zwanej fizyce plazmy.Generator ten, nie wymagajacy komutatora, ma mala reakcje indukcyjna i dlatego tez moze byc stosowany ze szczególna korzyscia w nastepuja- 55 cych dziedzinach: przy wytwarzaniu tak zwanej plazmy hybrydowej, przy wyladowaniu lukowym z bardzo krótka iskra; przy wytwarzaniu ozonu, przy wyladowaniu lukowym z bardzo wysoka wy¬ dajnoscia; w syntezie chemicznej; przy oczyszcza- eo niu powietrza w filtrach elektrostatycznych; przy eksploatacji tak zwanych generatorów plazmy, w których wytwarzane sa jony metastabilne, przy czym w powiazaniu z takimi generatorami plazmy mozna uzyskac cosq równy praktycznie jednosci. 6B 113 4 Generator wedlug wynalazku objasniony jest blizej na przykladzie wykonania na podstawie ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat pod¬ stawowy generatora, a fig. 2 — postac wykona- s nia generatora w ujeciu schematycznym.Na rysunku przez 1 oznaczono tasme ferromag¬ netyczna o dlugosci 2,66/6/X360°, przez 2 — elek¬ tromagnes wzglednie magnes trwaly, przez 3 — cewke indukcyjna, przez 4 — os przebiegajacej 1 w postaci linii srubowej tasmy 1, przez 5 — od¬ step miedzy zwojami tasmy 1, przez 6 — szero¬ kosc tasmy 1, przez 7 — odstep miedzy bieguna¬ mi magnetycznymi S, N, a przez 8 — szczeline powietrzna miedzy biegunami magnetycznymi S, N i tasma 1.Przy obracaniu sie tasmy ferromagnetycznej 1 dokola osi 4 strumien magnetyczny plynacy od bieguna magnetycznego S do bieguna magnetycz¬ nego N jest staly, to znaczy, ze strumien magne¬ tyczny przy obrocie tasmy nie ulega nigdy przer¬ waniu. Zmienna jest jedynie skuteczna dlugosc tasmy dla strumienia magnetycznego. Przy kaz¬ dym pólobrocie droga strur jnia magnetycznego jest dwa razy dluzsza lub dwa razy krótsza. Jezeli dlugosc tasmy 1 mierzy sie liczba stopni katowych, wówczas droga strumienia magnetycznego w pierwszym pólokresie wynosi 1X360°, a w drugim pólokresie — 2X360°.Przy obrocie tasmy 1 zmienia sie liczba magne¬ tycznych elementów tasmy 1, które oddzialywu- ja na cewke indukcyjna 3. W pierwszym pólokre¬ sie oddzialywuje na cewke indukcyjna 3 jeden zwój, a w drugim pólokresie oddzialywuja na te cewke dwa zwoje tasmy 1. Dlugosc spirali powinna wynosic co najmniej 2X360°. Teoretycznie moze dlugosc tasmy stanowic jednak wielokrotnosc 360°.W przypadku idealnego przebiegu sinusoidalnego indukowanego pradu dlugosc tasmy 1 wynosi 2,66/6/X 360°, lub 3,66/6/X360°, albo 4,66/6/X X360° itd.Teoretycznie ograniczenie dlugosci tasmy lezy miedzy 2X360° i 00 X360°, a bieguny magnesu znajduja sie stale na poczatku i na koncu tasmy 1." Jezeli magnes 2 wytwarza strumien magnetycz¬ ny 0, wówczas w cewce indukcyjnej wywiazuje sie indukowana sila elektryczna jak ponizej: pierwszy pólokres — 10; drugi pólokres — 20.Oznacza to, ze jezeli tasma 1 robi jeden obrót, wówczas w cewce indukcyjnej 3 indukuje sie jeden okres sinusoidy napiecia elektrycznego. In¬ nymi slowy, okres sinusoidalny napiecia elektrycz¬ nego indukuje sie w cewce indukcyjnej po jed¬ nym obrocie (2ji), a pólokres sinusoidy po polowie obrotu (Iji). Cewka indukcyjna 3 i elektromagnes 2 sa nieruchome, obraca sie tylko ferromagnetycz¬ na tasma 1, przebiegajaca w postaci linii srubo¬ wej. Jak juz wspomniano, komutator nie jest potrzebny.Czestotliwosc indukowanego napiecia elektrycz¬ nego o przebiegu sinusoidalnym zalezna jest od obrotu tasmy ferromagnetycznej, a napiecie elek¬ tryczne na cewce indukcyjnej, zalezne jest od licz¬ by jej zwojów, a takze od strumienia magnetycz¬ nego i liczby obrotów tasmy 1.5 Przy wytwarzaniu wysokiego napiecia cewka indukcyjna 3 zamknieta jest w rurze 11 (patrz fig. 2), wypelnionej olejem transformatorowym lub innym medium izolacyjnym.Na fig. 2 przedstawiono wyraznie w sposób schematyczny praktyczna postac wykonania. Na fig. 2 przy zachowaniu oznaczen 1 — 8 wprowa¬ dzono jeszcze dalsze oznaczenia. Przez 9 oznaczo¬ no nie ferromagnetyczna rure nosna dla tasmy ferromagnetycznej, przez 10 — lozysko tej rury nosnej, przez 11 — rure oslaniajaca cewke induk¬ cyjna 3, przez 12 — podpory rury oslaniajacej 11, wypelnionej olejem transformatorowym 13, przez 14 — izolator przepustowy dla koncówek 15 cew¬ ki, przez 16 — uzwojenie elektromagnesu 2, a przez 18 — krótki element izolujacy, gdy rura 11 wykonana jest z metalu.Rura oslaniajaca 11 jest zaopatrzona w lozysko 10, podpierajace rure nosna 9 tasmy ferromagne¬ tycznej 1. Umieszczona na rurze nosnej 9 w po¬ staci linii srubowej tasma 1 wiruje wraz z rura nosna 9, obracana dokola fikcyjnej osi 4 przez nie uwidoczniony naped. Pomiedzy elementami 9 i 11 znajduja sie lozyska 10. Elektromagnes 2 stoi swymi lapami na pomoscie, na którym umiesz¬ czona jest równiez rura oslaniajaca 11 za pomoca podpór 12. Rura oslaniajaca 11 sklada sie przewaz¬ nie z materialu izolujacego elektrycznie, moze byc jednak wykonana równiez z metalu, przy czym nalezy przewidziec wówczas element izolujacy, aby zapobiec indukowania sie pradu takze w rurze oslaniajacej.Strumien magnetyczny elektromagnesu 2, któ¬ rego bieguny skladaja sie przewaznie z miekkie¬ go, ferromagnetycznego materialu, zamyka sie po¬ przez tasme 1. Gdy tasma 1 obraca sie w cewce indukcyjnej 3 indukuje sie sila elektromotoryczna.Prawo Maxwell-Faraday'a obowiazuje w tym przypadku w nastepujacej postaci: pierwsze pólobrotu spirali= 10, drugie pólobrotu spirali=20, przy czym 0 jest bezwzgledna wartoscia strumie¬ nia magnetycznego, wytworzonego przez magnes 2.Ta zmiana strumienia magnetycznego przedsta¬ wia okres sinusoidalny sily elektromotorycznej, indukowanej w cewce indukcyjnej 3. Jezeli mie¬ dzy koncówkami 15 umieszczona jest opornosc elektryczna czynna, wówczas przez te opornosc oraz przez cewke 3 krazy prad elektryczny.Bardzo doniosla zaleta tego generatora polega na bardzo niskiej reaktancji indukcyjnej cewki indukowanej 3.Reaktancje indukcyjna (L) okresla sie na przy¬ klad jako: }i-N2-A l—L—' przy czym |i oznacza wzgledna przenikalnosc mag¬ netyczna tasmy 1 w danym przypadku, N — licz¬ be zwojów cewki 3, A — przekrój strumienia magnetycznego, a L — dlugosc cewki indukcyj¬ nej 3.Reaktancja indukcyjna cewki indukcyjnej 3 jest tak niewielka dlatego, poniewaz tasma ferro¬ magnetyczna 1 znajduje sie zawsze pod wplywem 113 -¦¦ •¦•¦¦•;'V-^v;';':'v:.' :-¦¦¦'V:-'". ./Z/C^- ':"' '¦¦¦ 'e':':^-:' :/¦¦'' •:¦¦ v strumienia magnetycznego. Natezenie pola mag¬ netycznego w tasmie 1 jest zawsze stale, dlatego tez wzgledna przenikliwosc magnetyczna tasmy 1 utrzymuje sie zawsze jako stala i niewielka. Bez- 5 wzgledna przenikliwosc magnetyczna \x0 tasmy 1 powinna byc oczywiscie tak duza, jak to jest tylko mozliwe.Ta niska reaktancja indukcyjna stanowi, jak juz wspomniano, bardzo duza zalete i mozna ja wyko- 0 rzystywac przy wytwarzaniu ozonu, jak równiez przy specjalnych zastosowaniach w chemii plazmy i w fizyce plazmy. Druga bardzo wazna zalete stanowi precyzyjna kontrola czestotliwosci napiecia elektrycznego, wytwarzanego przez generator, co 5 jest mozliwe, poniewaz mechaniczne obracanie tasmy 1 moze byc regulowane dokladnie. Obroty tasmy 1 moga byc tak dokladnie regulowane dla¬ tego, poniewaz strumien magnetyczny, obejmujacy cewke indukcyjna, wywiera wedlug reguly Lenza B bardzo subtelny wplyw na obroty tasmy ferromag¬ netycznej, co oznacza, ze wirnik przy obrocie wol¬ ny jest od drgan mechanicznych.Przy praktycznym wykonaniu takiego genera- . tora nalezy przestrzegac ponizsze wskazania: Dla wykonywania zasadniczych zadan generatora dlu¬ gosc tasmy powinna wynosic co najmniej 2X360°.Celem uzyskania idealnej sinusoidy napiecia elek¬ trycznego — wytwarzanego przez ten generator, ( mozna zastosowac na przyklad nastepujace para¬ metry: Dlugosc tasmy ferromagnetycznej: 2,66/6/X X360°. Szerokosc 6 tasmy powinna byc równa wielkosci odstepu 5 pomiedzy zwojami tasmy 1.Odstep 7 miedzy biegunami magnetycznymi S i N powinien równac sie szerokosci 6 pomnozonej przez 1,33/3/, podczas gdy szerokosc biegunów magnetycznych powinna stanowic szerokosc 6 po¬ mnozona przez 1,66/6/. Gdy na przyklad dlugosc tasmy wynosi 3,66/6/X 360°, wówczas odstep 7 powinien wynosic: [szerokosc 6Xl,33/3/]-h2X sze¬ rokosc 6 tasmy. Gdy dlugosc tasmy wynosi 4,66/6/c 360°, wówczas odstep 7 powinien byc: [szerokosc 6 tasmy X 1,33/3/]+4 X szerokosc 6 tasmy. Gdy dlugosc tasmy wynosi 5,66/6/X 360°, wówczas odstep 7 powinien miec wartosc: [sze¬ rokosc 6 tasmy X 1,33/3/]+ 6 X szerokosc 6 tasmy, itd.Tasma ferromagnetyczna 1 powinna byc wyko¬ nana z miekkiego, magnetycznego materialu, to 50 znaczy natezenie koercyjne powinno byc minimal¬ ne, krzywa histerezy powinna byc bardzo waska, a przenikliwosc magnetyczna tak duza, jak to jest tylko mozliwe. Nastepnie opornosc elektryczna czynna tasmy ferromagnetycznej powinna byc tak 55 duza, jak to jest tylko mozliwe. Idealnym mate¬ rialem na tasme bylby ferryt, nadaje sie jednak do uzytku równiez staliwo, permaloj, supermaloj i inne.Elektromagnes 2 mozna wykonac w znany spo- 50 SÓb.Rura nosna 9 moze skladac sie zarówno z ma¬ terialu niemagnetycznego, jak równiez z materialu nie przewodzacego elektrycznie. Rura ta moze nie miec scianek pelnych, lecz moze miec takze »b scianki azurowe.76 113 PL