Асинхронно-синхронный преобразователь частоты

 

\" .;г,д .)

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сеюз Советским

Сециелистичесмих

Республик нц692О17 (á1) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 300574 (21) 2028924/24-07 с присоединением заявки H9— (23) Приоритет.— (53)M. Кл.

Н 02 К 47/18

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 151079.Бюллетень М 38

Дата опубликования описания 151079 (53) УДК621.314. 23.. 26.1 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.С.Айнварг и Б.Е.Коник (71) Заявитель ф (54) АСИНХРОННО-СИНХРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к преобразователю частоты.

Известен электромашинный преобра зователь частоты, в котором асинхронный двигатель и синхронный индукторный генератор совмещены в осевом направлении. В этом преобразователе приводной асинхронный двигатель выполнен в обращенном исполнении внутренний неподвижный статор с обмоткой .питания, подключенный к сети промышленной частоты, насажей на неподвижный вал. Наружный ротор выполнен в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого размещена ко роткозамкнутая обмотка двигателя, а наружная поверхность служит ротором индукторного генератора; остальные обмотки генератора размещены на втором наружном статоре ll) .

В известном преобразователе совмеще ны роторы асинхронного короткоэамкнутого двигателя и синхронного индукторного генератора. Однако такое совмещение является не электромагнитньм, а механическим, т.е. в роторе низкочастотные магнитные потоки .асинхронного двигателя и высокочастот ные магнитные потоки индукторного генератора являются независимыми и . более того, взаимное влияние усложняет работу машины.

Вследствие того, что в данном

1 преобразователе конструктив нб совмещены только роторы двигателя и генератора, а статоры их выполнены раздельными, машина имеет два радиальных воздушных зазора, т.е. сложную конструкцию, в которой ротор вращается между двумя статорами. Сложность конструкции является основным недостатком такого преобразователя. При заданной частоте питания выходная частота определяется только числом зубцов ротора и не может быть изменена, что также является недостатксм пре обра з ов а те ля .

Известен также асинхронно-синхронный преобразователь частоты, содержащий зубчатый ротор с обмоткой, состоящей из короткоэамкнутых витков, и, зубчатый статор с двигательной, и, по крайней мере, одной генераторной обмотками (2).

Недостатком известного преобразователя является низкое использование активных материалов .

69201 7

Целью изобретения является улучшение использования активных материалов .

Для этого ччйсло зубцов ротора,приходящееся на пару полюсов двигательной обмотки, выполнено нечетным и, кроме того, связано с числом зубцов статора соотношением

Е}, — — 2 - = НОД (ZI,, Z )

Е где НОД (Е „Z

Zt и Zc5

Е - число зубцов ротора;

Ес- число зубцов статора.

На фиг.1 — предлагаемый преобразователь, общий вид; на фиг.2 то же,разрез A. A ;1 ; на фиг.3 пример выполнения асинхронно-синхронногоо пре о бра э ов ателя; на фиг . 4 то же, разрез A-А фиг.3; на фиг.5 выполнение зубцовой зоны части преобразователя; фиг.б — вариант преобразбвателя, общий вид; фиг.7 .— то же, разрез A-A. фиг ° 6; на фиг.8 примеры выполнения зубцовой зоны.

Преобразователь содержит статор 25

1 и ротор 2, магнитопроводы которйх представляют собой наборы отдельных стержней 3,4 П-образной формы. Обраценные друг к другу через воздушный зазор части этих стержней образуют 3(} зубцы. Стержни расслоены вдоль оси вращения машины и могут быть набранными (шихтованными) из пластин электротехнической стали или быть навитыми иэ ленточной электротехнической 35 с тали .

Стержни 3 статора и стержни 4 ротора расположены до окружности на равных расстояниях друг от друга.

Число стержней-зубцов на статоре 4О равно двенадцати,на роторе - одиннад- цати.

Магнитопровод статора 1 со стержнями закреплен в корпусе, а магHHTQпровод ротора 2 со стержнями посред- с TBoM втулки 5, выполненной, наПрИМер 45 из элек тропров одного материала, закрепленногоо на валу б.

Магнитная изоляция стержней друг от друга не является необходимойу достаточно, чтобы их части, выступаю- 50 щие по найравлению к воздушному за-. зору машины и играющие роль зубцов, имели достаточный размер в радиальноь4, направлении.

Статор содержит три обмотки. Одна 55 из обмоток 7 статора является однофаэной и выполнена в виде кольцевой: катушки, соосной с валом б. Многофазные распределенные обмотки 8 и 9 сТВТоРВ выполнены IIQ THIDJ o6kPiHHK многофазных обмоток электрических машин. Обмотка 9 выполнена с числом

IIap полюсов, равным единице, и подключена к источнику питающего симметричного многофазного Синусоидального напряжения. Обмотка 9 выполнена с числом пар полюсов, равным двум, На роторе расположена короткозамкнутая обмотка 10.

Принцип работы преобразователя заключается в следующем.

Стержни-зубцы 3 статора и стержнизубцы 4 ротора могут быть выполнены

Ш-образнйми (фиг.З;4) и магнитный поток каждого стержня-зубца статора или ротора замыкается как в Ш-образном трансформаторе. Такая форма стержней-зубцов по сравнению с Побразной формой позволяет увеличить сечение магнитопровода и мощность машины при сохранении внешнего диаметра ротора °

Число равноотстоящих стержнейзубцов на статоре равно Е = 24, на роторе Z = 21. Как будет .выяснено ни же,сумма магнитных потоков ротора равна нулю;поэтому для крепления стерж ней ротора к валу б могут быть использованы втулка 5 и короткоэамкнутые металлические кольца 11, прижимающие все стержни к втулке.

Стержни в дальнейшем именуются зубцами.

Например, на фиг .5 показан в разрезе один из участков преобразователя, зубцовая зона которого содержит пазы, не занятые проводниками.

Магнитопроводы статора 1 и ротора 2

Выполнены в виде обычных круглых пакетов, состоящих из штампованных ,пластин электротехнической стали, и образуют в зоне воздушного зазора пазы. Половина пазов выполнена глубокими, а между ними находятся мел»,,кие пазы. В глубоких пазах статора уложены обмотки 7-9 с числами пар полюсов соответствено Р, (P+N) и (P-N), а в глубоких пазах ротора

;уложена обмотка 10.

Преобразователь, изображенный !

:на фиг.б имеет магнитопровод такого же типа, как в гомополярных индукторI, ных машинах. Магнитопровод содер жит два пакета статора 1 и ротора 2, :шихтованные в йлоскости, перпенди кулярной оси машины. Пакеты статора .соединены стержнями 3, а пакеты

I ротора - стержнями 4. Стержни стато ра и ротора шихтованы в плоскости, параллельной оси машины.

В двенадцати пазах каждого паке:та статора уложены две многофазные . обмотки: подключенная к многофазному источнику питания обмотка 8,.имеющая одну пару полюсов, и подключенная к нагрузке или регулировочному сопротивлению обмотка 9, имеющая две пары полюсов. Катушки отдельных фаэ обмотки 8 уложены в двух пакетах статора со сдвигом по окружности на

180, так что создаваемые в обоих о пакетах волны намагничивающей силы

:(НС) вращаются в одну. сторону, но

69201 7

Li4 г+и

=Б".,Ф -хФ

" г+ь имеют противоположные полярности.

С этой же целью два пакета статора могут быть развернуты друг относительно друга на половину зубцового деления ротора и иметь идентичные обмотки. Третья обмотка статора 7 выполнена в виде кольцевой катушки и расположена между пакетами статора. В одиннадцати пазах ротора уложена обмотка 10, выполненная как показано на фиг.З.

Протекающий по обмотке 8 ток угловой частоты создает волну HC F

1 имеющую одну пару полюсов, которую можно записать | F (x, t) =Рсоа (A. t—

-х) + F cos(Ес х +Я -x) — Fzcos (Zc- Rt + х), где F, Fz — амплитуды

НС основной волны и основных зубцовых гармоник соответственно; х — пространственная коорди- ната в долях радиуса рас- щ точки статора (пространственный угол); время .

Волна НС Fcos(Я.t-х) вращается в условHOM положительном направлении f

Ед= 12 - число зубцов статора.

При рассматривании магнитных по- токов зубцов статора, отстоящих от начала отсчета на целое число S зуб,цовых делений статора Х= Q+ g эубцо ;вые гармоники НС, как следует иэ эаC писанной формулы, взаимно компенсируются. Поэтому ЙС, действующая на

r-й зубец статора равйа:

F = F cos (n.t - (s-t) — ).. 35

24Г

9 Ес

Намагничивающая сила; действующая на r-й зубец ротора, получается при подстановке в формулу F(x t) значения . Х =р+ (2-1)

Zr где Е„= ll - число зубцов ротоРа, (Ь- угол поворота ротора в положительном направлении. Так как в расс:матриваемом преобразователе Е = Ег+ 1

:то НС, действующая íà r-й зубец ротора, равна:

"$5

F„= F cos (Q.t — p-(r — 1) 7г ) +

212

3 z

+.F cos (Q.t+ Zrp) - F cow (-Q.t+ (Е„+ 2) Р+ (r - 1) ).

В преобразователе (фиг.l и 2) магнитные потоки проходят практически только по площади взаимных перекры-

;тий зубцов статора и ротора, так как .на других участках эти потоки экраии-55 руются крайними стальными листами зубцов-стержней (крайние листы могут быть выполнены из материала с хорошей электропроводностью), Поэтому магнитный поток зубца может быть найден щ умножением НС, действующей в данном зубце, на магнитную проводимость воздушного зазора под данным зубцом.

Магнитная проводимость воэдушногс ,зазора для s-ro зубца статора при б учете только основ ных составляющих равна:

Л =Я 1 +у-соз (P Z + (s-1) — J3, с где Лсз и )- - постоянная составляющая и глубина модуляции магнитной проводимости зубца статора по первой гармонике. Знак плюс в квадратной скобке связан с тем, что волна магнитной проводимости движется в направлении, противоположном направлению поворота ротора.

Магнитная проводимость воздушного зазора для r-го зубца ротора равна:

Лг=Л,„Р +Вcos(- РЕС+ (r-1) —, )3 где Л „и 1"г- постоянная составляющая и глубина модуляции магнитной

)проводимости зубца ротора по пер вой гармонике.

Ф

Изменение знака перед р связано с тем, что магнитная проводимость рассматривается относИтельно ротора (при повороте ротора в положительном направлении,статор-, поворачивается относительно него на тот же

Угол р в отрицательном направлении).

Магнитный поток S-го зубца ста.тора, созданный током обмотки 8, рав ен: ф = Fs.ks= F Abs cos (S t -(s-t)2t) +

2 F Aosy cos(Q.,1 + (3 Ег) + « Г Л, Г

«сов(а. t — Ег -.(s - 1) — ).

Магнитный поток r-го зубца ротора, созданный тем же током, равен

Ф =F )l =FR cos nt-Ð-(r-i) †)+Р Л соэ(2Н+

21 1

r r ог (7„) ог х 7Г(Ъ)-F 7 СОЗ(М-(Z т2) -(r 1) — 1+ F) х

or, г Z) 2 ог

"Y>cog (at г pzc)+ — ЕЛогб.сов a% -pipzñ (" 1 х — +— — " Л„г1-гсо а +7 Р-yZ +(-q) — +

Г 2Я1 г (с - Z) л 7 г

+ — F Л г)Г „соЧР1+7гР+7 P-(r- ) "

Л г у соз(Ям -(z +2)(Ъ-1 7 -(r-1) 1- — $ g

ot r v c z ) 2 ОГ г) х )" ссч (Я.1 - (7 + 2 ) Pi + P 7 - (w — 4 ) — г с Z rj

Потокосцепление любой r-й одновитковой петли .обмотки ротора равно

Подставляя значения потоков ф г из предыдущей формулы и подставляя

692017

Zo= 12 и Z> 11, для,потЬкосцепления одной йетли роторов после тригонометрических преобразований получим:

2 S1Z — Г гт ю

9 =2th sin(ttt-р-(г-t> — + — )thirty

11) or

11

2 g

6Ю .д- (4. 4К1 81 1И а+(ю1-4Ú(Ü-(Г-<) — t — -Г1 — к

2д

И И ) s1rr — „ . 2.У .эЫ « - -) — "— 1,.Л и И or чг

З1П—

2 Sf

-р(1 -1 — „„+ — 11 + a „y„„s1r1 : +2 р-0-1), s1n и

2С 2g r z, 91п . Г т 20

° — + и Г л " s1rr at-2Б р-0 - 1) +

11 11Л or 1.. « и

S1n—

21Г1 Х . 910 —, (2, Юй

Ю Йг) — S1h Rt-p-(t -41 — — . 55

11 ь r мг И 11 1

В рассматриваемом преобразователе, где обмотка 8 питания уложена в две- 30 надцати пазах, величина эубцовых гар- моник НС определяется равенством:

2F cos — = F sin — Р = F Sin к ° У, 12 6 12

Глубина модуляции магнитной пров о - 35 .димости зубчатых магнитных структур в индукторных майи5нах не превосходит0,9 (, 0,9). С учФтом этих соотйо« шений для F2 и „, из формулы Ч

- " пбл ч*Жм;" что в потокосцеплении каж- 40 дого койтура обмотки ротора в значи- тельной степени (более чем в 50 раэ) йодавлейы все гармойики=по сравнению:. с первой (оановной), кроме тех, кото:рые обусловлены воздействием зубцовых

:гармоник НС на переменную составляющую магнитной проводимости.

Следовательно, обмотка ротора, состоящая из контуров (фиг.3), подавляет нерабочие гармоники магнитных потоков практики так же, как и обычная более сложная фазная обмотка ротора, и вращающийся момент возникает только от,:..основной гармоники.

Взаимодействие основной волны НС ротора с магнитным полем статора создает вращающий момент как в . обычном короткозамкнутом асинхронном двигателе, и ротор начинает вращать«. $0 ся с угловой скоростью 40 @, равной

"скорости вращения поля статора за вычетом скольжения. 1ак как ротор вращается за полем статора, т.е. в положительном направлении, то =ш5„ „4 ф5 и магнитный пОтОк S-ГО зубца статора равен:

ЕЛО О М (S1) т + ГЛ 3" с06(т. ю +

2й1 1

"+ — 2 О )э („uu „- )<+(s- ) " ). с) Из этого выражения видно, чТО магнитный поток статора, кроме гармоники частоты питания Q. имеющей одну пару полюсов, содержит гармонику частоты (Е ruu,„е„+ Q. ), синфазную во всех зубцах, и гармонику частоты (Е „;(555„@„- Я. ), распределенную по зубцам с двумя парами полюсов. ПоэТому в кольцевой обмотке 7 индуцируется однофазная ЭДС частоты (Е „щ„ 5.— 9- ), а в обмотке

9 индуцируется многофаэная ЭДС частоты (Z re Ä- Q. ) . Обмотки 7 и.

9 подключаются к нагрузкам, и преобразователь работает как бескснтактный преобразователь частоты, преобразующий многофазное напряжение частоты и одновременно с много-. фазное напряжение частоты (Z+ „- O.) и однофазное напряжение частоты (Е 1М Е5,+ + ) е .

Если требуется получить многофаэ" ное напряжение частоты (Е,Щ е„,+Q.), а однофазное частоты (Zruu q, -Я.), то число зубцов на роторе следует взять не 11,- а 13. При этом конструкция статора и статорных обмоток остается без изменения, а обмотка ротора состоит иэ тринадцати пере-. крещенных изолированных петель, каждая из которых охв атывает шесть зубцов рбтора в одном направлении и шесть зубцов в противоположном и не охватывает один центральный эубвцi

Если на статоре имеется 12 зубцов, а на роторе - 13, то в выражениях и „ в квадратных скобках знак изменится на противоположный, и ЭДС частоты (Е Ф55,е + 9. ): будет индуцироваться в обмотке 9, а ЭДС частоты (Е Ф1„5@5- ъ1 ) будет. индуцироваться в обмотке 7.

B приведенном описании работы машины предполагалось, что ток в обмотке йитания не зависит от положения ротора. т.е. что каждая фаза обмотки распределена на всех зубцах статора.

Если выход обеих частот (Е5М меа

+р. ) и (Zruu - SL ) должен быть многофазным, то необходимо, чтобы число пар полюсов обмотки питания не равнялось разности между числами зубцов статора и ротора. Пример показан на фиг.3,4.

69201 7

Действительно, при выбранных параметрах ротора - числе зубцов Z . зубцовые делении «", и размере зубцастержня в тангенциальном направле- нии (?,, о,5 С,, - определены диаметры .( ротора; наружный D > — — < Z „ Ср и минимальный внутренний 6 = —" Z q b„ с

Тогда максимальная ширина зубца стержня ротора (в радиальном направлении) равнаgдфЯ,-Ь,„). При этом максимальное сечение магнитопровода 10 всего преобразователя равно аДр-" (e„-b )b„ и при выбранном зубцовсм делена ротора не зависит от длины преобразователя в осевом направлении.В преобразователе (Фиг.3 и 4) Ql-образйая Форма стержией-зубцов позволяет Прй выбранном диаметре и эубцовом делении ротора удвоить максимальное сечение магнитопровода по сравнению с преобразователем на Фиг.1-2. - 20

Рассмотрим работу преобразователя при сохранении приведенных выше допущений и обозначения.

Намагничивающая сила, созданная

: током обмотки 8 питания и действующая на s-й зубец статора, выражается 2з такой же формулой, как и для преобразователя на фиг.1-2, а НС, дейст- . вующая на r"й зубец ротора, равна;

F„=Fcos QЛ-p-(p- ? — +Р cos и+(«; ?1ъ+

2 Й 1 z

+(r-1? (N-1?)-F cps ЯЯ-(«л4?(3-(rW? — (N+q, Г

2а

2, ) (с

35 где Обозначено Й = 2с- Е„; для рассматриваемого преобразователя N = 3.

Магнитная проводимость воздушного зазора равна: для S-ro зубца статора 40

A Л 1л г- cos p 2. +(se) к для r-ro зубца ротора Л „а „ 1 -„сов (-p z +(r-a) «„Д

Потокосцепление любой r-й одновитковой петли обмотки ротора равно:

Р лЯ +9 г i. е ,-;=:Из этого выражения после подстансйки значений Рь и Л„из предыдущих формул Z = 24, Е. = 21, N = 3, и учитывая, что в рассматриваемом преобразователе величина зубцовых 1,"армоник

HC обмотки питания равна F = РаМ1 Ф

<> 0,9 ., а О, 9 можно рассчитать, что обмотка ротора практичес кй подавляет ace гармоники потокосцепления, кроме основной, созданной воздействием основной волны НС обмот-g5 ки питания на постоянную составляюЩЪ магнитной проводимости. Аналогичный результат получится, если кахсцый виток обмотки ротора будет охватывать не десять, а одиннадцать зубцов . Следовательно, благодаря указанному выполнению обмотки ротора., асинхронный момент, созданный в заимодействием токов питания и ротора, получается практически таким же, как в синхронном преобразователе с Фазным ротором..

Под воздействием .этого момента ротор вращается за полем статора с угловой скоростью ш,„ „, т.е.

) = щ 1 . При этом магнйтный поток

S-го зубца статора

= F. Л =F Ло со < (s- l? «)+ «ЛО5)"

ы1 к (2. ии +Я)4t (S-3) — (N- lb + — ГЛ geo«

2Ж 1 4 мех 1 °

2С мЕк 2? (2.

2-а содержит составляющую частоты (Я с мех + Q .j име»щую N — 1 = 2 пары полюсов и составляющую частоты (Е,,(ю „- Ю ), имеющую N + 1 = 4 йары полюсов. Следовательно, с .обмотки 9 снимается на нагрузку многофазное ,напряжение частоты (Zrþìå + R ) а с обмотки 7 частоты (2,,сс4лек —.. ) °

Жсли на роторе взять число зубцов

Z r = 24 + 3 = 27, то указанные часто ты в обмотках поменяются местами.

Выполнение обмотки ротора в Пре:образователе на фиг.3-4, а именно в зиде короткозамкнутых изолированных витков, охватывающих по десять или по одйннадцать зубцов ротора, возМОжно лишь в тех случаях, когда магнитные потоки зубцов ротора не содержат синфазных,составляющих. Для преоб ра"зователя,"на фиг.4-5 это условие соблюдается, в чем можно убедиться, представив выражение магнитного потока Ф любого z-ro зубца ротора в виде произведения записанных функций НС Г и магнитной проводимости для того же зубца - сумма потоков, фг всех зубцов ротора равна нулю, В

:преобразователе на Фиг.1-2 магнитные потоки зубцов ротора содержат составляющие, .синфазные во всех зубцах.

Для компенсации этих составляющих обмотка ротора должна составлять из перекрещенныс петель, как было указано выше.

Следозательно, в общем случае, обязательными признаками роторной обмотки являются только выполнение

4ороткозамкнутых витков (контуров) 692017

12 с шагом, равным с точностью до зубцовогб деленйя полюсному делению обмотки питания, и изоляция этих в итк ов друг о т "друга .

Из рассмотрения работы преобразойателей показанных на фиг.1-2 и фиг.4-5, сЛедует возможность их использования в качестве бесконтактных преобразователей частоты Q. питания в частоты (Е и) ®„- й. ) и (Z„00vex+

+A ) . Преимуществом этих преобраэова- 0 телей является простота конструкции . благодаря полному электромагнитному сбвмещению двигателя и генератора, а также возможность получейия . на вййоде различных частот, .во много, раэ превышающих частоту питания. Вы— "сокочастотные составляющие магнитных потоков, вызванные зубчатостью ротора и статора„используются в таких преобразователях для гене— рирования напряжений высоких частот.

Энергию высокочастотных составляющих магнитных потоков можно испольэовать и другим образом, например, вернуть в питающую сеть с помошью статичес- . кого преобразователя частоты или 25 " использовать в виде постоянного тока с помощью выпрямителей.

Однако энергию составляющих магннтного поля, вызванных зубчатостью, можно использовать непосредственно в ЭО преобразоВателе для регулирования в рйщающегî мОме нта. Функ цио наль но рассматриваемый преобразователь совмещает асинхронный двигатель и два асинхронизированных синхронных 35 индукторных генератора. Каждый такой генератор развивает тормозной момент по отношению к вращВ.ющему его асинхронному двигателю. Этот тормозной момент может быть использован для 4() peгулИрбвания полного вращающего мо мента асинхронного двигателя. Если в преобразователе, показ айном на фиг.3-4, обмотки 7 и 9 замкнуты через переключающие устройства (на фиг.3-4. не показаны) накоротко или на регулируемые сопротивления, то полный вращающий момент двигателя и (при заданной нагрузке) его скорость могут. регулироваться в сторону уменьшения путем размыкания цепи этих обмоток или изменения регулировочных сопротивлений. Тормозной момент пропорционален потерям в цепях

I обмоток 7 и 9; рассеиваемая при этом мощность отводится бесконтактный 55 путем, что является преимуществом данного преобразователя.

Таким образом, рассматриваемый преобразователь может использоваться в качестве регулируемого асинхрон- 6О

" йбгo двигателя, совмещенного с элект" ромагнитным тормозом.. для увеличения тормозного момента целесообразно вы полнять ротор с мальм числом зубцов, .а полное сопротивление в цепях обмоток 7 и 9 должно быть минимальным и активным. Так как сопротивления обмоток активноиндуктивные, то для увеличения тормозного момента целесообразно включить в цепи обмоток

7 и 9 емкости.

Для создания тормозного момента может быть использована лишь одна из обмоток 7 и 9, а вторая при этом может быть подключена к высокочастотной нагрузке. Следовательно, преобразователь может использоваться и в качестве преобразователя частоты, у которого может регулироваться скорость и соответственно частоты выходного напряжения.

Рассмотрение .работы преобразователей, показанных на фиг.1-2 и фиг.

3-4, было проведено для случая, когда обмотка питания имеет одну пару полюсон. В общем случае она может иметь

P пар полюсов . При этом принцип работы преобразователя не изменится, если две другие статорные обмотки выполнены с числами пар полюсов (Р + N) и (Р - N), где N число участков, в каждом иэ которых взаим-йое расположение зубцов ротора и статора одинаково а разность (P — N) берется по абсолютному значению.

Соотношение чисел пар полюсов Р (P + N) и (Р - N) должно обеспечивать отсутствие между обмотками трансформаторной связи по постоян ной составляющей магнитной проводимости. В частном случае при P = N одна из статорных обмоток должна быть однофаз ной, например, к ак в преобразователе на фиг.1-2.

Рассмотрим особенности конструкции предлагаемого преобразоВателя. В преобразователе, показанном на фиг.3-4 сумма магйитных потоков ротора рав» на нулю. Поэтому для крепления зубцов ротора могут быть использованы короткозамк нутые металлические кольца 1. По этой же причине магнитные структуры статора и ротора могут быть выполнены не в виде наборов отдельных стержней-зубцов,а в виде круглых пакетов, набранных иэ пластин электро технической стали, которые применяются в большинстве электрических машин, в гом числе редукторных.

Кроме того, с целью повышения частот выходных напряжений преобра зов ателя поверхности статора и рото ра могут иметь дополнительные пазы, не занятые проводниками, как гребенчатые,зубцовые зоны обычных индукторных машин (фиг.5).

Магнитопроводы статорь и ротора могут быть выполнены в виде обычных круглых пакетов и в тех случаях когда Р = N, т.е. когда имеются синфазные магнитные потоки. Пример

692017

13

14 такого преобразователя показан на фиг.6-7. Работа преобразователя, показанного на фиг.6-7, принципиально не отличается от работй преобразователя, показанного на фиг.1-2, так как магнитопровод обеспечивает путь для тех же магнитных потоков . Синфазные магнитные потоки зубцов замыкаются вокруг катушки 7 по внешнему магнитопроводу. При работе в качестве преобразователя частоты с обмоток

7 и 9 снимаются; на нагрузки напря- жения частот (Щ®„Е + Я ) и (ю, „Е-Я! ), Так как синфазные магнитные потоки проходят по стержням 4 в направлении, перпендикулярном плоскости стальных листов статора и ротора, то пластины статора и ротора" должны быть разрезаны в одном месте и собраны веером, как зто делается в бесконтактных сельсинах . 20

Анализ показывает, что для обеспечения полного отсутствия трансформаторной связи между всеми статор ными обмотками предложенной машины отношение N/Р должно быть нечетным. 25 Так как число зубцов статора, при ходящееся на каждую пару полюсов обмотки питания, должно быть четньм, чтобы уложить разнополюсные обмотки такого же типа, как обычно примейяе- ЗО мые в элек,трических машинах, то ! число зубцов ротора, приХоДящееся а каждую пару полюсов обмотки питаия, должно быть нечетньм. Поэтому число зубцов ротора, приходящееся

:на полюс обмотки питания, выражается цробньм числом.

Следовательно, витки роторной обмотки имеют шаг по павам, равнйй 4О полюсному делению обмотки питания лишь с точностью до зубцового деления ротора. В преобразователе с синфаэными магнитными потоками наиболее предпочтительными являются

:перекрещенные петли роторйой обмотки, 4

:не охватывающие один центральйый зубец, хотя возможны и другие конструкции петель, например, йе охватывающие три центральных зубца ° Описаные обмотки ротора лишь немногиМ болеО сложные, чем обмотка в виде беличьей клетки с изолированными стержнями, применяемая для уменьшения добавочных потерь.

В рассмотренных примерах выполне- M ния преобразователя число. участков с одиковьМ взаимным расположением зубцов статора и ротора совпала»ло с разностью между числами зубцов статора и ротора, т.е. в каждсм таком у) участке числа зубцов статора и ротора отличались на единицу. В преобразователе на фиг.1»-2, à также на фиг.6-7 N = 1, а в преобразователе на фиг 3-4 N = 3. 65

В общем случае при равноотстоящи» зубцах на роторе и статоре сдвиг по фазе между переменными составляющими магнитных проводимостей соседних зубцов статора составляет V с эл.град. Иэ этого выражения внд-. но, что при неизменном значении. числа N упомяиутых участков одинако2ян вое значение угла Чя полус чается при различных соотношениях чисел зубцов статора и ротора, в частности, при Š— — Z + N

Е = 2Е +N.

Например, при числе зубцов статора Е = 24 и при таком же значении

Числа участков N = 3, числа зубцов

Ротора, кроме упомянутых чисел Е - — 21 и 27, Могут быть также Z = 3; 45; 51.

Возможны и другие соотношения чи- сел зубцов статора и ротора, при которых их разность не равна числу упомянутых участков. На фиг.8 показаны два примера выполнения эубцовой зоны преобразоватеЛя, где при таКОм же числе зубцов статора, как на фих..5 (Е = 24), такое же число участков (N = 3) образуется при числах зубцов ротора Ер = -Е N

= 12 «+ 3. В каждом из участкбв, разграниченных штрйхпунктирньщй линиями, разность между числами зубцов статора и ротора составляет пять зубцов на фиг.8 вверху и три зубца на фиг.8 внизу.

Сдвиг по фазе между переменными составляющими магнитных проводимостей

Ь: сооедних статорных зубцах для приМера на фиг. 8 сос тавляет 9 = — + и т.е. по сравнению с преобразбвателем на фиг.5 отличается на угол Ф . На фйг.8 все четные зубцы статора имеют такие же фазовые сдвиги переменных составляющих магнитных проводимостей, как четные зубцы на фиг.5, а все нечетные - дополнйтельййй сдвиг на

;С учетом этого обстоятельстэа вторич;ные статорные обмотки преобразовате:,лей с эубцовыми зонами, показан;ными на фиг.8„можно выполнить в ви- де сосредоточенных катушек, .охватывающих только четные или только нечетные зубцы или и те и другие с обратной полярностью. Распределение

Чисел витков этих катушек должно ! соответствовать числам пар полюсов (P + N) и (Р— N).

Известны совмещенные трехфаэ нотрехфазные, трехфаэно-однофаэные

;и трехфазно-короткоэамкнутые обмотки, позволяющие улучшить использование активных материалов и объема паза.

692017

Подобные обмотки могут бйтц использованы и в предлагаемой машине. Однако необходимо учитывать, что в двигательном режиме совмещенные вторая и третья обмотки статора не должны быть замкнуты на общее регулировочное сопротивление; в противном случае вследствие протекания по обмоткам общих токов различных частот воз" никает переменная составляющая момента, пульсирующая с частотой @. или Ю а (в зависимости от чередования фаз обмоток) и вызывающая вибрации. Аналогичное явление возникает и в том случае, когда между статорньми обмотками имеется трансформаторная связь. Поэтому применение совмещенных обмоток в рассматриваемом преобразователе имеет свои особенности; они не должны иметь трансфор аторной связи и не 20 должны быть замкнуты на общее сопротивление.

0TMeTI одно важное преимущество преобразователя — отсутствие обмотки возбуждения. На статоре могут быть размещены все две обмотки-- пйтайия и высокочастотная, если третья обмотка не является необходимой. Такой преобразователь даже с двумя обмотками на статоре и одной на роторе имеет преимущества перед другими, описанными во вводной части: отсутствие чеобходимости в источнике возбуждения, лучшее использование материалов и объема, простую конструкцию и повышенный Созе.

Формула и зоб ре те ни я

l. Асинхронно-синхронный преобразователь частоты, содержащий зубчатый ротор с обмоткой, состоящей из короткоэамкнутых витков, и зубчатый статор с двигательной и, по крайней мере, с одной генераторной обмотками, отличающийся тем, что, с целью улучшения использования активных материалов, число зубцов ротора приходящееся на пару полюсов двигательной обмотки, выполненного нечетным.

2. Преобразователь по п.l, о т— л и ч а ю шийся тем, что число зубцов ротора связано с числом эуб.» цов статора соотношением

Е „ — — - — НОД (Ес, Ег), где НОД(Ес, Z ) - наибольший общий делитель чисел Z и Е>, Е р —, чис ло з уб цов ротора у

Š— число зубцов статора..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Тетросян П.В., Халатян Э.Л..

Новая конструкция высокочастотного элек тромаг нитного преобразов ателя, труды 3 Всесоюзной конференции по бесконтактным электрическим машинам, 1, Рига, Эинатне, 1966, с.211-215.

2. Патент США Р 3445701,кл.310-160, 1969.

692017

Фиг,5

4-Л

Фйг.?

Составитель A.Kåöàðèñ

Техред N.Ïåòêo Корректор Г. Решетник

Редактор Ю.Челюканов

Заказ 6234/48 Тираж 857 Подписнсе

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, МОсква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г .Ужгород, ул.Проектная, 4