Автономный источник трехфазного напряжения стабильной частоты

Авторы патента:

H02K47/26 - работающие как асинхронные машины, вращающиеся с несинхронной скоростью, например каскадные агрегаты, состоящие из асинхронной и синхронной машин

Владельцы патента RU 2321145:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") (RU)

Изобретение может быть использовано в системах автономного питания, требующих стабильной или регулируемой частоты выходного напряжения при переменной частоте вращения вала. Технический результат заключается в упрощении конструкции, улучшении массогабаритных показателей, повышении надежности системы. Сущность предлагаемого изобретения состоит в введении дополнительно устройства, позволяющего создать условия для самовозбуждения генератора и, следовательно, исключить из схемы дополнительный источник тока возбуждения стабильной частоты. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания автономных источников питания, требующих стабильной или регулируемой частоты выходного напряжения при переменной частоте вращения вала.

Известное изобретение (GB, 1103789, Н02К 47/24, 1966), использующее для возбуждения вращающегося магнитного поля асинхронного преобразователя задающий генератор, вырабатывающий напряжение стабильной частоты и представленный в виде синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, и расположенный на одном валу с асинхронными преобразователями и статическим преобразователем частоты.

Наиболее близким по техническому решению является "Машинно-вентильный источник трехфазного напряжения стабильной частоты" по а.с. СССР №1046862, Н02К 29/00, от 08.01.82 г., взятый авторами за прототип. Известный источник содержит синхронный генератор, обмотка возбуждения которого выполнена с числом пар полюсов Р₁ и расположенный с ним на одном валу асинхронный возбудитель, статорная и роторная обмотки которого выполнены с числом пар полюсов Р₂, задатчик частоты, подключенный на вход асинхронного возбудителя, силовой коммутатор, подключенный на выход синхронного генератора. На роторе синхронного генератора уложена трехфазная дополнительная обмотка с числом пар полюсов Р₃, подключенная к роторной обмотке асинхронного возбудителя, точки соединения которых подключены через выпрямитель к обмотке возбуждения генератора, а выходная обмотка синхронного генератора выполнена из однофазных обмоток, сдвинутых в пространстве на угол электрических градусов, причем число пар полюсов связано соотношением: Р₁=Р₂+Р₃; Р₁=3Р₃.

Недостатком указанного устройства является необходимость использования дополнительного источника стабильной частоты для возбуждения асинхронного возбудителя, что вызывает усложнение конструкции и ухудшение массогабаритных показателей.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в упрощении конструкции, улучшении массогабаритных показателей, повышении надежности системы.

Поставленная цель достигается тем, что в схему автономного источника, содержащего синхронный генератор, обмотки которого выполнены с числом пар полюсов P₁ и асинхронный возбудитель, обмотки которого выполнены с числом пар полюсов Р₂, расположенные на одном валу, преобразователь частоты, подключенный на выход синхронного генератора, введено фазосдвигающее устройство, включенное между выходом преобразователя частоты и входом асинхронного возбудителя. На роторе синхронного генератора уложена дополнительная трехфазная обмотка с числом пар полюсов Р₃, подключенная к роторной обмотке асинхронного возбудителя, точки соединения которых подключены через выпрямитель к обмотке возбуждения генератора, а выходная обмотка синхронного генератора выполнена из однофазных обмоток, сдвинутых в пространстве на угол электрических градусов, причем число пар полюсов связано соотношением: Р₁=Р₂+Р₃; Р₁=3Р₃.

Сущность решения поясняется чертежом, где представлена схема автономного источника трехфазного напряжения стабильной частоты.

Автономный источник трехфазного напряжения стабильной частоты (см. чертеж) содержит синхронный генератор 1, асинхронный возбудитель 2, расположенные на одном валу и выполненные в одном корпусе. Обмотки 3 и 4 синхронного генератора выполнены с числом пар полюсов P₁, обмотки 5 и 6 асинхронного возбудителя - с числом пар полюсов Р₂. Обмотка возбуждения синхронного генератора подключена к роторной обмотке 5 через выпрямитель 7. Обмотка 6 подключена к фазосдвигающему устройству 8, которое может быть выполнено с использованием хорошо известного синусно-косинусного вращающегося трансформатора с многофазным выходом, а обмотка 4 - к преобразователю частоты 9. На роторе синхронного генератора уложена трехфазная дополнительная обмотка 10, выполненная с числом пар полюсов Р₃ и подключенная к роторной обмотке 5. Выходная обмотка 4 синхронного генератора выполнена в виде трех однофазных обмоток с полным шагом, сдвинутых в пространстве на угол эл. градусов, причем число пар полюсов связано соотношением: Р₁=Р₂+Р₃; Р₁=3Р₃.

Устройство работает следующим образом.

При вращении ротора и питании обмотки 6 от фазосдвигающего устройства 8 в обмотке 5 индуцируется ЭДС с частотой

ω₅=ωР₂+ω₀,

где ω - угловая частота вращения ротора;

ω₀ - угловая частота, определяемая задатчиком частоты.

Роторная обмотка 3 через выпрямитель 7 является нагрузкой обмотки 5. ЭДС обмотки 4 изменяется с угловой частотой

ω'₄=ωР₁.

Обмотка 10 также является нагрузкой обмотки 5. ЭДС обмотки 4 от поля обмотки 10 изменяется с частотой

ω"₄=ωР₃+ω₅=ω(P₂+Р₃)+ω₀.

В результате сложения двух ЭДС в обмотке 4 возникает результирующая ЭДС, амплитуда которой изменяется с частотой биений

ω₄=ω"₄-ω'₄=ω(P₁-P₂-Р₃)+ω₀.

Так как частота биений не должна зависеть от частоты вращения вала,

ω₄=ω₀.

Таким образом, число пар полюсов обмоток синхронного генератора, асинхронного возбудителя и дополнительной обмотки должно выбираться из условия P₁=Р₂+P₃.

Наличие фазосдвигающего устройства позволяет синхронизировать фазу выходного напряжения и тока возбуждения источника, также создать условия для самовозбуждения генератора и, следовательно, исключить из схемы дополнительный источник тока возбуждения стабильной частоты.

Автономный источник трехфазного напряжения стабильной частоты, содержащий синхронный генератор, выходная обмотка и обмотка возбуждения которого выполнены с числом пар полюсов Р₁, асинхронный возбудитель, роторная и входная обмотки которого выполнены с числом пар полюсов Р₂, все указанные обмотки расположены на одном валу, на роторе синхронного генератора уложена трехфазная дополнительная обмотка с числом пар полюсов Р₃, подключенная к роторной обмотке асинхронного возбудителя, точки соединения трехфазной дополнительной обмотки и роторной обмотки подключены через выпрямитель к обмотке возбуждения синхронного генератора, выходная обмотка синхронного генератора выполнена из трех однофазных обмоток, сдвинутых в пространстве на угол эл. град., к выходу выходной обмотки синхронного генератора подключен преобразователь частоты, отличающийся тем, что дополнительно содержит фазосдвигающее устройство, включенное между выходом преобразователя частоты и входом асинхронного возбудителя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных электроустановках. .

Преобразователь частоты // 710096

Электрическая машина переменного тока // 575738

Электромашинный преобразователь частоты // 420059

Одноякорный асинхронный бесконтактный преобразователь частоты // 148847

Асинхронный преобразователь частоты // 148846

Асинхронный преобразователь частоты // 131403

Управляемая двухмерная электрическая машина // 2332774

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, одновременно подаваемой на другой ее вход (электрический), в суммарную электрическую энергию переменного тока

Двухмерная электрическая машина-генератор // 2332775

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, одновременно подаваемой на другой ее вход (электрический) в суммарную электрическую энергию переменного тока

Синхронный генератор-компенсатор и способ его работы // 2348097

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в параметрических машинах в электроэнергетике в качестве электрогенераторов и электродвигателей, например, на электростанциях

Каскадный синхронно-асинхронный генератор // 2453971

Изобретение относится к области электротехники, в частности к таким электрическим машинам, как электрические гидро- и ветрогенераторы, то есть к генераторам с малым числом оборотов ротора в минуту

Короткозамкнутый ротор каскадной синхронно-асинхронной электромеханической системы // 2536176

Изобретение относится к электротехнике, к таким электрическим машинам, являющимся генераторами с малым числом оборотов, например, в ветро- и гидроэнергетике, или бесконтактным электродвигателям с переключаемым числом оборотов. Технический результат состоит в повышении технологичности изготовления ротора и повышении ее надежности. Роторная обмотка каждой ступени каскада выполнена в виде многофазной звезды, замкнутой с одного из торцов ступени. Противоположные концы обеих звезд соединяются крест-накрест так, чтобы их последовательность фаз была противоположной. 2 ил.

Бесконтактный многофазный генератор переменного тока // 2633374

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам переменного тока. Технический результат состоит в улучшении массогаборитных показателей и упрощении изготовления. Бесконтактном многофазный генератор переменного тока содержит корпус, подвозбудитель, состоящий из аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя. Возбудитель состоит из магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя, подключенной к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель. Основной генератор состоит из магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, подключенной к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель. Магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора установлены на одном валу, закрепленном в переднем и заднем подшипниковых узлах. Аксиальные постоянные магниты индуктора подвозбудителя жестко закреплены на валу посредством первого диска. Корпус разделен на переднюю, заднюю и среднюю секции. Передняя и средняя секции выполнены в форме усеченных конусов с различными углами раствора. Задняя секция выполнена цилиндрической. Внешнее основание задней секции образовано крышкой корпуса, на внутренней поверхности которой закреплен многофазный двухполупериодный выпрямитель, а в центре установлен второй подшипниковый узел. Основание средней секции совпадает с внутренним основанием задней секции, а усеченная часть средней секции совпадает с основанием передней секции, при этом магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора выполнены в форме усеченного конуса. Магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя выполнены радиальными. 2 ил.