RU75260U1 - Бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор - Google Patents
Бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор Download PDFInfo
- Publication number
- RU75260U1 RU75260U1 RU2008108466/22U RU2008108466U RU75260U1 RU 75260 U1 RU75260 U1 RU 75260U1 RU 2008108466/22 U RU2008108466/22 U RU 2008108466/22U RU 2008108466 U RU2008108466 U RU 2008108466U RU 75260 U1 RU75260 U1 RU 75260U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- switch
- load
- amplitude
- current
- Prior art date
Links
Landscapes
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области электромашинных генераторов параметрического типа с периодически изменяющимися при вращении ротора индуктивностями обмоток статора и может быть использована для питания электрофизических установок мощными импульсами тока с амплитудой до 1 МА и более, например, для питания активно-индуктивной нагрузки, такой как рельсотрон (электромагнитный ускоритель).
Задачей полезной модели является существенное повышение амплитуды генерируемого импульса тока в нагрузке.
Это достигается тем, что бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор содержит импульсный источник возбуждения (конденсаторная батарея) с первым коммутатором, явнополюсный ферромагнитный статор с рабочей обмоткой и числом витков wP, размещенной в открытых пазах между полюсами, к которой подключена через второй коммутатор нагрузка, монолитный ротор из проводящего электрический ток материала с зубцами, между которыми закреплены магнитопроводы, число которых равно числу пар полюсов р рабочей обмотки, где p=2,3,4.... При этом на статоре в тех же открытых пазах размещена обмотка возбуждения с тем же числом пар полюсов р и с числом витков wB, которое выбрано из условия: wB>wP.К обмотке возбуждения через первый коммутатор подключен импульсный источник возбуждения. Ил. 3.
Description
Полезная модель относится к области электромашинных генераторов параметрического типа с периодически изменяющимися при вращении ротора индуктивностями обмоток статора и может быть использована для питания электрофизических установок мощными импульсами тока с амплитудой до 1 МА и более, например, для питания активно-индуктивной нагрузки, такой как рельсотрон (электромагнитный ускоритель).
Известен компрессионный генератор [Патент SU №934888, МПК Н03К 3/00. - Опубл. 15.08.1983. Бюл. №30], имеющего явнополюсные ферромагнитные ротор и статор с двумя одинаковыми обмотками, которые соединены между собой посредством скользящих контактов (контактные кольца и щетки) и включены через первый коммутатор последовательно с нагрузкой и импульсным источником возбуждения (заряженная конденсаторная батарея). Для увеличения импульсной мощности параллельно импульсному источнику возбуждения и первому коммутатору подключен второй коммутатор, который замыкается после полного разряда батареи, когда ток в обмотках достигнет нужной величины (I0) и создаст в генераторе требуемый магнитный поток. При вращении ротора суммарная индуктивность этих обмоток периодически изменяется за счет того, что в одном положении ротора обмотки оказываются включенными согласно и имеют максимальную суммарную индуктивность (Lmax), а в другом - встречно и имеют минимальную суммарную индуктивность (Lmin)- Кратность изменения индуктивности такого генератора N=Lmax/Lmin достигает сотен единиц и определяет значительную генерируемую энергию и мощность импульса тока в нагрузке. Недостатком этого генератора является наличие скользящих контактов, через которые необходимо пропустить всю генерируемую мощность и весь импульсный ток. Таким образом, амплитуда генерируемого импульса тока (Im) в нагрузке ограничена пропускной способностью скользящих контактов и соотношением Im<I0·N.
Известен бесконтактный компрессионный генератор [Invited the compensated pulsed alternator program - a review / W.L. Bird, W.F. Weldon, B.M. Carder, R.J. Foley - Proceedings of 3 rd IEEE International Pulsed Power Conference, Albuquerque, June 1981, p.134-141],
содержащий явнополюсный ферромагнитный статор с одной рабочей обмоткой, размещенной в открытых пазах между полюсами, и монолитный ротор из проводящего электрический ток материала с зубцами, число которых равно числу пар полюсов обмотки. При вращении ротора индуктивность обмотки за счет ее экранирования зубцами ротора периодически изменяется, причем в момент минимума индуктивности (Lmin) магнитный поток вытесняется в область обмотки, а в момент максимума индуктивности обмотки (Lmax) магнитный поток проходит значительный путь по воздуху между полюсами статора и для его создания требуется большая амплитуда тока возбуждения (I0).
Недостатками этого генератора являются:
а) большая амплитуда импульса тока возбуждения (I0), достигающая сотен кА;
б) значительная энергия импульса тока источника возбуждения (w0=0,5·LmaxI2 0), которая связана с большой амплитудой тока (I0);
в) незначительная кратность изменения индуктивности обмотки (N=Lmax/Lmin<10), которая ограничивает энергию (W) и амплитуду генерируемого импульса тока (Im) в нагрузке, так как W<W0·N и Im<I0·N.
Наиболее близким техническим решением является бесконтактный компрессионный генератор, выбранный в качестве прототипа [Патент RU №60807, МПК Н02К 57/00. - Опубл. 27.01.2007. Бюл. №3], содержащий явнополюсный ферромагнитный статор с одной рабочей обмоткой, размещенной в открытых пазах между полюсами, и монолитный ротор из проводящего электрический ток материала с зубцами, между которыми закреплены магнитопроводы, число которых равно числу пар полюсов обмотки. Параллельно рабочей обмотке подключены через первый коммутатор импульсный источник возбуждения (конденсаторная батарея) и через второй коммутатор нагрузка. Благодаря наличию магнитопроводов значительно уменьшается путь магнитного потока по воздуху в момент максимума индуктивности обмотки статора (Lmax), например, в n раз, что приводит к увеличению максимальной индуктивности обмотки статора (Lmax) и кратности изменения индуктивности (N) в n раз, к уменьшению амплитуды (I0) и энергии (W0) импульса тока возбуждения в n раз при неизменных значениях энергии (W) и амплитуды генерируемого импульса тока (Im) в нагрузке.
Недостатком прототипа является недостаточная для ряда нагрузок, в частности рельсотрона, амплитуда генерируемого импульса тока (Im).
Задачей полезной модели является существенное повышение амплитуды генерируемого импульса тока (Im) в нагрузке.
Это достигается тем, что в бесконтактном трансформаторном компрессионном генераторе, также как в прототипе, содержится импульсный источник возбуждения (конденсаторная батарея) с первым коммутатором, явнополюсный ферромагнитный статор с рабочей обмоткой и числом витков wp, размещенной в открытых пазах между полюсами, к которой подключена через второй коммутатор нагрузка, монолитный ротор из проводящего электрический ток материала с зубцами, между которыми закреплены магнитопроводы, число которых равно числу пар полюсов р рабочей обмотки, где p=2,3,4.... Согласно полезной модели на статоре в тех же открытых пазах размещена обмотка возбуждения с тем же числом пар полюсов р и с числом витков wВ, которое выбрано из условия: wB>wp.К обмотке возбуждения через первый коммутатор подключен импульсный источник возбуждения.
Достигаемый результат поясним при импульсном питании индуктивной нагрузки LH без учета активных сопротивлений обмоток генератора и нагрузки, когда в качестве импульсного источника возбуждения используется заряженная до напряжения U0 конденсаторная батарея емкостью С. Конструкция бесконтактного трансформаторного компрессионного генератора такова, что индуктивности обмотки возбуждения LB(t) и рабочей обмотки Lp(t), а также взаимная индуктивность между этими обмотками M(t) при вращении ротора изменяются одновременно во времени t с периодом T=2π/ω с учетом постоянной составляющей и первой гармоники так:
где LmaxB; LmaxP≈(wp/wB)2 LmaxB; Mmax≈(WP/WB)LmaxB - максимальные значения индуктивности обмотки возбуждения, индуктивности рабочей обмотки и взаимной индуктивности соответственно;
LminB; LminP≈(WP/WB)2LminB; Mmin≈(WP/WB)LminB - минимальные значения индуктивности обмотки возбуждения, индуктивности рабочей обмотки и взаимной индуктивности соответственно;
L=(LmaxB+LminB)/2 - среднее значение индуктивности обмотки возбуждения;
N=LmaxB/LminB≈LmaxP/LminP≈Mmax/Mmax/Mmin - кратность изменения индуктивностей обмоток;
- коэффициент модуляции индуктивностей обмоток;
ω=2πpf - угловая частота изменения индуктивностей, определяемая частотой вращения ротора (f) и числом пар полюсов (р) обмоток;
t0 - момент времени после срабатывания первого коммутатора, соответствующий максимальным значениям индуктивностей.
1. Рассмотрим первый интервал времени 0≤t≤t0, когда в момент t=0 замыкается первый коммутатор при разомкнутом втором коммутаторе. На этом интервале времени при t0≪T и LB(t)≈LmaxB, когда конденсаторная батарея емкостью
в момент t=t0 полностью разряжается, ток в обмотке возбуждения генератора будет равен (фиг.1, кривая 1):
где - амплитуда тока возбуждения iB(t).
В момент времени t=t0, когда индуктивность обмотки возбуждения и ток возбуждения максимальны, начальная энергия, запасаемая в магнитном поле этой обмотки, будет равна
2. Рассмотрим второй интервал времени t0≤t≤t1, когда в момент t=t0 замыкается второй коммутатор при замкнутом первом коммутаторе. Совместное решение уравнений
;
при известных начальных условиях
,
при потокосцеплениях обмоток генератора
и при практически постоянных индуктивностях (t1-t0<t0)
позволяет определить ток в обмотке возбуждения (фиг.1, прямая 2)
и ток в рабочей обмотке и нагрузке генератора при N»1 (фиг.1, прямая 3)
причем
3. Рассмотрим третий интервал времени t1≤t≤T, когда в момент t=t1 при iB(t1)=0 первый коммутатор размыкается и отключает источник возбуждения (конденсаторную батарею), причем второй коммутатор замкнут. При известном начальном условии
из решения уравнения
при LH=LminP определяем ток в рабочей обмотке генератора и нагрузке (фиг.1, кривая 4)
В момент времени t=t0+0,5T≈t1+0,5T, когда индуктивность рабочей обмотки минимальна (LminP), находим амплитуду генерируемого в нагрузке импульса тока
и энергию, переданную в нагрузку LH=LminP:
В свою очередь прототип при питании индуктивной нагрузки LH=LminP и тех же значениях начальной энергии W0 и амплитуды тока возбуждения I0 имеет
Таким образом, получаем
т.е. заявляемый бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор имеет при одинаковой энергии в wВ/wР раза большую амплитуду импульса тока в нагрузке.
На фиг.1 изображены расчетные кривые токов бесконтактного трансформаторного компрессионного генератора. На фиг.2 схематически изображен бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор с двумя парами полюсов (р=2) при положении ротора, когда индуктивности обмоток максимальны. На фиг.3 приведена электрическая схема бесконтактного трансформаторного компрессионного генератора.
Бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор (фиг.2) содержит корпус 1, явнополюсный ферромагнитный статор 2 с обмоткой возбуждения 3 и рабочей обмоткой 4, которые размещены в открытых пазах 5, монолитный ротор 6 из проводящего электрический ток материала с зубцами, между которыми закреплены магнитопроводы 7. Обмотка возбуждения 3 с числом витков wВ и рабочая обмотка 4 с числом витков wР имеют одинаковое число пар полюсов (р=2, 3, 4, ...), причем wВ/wР. Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи явнополюсный ферромагнитный статор 2 и магнитопроводы 7 ротора 6 изготовляются шихтованными, т.е. набранными из отдельных изолированных листов электротехнической стали.
Электрическая схема бесконтактного трансформаторный компрессионного генератора (фиг.3) содержит обмотку возбуждения 3 и рабочую обмотку 4, импульсный источник возбуждения 8 (И), первый коммутатор 9, второй коммутатор 10 и нагрузку 11 (Н). К обмотке возбуждения 3 подключены первый коммутатор 9 и импульсный источник возбуждения 8 (И), а к рабочей обмотке 4 подключены второй коммутатор 10 и нагрузка 11 (Н). В качестве импульсного источника возбуждения 8 (И) может быть выбрана заряженная от внешнего источника конденсаторная батарея с первым коммутатором 9 в виде тиристорной группы, а в качестве нагрузки 11 (Н) может быть выбран, например, индуктивный накопитель энергии (катушка индуктивности) или рельсотрон со вторым коммутатором 10 в виде проводящего ток ускоряемого тела, которое получает начальную скорость, например, от пороховых газов и замыкает цепь рабочей обмотки 4 в момент максимума ее индуктивности.
Бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор работает следующим образом. Внешним приводным двигателем ротор 6 генератора раскручивается до определенного числа оборотов. Коммутаторы 9 и 10 разомкнуты. В момент близкий к максимумам индуктивностей обмоток 3 и 4 первый коммутатор 9 замыкается и импульсный источник возбуждения 8 (И) генерирует в обмотке возбуждения 3 импульс тока возбуждения iВ(t). Далее в момент максимума индуктивностей обмоток 3 и 4 замыкается второй коммутатор 10 и рабочая обмотка 4 подключается к нагрузке 11 (Н). За счет уменьшающейся индуктивности рабочей обмотки 4 начинает нарастать ток i(t) в этой обмотке 4 и нагрузке 11 (Н), причем в момент, когда ток возбуждения iВ(t) становится равным нулю, размыкается первый коммутатор 9 и импульсный источник 8 (И) отключается. В момент, когда ток i(t) становится минимальным, второй коммутатор 10 размыкается и отключает нагрузку 11 (Н). Схема генератора (фиг.3) приходит в исходное состояние и генератор готов к генерированию следующего импульса тока i(t) в нагрузке 11 (Н).
Полезная модель по сравнению с прототипом на основании расчетов и исследований, проведенных автором, имеет при той же энергии импульса в (wВ/wР) раза большую амплитуду тока в нагрузке.
Данная полезная модель может быть реализована в виде бесконтактного трансформаторного компрессионного генератора массой 50000 кг (р=2) для импульсного питания рельсотрона. Такой генератор имеет импульсную мощность до 34000 МВт при следующих расчетных параметрах:f=50 об/с; кинетическая энергия вращающегося ротора 60 МДж; N=120 при индукции магнитного потока 2 Тл; wВ=8 витков; wР=2 витка; U0=25 кВ;
I0=20 кА; Im=6,8 MA; W0=200 кДж; W=10 МДж; длительность импульса тока на половине его амплитуды равна 0,5 мс.
Claims (1)
- Бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор, содержащий импульсный источник возбуждения (конденсаторная батарея) с первым коммутатором, явнополюсный ферромагнитный статор с рабочей обмоткой и числом витков Wρ, размещенной в открытых пазах между полюсами, к которой подключена через второй коммутатор нагрузка, монолитный ротор из проводящего электрический ток материала с зубцами, между которыми закреплены магнитопроводы, число которых равно числу пар полюсов ρ рабочей обмотки, где ρ=2, 3, 4,..., отличающийся тем, что на статоре в тех же открытых пазах размещена обмотка возбуждения с тем же числом пар полюсов ρ и с числом витков WB, которое выбрано из условия: WB>Wρ, при этом к обмотке возбуждения через первый коммутатор подключен импульсный источник возбуждения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108466/22U RU75260U1 (ru) | 2008-03-04 | 2008-03-04 | Бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008108466/22U RU75260U1 (ru) | 2008-03-04 | 2008-03-04 | Бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU75260U1 true RU75260U1 (ru) | 2008-07-27 |
Family
ID=39811339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008108466/22U RU75260U1 (ru) | 2008-03-04 | 2008-03-04 | Бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU75260U1 (ru) |
-
2008
- 2008-03-04 RU RU2008108466/22U patent/RU75260U1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2011115118A (ru) | Индуктивный прием электрической энергии для транспортного средства | |
Cheng et al. | Design and simulation of a new brushless doubly-fed pulsed alternator for high-energy pulsed lasers | |
RU2529306C1 (ru) | Электромеханическая трансмиссия | |
Ye et al. | Comparison between self-excitation and pulse-excitation in air-core pulsed alternator systems | |
RU75260U1 (ru) | Бесконтактный трансформаторный компрессионный генератор | |
RU72369U1 (ru) | Бесконтактный двухкаскадный компрессионный генератор | |
Tatevosyan et al. | The study of the electromagnetic field of the synchronous magnetoelectric generator | |
RU2616508C2 (ru) | Способ размагничивания судна и устройство для его реализации | |
RU132274U1 (ru) | Трехобмоточный компрессионный генератор | |
RU166265U1 (ru) | Импульсный генератор | |
RU65313U1 (ru) | Схема управления униполярным компрессионным генератором | |
RU156058U1 (ru) | Бесконтактный вентильно-компрессионный генератор | |
RU60807U1 (ru) | Бесконтактный компрессионный генератор | |
Sharma et al. | Optimization technique to mitigate the losses in single phase induction motor | |
RU103251U1 (ru) | Бесконтактный импульсный компрессионный генератор | |
RU2501149C2 (ru) | Трехфазный асинхронный сварочный генератор с тремя обмотками на статоре | |
RU2324992C1 (ru) | Трансформатор | |
SU609129A1 (ru) | Размагничивающее устройство | |
Petru et al. | Experimental stand for the study of a three-phase synchronous generator with permanent super magnets | |
SU934888A1 (ru) | Электромашинный генератор импульсов | |
RU2279173C2 (ru) | Индукторный двигатель | |
RU2732180C1 (ru) | Солнечный электромагнитный генератор | |
RU57532U1 (ru) | Автономный высоковольтный комплекс | |
RU2707699C1 (ru) | Способ рекуперации электрической энергии и устройство для его осуществления | |
RU2509409C1 (ru) | Генератор импульсов тока |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20090305 |