SU752652A1 - Линейный генератор переменного тока - Google Patents

Description

Изобретение относится к производству электроэнергии, а именно к устройствам для преобразования механической энергии первичного двигателя, например теплового, в электрическую и предназначено для использования преимущественно в качестве транспортных энергетических установок, а также в качестве аварийных источников электроэнергии.

Известен линейный генератор, содержащий неподвижную магнитную систему и подвижной якорь, выполненный в виде витка из электропроводного материала и частично расположенный в зазоре магнитной системы [1]·

Такой генератор имеет сравнительно большую массу частей, участвующих в возвратно-поступательном движении, и высокие тепловые нагрузки, ограничивающие плотность тока в якоре.

Известен также линейный генератор переменного тока, содержащий неподвижную магнитную систему и якорь в виде пластины из электропроводного материала, помещенный в заполненную жидким металлом камеру, к которой примыкают электроды [2].

Данный генератор является наиболее близким к описываемому изобретению. Масса и габариты этого линейного генератора также значительны, что определяется рядом причин. Во-первых, большими гидравлическими потерями, возникающими при перекачке жидкого металла в зазорах между 5 якорем и стенками камеры, которые тем больше, чем меньше эти зазоры. Во-вторых, потерями на вихревые токи, вызванные электродвижущейся силой, наведенной в жидком металле и имеющей направление, 0 противоположное электродвижущей силе якоря, так как якорь и жидкий металл перемещаются в зазоре системы возбуждения в противоположных направлениях. Эти потери тем больше, чем больше зазоры меж5 ду якорем и стенками камеры.

Камера с жидким металлом представляет собой отрезок трубы, закрытый с обоих концов сильфонами. Наличие сильфонов исключает возможность работы с высокими 0 частотами (порядка 100 Гц) и существенно снижает долговечность генератора, так как ресурс их работы невелик.

Целью настоящего изобретения является уменьшение массы и габаритов, повышение 5 КПД. Указанная цель достигается тем, что камера выполняется в виде замкнутого контура из последовательно соединенных каналов с жидким металлом, в каждом из которых имеется своя пластина из электроq проводного материала.

На фиг. 1 показан линейный генератор переменного тока двухканального исполнения, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, поперечный разрез; на фиг. 3 —линейный генератор переменного тока многоканального исполнения, поперечный разрез; на фиг. 4 — развертка генератора на фиг. 3.

Генератор содержит неподвижную магнитную систему 1 с полюсами 2, камеру 3 с последовательно соединенными каналами 4, частично расположенную в зазоре магнитной системы и заполненную жидким металлом, якорь 5, состоящий из пластин, выполненных из материала с относительно высокой электропроводностью и малым удельным весом, например из алюминия, разделенный в поперечном к движению направлении изоляционными прокладками 6, электроды 7, 8 и тепловые двигатели 9. Поршни 10 тепловых двигателей соединены посредством штоков 11, проходящих через уплотнения 12, с пластинами якоря. Якорь, жидкий металл и электроды образуют замкнутый виток, являющийся первичной обмоткой трансформатора, имеющего сердечник 13 и вторичную обмотку 14, к которой подсоединяется нагрузка.

При выполнении генератора многоканальным последовательно соединенные каналы 4 располагаются на гранях прямой призмы, основанием которой является правильный многоугольник. Магнитная система при этом, как показано на фиг. 3, включает в себя магнитопровод и катушки возбуждения 15. Участки каналов 4, на которых находятся пластины якоря 5, расположены в зазорах магнитопровода, причем так, что их оси, совпадающие с направлением движения пластин якоря 5, параллельны друг другу.

Электроды 7, 8 соединяют каналы электрически последовательно и согласно друг с другом и служат для подключения нагрузки. Пластины якоря 5 посредством штоков 11, проходящих через уплотнения 12, соединены с двигателем, например, свободно-поршневым внутреннего сгорания. Стенки 16 каналов 4 выполнены из электроизоляционного материала.

Работает генератор следующим образом.

При движении поршней теплового двигателя пластины якоря совершают возвратнопоступательное движение во взаимно противоположных направлениях в создаваемом магнитной системой магнитном поле, имеющем одинаковое направление в параллельных ветвях камеры. В связи с .этим в пластинах якоря наводится переменная электродвижущая сила, а так как пластины якоря, жидкий металл и электроды образуют электрически замкнутый виток, то в последнем возникает переменный ток, вызванный электродвижущей силой, равной сумме электродвижущих сил пластин якоря.

Поперечная шихтовка пластин якоря вве4 дена для уменьшения продольных токов, обусловленных реакцией якоря, что увеличивает коэффициент полезного действия генератора.

Для заполнения камеры может быть использован эвтектический сплав натрия и калия, находящийся в рабочем состоянии при температуре 100°С и обеспечивающий как надежный электрический контакт между подвижными и неподвижными частями, так и эффективный теплоотвод от первых ко вторым. Соединение каналов в замкнутый контур позволяет выбрать поперечные размеры пластин якоря 5 близкими к поперечному размеру канала 4, что обеспечивает гидравлическую синхронизацию движения якорей за счет перемещения жидкого металла, находящегося между пластинами якоря 5, и обуславливает незначительную величину шунтирующих токов в слоях жидкого металла, находящихся в зазорах между пластинами якоря 5 и стенками каналов 4. При выполнении генератора с числом каналов четным и большим двух он уравновешен, так как перемещение центра масс отсутствует, а суммарный момент инерционных сил относительно него равен нулю.

В связи с тем, что ЭДС, генерируемая в одной пластине якоря 5, невелика, порядка одного вольта, целесообразно электроды и каналы замкнуть накоротко и использовать этот короткозамкнутый виток в качестве первичной обмотки трансформатора.

Данная конструкция линейного генератора переменного тока обеспечивает возможность получения относительно небольших величин массы перемещаемых частей, что, в свою очередь, позволяет работать при частотах порядка 100 Гц, что обеспечивает высокие удельные весогабаритные показатели. Рабочий процесс в каналах генератора благодаря уменьшению гидравлических и электрических потерь происходит с малыми потерями, что обеспечивает возможность достижения высокого КПД. Выполнение генератора многоканальным устраняет вибрации. Все основные элементы генератора могут эксплуатироваться в течение длительного времени, что позволяет достигнуть большого ресурса.

Claims (2)

1. На фиг. 1 показан линейный генератор переменного тока двухканального исполнени , продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез; на фиг. 3 -линейный генератор переменного тока многоканального исполнени , поперечный разрез; на фиг. 4 - развертка генератора на фиг. 3. Генератор содержит неподвижную магнитную систему 1 с полюсами 2, камеру 3 с последовательно соединенными каналами 4, частично расположенную в зазоре магнитной системы и заполненную жидким металлом ,  корь 5, состо щий из пластин, выполненных из материала с относительно высокой электропроводностью и малым удельным весом, например из алюмини , разделенный в поперечном к движению направлении изол ционными прокладками 6, электроды 7, 8 и тепловые двигатели 9. Поршни 10 тепловых двигателей соединены посредством штоков 11, проход ших через уплотнени  12, с пластинами  кор . Якорь, жидкий металл и электроды образуют замкнутый виток,  вл ющийс  первичной обмоткой трансформатора, имеюшего сердечник 13 и вторичную обмотку 14, к которой подсоедин етс  нагрузка. При выполнении генератора многоканальным последовательно соединенные каналы 4 располагаютс  на гран х пр мой призмы, основанием которой  вл етс  правильный многоугольник. Магнитна  система при этом, как показано на фиг. 3, включает в себ  магнитопровод и катушки возбуждени  15. Участки каналов 4, на которых наход тс  пластины  кор  5, расположены в зазорах магиитопровода, причем так, что их оси, совпадающие с направлением движени  пластин  кор  5, параллельиы друг другу. Электроды 7, 8 соедин ют каналы электрически последовательно и согласно друг с другом и служат дл  подключени  нагрузки . Пластины  кор  5 посредством штоков 11, проход щих через уплотнени  12, соединены с двигателем, например, свободно-порщневым внутреннего сгорани . Стенки 16 каналов 4 выполнены из электроизол ционного материала. Работает генератор следующим образом. При движении поршней теплового двигател  пластины  кор  соверщают возвратнопоступательное движение во взаимно противоположных направлени х в создаваемом магнитной системой магнитном поле, имеющем одииаковое направление в параллельных ветв х камеры. В св зи с этим в пластинах  кор  наводитс  переменна  электродвижуща  сила, а так как пластины  кор , жидкий металл и электроды образуют электрически замкнутый виток, то в последнем возникает переменный ток, вызванный электродвижущей силой, равной сумме электродвижущих сил пластин  кор . Поперечна  щихтовка пластин  кор  введена дл  уменьщени  продольных токов, обусловленных реакцией  кор , что увеличивает коэффициент иолезного действи  генератора. Дл  заполнени  камеры может быть использован эвтектический сплав натри  и кали , наход щийс  в рабочем состо нии ири температуре 100°С и обеспечивающий как надежный электрический контакт между подвижными и неподвижными част ми, так и эффективный теплоотвод от первых ко вторым. Соединение каналов в замкнутый контур позвол ет выбрать поперечные размеры пластин  кор  5 близкими к поперечному размеру канала 4, что обеспечивает гидравлическую синхронизацию движени   корей за счет перемещени  жидкого металла, наход щегос  между пластинами  кор  5, и обуславливает незначительную величину щунтирующих токов в сло х жидкого металла, наход щихс  в зазорах между пластинами  кор  5 и стенками каналов 4. При выполнении генератора с числом каналов четным и большим двух он уравновещен, так как иеремещение центра масс отсутствует, а суммарный момент инерционных сил относительно него равен нулю. В св зи с тем, что ЭДС, генерируема  в одной пластине  кор  5, невелика, пор дка одного вольта, целесообразно электроды и каналы замкнуть накоротко и использовать этот короткозамкнутый виток в качестве первичной обмотки трансформатора. Данна  конструкци  линейного генератора переменного тока обеспечивает возможность получени  относительно небольщих величин массы перемещаемых частей, что, в свою очередь, позвол ет работать при частотах пор дка 100 Гц, что обеспечивает высокие удельные весогабаритные показатели . Рабочий процесс в каналах генератора благодар  уменьшению гидравлических и электрических потерь происходит с малыми потер ми, что обеспечивает возможность достижени  высокого КПД. Выполнение генератора многоканальным устран ет вибрации. Все основные элементы генератора могут эксплуатироватьс  в течение длительного времени, что позвол ет достигнуть большого ресурса. Формула изобретени  Линейный генератор переменного тока, содержащий неподвижную магнитную систему и  корь в виде пластины из электропроводного материала, помещенный в заполненную жидким металлом камеру, к которой примыкают электроды, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  массы и габаритов, повышени  КПД, камера выполнена в виде замкнутого контура из последовательно соединенных каналов с идкнм металлом, в каждом из которых

   имеетс  сво  пластина из электропроводного материала.
2. 2. Генератор по и. 1, отличающийс  тем, что последовательно соединенные каналы расположены на гран х ир мой призмы , основанием которой  вл етс  правильный многоугольник.

   Источники информации, прин тые во внимание прп экспертизе

   1.Nenartige Wechselstrom - Gemratoren, «Elektro-Auzeiger Esslu, Nr. 22-24, Nov. 1965.

   2.Авторское свидетельство СССР N° 535678, кл. Н 02К 35/00, 1974.

   1Н