БЕСКОНТАКТНЫЙ КОМПРЕССИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

Название	БЕСКОНТАКТНЫЙ КОМПРЕССИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР
Разработчик (Авторы)	Носов Г.В.
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	60807
Дата регистрации	02.05.2006
Правообладатель	Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет

Описание изобретения

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.

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_max), а в другом - встречно и имеют минимальную суммарную индуктивность (L_min). Кратность изменения индуктивности такого генератора N=L_max/L_min 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.

2. За счет наличия магнитопроводов с высокой магнитной проницаемостью значительно увеличивается максимальная индуктивность обмотки статора (L_max) 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.

Формула полезной модели

Бесконтактный компрессионный генератор, содержащий явнополюсный ферромагнитный статор с обмоткой между полюсами и монолитный ротор из проводящего электрический ток материала с зубцами, число которых равно числу пар полюсов обмотки, отличающийся тем, что ротор выполнен с закрепленными между зубцами магнитопроводами.

Изобретение "БЕСКОНТАКТНЫЙ КОМПРЕССИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР" (Носов Г.В.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога