Однофазный одномашинный преобразовательчастоты
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВ ИЗЛЬСТВУ
Союз С©ветскмк
Социалистичвскик республик
{6t) Дополнительное к авт. сямд-ву— (si) ha. ка.з Н 02 K 47/22 (22) За элене ) 2)) 79 (21) 2838) 84/24-07 с присоединением заявки ЙУ Гасударственный квинтет СССР ю дедам нзобретеннй н еткрытнй (23)Г3риоритет Опубликовано 3007.81, Бюллетень 89 28 (53)УДК „, „, . 2б) (088. 8) Датаопубликованияоаисанмя .3QQ78) о, Г.H. Соловаров .. Р2) Автор изобретения (7! ) Заявитель (54) ОДНОФАЗНЫЙ ОДНОИАШКННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к однофаэным преобразователям чютоты, преоб- разующим однофазный ток одной частоты в однофазный ток другой частоты, у которых двигательные и генераторные обмотки- расположены в общей магнитной системе. Кзвестны однофазные преобразователи частоты с отдельной пусковой 6 обмоткой (1), что усложняет конструкцию, уменъыает использование активных материалов . Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности однофазный одномащкнный преобразователь частоты, И у которого генераторная обмотка статора выполнена в .вкде однофаэной об» моткИ тройного электрического совмещения на Р4., Ре, Р5 пар полюсов и состоит иэ катумек или катушечных 20 групп, соединенных B четыре четырехплечих моста, имеющих каждый в отдельности два независимах выхода по диагоналям мостов íà Р«Р> пары nanioces на-одном выходе и на Р число пар по-2з лвсов на другом выходе, соединенных в рабочем режиме концами одноименных выходов с Ре Р; парами полюсов через переключающие контакты в еамкнутув цепь, имеющув незавкдиьие однофаэные 30 выходы вдоль цепи поочередно «на Р к Ра лар полюсов иэ выводных концов межмостовых соединений, питаемую через зажима выхода íà Р> пар полюсов от выпрямителей, подключенных через регулируемое сопротивление, к двигательной однофазной обмотке статора с Р парами полюсов f2l. Недостаток известного устройствасложность регулирования выходной частоты преобразователя. о Цель изобретения - получение плавного регулирования выходной частоты преобразователя и упрощение ere кон-. струкции. Поставленная цель достигается тем, -4To двнгателъная обмотка статора вы- ,псижена в виде однофазной обмотки двойного электрического совмещения на Q Р, аар полюсов, имеет средний зажим, делящий ее иа две полуобмотки, и подсоединена к. вадимам вторичной обмотки питающего трансформатора. Вторичная обмотка транд4орматора имеет средний зажим, делявэтй ее на две полуобмотки. Полуобмотки двигательной об» мотки статора и попуобмотки питающего трансформатора соединены последовательно в эамкнутув цель, образуя по851676 луобмотками четырехплечий мост с однофазным двигательным, входом 2Р -rioлюсности по одной из диагоналей и с двигательным входом 2Р4-полюсности со ; стороны вторичной обмотки трансформатора. Первичная обмотка, трансформато.ра подключена через регулирующее устро-! йство, например регулирующее сопротивление, х сети. Генераторная обмотка тройного совмещения статора смещена в пространстве на 90 эл.град,. относительно двигательной обмотки двой . ного совмещения статора по магнитному полю с Р парами полюсов. Двигательная обмотка ротора выполнена как электрически совмещенная обмотка четырехкратного совмещения и состоит . из шестнадцати четырехплечих мостов, имеющих каждый в отдельности дэа однофаэных независимых выхода по диагоналям мостов на Р« Р>, Р+ пар полюсов на одиом выходе и на Р4 пар полюсов 30 на другом выходе. Мостй соединены между собой зажимами одноименных выходов с Р, Р5, Р, парами полюсов в четыре замкнутые цепи по четыре моста в каждой. Каждая из замкнутых цепей 2$ имеет вдоль цепей в порядке следова. ния мостов однофаэные независимые выходы иэ межмостовых соединений поочередно на Р4 и P g, . P> пар полю.сов. В свою очередь замкнутые цепи З© соединены между собой одноименными выходами.с Р, Р парами полюсов s замкнутый контур . Замкнутый контур имеет вдоль себя в порядке следования цепей однофаэные независимые выходы иэ межцепных соединений на Р и Р3 пар полюсов . Выходы мостов на Р чис.,ло пар полюсов соответственно выходы цепей на Р4 пар полюсов замкнуты каждый в отдельности накоротко. Выход контура на P g пар полюсов соединен 40 через. выпрямители с выходом контура на Р число пар полюсов ° л На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема статора с гене- 4 раторной и двигательной обмотками, трансформатором, выпрямителями, pery« лирующими сопротивлениями; на фиг. 2. — структурная схема соединения четырехплечих мостов обмотки ротора с выпрямителямиу на фиг. 3 .- располо жение катушечных групп генераторной обмотки статора тройного совмещения спараииполюсовР = 1,Р4, Р8, уложенной в 48 пазов,на фиг.4 - структурная схема соединения катушечных групп генераторной эбмотки статора,, на фиг. 5 — двигательная обмотка стао тора двойного совмещения с парами по:люсов Р . 1, P4 2, уложенная в те же пазы, что и генераторная обмотка 40 статорау на фиг. 6 «расположение ка.тушек обмотки ротора четырехкратного щения с парами nonncoi.P Преобразователь состоит иэ статора 1,. ротора 2, переключающих контактов 3-11, выпрямительных блоков 12 и 13, регулирующих сопротивлений 14 и 15 .и питающего трансформатора 16. Статор включает генераторную обмотку 17 тройного совмещения на Р 1, Р 4, Р> 8 пар полюсов, двигатсльную обмотку 18.двойного совмещения иа P - 1, Р4 2 пар полюсов с полуобмотками 19 и 20. I . Трансформатор .16 включает первичную 2l и вторичную 22 обмотки с полуобмотками 23 и 24. Обмотка 17 состоит иэ катушечных групп, образующих четырехплечие мосты А, Б, В, Г, соединенные с помощью контактов 3 - 6 в замкнутую цепочку, а в пусковом режиме соединенные с помощью контактов 7 — 9 в разомкнутую цепочку с образованием свободных зажимов 25 и 26,подключаемых иа период пуска к зажимам 27 и 28. сети. Зажим 27 является средним эансимом двигательной обмотки 18, зажим 28— средним зажимом вторичной обмотки 22 трансформатора. К зажимам 29 и 30 .обмотки 27 через выпрямительный блок 12, регулирующее сопротивление 14 и контакт 10.от зажимов 27 и 28 сети подводится выпрямительное напряжение. Обмотка 17 по зажимам 25 и 31, 32 и 33, 34 и 35, 36 и 26 образует однофаэный вход на Р4 1 пар полюсов и выполняет функцию пусковой обмотки на период пуска, по зажимам 29 и 30 образует одиофаэиый вход на Р * 4 пар полюсов и выполняет функцию обмотки возбуждения, по зажимам 37 и 38 образует однофазный выход на Р> 8 пар. полюсов и выполняет функцию генератор« ной обмотки. Обмотна тройного совмещения статора выполнена.из восьми катушечных групп, равномерно распределенных по расточке статора и уложенных в 48 па- "зов. В каждой катушечной группе находится по три катушки. Катушки имеют шаг по павам у „ 15. Каждая иэ каЫ тушечных групп, обмотки 17 имеет на.чало Н и конец К. Начала Н и концы К представляются в виде Нк„и К,, где индекс К 1,2 и т.д. при обозначе- ниях иаЧал Н.и концов К указывает на принадлежность зажима к катушечной группе при расположении катушечных групп по. порядку по окружности стато ра, индексы 1 1,2 и т.д. указывает на принадлежностЬ зажима к катушечной 85 16 76 группе при расположении катушечных групп по порядку по высоте паза, т.а; по слоям. Катушечные группы, имеющие различную глубину залегания в пазах и уложенные в одних н тех же пазах обозначены одинаковыми первыми индек- . g сами. Сопротивление 14 служит для регулирования тока воэбуждения магнитного поля статора с числом пар полюсов Рг 4, 10 Полуобмотки 19 и 20 двигательной обмотки 18 с полуобмотками 23 и 24 вторичной обмотки трансформатора 16 образуют четырехплечий мост. Четырехплечнй мост диагональю по средним зажимам 27 и 28 образует двигательный вход 2P„ х-полюсности, а контуром полуобмоток 19,20, 23 и 24 образует, двигательный вход 2Р4 4-полюсности через трансформаторную связь. Сопротивление 15 служит для регулирования 20 тока возбуждения магнитного поля статора с парами полюсов Р4 = 2. Двигательная обмотка 18 статора двойного совмещения выполнена иэ двух катушечных rpynn,ðàâíoìåðíî распреде- д ленных по окружности расточки статора и улож8нных s 48 пазов. Катушечная группа обмотки 18 состоит иэ двенад= цати катушек. Каждая катушка имеет шаг Но лазам у г 12. ЗО Генераторная обмотка 17 смещена в пространстве по .окружности статора относительно двигательной обмотки 18 статора на 90 зл. град. в магнитном поле > с Р 1 парами полюсов. Однофаэная обмотка ротора четырехкратного совмещения состоит иэ шест. надцати различных четырехплечих:мосТОв А4, Аг А» А4, Б(, Бг, 83 Бг, В„, Вг, В>, В4 Г„, Г, Гэ, Г4, имеющих каждый по одной из диагоналей од- ® иофазный выход íà Р4 пары полюсов, а по другой из диагоналей однофаэный выход на Рг, Рэ, Р4 паР полюсов. Запимы мостов 39 и 40, 41 и 42, 43 и 44, 45и 46, 47и 48, 49 и 50, 51и52, 53и54, 55и56, 57и58, 59и60, бlи 62, 63и 64, -5 ибб, 67и68, 69 и 70 образуют однофазный выход на Р =1 пар полюсов и замкнуты попарно накоротко. $6 Мосты обмотки ротора одноименными i. выходами на P P>, P4 пары полюсов соединены последовательно в четыре замкнутые цепи Ао Ц Во Голо четыре моста в каждой. Первая цепь А (фиг. 2 и 6) содержит мосты А4, Б, A и Бq, вторая,Б (фиг. 2 и 7) — мосты В,, Г4, В> и Гг, третья В„(фиг. 2 и 8) — мосты А, Б, А4 и 84, четвертая Го .(фиг. 2 и 9) 4© мосты Вэ ю Г4 В4 и Г4 ° Каждая из цепей Ао, Бо,. Во, Го имеет однофаэный выход на Р4 2 пар полюсов и однофазный выход на Рг, Рэ . пар полюсов. Зажима 71 н 72, 73 и 74, фф 75 и 76, 77. и 78 однофазных выходов Р4 = 2 числа пар полюсов цепей соответственно A, Б, В о, Г замкнуты накоротко попарно. цепи Ао, Б, Во, Г одноименными выходами с Рг,P йарами полюсов соег.Ф. динены последовательно в замкнутый контур. Замкнутый контур в местах соединения цепей имеет однофазный выход на Рг - 4 пар полюсов с зажимами 80 и Bl и однофазный выход íà Р> 8 пар полюсов с зажимами 79 и 80. Зажиыя 80 и 81 выхода 2Рг -полюсности соединены через выпрямитель 13 с зажимами 79 и 80 выхода 2РЗ -полюсности. Обмотка четырехкратного совмещения ротора выполняет роль короткоэамкнутой двигательной обмотки 2Р 2-полюсности, короткозамкнутой двигательной обмотки 2Р = 4-полюсности, генераторной обмотки 2Р 8-полюсности и роль обмотки возбуждения 2Р = 16-полюсности ° Обмотка ротора выполнена из восьми катушек, равномерно распределенных ло окружности ротора и уложенных в 16 пазов. Катушки ротора соединены по структурной схеме (фиг. 2 — 9) ° Катушки имеют шаг у =5. Каждая иэ ка73 тушек имеет начало Н и конец К. Начала Н н концы К представляются в виде Н ) и. Кк, где К = 1,2 и т.д ° при обозначениях начал Н и концов K указывает на принадлежность зажима к ка- тушке прн расположении катушек по порядку ло окружности ротора, а индекс J a 1,2 и т.д. указывает на принадлежность зажима к катушке прн расположении катушек по порядку по высоте паза, т.е по слоям. Катушки, имеющие различную глубину залегания в пазах и уложенные в одних и тех же пазах, обозначены одииаковыва первыми индексами. Стрелками показаны ЭДС и токи различных частот, создающие магнитные поля различной полюсности (сплошными стрелками обозначены токи 2P > 24 полюсности, пунктирными токи 2Р 8полюсности, штрих-пунктирными токи 2Р3 = 16-полюсности, штриховыми токи 2Р = 4-полюсности. При. построении МДС обмотки ротора (фиг. 10) принято, что токи pasных частот равны по величине. При питании обмотки .17 и 18 переменным током частоты fg 50 Гц при разомкнутых контактах 3 - 6, 10 и ll замкнутых контактах 7 - 9 создается вращавэвееся относительно статора магнитное поле с ларами полюсов У 1 t наводящее ЭдС и .токи в короткозамкнутых контурах обмотки ротора. Тем, саами осуществляется запуск преобраэо вателя до скорости ИР Й„ЬО (1-а 1. 85 1676 где 8 - скольжение ротора относи-, тельно вращающегося поля Р = 1. После запуска и раэмыкания контактов 7 - 9 преобраэозатель работает как обычный однофаэный двигатель, После отключения обмотки .17 от сети включаются контакты 3 - 6 и 10, тем саьым подается выпрямленное напряжение на зажимы 29 и 30. Обмотка.17 статора, таким обраэом,обтекается выпрямленным током, возбуждающим неподвижное .относительно статора магнитное поле с парами полюсов P 4, 2 наводящее в обмотке статора ЭДС . частоты f д У2 ll 2 6О ЭДС частоты f 200 Гц с зажимов 81 и 82 подается через выпрямитель 13 на зажимы 80 и 79 обмотки ро-;щ тора. Под действием выпрямленной ЭДС частоты f g по обмотке ротора протекает выпрямпенный ток, возбуждающий неподвижное относиетльно ротора магнитное поле с парами полюсов Рэ 8, наводящее в обмотке 17 статора ЭДС частоты, f y ЭДС частоты -f g = 400 Гц выделяется с зажимов 37 и 38 обмотки 17 статора. Включением контакта 11 подается напряжение частоты и 50 Гц на пер- 3> вичную обмотку 21 питающего трансформатора 16. Под действием наведенной во вторичной обмотке 21 ЭДС в полуобмотках 19 и 20 двигательной обмотки 18 и полуобмотках 23 и 24 транс- 4Q форматора 16 протекают токи частоты fq = 50 Гц, создающие в обмотке 18 вращающееся относительно статора магнитное поле 2Р4 = 4 полюсности со CKQPOOT blO Il p Й ° — — — (1-Sy) Р Рф 1 где В - скольжение ротора относительно вращающегося поля Р . $O Магнитное поле Р4, наводя ЭДС и токи в короткоэамкнутых контурах 2Р -полюсности обмотки ротора, создает тормозной момент, приводящий к снижению скорости ротора и соответственно к умеф ьшению выходной частоты f Плавным изменением сопротивления 15 достигается плавное изменение выходной частоты преобраэьвателя в диапазоне от величины f = P (P< =4PP Гц. До величины f> 11p>)Р,(. 200 Гц, При. этом уровень напряжения выходной частоты поддерживается изменением сопротивления 14 в цепи возбуждения обмотки 17. Крайние величины диапаэона взяты для режима холостого хода преобраз ов ат ел я. Преобраэов атель обеспечив ает плавное и устойчивое регулирование частоты вниз от верхнего предела диапазона и вверх от нижнего предела диапазона и получение частот, соответствующих крайним пределам диапазона. Предлагаемое устройство может работать как преобразователь беэ плавного регулирования выходной частоты. Для этого достаточно отключить один из двигательных входов статора. Применение преобразователя позволяет получить плавное регулирование частоты, упростить конструкцию, улучшить использование активных материалов. Преобразователь может быть использован для питания, например, электроинструмента повышенной частоты с регулируемой скоростью вращения. Формула изобретения Однофаэный одномашинный преобразователь частоты с двигательными и генераторными обмотками статора, расположенными в общей магнитной системе, с переключающими контактами, выпрямителями, регулирующими устройствами, например Регулируемыми резисторами, у которого генераторная обмотка статора состоит иэ катушек, соединенных в четыре четырехплечих моста, имеющих каждый в отдельности два независимых однофаэных выхода по диагоналям мостов на Р пар полюсов и соответственно два выхода на Р2,Р9 пары полюсов,соединенных концами одноименным выходов с Р, Р парами полюсов через переключающие контакты в замкнутую цепь, имеющую неэависиьые однофаэные выходы вдоль цепи поочередно на Р2 и Р> пар полюсов иэ выводных концов межмостовых соединений, питаемую через зажимы выхода на Р пар полюсов, регулируемый резистор и выпрямители от входных зажимов двигательной обмотки статора иа Р пар полюсов, сдвинутую в пространстве по окружности статора на 90 эл.град.,соединенную последовательно выходами на Р пар полюсов четырехплечих мостов через переключающие контакты в цепь, подключенную двумя свободными зажимами к зажимам двигательной обмотки, отличающийся .тем,что,с целью получения плавного. .регулирования выходной частоты преобразователя и упрощения его конструкции,он снабжен питающим трансформатором,а двигательная обмотка статора выполнена на Р и Р пар полюсов. имеет средний зажим, делящий ее пополам, подсоединена ко вторичной обмотке питающего трансформатора, подключенного первичной обмоткой через регулируемый . резистор к сети, имеющего средний зажим второй обмотки, делящий ее поло851676 Гб gt И лам,образуя контуром последовательно соединенных полуобмоток двигательный вход 2Р> -полюсности,а их средними зажимами двигательный вход 2Р -полюсности,а обмотка ротнра выполнена из шестнадцати четырехплечих мостов, имеющих. каждый в отдельности два однофазных выхода по диагоналям мостов на Р,P,P4 пар полюсов на одном выходе.и на Р пар полюсов на другом выходе, соединенных одноименными выходами с Р,Рэ,Р парами полюсов в четыре замкнутые цепи по четыре моста в каждой, образующие вдоль цепей в порядке следования мостов однофазные выходы из межмостовых, соединений г очередно на Р4 и P2, Р> пар полюсов, причем замкнутые цепи соединены последовательно между собой одноименными выходами с Р, Р парами полюсов в замкнутый контур, образуя вдоль упомянутого контура в порядке . следования замкнутых цепей однофаэные независимые выходы из межцепных соединений поочередно на Р и Р пар полюсов, причем выходы мостов на Р пар полюсов соответственно выхоцы целей на Р4. пар полюсов каждые в отдельности замкнуты накоротко, а выход контура на Р пар полюсов соединен с выходом контура на Р пар полюсов через выпрямители; Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Патент ChlA 9 4039910, кл. Н 02 m 5/32,,1975. 2. Авторское свидетельство по заявке 9 2644380/24-07, H 02 К 47/22, 1978. 85 1676 ц=а ф 1 ° l Фию. H Составитель A. Кецарис Редактор Л. Пчелинская Техред A. Ач Корректор Н. Стец Заказ 6382/82 Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5 »т Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ппп,патент Зак. 35+6
