БЕСКОНТАКТНЫЙ КОМПРЕССИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области электромашинных генераторов параметрического типа с периодически изменяющейся при вращении ротора индуктивностью обмотки статора и может быть использована для питания электрофизических установок мощными импульсами тока.
max
min
max
min
Известна конструкция компрессионного генератора [Глебов И.А., Кашарский Э.Г., Рутберг Ф.Г. Синхронные генераторы кратковременного и ударного действия. - Л.: Наука, 1985, с.200-205], имеющего явнополюсные ферромагнитные ротор и статор с двумя одинаковыми обмотками, которые соединены между собой посредством скользящих контактов (контактные кольца и щетки). При вращении ротора суммарная индуктивность этих обмоток периодически пульсирует за счет того, что в одном положении ротора обмотки оказываются включенными согласно и имеют максимальную суммарную индуктивность (L), а в другом - встречно и имеют минимальную суммарную индуктивность (L). Кратность изменения индуктивности такого генератора N=L/L достигает сотен единиц и определяет значительную генерируемую мощность. Недостатком этой конструкции является наличие скользящих контактов, через которые необходимо пропустить всю генерируемую мощность.
Наиболее близким техническим решением является бесконтактный компрессионный генератор, выбранный в качестве прототипа [Invited the compensated pulsed alternator program - a review / W.L.Bird, W.F.Weldon, B.M.Carder, R.J.Foley - Proceedings of 3rd IEEE International Pulsed Power Conference, Albuquerque, June 1981, p.134-141]. Этот генератор содержит явнополюсный ферромагнитный статор с одной обмоткой, размещенной 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 магнитный поток вытесняется в область обмотки, а в момент максимума индуктивности обмотки магнитный поток проходит значительный путь по воздуху между полюсами статора и для его создания требуется большой ток. Недостатками прототипа является значительная мощность возбуждения, которая связана с
большими величинами тока, а также незначительная кратность изменения индуктивности обмотки (N<10), что ограничивает генерируемую мощность.
Задачей полезной модели является снижение мощности возбуждения и увеличение генерируемой мощности за счет повышения кратности изменения индуктивности обмотки.
Это достигается тем, что в бесконтактном компрессионном генераторе, содержащем явнополюсный ферромагнитный статор с обмоткой между полюсами и монолитный ротор из проводящего электрический ток материала с зубцами, число которых равно числу пар полюсов обмотки, согласно полезной модели, ротор выполнен с закрепленными между зубцами магнитопроводами.
Заявляемая полезная модель имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:
1. За счет наличия магнитопроводов с высокой магнитной проницаемостью значительно уменьшает путь по воздуху магнитного потока в момент максимума индуктивности. Поэтому для создания магнитного потока потребуется меньший, чем у прототипа, ток возбуждения, а, следовательно, потребуется и меньшая мощность возбуждения.
max
2. За счет наличия магнитопроводов с высокой магнитной проницаемостью значительно увеличивается максимальная индуктивность обмотки статора (L) и тем самым возрастает кратность изменения индуктивности N до сотен единиц, т.е. генерируемая мощность значительно увеличивается.
На фиг.1 схематически изображен бесконтактный компрессионный генератор с четырьмя парами полюсов при положении ротора, когда индуктивность обмотки максимальна. Бесконтактный компрессионный генератор содержит обмотку 1, проводники которой размещены в соседних между полюсных пространствах ферромагнитного статора 2, корпус статора 3, зубчатый ротор 4 из проводящего электрический ток материала, магнитопроводы 5, вал 6.
Предлагаемый генератор может иметь литой из проводящего электрический ток алюминиевого или медного сплава ротор 4, который закрепляется на валу 6. Магнитопроводы 5 удерживаются между зубцами ротора 4 посредством определенных пазов. Для уменьшения потерь мощности при изменяющихся магнитных потоках Ф ферромагнитный статор 2 и магнитопроводы 5 ротора 4 изготовляются шихтованными из листов электрической стали.
Бесконтактный компрессионный генератор работает следующим образом. Внешним приводным двигателем ротор 4 раскручивается до определенного числа оборотов в секунду, которое определяется надежностью крепления магнитопроводов 5. Далее на обмотку генератора 1 от внешнего источника возбуждения подается ток, который создает магнитный поток Ф. По мере поворота ротора 4 его зубцы вытесняют магнитный поток в пазы статора 2 и индуктивность обмотки 1 уменьшается. В результате происходит преобразование механической энергии вращающегося ротора 4 в электромагнитную энергию импульса тока, который возрастает тем больше, чем больше кратность изменения индуктивности обмотки 1. Электромагнитная энергия импульса тока передается в внешнюю нагрузку, которая подключается последовательно или параллельно обмотке 1.
Полезная модель по сравнению с прототипом, имеющим такой же диаметр ротора и аналогичное число пар полюсов обмотки, за счет наличия магнитопроводов ротора, на основании расчетов, проведенных автором, имеет примерно в десятки раз меньший ток возбуждения, в десятки раз большую максимальную индуктивность и в десятки раз большую кратность изменения индуктивности. Таким образом мощность возбуждения полезной модели в десятки раз меньше при генерируемой мощности в десятки раз большей.
Данная полезная модель реализована в виде бесконтактного компрессионного генератора массой 500 кг с четырьмя парами полюсов и 100 оборотами в секунду ротора для импульсного питания активно-индуктивной нагрузки. Этот генератор имеет среднюю мощность возбуждения 3 МВт при генерируемой мощности 60 МВт и кратности изменения индуктивности обмотки N=165.