Одномашинный преобразователь частоты

 

Союз Советскмк

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. саид-ву (22) Заявлено 03. 04. 81 (21) 3269625/24-07 (51)М. Кл.

Н 02 К 47/24 с присоединением заявки М (23) П ио итет аоеударотееиый комитет

CCCP до делам иаобретеиий и открытий р р

Опубликовано 15.10.82. Бюллетень М 38 (53) УДК 621. 314..261(088.8) Дата опубликования описания 17 . 10 . 82

В.И. Попов, С.В. Теплов, И.А. Гурьянов, Л.Н.1Макаров и И.М. Чебурахин ЯСИСОЮЗНАЯ (72) Авторы изобретения у HAт1 ЙТ110» е)

1ехннчк ия 1

po cnyggg

Горьковский ордена Трудового Красного Знамен политехнический институт им. А.А. Жданова и электромашиностроительный завод (71) Заявители (54) ОДНОМАНИННЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электромашинным преобразователям частоты и числа Фаз, в которых разнополюсные обмотки двигателя и генератора рвзмещены в обцем магнитопроводе.

Известен асинхронно-синхронный одномашинный преобразователь частоты, содержаций входную с полюсностью р1 для асинхронного двигателя и выходную с полюсностью р> для синхронного генератора обмотки йа статоре и две обмотки на роторе - короткозамкнутую для двигателя и обмотку возбуждения для генератора, питаемую выпрямленным током через два контактных кольца.

С целью стабилизации выходного напря15 женил питание обмотки возбуждения генератора осуцествляется через отдельный стабилизирующий трансформатор (1).

Недостатки преобразователя - сложно ность конструкции и низкое использование активных материалов.

Известен также асинхронно-синхронннй одномашинный преобразователь

1 частоты, содержащий одну обмотку совмещенного типа на статоре, соединенную в две параллельные ветви, начала которых образуют трехйазные входные зажимы с полюсностью р для асинхрон1 ного двигателя, а концы соединены в два нулевых вывода, образующих зажимы с полюсностью р для обмотки возбуждения обращенного синхронного генератора, и одну обмотку совмеценного типа на роторе, Фазы которой выполнены с р /р z параллельными ветвями и выведены на три контактных кольца для подключения нагрузки, Питание выпрямленным током нулевых выводов совмещенной обмотки статора осуществляется через вентили от отдельного трехйазного трансформатора или от добавочной трехпазной трансформаторной обмотки, уложенной в пазах статора и выполненной с полюсностью р асинхронного двигателя (2 ).

Недостатки такого преобразователя мягкая внешняя характериггика i нера3 9668 тора, что снижает использование активных материалов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является асинхронно-синхрои. ный одномашинный преобразователь частоты, содержащий на статоре и роторе по одной обмотке совмещенного типа.

С целью стабилизации выходного напряжения в паэах статора уложены три оди- р наковые добавочные компенсационные о6мотки, выполненные с полюсностью р генератора и питаемые выпрямлен2 ным током от трех однофазных выпрямительных мостов, подключенных к кон- тактным кольцам последовательно с на1 ! грузкой, а нулевые выводы совмещеннои, обмотки статора питаются выпрямленным током от отдельного источника.

Недостатки преобразователя - слож- gp ность конструкции и повышенный расход активных материалов, Цель изобретения - упрощение конструкции и увеличение использования активных материалов. указанная цель достигается тем, что каждая из двух добавочных обмоток статора выполнена иэ р 2 распределенных катушечных групп с концентрическими катушками, для одной обмотки группы соединены последовательно по однофазной схеме, для другой обмотки начала групп соединены в один вывод, а концы, через управляемый вентиль в зз каждой группе — в другой вывод и выводы добавочных обмоток соединены последовательно-согласно с нулевыми выводаии совмещенной обмотки в замкнутую цепь причем каждая группа добаФ

40 вочных обмоток занимает своими сторонаии сплошную зону в 741/!.2 рад, а ось их начальной группы смещена относительно оси 2р2 - полюсной НС сонме" щенной обмотки статора на угол 4=90-9yi

45 против вращения ротора, где 9 определяется коэффициентом мощности генератора при активно-индуктивной нагрузке.

На фиг. 1 показана схема соединений обмоток статора преобразователя;

50 на фиг. 2 - схема совмещенной обмотки статора с р2/р1 = 4, выполненной известным способом; на Фиг. 3 - интегральная кривая ее постоянной НС возбуждения генератора с полюсностью р = 4 на Фиг. 4 - интегральная кри2 вая постоянных НС добавочных обмоток статора,а на фиг.5 — схеиы добавочных

20 4 обмоток - компенсационной (соеди-нения сплошными линиями) и трансформаторной с управляемыми вентилями (соединения пунктирными лини-ями).

В пазах статора преобразователя уложены (см. Фиг. 1) совмещенная обмотка 1 с трехфаэными входными зажимами Сl, С?, С3 с полюсностью р1 для асинхронного двигателя и нулевыми выводами 01-02, образующими зажимы с полюсностью р2 для обмотки возбужде. ния обращенного синхронного генератора; добавочные обмотки — компенсационная 2 с выводами К1-К2 и трансформаторная 3 с выводами Tl-Т2, соединенная в вывод Т2 через управляемые вентили 4. Выводы добавочных обмоток 2 и 3 соединены последовательно-согласно с нулевыми выводами 01-02 совмещенной обмотки 1 в замкнутую цепь (конец одной обиотки — с началом другой)

На фиг. 2-5 показан прииер выполнения обмоток статора преобразователя частоты 50/200 Гц с р1 — — 1 и р 2 =

= 4 в 24 пазах. По отношению к трехфазным выводам С 1, С2, С3 обмотка имеет полюсность р„ = 1 (см. верхний ряд стрелок ), а к выводам 01-02, питаемым выпрямленным током, р 2 = 4 (см. нижний ряд стрелок). Интегральная кривая HCF возбуждения генератора с р2 = 4 построена для обмотки на Фиг. 3.

Добавочные обмотки статора выполнены каждая из р = 4 распределенных катушечных групп с концентрическими катушками и каждая группа занимает своими сторонами сплошную зону в

27 /4- Л/2 рад (см. Фиг. 5). Для компенсационной обиотки с выводами К1-К2 группы соединены последовательно-согласно и соединения групп показаны сплошными линиями. Аналогично выполненные группы для трансформаторной обмотки — соединены началами в вывод ТЕ, а концы через управляемый вентиль в каждой группе - в вывод Т?. (соединения показаны на Фиг. 5 пунктирными линиями ).

Преобразователь работает следующим образом.

При подключении выводов Cl С2, С3 совмещенной обмотки 1 ° статора (см. фиг. 1) к трехфаэной сети с частотой образуется вращающееся магнитное

1 поле двигателя ф1 с полюсностью р„,под действием которого в короткозамкнутых контурах совмещенной обмот5 9668 ки ротора протекают токи и возникает

i асинхронный момент, вращающийся ротор со скоростью и = 60 (1-".„) 11/р1,,где Б„ - скольжение двигателя. Поле ф1 наводит ЭДС в катушечных группах S добавочных обмоток статора 2 и 3; для обмоток фиг. 5 эти ЭДС сдвинуты на углы в Т/2 рад и для обмотки 2 (компенсационной ) дают на выводах Кl-К2 нулевую сумму, а для обмотки 3 (транс 1в форматорная ) — четырехфазную систему ЭДС, выпрямляемую по схеме четырехфазного однополупериодного выпрямления. Постоянная составляющая выпрямленного тока протекает по цепи .Т2-01-02-Кl-K2-Т1 и образует в совме. щенной обмотке 1 НС возбуждения генератора F 5 C р — 4 {см. фиг. 2, 3),, в компенсациойной обмотке НС Гк и в трансформаторной обмотке НС Рг (см. 20 фиг. 4 ), причем НС1к и FT направлены согласно. Поле генератора ф, образованное совместным действием НС Fg, F к и FT наводит в обмотке ротора

ЭДС с частотой à — — К„(1-S< ) р /р „, ZS которая снижается с контактных колец ротора.

При годключении к контактным коль- цам нагрузки возникает HC реакции щ якоря F< обращенного синхронного генератора, ось которой, как извест о, смещена относительно оси HC возбуждения F на угол 90-: 1 г, по вращению ротора при активно-индуктивной на3S груэке с коэффициентом мощности соэ .

Для компенсации НС F< такой реакции якоря нужно создать НС компенсационной обмотки F<, смещенную относительно НС Fe на угол о(к — — 90- VZ против г вращения ротора. Для этого ось начальной катушечной группы добавочных обмоток нужно сместить в пространстве на угол с((см. фиг. 3 и 4). Практически смещение можно выполнять на целое число зубцовых делений статора; для рассматриваемого примера зубцовое деление статора равно 360 ° 4/24=

= 60о эл с, что примерно соответствует активно-индуктивной нагрузке с

cosVgг — — 0,8 (Y - 37 и 90-12г=53 ) °

Управляемые вентйли 4 позволяют обеспечить автоматическое изменение вы" прямленного тока в цепи обмоток статора и получить жесткую внешнюю харакSS теристику генератора эа счет компен сации его реакции якоря при помощи компенсационной обмотки 2. Параметры компенсационной обмотки выбираются из

20 С условия Г„+ Гт = Гд нагрузки. для номинальной вышают энергетические показатели по сравнению с прототипом, Компенсационная и трансформаторная обмотки выполняются низковольтными и друг от друга их можно не изолировать изоля- цией в пазу, что упрощает намотку статора. Эти обмотки целесообразно укладывать на дно пазов статора, Формула изобретения

Одномашинный преобразователь частоты с неявнополюсными статором и ротором, содержащий на роторе совмещенную обмотку с выводами на три контактных кольца для подключения нагрузки, а на статоре - обмотки совмещенную, добавочные, и вентили, причем совмещенная обмотка статора соединена в две параллельные ветви, начала которых образуют трЬхфазные входные зажимы с полюсностью р„ для асинхронного двигателя, а концы соединены в два нулевых вывода, образующих зажимы с полюсностью риндля обмотки возбуждения обращенного синхронного генератора, о т л и ч.а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и увеличения использования активных материалов, каждая из двух добавочных обмоток выполнена из р распределенных катушечных групп с концентрическими катушками, для одной обмотки группы соединены последовательно по однофаэной схеме, для другой обмотки начала групп соединены в один вывод, а концы через управляемый вентиль в каждой группе - s другой вывод, и выводы добавочных обмоток соединены последова. тельно-согласно с нулевыми выводами совмещенной обмотки в замкнутую цепь, причем каждая группа добавочных обмоток занимает своими сторонами сплошную зону, равную

23/p рад.

Таким образом, в одномашинном преобразователе частоты обе добавочные обмотки статора, вместе с совмещенной, участвуют в создании поля возбуждения генератора при холостом ходе и постоянная НС трансформаторной обмотки усиливаат НС компенсационной обмотки при нагрузке. Эти обстоятельства улучшают использование меди статора и по966820

P1=f

pi 4

М1

Составитель А. Кецарис

Редактор О, Колесникова Техред И. Гайду Корректор "l. Макаренко

Заказ 7896/73 Тираж 721 Подписное

ОНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303 Москва Н-35 Ра шская наб. л. 4/K филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн"a, 4

Источники . информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Павлинин В.М., Сиднов Н.С. Свойства и эффективность одномапинного преобразователя частоты. - Известия

ВУЗов. "Электромеханика", 1960, Р 1, с. 84.

2. Попов В.И. Электромашинные совмеценные преобразователи частоты. М., "Энергия", 1980, с. 70.