ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО НАСОСА И СИСТЕМА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО НАСОСА
POWER SUPPLY FOR COMPENSATION OF ELECTROMAGNETIC PUMP AND ELECTROMAGNETIC PUMP SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к источнику питания для компенсации электромагнитного насоса и к системе электромагнитного насоса для повышения низкого коэффициента мощности электромагнитного насоса и обеспечения требуемых выходных характеристик электрической энергии.
Уровень техники
В ядерном реакторе на быстрых нейтронах, в котором металлический натрий используется в качестве охладителя, применяется электромагнитный насос для циркуляции охладителя.
Используя тот факт, что жидкий металлический натрий представляет собой хороший проводник электричества; был разработан электромагнитный насос для транспортирования охладителя в виде металлического натрия на основе того принципа, что когда электромагнитный насос, через который протекает ток, помещен в магнитное поле, на электромагнитный насос действует сила, пропорциональная напряженности магнитного поля в направлении, перпендикулярном полю.
Электромагнитный насос имеет превосходные характеристики по сравнению с обычным механическим насосом. Что касается функциональности, расход охладителя можно легко и линейно регулировать. Что касается конструкции, возможно поддерживать охладитель в полностью герметизированном состоянии. Поскольку электромагнитный насос имеет малые размеры, электромагнитный насос может быть скомбинирован с другим устройством, таким как генератор пара, с целью оптимальной организации производства. Электромагнитный насос не имеет движущихся частей и поэтому его легко обслуживать и ремонтировать. И используя электромагнитный насос, возможно получать высокое давление на выходе.
В случае возникновения ненормального состояния, такого как отключение электростанции или потеря внешнего источника электропитания при работающем ядерном реакторе на быстрых нейтронах, требуется обеспечить функцию обеспечения расхода в течение заданного периода времени после отключения реактора, то есть функцию характеристики инерции потока, для уменьшения разности переходной температуры охладителя во входном отверстии и выходном отверстии активной зоны реактора, которая генерируется, по мере того, как стержень управления быстро вставляют в активную зону реактора.
Как описано выше, когда стержень управления быстро вставляют в активную зону, выходная температура активной зоны будет увеличиваться, если расход через активную зону понижается быстрее относительно степени замедления отвода тепла из активной зоны. Для уменьшения описанного выше эффекта скорость снижения расхода должна соответствовать количеству генерируемого тепла. Такая характеристика известна как характеристика инерции потока.
Характеристика инерции потока является важной не только в смысле безопасности для исключения повышения выходной температуры активной зоны, но также и для обеспечения правильного уменьшения изменения температуры конструктивного материала, то есть уменьшения теплового перехода в системе, в частности, в реакторе с натриевым охлаждением, где скорость передачи тепла между охлаждающим натрием и конструктивным материалом является высокой.
Что касается функции обеспечения расхода во время заданного периода времени после отключения реактора, то есть функции характеристики инерции потока, некоторые виды средств накопления энергии требуется отдельно подготовить для обеспечения понижающейся выходной характеристики электромагнитного насоса, поскольку электромагнитный насос не имеет вращающихся деталей и не обладает механической инерцией.
Кроме того, электромагнитный насос представляет собой чрезвычайно большую индуктивную нагрузку, и его коэффициент мощности, поэтому, составляет приблизительно 0,5, что меньше, чем коэффициент мощности обычного механического натриевого насоса.
В случае, когда электромагнитный насос используется в качестве насоса, требующего большую пропускную способность, такого как насос для циркуляции охладителя ядерного реактора на быстрых нейтронах, емкость источника питания для его привода должна быть очень большой, если только средство коррекции коэффициента мощности не будет предусмотрено для компенсации реактивной мощности. В результате проблема состоит в том, что трудно скомпоновать оборудование питания, и конструктивная работа может быть усложнена, поэтому использование насоса могло стать нецелесообразным с экономической точки зрения.
Как упомянуто выше, в качестве средства сохранения энергии, которое может обеспечивать характеристику инерции потока, для уменьшения теплового перехода установки и улучшения низкого коэффициента мощности электромагнитного насоса одновременно существует способ использования сверхпроподникового накопителя энергии и подачи питания в электромагнитный насос через устройство управления преобразователем мощности от энергии, запасенной в сверхпроводящем электромагните, как раскрыто, например, в Патентном документе 1.
Синхронная машина, включенная параллельно электромагнитному насосу, может работать как модификатор фазы во время нормальной работы установки. Когда возникает ненормальная ситуация, такая как отключение цепи питания электромагнитного насоса, как раскрыто, например, в Патентном документе 2, используется способ регенерации тока возбуждения от энергии вращения и подачи этого тока возбуждения к электромагнитному насосу.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
Патентный документ 1: Публикация выложенной заявки на японский патент №05-142382
Патентный документ 2: Публикация выложенной заявки на японский патент №03-73891
Сущность изобретения
Задачи, решаемые изобретением
В описанном выше обычном примере, во время операции установления инерции потока для уменьшения теплового перехода установки в то время, когда происходит прекращение подачи энергии от электростанции, потеря внешнего источника энергии и т.п., для получения выходной характеристики замедления, требуемой от электромагнитного насоса, который применяется в качестве основного насоса циркуляции ядерного реактора на быстрых нейтронах, используется схема управления для источника питания для компенсации электромагнитного насоса.
Однако для получения функции по обеспечению безопасности схема управления должна быть разносторонне развита, мультиплексирована или выполнена с избыточностью другими способами; также требуется мера для обеспечения возможности тестирования во время работы реактора, и другие меры. Однако отсутствует прецедент по применению системы обеспечения безопасности описанного выше вида схемы управления возбуждением, и проблема состоит в том, как обеспечить надежность.
Поэтому цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить высоконадежный источник питания для компенсации электромагнитного насоса и систему электромагнитного насоса, которая включает в себя функцию выполнения компенсации реактивной мощности для повышения низкого коэффициента мощности электромагнитного насоса во время нормальной работы установки и для обеспечения требуемой характеристики вывода электроэнергии без внешнего управления.
Средство решения задачи
В соответствии с вариантом осуществления предусмотрен источник питания для компенсации электромагнитного насоса, который электрически соединен с линией переменного напряжения на стороне после прерывателя линия источника питания модуля источника питания электромагнитного насоса, который повышает коэффициент мощности во время нормальной работы и подает питание к электромагнитному насосу во время потери питания переменного тока электромагнитного насоса, источник питания для компенсации электромагнитного насоса содержит: вал ротора, который вращается вокруг оси; маховик, который запасает энергию вращения и который закреплен на валу ротора; обмотку ротора возбудителя, которая закреплена на валу ротора; вращающийся выпрямитель, который закреплен на валу ротора и который преобразует переменный ток, генерируемый обмоткой ротора возбудителя, в постоянный ток; обмотку ротора синхронной машины обмоточного типа, которая закреплена на валу ротора, и которая принимает постоянный ток, подаваемый из вращающегося выпрямителя; обмотку статора синхронной машины обмоточного типа, которая закреплена неподвижно так, что она обращена к обмотке ротора синхронной машины обмоточного типа, составляет синхронную машину обмоточного типа вместе с обмоткой ротора синхронной машины обмоточного типа, и преобразует вращательную энергию в электроэнергию и электроэнергию во вращательную энергию; устройство с постоянным магнитом статора возбудителя, которое включает в себя постоянный магнит статора возбудителя, который составляет возбудитель вместе с обмоткой ротора возбудителя, и который может переключаться между двумя состояниями, которые представляют собой невозбужденное состояние и возбужденное состояние; и линию источника питания на сторону синхронной машины, которая соединяет обмотку статора синхронной машины обмоточного типа и линию питания переменного напряжения на стороне после прерывателя линии источника питания.
В соответствии с другим вариантом осуществления предусмотрена система электромагнитного насоса, содержащая: электромагнитный насос; модуль источника питания электромагнитного насоса, модуль источника питания, включающий в себя: инвертор, который преобразует энергию из шины системы переменного напряжения в энергию переменного напряжения, имеющую заданную частоту и напряжение, для подачи к электромагнитному насосу, и прерыватель линии источника питания, который подключен в выходной стороне инвертора и отключает энергию переменного тока; и источник питания для компенсации электромагнитного насоса, который электрически соединен с электромагнитным насосом на стороне прерывателя линии источника питания и повышает коэффициент мощности во время нормальной работы, и подает питание к электромагнитному насосу во время потери источника питания переменного напряжения электромагнитного насоса; при этом источник питания для компенсации электромагнитного насоса включает в себя: вал ротора, который вращается вокруг оси, маховик, который сохраняет энергию вращения и который закреплен на валу ротора, обмотку ротора возбудителя, которая закреплена на валу ротора, вращающийся выпрямитель, который закреплен на валу и преобразует переменный ток, генерируемый обмоткой ротора возбудителя, в постоянный ток, обмотку ротора синхронной машины обмоточного типа, которая закреплена на валу ротора и принимает постоянный ток, подаваемый из вращающегося выпрямителя, обмотку статора синхронной машины обмоточного типа, которая закреплена неподвижно так, что она обращена к обмотке ротора синхронной машины обмоточного типа, составляет синхронную машину обмоточного типа вместе с обмоткой ротора синхронной машины обмоточного типа и преобразует энергию вращения в электрическую энергию и электроэнергию во вращательную энергию, устройство с постоянным магнитом статора возбудителя, которое включает в себя постоянный магнит статора возбудителя, который составляет возбудитель вместе с обмоткой ротора возбудителя и может переключаться между двумя состояниями, которые представляют собой невозбужденное состояние и возбужденное состояние, и линию источника питания на стороне синхронной машины, которая соединяет обмотку статора синхронной машины обмоточного типа и линию питания переменного тока на стороне после прерывателя линии источника питания.
Преимущество изобретения
В соответствии с настоящим изобретением возможно обеспечить высоконадежный источник питания для компенсации электромагнитного насоса и систему электромагнитного насоса, которые включают в себя функцию выполнения компенсации реактивной мощности для повышения низкого коэффициента мощности электромагнитного насоса во время нормальной работы установки, и функцию обеспечения требуемой выходной характеристики электроэнергии, без внешнего управления.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана схема, представляющая электрическую конфигурацию первого варианта осуществления источника питания для компенсации электромагнитного насоса, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 схематично показан продольный вид в разрезе, представляющий механическую конфигурацию источника питания для компенсации электромагнитного насоса по фиг.1.
На фиг.3 схематично показан вид в поперечном сечении, представляющий механическую конфигурацию второго варианта осуществления источника питания для компенсации электромагнитного насоса, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.4 показана схема, представляющая электрическую конфигурацию третьего варианта осуществления источника питания для компенсации электромагнитного насоса, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.5 показана схема, представляющая электрическую конфигурацию четвертого варианта осуществления источника питания для компенсации электромагнитного насоса, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.6 схематично показан вид в продольном разрезе, представляющий механическую конфигурацию пятого варианта осуществления источника питания для компенсации электромагнитного насоса, в соответствии с настоящим изобретением.
Осуществление изобретения
Ниже, со ссылкой на приложенные чертежи, будут описаны варианты осуществления источника питания для компенсации электромагнитного насоса и системы электромагнитного насоса. Те же или аналогичные участки обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций, и двойное их описание будет исключено.
Первый вариант осуществления изобретения
На фиг.1 показана схема, представляющая электрическую конфигурацию первого варианта осуществления источника питания для компенсации электромагнитного насоса, в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на фиг.1, источник 5 питания для компенсации электромагнитного насоса, в соответствии с настоящим вариантом, включает в себя механизм 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса, модуль 30 источника питания постоянного тока, и линию 40а источника питания на стороне синхронной машины.
Мощность для питания электромагнитного насоса 1 подают из системной шины 2 переменного напряжения через инвертора 42 и через прерыватель 41 линии источника питания, который соединен последовательно со стороной инвертора 42, после инвертора, и линией 40 подачи питания переменного тока.
Для изменения расхода и характеристик напора электромагнитного насоса 1 инвертор 42 имеет функцию изменения частоты и напряжения мощности привода электромагнитного насоса 1, используя процесс преобразования энергии системной шины 2 переменного тока из переменного тока в постоянный ток и с последующим процессом преобразования из постоянного тока в переменный ток.
На стороне после прерывателя 41 линии источника питания, механизм 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса электрически соединен с электромагнитным насосом 1 через линию 40а источника питания на стороне синхронной машины. Более конкретно, линия 40а источника питания на стороне синхронной машины соединена с обмоткой 13а статора синхронной машины обмоточного типа (описана ниже), которая представляет собой составляющую часть механизма 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса.
Электромагнитный соленоид 20 в механизме 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса соединен с системной шиной 2 переменного тока через модуль 30 источника питания постоянного тока, независимо от описанной выше линии источника питания.
Модуль 30 источника питания постоянного тока включает в себя прерыватель 31 линии подачи постоянного тока и выпрямитель 32 линии подачи постоянного тока, которые соединены последовательно друг с другом.
На фиг.2 схематично показан вид в продольном разрезе, представляющий механическую конфигурацию механизма 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса 10 по фиг.1.
По широкой классификации механизм 10 источника питания компенсации электромагнитного насоса включает в себя маховик 12, синхронная машина 13 обмоточного типа, вращающийся выпрямитель 14 и возбудитель 15. Синхронная машина 13 обмоточного типа включает в себя обмотку 13а статора синхронной машины обмоточного типа и обмотку 13b ротора синхронной машины обмоточного типа. Возбудитель 15 включает в себя устройство 45 с постоянным магнитом статора возбудителя и обмотку 15b ротора возбудителя. Устройство 45 с постоянным магнитом статора возбудителя имеет механизм привода, включающий в себя постоянный магнит 15а статора возбудителя, электромагнитные соленоиды 20 и соединительные стержни 21.
Устройство 45 с постоянным магнитом статора возбудителя сформировано таким образом, что оно переключается между возбужденным состоянием, в котором функция возбуждения применяется, когда постоянный магнит 15а статора возбудителя, и обмотка 15b ротора возбудителя обращены друг к другу, и невозбужденным состоянием, в котором функция возбуждения не используется, поскольку постоянный магнит 15а статора возбудителя и обмотка 15b ротора возбудителя расположены таким образом, что они не обращены друг к другу.
Маховик 12, обмотка 13b ротора синхронной машины обмоточного типа синхронной машины 13 обмоточного типа, вращающийся выпрямитель 14 и обмотка 15b ротора возбудителя для возбудителя 15 соединены непосредственно друг с другом на одном и том же валу 11 ротора.
Маховик 12 представляет собой устройство для сохранения энергии в виде энергии вращения во время нормальной работы. Размер и вес маховика 12 подобраны таким образом, что энергия вращения может быть запасена для подачи требуемой мощности к электромагнитному насосу 1, для получения характеристики инверсии потока в момент времени, когда происходит отключение электростанции или потеря внешнего источника питания.
Хотя это и не показано на схемах, обмотка 15b ротора возбудителя электрически соединена с входной стороной вращающегося выпрямителя 14. Выходная сторона вращающегося выпрямителя 14 электрически соединена с обмоткой 13b ротора синхронной машины обмоточного типа.
Переменный ток, генерируемый в обмотке 15b ротора возбудителя 15, преобразуют в постоянный ток во вращающемся выпрямителе 14 во время нормальной работы, и этот постоянный ток протекает через обмотку 13b ротора синхронной машины обмоточного типа, имеющую функцию возбуждения. В соответствии с этим синхронная машина 13 обмоточного типа индуцирует напряжение в обмотке 13а статора синхронной машины обмоточного типа, подавая питание к электромагнитному насосу 1.
Как описано ниже, постоянный магнит 15а статора возбудителя 15 сформирован таким образом, что он движется в направлении оси вращения под действием электромагнитных соленоидов 20.
Электромагнитные соленоиды 20, каждый, включает в себя пластину 20а держателя электромагнитного соленоида, катушку 20b электромагнитного соленоида и магнит 20с электромагнитного соленоида.
Постоянный магнит 20c электромагнитного соленоида соединен с пружиной 16, которая закреплена на пластине 20а держателя соленоида. Часть постоянного магнита 20c электромагнитного соленоида может представлять собой постоянный магнит, если только эта часть приводится в движение магнитной силой электромагнита.
Соединительные стержни 21, которые продолжаются в направлении оси вращения, используются для соединения постоянных магнитов 15а статора возбудителя и постоянных магнитов 20c электромагнитного соленоида. Электромагнитные соленоиды 20 и соединительные стержни 21 представляют собой основные компоненты механизма ("механизм привода"), который имеет функцию привода постоянных магнитов 15а статора возбудителя.
Во время нормальной работы установки магнитная энергия, которую подают из катушек 20b электромагнитного соленоида, накапливается в пружинах 16, как упругая энергия, в результате взаимодействия между катушками 20b электромагнитного соленоида и постоянными магнитами 20 с электромагнитного соленоида. В этом состоянии пружины 16 могут находиться в любом из сжатого состояния или растянутого состояния.
В этом состоянии постоянные магниты 15а статора возбудителя перемещаются в осевом направление из положения, где постоянные магниты 15а статора возбудителя обращены к обмоткам 15b ротора возбудителя в радиальном направлении и удерживаются в положении (ниже называется "положением необращения"), обращенном от нее.
В то время, когда происходит прекращение работы электростанции или потеря внешнего источника питания, питание не поступает от внешнего источника питания из модуля 30 источника питания постоянного тока к катушками 20b электромагнитного соленоида. Поэтому с помощью упругой энергии пружин 16 постоянные магниты 15а статора возбудителя немедленно перемещаются в направлении оси вращения вместе с постоянными магнитами 20c электромагнитного соленоида; постоянные магниты 15a статора возбудителя возвращаются в исходное положение или положение (называемое ниже "положением обращения"), где постоянные магниты 15a статора возбудителя обращены к обмотке 15b ротора возбудителя в радиальном направлении.
Количество витков обмоток 15b ротора возбудителя в положении необращения постоянных магнитов 15a статора возбудителя установлено таким образом, что обеспечивается генерирование синхронной машиной 13 обмоточного типа реактивной энергии, которая требуется для электромагнитного насоса 1 во время нормальной работы установки.
Ниже описана работа механизма 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса.
Во время нормальной работы постоянный ток подают в катушки 20b электромагнитного соленоида через выпрямитель 32 линии источника питания постоянного тока из системной шины 2 переменного тока; электромагнитные соленоиды 20, которые представляют собой часть механизма 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса, находятся в рабочем состоянии.
Таким образом, в результате магнитной силы притяжения катушек 20b электромагнитного соленоида и постоянных магнитов 20c электромагнитного соленоида, постоянные магниты 20c электромагнитного соленоида и постоянные магниты 15а статора возбудителя, которые соединяются с постоянными магнитами 20c электромагнитного соленоида через соединительные стержни 21, отводятся в направлении пластины 20а держателя электромагнитного соленоида. В это время упругая сила накапливается в пружинах 16, и постоянные магниты статора возбудителя 15а отодвинуты от положения, где постоянные магниты 15а статора возбудителя обращены обмоткам 15b ротора возбудителя.
В результате магнитный поток, взаимосвязанный с обмотками 15b ротора возбудителя, уменьшается, и ток возбуждения, протекающий через обмотки 13b ротора синхронной машины обмоточного типа, уменьшается. Поэтому синхронная машина 13 обмоточного типа заканчивает работу, выполняя операцию с опережающим коэффициентом мощности.
Когда синхронная машина 13 обмоточного типа находится в установившемся состоянии во время нормальной работы, синхронная машина 13 обмоточного типа находится в рабочем состоянии модификатора синхронной фазы, поскольку устройство находится в состоянии без нагрузки за исключением потерь в обмотках. В режиме работы с опережающим коэффициентом мощности опережающая реактивная мощность может генерироваться и подаваться к электромагнитному насосу 1.
Количество витков катушек 20b электромагнитного соленоида регулируют таким образом, чтобы генерировать реактивную мощность, которая требуется для электромагнитного насоса 1 во время номинального режима работы. Поэтому во время нормальной работы установки не требуется какое-либо устройство управления для электромагнитных соленоидов 20.
Когда возникает прекращение работы электростанции или потеря внешнего источника питания, прерыватель 41 источника питания отключает механизм 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса и электромагнитного насоса 1 от устройства 42 обратного преобразователя для обеспечения безопасного функционирования механизма 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса и электромагнитного насоса 1. Одновременно прерыватель 31 линии подачи постоянного тока прерывает электромагнитные соленоиды 20, отключая их от системной шины 2 переменного тока.
В это время питание не поступает к синхронной машине 13 обмоточного типа. Однако маховик 12 и вал 11 ротора, в которых была запасена энергия вращения, продолжает вращаться некоторое время из-за инерции без источника питания от внешнего источника питания.
Поскольку энергия не поступает к электромагнитным соленоидам 20, сила магнитного притяжения между катушками 20b электромагнитного соленоида и постоянными магнитами 20c электромагнитного соленоида пропадает. Поэтому упругая сила пружины для пружин 16 помогает немедленному передвижению постоянных магнитов 15а статора возбудителя обратно в исходное положение обращения, где постоянные магниты 15а статора возбудителя обращены к обмотками 15b ротора возбудителя.
В результате магнитный поток, взаимосвязанный с обмотками 15b ротора возбудителя, увеличивается, и ток возбуждения обмоток 13b ротора синхронной машины обмоточного типа увеличивается. Поэтому синхронная машина 13 обмоточного типа автоматически переключается на режим работы с отставанием коэффициента мощности. В результате синхронная машина 13 обмоточного типа получает возможность подачи без источника внешнего питания требуемой мощности к электромагнитному насосу 1, для получения характеристики инерции потока.
Как описано выше, устройство 45 с постоянным магнитом статора возбуждения, который имеет механизм привода, включающий в себя постоянные магниты 15а статора возбудителя, электромагнитные соленоиды 20 и соединительные стержни 21, имеет функцию переключения между возбужденным состоянием и невозбужденным состоянием в возбудителе 15 в целом.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления во время нормальной работы из-за электромагнитных соленоидов 20, постоянные магниты 15а статора возбудителя движутся из исходного положения, приводя в результате к уменьшению тока возбуждения синхронной машины 13 обмоточного типа. В результате синхронная машина 13 обмоточного типа механизма 10 подачи энергии компенсации электромагнитного насоса, который находится практически в состоянии без нагрузки, переходит в режим работы с опережающим коэффициентом мощности; реактивная мощность может быть подана в электромагнитный насос 1 с низким коэффициентом мощности.
Поэтому коэффициент мощности электромагнитного насоса 1 во время нормальной работы улучшается, и предусмотренное как вспомогательное, оборудование питания, может быть выполнено существенно меньшим по размеру.
Когда схема источника питания отключена от электромагнитного насоса 1, при возникновении ненормального состояния, упругая сила пружины пружин 16 позволяет постоянным магнитам 15a статора возбудителя в возбудителе 15 автоматически перемещаться обратно в положение обращения, и синхронная машина 13 обмоточного типа переключается в режим с запаздывающим коэффициентом мощности.
Таким образом, питание подают к электромагнитному насосу 1 из возбудителя 15 и синхронной машины 13 обмоточного типа через линию 40а источника питания на стороне синхронной машины благодаря энергии вращения, накопленной в маховике 12. Поэтому энергию, требуемую для обеспечения требуемой характеристики инерции потока, получают без внешнего источника питания. Таким образом, схема управления, которая регулирует электрический выход механизма 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса, не требуется. Поэтому возможно улучшить надежность.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, возможно обеспечить высоконадежный источник питания для компенсации электромагнитного насоса, который включает в себя функцию выполнения компенсации реактивной мощности для улучшения низкого коэффициента мощности электромагнитного насоса во время нормальной работы установки, и функцию, обеспечивающую требуемую выходную характеристику электроэнергии без внешнего управления.
Второй вариант осуществления
На фиг.3 схематично показан вид в вертикальном поперечном сечении, представляющий механическую конфигурацию второго варианта осуществления источника питания для компенсации электромагнитного насоса, в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на фиг.3, в механизме 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса 5 источника питания для компенсации электромагнитного насоса, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, устройство 45 с постоянным магнитом статора возбудителя имеет механизм привода, включающий в себя постоянные магниты 15а статора возбудителя, магнитную экранирующую пластину 22, электромагнитные соленоиды 20 и соединительные стержни 21.
Цилиндрическая магнитная экранирующая пластина 22 предусмотрена посередине между постоянным магнитом 15а статора возбудителя и обмоткой 15b ротора возбудителя в радиальном направлении; магнитная экранирующая пластина 22 передвигается с помощью электромагнитных соленоидов 20 в осевом направлении с помощью соединительных стержней 21.
Постоянные магниты 15а статора возбудителя и обмотки 15b ротора возбудителя расположены таким образом, что они обращены друг к другу. Однако устройство 45 с постоянным магнитом статора возбудителя включает в себя магнитную экранирующую пластину 22. Магнитная экранирующая пластина 22 сформирована таким образом, чтобы иметь возможность переключения между возбужденным состоянием, в котором функция возбуждения прикладывается, поскольку магнитная экранирующая пластина 22 не находится между постоянными магнитами 15а статора возбудителя и обмотками 15b ротора возбудителя, и невозбужденным состоянием, в котором функция возбуждения не прикладывается, поскольку магнитная экранирующая пластина 22 находится между постоянными магнитами 15а статора возбудителя и обмотками 15b ротора возбудителя.
Магнитная экранирующая пластина 22 изготовлена из магнитного материала, такого как электромагнитная стальная пластина.
Во время нормальной работы электромагнитные соленоиды 20 срабатывают; магнитная экранирующая пластина 22 находится в положении вмешательства между постоянными магнитами 15а статора возбудителя и обмотками 15b ротора возбудителя.
В это время часть магнитного потока, вызванная постоянным магнитом, протекает через магнитную экранирующую пластину 22. В результате магнитный поток, взаимно связанный с обмотками 15b ротора возбудителя, уменьшается, и ток возбуждения, протекающий через обмотку 13b ротора синхронной машины обмоточного типа, уменьшается. Поэтому синхронная машина 13 обмоточного типа переключается в режиме работы с опережающим коэффициентом мощности.
Когда происходит отключение электростанции или потеря внешнего питания, подача электроэнергии к электромагнитным соленоидам 20 прекращается, и затем упругая сила пружины пружин 16 помогает передвигать магнитную экранирующую пластину 22 в осевом направлении. Магнитная экранирующая пластина 22 немедленно перемещается в положение (называемое ниже "положением невмешательства"), которое находится в стороне от положения вмешательства между постоянными магнитами 15а статора возбудителя для возбудителя 15 и обмотками 15b ротора возбудителя.
В результате магнитный поток, взаимосвязанный с обмотками 15b ротора возбудителя, увеличивается, и ток возбуждения обмоток 13b ротора синхронной машины обмоточного типа увеличивается. Поэтому синхронная машина 13 обмоточного типа автоматически переключается в режим работы с запаздыванием коэффициента мощности.
Как описано выше, устройство 45 с постоянным магнитом статора возбудителя, которое имеет механизм привода, включающий в себя постоянные магниты 15а статора возбудителя, электромагнитные соленоиды 20 и соединительные стержни 21, и пластину 22 магнитного экрана, имеют функцию переключения между возбужденным состоянием и невозбужденным состоянием в возбудителе 15, в целом.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления длина зазоров между постоянными магнитами 15а статора возбудителя в возбудителе 15 и обмотками 15b ротора возбудителя становится длинной. Однако вес движущегося объекта уменьшается, и электромагнитные соленоиды 20 поэтому могут быть выполнены меньшими по размеру. Кроме того, надежность улучшается, поскольку постоянные магниты 15а статора возбудителя в возбудителе 15 не движутся.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, возможно обеспечить высоконадежный источник питания для компенсации электромагнитного насоса, который включает в себя функцию выполнения компенсации реактивной мощности для улучшения низкого коэффициента мощности электромагнитного насоса во время нормальной работы установки, и функцию обеспечения требуемой выходной характеристики электрической энергии, без внешнего управления.
Третий вариант осуществления
На фиг.4 показана схема, представляющая электрическую конфигурацию третьего варианта осуществления источника питания для компенсации электромагнитного насоса в соответствии с настоящим изобретением.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления, как показано на фиг.4, понижающий трансформатор 33, устройство 34 подачи мощности постоянного тока и прерыватель 31 линии подачи постоянного тока помещают в модуль 30 источника питания постоянного тока между системой 2 переменного тока и электромагнитными соленоидами 20, и соединены последовательно в этом порядке.
Кроме того, модуль 35 управления коэффициентом мощности предусмотрен для управления устройством 34 подачи мощности постоянного тока таким образом, чтобы улучшить коэффициент мощности на основе сигналов тока и напряжения из трансформатора 36 тока и трансформатора 37 напряжения, которые предусмотрены в линии источника питания электромагнитного насоса 1.
Модуль 35 управления коэффициентом мощности разработан для непрерывного управления напряжением, подаваемым в электромагнитные соленоиды 20 во время нормальной работы.
Конфигурация других компонентов является такой же, как и в первом или во втором варианте осуществления.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления необходимо добавить 34 источник питания постоянного тока, модуль 35 управления коэффициентом мощности, трансформатор 36 тока и трансформатор 37 потенциала. Однако во время нормальной работы электростанции, возможно, чтобы электромагнитные соленоиды 20 непрерывно управляли положениями постоянных магнитов 15а статора возбудителя. Поэтому, даже в любом рабочем состоянии, помимо номинального режима работы, коэффициент мощности может быть улучшен.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления могут быть достигнуты те же предпочтительные эффекты, как и в первом или втором варианте осуществления. Кроме того, возможно предложить более деликатную функцию компенсации реактивной мощности, для улучшения низкого коэффициента мощности электромагнитного насоса во время нормальной работы установки, а также требуемой выходной характеристики электропитания, без внешнего управления.
Четвертый вариант осуществления
На фиг. показана 5 схема, представляющая электрическую конфигурацию четвертого варианта осуществления источника питания для компенсации электромагнитного насоса, в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на фиг.5, энергия, которая поступает к электромагнитным соленоидам 20 во время нормальной работы, не поступает по прямой линии из шины 2 системы переменного тока, но поступает путем ответвления от линии 40а источника питания на стороне синхронной машины, которая представляет собой линию источника питания для обмоток 13а статора синхронной машины обмоточного типа в синхронной машине 13 обмоточного типа, в модуль 30 источника питания постоянного тока.
Модуль 30 источника питания постоянного тока включает в себя выпрямитель 32 линии подачи постоянного тока и прерыватель 31 линии подачи постоянного тока, как и в случае первого варианта осуществления.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления, поскольку работают электромагнитные соленоиды 20, производительность синхронной машины 13 обмоточного типа должна быть больше, соответственно. Однако по сравнению с каждым из представленных выше вариантов осуществления количество линий между механизмом 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса и шиной 2 системы переменного тока уменьшается, что упрощает разработку компоновки оборудования питания.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, возможно обеспечить высоконадежный источник питания для компенсации электромагнитного насоса, который включает в себя функцию выполнения компенсации реактивной мощности, для улучшения низкого коэффициента мощности электромагнитного насоса во время нормальной работы установки, и функцию обеспечения требуемой выходной характеристики электрической мощности, без внешнего управления. Кроме того, уменьшается количество компонентов, и становится проще разрабатывать компоновку оборудования питания.
Пятый вариант осуществления
На фиг.6 схематично показан вид в продольном разрезе, представляющий механическую конфигурацию пятого варианта осуществления источника питания для компенсации электромагнитного насоса в соответствии с настоящим изобретением.
Настоящий вариант осуществления представляет собой вариант первого варианта осуществления. Настоящий вариант осуществления является таким же, как и первый вариант осуществления, в том, что постоянные магниты 15а статора возбудителя в возбудителе 15 также сформированы с возможностью перемещения в направлении оси вращения под действием электромагнитного соленоида. В соответствии с первым вариантом осуществления, электромагнитные соленоиды 20, постоянные магниты 15а статора возбудителя и постоянные магниты 20 с электромагнитного соленоида соединены непосредственно друг с другом. В соответствии с настоящим вариантом осуществления, добавлены элементы для обеспечения функциональности, даже если электромагнитная сила электромагнитного соленоида будет слабой.
Механизм 50 привода включает в себя соединительные стержни 51, пластину 52 держателя, пружины 53 сжатия и пластины 54 ограничителя пружин сжатия, направляющие участки 55, стержни 56 рычагов, опорные ступени 57 для рычагов, постоянные магниты 58 рычага и электромагнитные соленоиды 59 рычага.
Пластина 52 держателя закреплена на внешнем участке (или, например, на кожухе, который не показан на чертеже). Пластина 52 держателя поддерживает один конец пружины 53 сжатия. Соединительные стержни 51 соединены с постоянным магнитом 15a статора возбудителя. В середине соединительных стержней 51 предусмотрены ограничительные пластины 54 для пружины сжатия.
Другой конец пружины 53 сжатия удерживается пластиной 54 остановки пружины сжатия; пружина 53 сжатия удерживается между пластиной 52 держателя и пластиной 54 остановки пружины сжатия. Другая сторона соединительного стержня 51 от участка соединения с постоянным магнитом 15а статора возбудителя проходит через пластину 52 держателя; и ее оконечный участок соединен со стержнем 56 рычага.
Другой конец стержня 56 рычага из участка соединения с соединительным стержнем 51 присоединен к постоянному магниту рычага 58. Средний участок стержня 56 рычага соединен с точкой 57a опоры стержня рычага на площадке 57 точки опоры с возможностью поворота. Длина соединительного участка стержня 56 рычага между точкой 57a опоры стержня рычага и постоянным магнитом 58 рычага в достаточной степени больше, чем длина между соединительным участком с соединительным стержнем 51 и точкой опоры 57a стержня рычага.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления электромагнитный соленоид 59 рычага, стержни 56 рычага и соединительные участки, такие как соединительные стержни 51, представляют собой основные компоненты механизма привода, который имеет функцию привода постоянных магнитов 15a статора возбудителя.
Электромагнитный соленоид 59 рычага закреплен на внешнем участке; питание постоянного тока подают в него из модуля 30 источника питания постоянного тока.
Длину стержня 56 рычага и других деталей также устанавливают, чтобы взаимосвязь положения между постоянным магнитом 15а статора возбудителя и обмоткой 15b ротора возбудителя менялась в соответствии с тем, находится ли пружина сжатия в сжатом состоянии или в высвобожденном состоянии.
Таким образом, длину стержня 56 рычага и других деталей устанавливают таким образом, чтобы постоянный магнит 58 рычага был закреплен на электромагнитном соленоиде 59 рычага, и постоянный магнит 15а статора возбудителя находился в необращенном положении относительно обмотки 15b ротора возбудителя, из-за его силы магнитного притяжения в ситуации, когда питание постоянного тока приложено к электромагнитному соленоиду 59 рычага.
И постоянный магнит 58 рычага движется от электромагнитного соленоида 59 рычага, когда пружину 53 сжатия высвобождают из сжатого состояния, и постоянный магнит 15а статора возбудителя находится в положении, обращенном относительно обмотки 15b ротора возбудителя в ситуации, когда питание постоянного тока не поступает к электромагнитному соленоиду 59 рычага.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления с представленной выше конфигурацией питание постоянного тока подают из модуля 30 источника питания постоянного тока к электромагнитному соленоиду 59 рычага во время нормальной работы. Поэтому постоянный магнит 58 рычага притягивается к электромагнитному соленоиду 59 рычага, и постоянный магнит 15а статора возбудителя перемещается в необращенное положение относительно обмотки 15b ротора возбудителя через стержень 56 рычага и соединительный рычаг 51.
В случае возникновения остановки электростанции или потери внешнего питания, подача питания к соленоиду 59 электромагнитного рычага прекращается. В соответствии с этим сила магнитного притяжения между соленоидом 59 электромагнитного рычага и постоянным магнитом 58 рычага исчезает. Поэтому упругая сила пружины в пружине 53 сжатия помогает переместиться постоянному магниту 15а статора возбудителя немедленно обратно в его исходное положение обращения, где постоянный магнит 15а статора возбудителя обращен к обмотке 15b ротора возбудителя.
Как описано выше, устройство 15а с постоянным магнитом статора возбудителя и механизм 50 привода, включающий в себя электромагнитные соленоиды 59, соединительные рычаги 51 и стержни 56 рычага имеют функцию переключения между возбужденным состоянием и невозбужденным состоянием в возбудителе 15 в целом.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления даже когда сила магнитного притяжения между постоянным магнитом 58 рычага и электромагнитным соленоидом 59 рычага меньше по сравнению с упругой силой пружины в пружине 53 сжатия, принцип действия рычага таким образом, поддерживает положение постоянного магнита 15а статора возбудителя малой силой магнитного притяжения. Поэтому во время нормальной работы возможно предотвратить нарушение, вызванное неисправностью, и возникновение проблемы.
Как описано выше, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, могут быть получены те же предпочтительные эффекты, как и в первом варианте осуществления. Кроме того, положение постоянного магнита 15а статора возбудителя можно поддерживать малой силой магнитного притяжения. Поэтому во время нормальной работы возможно предотвратить нарушение, вызванное неисправностью, и возникновение проблемы.
Другие варианты осуществления
Выше были описаны несколько вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако эти варианты осуществления были представлены в качестве примера и не предназначены для ограничения объема изобретения.
Например, настоящее изобретение может применяться не только к установкам с ядерным реактором на быстрых нейтронах, но также и на предприятиях и установках, в которых используются электромагнитные насосы, и возникают аналогичные проблемы.
Свойства различных вариантов осуществления могут использоваться в комбинации. Например, конфигурация механизма 10 источника питания для компенсации электромагнитного насоса по третьему, четвертому и пятому вариантам осуществления может быть такой же, как показана на фиг.2 или 3.
Варианты осуществления могут быть воплощены в других различных формах. Различные исключения, замены и изменения могут быть выполнены без выхода за пределы предмета изобретения.
Представленные выше варианты осуществления и их варианты находятся в пределах объема и предмета изобретения, и аналогично находятся в пределах объема изобретения, описанного в приложенных пунктах формулы изобретения и в диапазоне их эквивалентности.
Пояснение номеров ссылочных позиций
1: электромагнитный насос
2: системная шина переменного тока
5: источник питания для компенсации электромагнитного насоса
10: механизм источника питания для компенсации электромагнитного насоса
11: вал ротора
12: маховик
13: синхронная машина обмоточного типа
13a: обмотка статора синхронной машины обмоточного типа
13b: обмотка синхронной машины обмоточного типа
14: вращающийся выпрямитель
15: возбудитель
15a: постоянный магнит статора возбудителя
15b: обмотка ротора возбудителя
16: пружина (упругое тело)
20: электромагнитный соленоид (механизм привода)
20a: пластина держателя электромагнитного соленоида
20b: катушка электромагнитного соленоида
20c: постоянный магнит электромагнитного соленоида
21: соединительный стержень
22: пластина магнитного экрана
30: модуль источника питания постоянного тока
31: прерыватель линии питания
32: выпрямитель линии подачи постоянного тока
33: понижающий трансформатор
34: источник питания постоянного тока
35: модуль управления коэффициентом мощности
36: трансформатор тока
37: трансформатор напряжения
40: линия питания переменного тока
40a: линия источника питания на стороне синхронной машины
41: прерыватель линии источника питания
42: инвертер
45: устройство с постоянным магнитом статора возбудителя
50: механизм привода
51: соединительный стержень
52: пластина держателя
53: пружина сжатия (упругое тело)
54: пластина упора пружины сжатия
55: блок направления
56: стержень рычага
57: площадка точки опоры
57a: точка опоры стержня рычага
58: постоянный магнит рычага
59: электромагнитный соленоид рычага