SU873340A1 - Электромашинный импульсный генератор - Google Patents

Description

(54) ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР

I

Изобретение относитс  к электрическим машинам, касаетс  усовершенствовани  импусльного генератора и может быть использовано дл  создани  сильных магнитных полей, запитки ламп и других импульсных систем.

Известен электромашинный импульсный генератор, содержаш,ий однофазную обмотку на статоре, подключенную через управл емый вентиль к нагрузке, и две обмотки ротора, расположенные по взаимно перпендикул рным ос м, в цепь которых включены вентили. Генератор снабжен конденсатором, подключенным параллельно одной из обмоток ротора, котора  соединена параллельно с другой обмоткой ротора 1 .

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  электромашинный импульсный генератор, содержащий статор с расположенными на нем однофазными магнитйсв занными обмотками возбуждени  и  корной , подключенной к нагрузке, ротор с обмоткой типа «беличьей клетки, разомкнутой с одной из торцовых поверхностей, и средством коммутации обмотки типа «беличьей клетки накоротко. Генерирование импульса

тока в нагрузке возможно при любом положении ротора относительно статора 2. Недостатком известного генератора  вл етс  низка  эффективность преобразовани  энергии и невозможность работы на индуктивную нагрузку, при которой посто нна  времени разр дного контура больше времени поворота ротора генератора на четверть оборота.

Цель изобретени  - повышение эффективности преобразовани  энергии и расширение (|)ункциональных возможностей генератора.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что электромашинный импульсный генератор, содержащий статор с расположенными на нем однофазными магнитосв занными обмотками возбуждени  и  корной обмоткой, подключенной к нагрузке, ротор с обмоткой типа «беличьей клетки, разомкнутой с одной из торцовых поверхностей, и средством коммутации роторной обмотки накоротко, снабжен коммутируемой накоротко экрани™ рующей обмоткой, расположенной на статоре и магнитосв занной с  корной обмоткой а параллельно нагрузке включена цепь с коммутатором.

При этом в качестве коммутатора экранирующей обмотки использован диод.,

На фиг. 1 показан генератор, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - принципиальна  электрическа  схема генератора; на фиг. 4 - временна  диаграмма токов в обмотках и нагрузки за период 2л., где 1ро - ток в роторной обмотке, 1эо - ток в экранирующей обмотке, 1)10 -ток в  корной обмотке, IH ток в нагрузке.

Ярмо 1 и полюсы 2 статора генератора выполнены из листовой электротехнической стали. У основани  полюсов расположена обмотка возбуждени  3 катушечного типа, а на полюсных наконечниках -  корна  обмотка 4. Сердечник ротора 5, набранный из листовой электротехнической стали, закреплен на валу 6. В пазах сердечника 5 размещена роторна  обмотка 7 типа «беличьей клетки, разомкнута  с одного из торцов (на фиг. 2 с правой сторфны). В приведенном примере средство коммутации роторной обмотки накоротко электромеханическое , хот  может быть любым, например полупроводниковым, электронным и др. Это средство коммутации содержит обмотку управлени  8 и  рмо 9, расположенные на статоре, и  корь 10, размещенный на втулке 11, закрепленной на валу 6 с возможностью осевого перемещени  йод действием электромагнитного усили , создаваемого обмоткой управлени  8, и пружины 12. Втулка 11 удерживаетс  на валу стопорным кольцом 13. На втулке 11 закреплен диск 14 из электропроводного материала, который при осевом перемещении втулки 11 влево входит в контакт и замыкает накоротко стержни разомкнутой «беличьей клетки роторной обмотки 7. Экранирующа  обмот15 размещена на статоре генератора и выполнена рассредоточенной в пазах полюсного наконечника 2. В цепь обмотки 3 включен ключ 16, в цепь обмотки 7 - ключ 17, в цепь обмотки 15 - ключ 18. Между клеммами  корной обмотки 4 подключен ключ 19. С помощью коммутатора 18 экранирующа  обмотка 15 может быть замкнута накоротко. G 11;елью упрощени  синхронизации коммутации экранирующей обмотки 15 с поворотом ротора в качестве ключа 18 может быть использован диод, включенный в цепь экранирующей обмотки таким образом, чтобы ЭДС, возникающа  при деформации магнитного пол  за первую половину оборота, ;Не смогла вызвать ток в экранирующей обмотке , а ЭДС, возникающа  при расширении магнитного пол  в св зи с переходом ротора через нейтраль во вторую половину оборота, вызвала бы короткозамкнутый ток. В этом случае экранирующа  обмотка 15 и диод включены последовательно.

Генератор работает следующим образом.

В исходном положении все ключи разомкнуты . Ротор генератора раскручивают

до номинальных оборотов, после чего замыкают ключ 16 и подключают обмотку возбуждени  3 к источнику посто нного напр жени . Магнитный поток в машине замыкаетс  по  рму 1, полюсным наконечникам 2 и сердечнику ротора 5, сцепл  сь с  корной обмоткой 4, экранирующей обмоткой 15 и роторной обмоткой 7. После окончаний переходного процесса возбуждени  машины замыкают ключ 19 (см. фиг. 3) и закорачивают нагрузку 20 генератора и  корную обмотку 4 накоротко. Генератор готов к работе. С помощью средства коммутации роторной обмотки закорачивают накоротко роторную обмотку 7. На фиг. 3 это эквивалентно замыканию ключа 17. Параметры электромагнитной системы генератора таковы, что посто нные времени контуров роторной обмотки и экранирующей обмотки значительно превышают врем  поворота ротора на угол полюсного делени  статора. Так, дл  12000 об/мин врем  поворота ротора на 180° дл  двухполюсной машины 2,5-10 с, что по меньшей мере, на два пор дка меньше посто нной времени дл  указанных короткозамкнутых обмоток. Поэтому после замыкани  ключа 17 в начальный момент, который дл  роторной обмотки 7 может протекать в течение нескольких полных оборотов ротора, роторна  короткозамкнута  обмотка обладает свойством идеального контура, сохран ющего без изменени , потокосцепление, т. е. 0. Та° КИМ образом, в момент коммутации роторной обмотки Магнитный поток как бы «вмораживаетс  в ротор и образует в нем магнитные полюсы, противоположные по знаку полюсам системы возбуждени . Эти «вмо5 роженные полюсы в начальный момент неподвижны относительно ротора и враш ,аютс  вместе с ним относительно статора. При повороте ротора на 180° дл  двухполюсной машины (в общем случае на 180 эл. град.) «вмороженные полюсы роторной

0 обмотки оказываютс  против одноименных полюсов статора. Так как  корна  обмотка 4 замкнута накоротко, дл  нее также в начальный момент потокосцепление сохран етс  без изменени . За счет этого, как в роторной обмотке 7, так и в  корной обмотке 4 возникают токи, направленные встречно, обеспечивающие условие взаимодействи , при котором 0. Весь магнитный поток как роторных полюсов, так и статорных полюсов , вытесн етс  в зазоры между ротором

0 и статором. Ток в  корной обмотке 4 достигает максимальной величины при повороте на 180° с момента закоротки роторной обмотки и определ етс  коэффициентом св зи между этими обмотками. Процесс преобразовани  механической энергии в

5 электромагнитную осуществл етс  за половину оборота ротора дл  двухполюсной машины . В момент максимума тока в  корной обмотке 4 замыкают накоротко экранирующую обмотку 15, после чего размыкают ключ 19. Деформированное короткозамкнутой роторной обмоткой 7 магнитное поле удерживаетс  в этом состо нии замкнутой экранирующей обмоткой 15 в течение некоторого времени, которое значительно превышает посто нную времени контура, образованного  корной обмоткой 4 и нагрузкой 20. Ротор после прохождени  половины оборота с начала преобразовани  энергии не ускор етс  деформированным магнитным полем, так как оно остаетс  в сжатом состо нии из-за по влени  в экранирующей обмотке 15 токов. Ампервитки роторной обмотки 7 с некоторыми потер ми, обуславливаемыми отличным от единицы коэффициентом св зи, останутс  в обмотке 15.

Накопленна  за половину оборота ротора энерги  в  корной обмотке 4, равна  где L - индуктивность обмотки 4, 1 - максимальный ток, выдел етс  в нагрузке. Врем  выделени  зависит от характера нагрузки и тем меньше, чем меньше индуктивность нагрузки.

Эффективность преобразовани  энергии в предлагаемом устройстве повышаетс  по сравнению с известным за счет двух основных факторов. Первый из них состоит в том, что деформаци  магнитного пол  и, следовательно, преобразование механической энергии врашаюшегос  рото|за в электромагнитную происходит при максимальном тормозном усилии. Сила Лоренца, равна  векторному произведению плотности тока на плотность магнитного потока, в этом случае наивысша , так как в  корной ,и роторной короткозамкнутых обмотках протекают наибольшие дл  данной машины токи, взаимодействующие с наибольшей плотностью, деформированного магнитного потока. Второй фактор состоит в экранировании ротора от передачи ему за вторую половину оборота электромагнитной энергии, запасенной в машине за первую половину оборота ротора после замыкани  роторной обмотки. Ротор после замыкани  экранирующей обмотки 15 не испытывает воздействи  со стороны  корной обмотки 4 и не ускор етс , за счет чего механическа  энерги , сработанна  за первую половину оборота ротора, остаетс  в виде электромагнитной энергии в статорных обмотках 4 и 15.

Неожиданный эффект, про вл ющийс  благодар  экр.анирующей обмотке 15, состоит в том, что запасенна  в статорных обмотках Энерги  может удерживатьс  в них относительно долго по сравнению с посто нной времени разр дного контура обмотки  кор  4 с нагрузкой 20, обеспечива  выделение запасенной энергии в нагрузке с высоким КПД. Экранирующа  обмотка  вл етс 

как бы трансформатором времени, обеспечива  эффективное выделение энергии в нагрузке с большей допустимой по сравнению с известными устройствами индуктивностью . Ра1сшир ютс  функциональные возможности генератора.

Потери энергии в предлагаемом генераторе имеют место за счет того, что коэффициент св зи роторной и экранирующей обмоток отличен от единицы, поэтому часть электромагнитной энергии, запасенной в

статорных обмотках, превращаетс  в механическую энергию ротора. Кроме того, при размыкании ключа 19 часть энергии выдел етс  в возникающей при этом дуге, однако существующие прерыватели, скорость перемещени  клемм которых составл ет несколько дес тков метров в секунду, обеспечивают высокий КПД этого процесса.

Claims (2)

1.Электромашинный импульсный генератор , содержащий статор с расположенными на нем однофазными магнитосв занными обмотками возбуждени  и  корной обмоткой с клеммами дл  подключени  нагрузки, ротор с обмоткой типа «беличьей клетки, разомкнутой с одной из торцовых поверхностей , и средством коммутации роторной обмотки накоротко,отлычающийс  тем,что,с целью повышени  эффективности преобразовани 

энергии и расширени  функциональных возможностей , генератор снабжен коммутируемой накоротко экранирующей обмоткой, расположенной на статоре и магнитосв занной с  корной обмоткой, а м€жду клеммами  корной обмотки включена цепь с коммутатором .

2.Генератор по п. 1, отличающийс  тем, что в качестве коммутатора экранирующей обмотки использован диод.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 663033. кд. Н 02 К 25/00, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 352382, кл. Н 03 К 3/84, 4969 (прототип).