Бурное развитие ряда отраслей промышленности и новей-Шей техники за последние 10-15 лет потребовало создания ус-тановок на весьма большие постоянные токи, измеряемые сотнями килоампер. В большинстве случаев подобные установки являются низковольтными. В этих условиях для электрических униполярных машин открылись широкие перспективы практического использования, так как именно указанный тип источника позволяет сравнительно простыми и экономичными средствами генерировать без пульсаций постоянный ток большой величины. В связи с этим к униполярным генераторам был снова проявлен повышенный интерес исследователей, благодаря чему оказалась успешно решенной проблема токосъема, который долгое время сдерживал развитие униполярных машин. Использование новых жидкометаллических сплавов, обладающих низкими температурой плавления н вязкостью при высокой электрической проводимости, позволили разработать экономичные, малогабаритные токосъемные устройства, допускающие высокие плотности тока в контакте. Это дало возможность построить весьма мощные униполярные генераторы, которые сочетали лучшие качества, присущие машинам данного типа; простоту и надежность конструкции, малые габариты и высокие технико-экономические показатели, генерирование напряжения и тока без пульсаций, высокую термическую и перегрузочную способность по току, отсутствие изнашивающихся частей в силовой цепи и т. д.

В последние годы за рубежом был сделан ряд уникальных установок с униполярными генераторами, в которых для съема больших токоь использован жидкометаллический контакт.

По характеру работы эти установки можно разделить на две группы:

1) для длительных стационарных режимов;

2) для импульсных режимов в течение сравнительно неболь- Юго промежутка времени.

Рис. 1. Генерирующая установка мощностью 60 Мет с шестью униполярными генераторами

Целесообразно кратко рассмотреть назначение некоторых установок и основные данные входящих в них униполярных генераторов.

Примером стационарной установки может служить агрегат, который состоит из паровой турбины и шести униполярных генераторов мощностью по 10 Мвт калдый [43]. На рис. 1 видно, что генераторы находятся на одном валу с турбиной (по три с каждой стороны). При скорости вращения 3600 об/мин каждый генератор обеспечивает напряжение 67 в и рассчитан па длительный ток, равный 150 ка. Электрические цепи якорей прн последовательном соединении позволяют получить рабочее напряжение 400 в при токе 150 ка.

Подобные установки могут быть использованы в металлургической и химической промышленности, в частности для получения электролизом алюминия, меди и других металлов; для питания дуговых печей и электромагнитных насосов, перекачивающих жидкий металл; получения хлора и т. Д. Электромагнитные насосы применяются, например, с целью обеспечения циркуляции теплоносителя в атомных реакторах.

Указанные униполярные генераторы построены фирмой GEC (США) и прошли испытание на заводах в г. Скенектеди, По сообщению фирмы, к. п. д. генератора весьма высок - более 98%, вес 25 т; габариты: длина - 3,56 м (включая муфты сцепления), высота-1,78 м, ширина - 2,56 м. Униполярный генератор рассчитан на работу в течение нескольких лет без остановки для ухода и ремонта. Вспомогательные агрегаты находятся вне генератора и допускают использование резервных устройств без остановки машины.

На рис. 2 показаны униполярные генераторы, которые входят в силовую установку аэродинамической трубы (г. Тулахома. США) .Труба служит для испытаний в цотоке горячих газов моделей управляемых снарядов и космических летательных ап-

паратов [69 . Каждый из генераторов при скорости вращения 1800 об/мин развивает напряжение 45 в и способен обеспечить рабочий ток в 550 i:o. 4

Рис, 2. Силовая установка с четырьмя униполярными генераторами (по два на одном валу) для аэродинамической трубы

Внешний вид машины, построенной фирмой GEC, показан на рис. 3. Униполярные генераторы в этой установке используются для зарядки индуктивной катушки, которая затем при разряде через электрическую дугу в течение 0,01 сек обеспечивает пик тока до 1000 ка. Скорость воздуха в аэродинамической трубе достигает двацатикратной скорости звука.

Рис. 3. Внешни!! вид мощного униполярного генератора фирмы GEC

в настоящее время имеется целый ряд подобных униполярных генераторов, также предназначенных для импульсных режимов. Например, в Мичиганском университете для аэродинамической трубы используется генератор с номинальным током 60 ка и пиковым 300 ка. Он развивает напряжение 40 в при от-!10сительно высокой скорости вращения, равной 10 000 об/мин

Другой важной областью применения мощных униполярны.х генераторов являются экспериментальные установки ядерной физики, главным образом для питания обмоток электромагнитов. По-видимому, они найдут применение для аналогичной цели в магнитогидродинамических генераторах.

Исследовательский центр NASA (США) применяет унино лярный генератор для создания сильных магнитных поле!! (до 10 вб/м). Форсирование возбуждения генератора позволяет достигнуть максимального тока в 300 ка за 1 сек.

Уникальный униполярный генератор вертикального тина (рис. 4) был построен и испытан в Австралийском национальном университете (г. Канберра). Генератор предназначен для питания обмоток магнитов протон-синхротрона на 10 млрд, :*лектрон-вольт [71]. В импульсном режиме он способен обеспечить ток до 1600 ка при начальном напряжении 800 в. Генератор имеет два дискообразных ротора диаметром около 3,54 м и весом 40 т каждый, которые раскручиваются в противоположных направлениях до скорости 900 об1мин. 0бн1ин вес машины очень большой- 1500 т.

Выше были рассмотрены только наиболее мощные современные установки, где нашли применение униполярные генераторы. Кроме того, имеется большое количество индивидуальных униполярных машин (включая двигатели) на относительно меньшие токи, отличающиеся специфическими параметрами (высокоскоростные, на повышергное напряжение - до 550 в. с малым моментом инерции и т.д.). Их практическое использование 1Может бьпъ весьма разнообразным, напри.мер, .цля иссле дования коммутационной аппаратуры, в качестве двигателен при питании от низковольтных источников, а также в виде датчиков напряжения без пульсаций для шлейфов осциллографл взамен тахогенсраторов и т.д.

Целью настоящего обзора является ознако.мленпе научно-технических работников с .утапамн развития униполярной машины, ее конструктивными особенностями и методами расчета, так как в настоящее время не имеется обобщающей работы по униполярным машинам. Необходимо указать, что ряд основных вопросов по методу расчета подобных машин и их переходных режимов, несмотря на определенные практические достижени*: г. ряде стран, в литературе недостаточно освещены. В связи с iiTHM в Kwnre дан подробный теоретический анализ таких первостепенных вопросов, как расчет-потерь в жидкометалли-ческом контакте, анализ устойчивости положения жидкости в

специально оговоренных.

Рис 4 Внешиий вид импульсного униполярного генератора Австралийского национального университета / - шннопровод; ? - баки со сплавом NaK