АВТОНОМНЫЙ КАСКАДНЫЙ ГЕНЕРАТОР СТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 1997 года по МПК H02K47/20 H02P11/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к электромашинным преобразователям электроэнергии, вырабатывающим переменный ток стабильной частоты и напряжения.

Известны генераторы стабильной частоты при переменной скорости вращения приводного двигателя (М.Л. Костырев и А.И. Скороспешкин, "Автономные асинхронные генераторы с вентильным возбуждением", М. Энергоиздат, 1993), содержащие сложные электронные устройства, обеспечивающие стабилизацию частоты выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому генератору является двухмашинный преобразователь частоты, содержащий два асинхронных преобразователя частоты, роторы которых расположены на одном валу, а трехфазные роторные обмотки электрически соединены. Трехфазная статорная обмотка первого преобразователя является входной, а второго выходной (Г.Н. Петров, Электрические машины, М. Госэнергоиздат. ч.2, 1963). Назначением известной схемы является преобразование частоты, вследствие чего она выполняется с различным числом пар полюсов обеих машин и требует наличия питающей сети для питания входной обмотки преобразователя, что исключает его автономность и выполнение функции генератора стабильной частоты.

Изобретение решает задачу создания автономного источника переменного тока стабильной частоты и напряжения при переменной скорости вращения приводного двигателя.

Задача достигается тем, что в автономном каскадном генераторе стабильности частоты, содержащем два асинхронных преобразователя частоты, роторы которых расположены на одном валу, а трехфазные роторные обмотки электрически соединены, трехфазная же статорная обмотка первого преобразователя является входной, а второго выходной, дополнительно имеется задающий генератор стабильной частоты, вырабатывающий напряжение стабильной частоты для возбуждения вращающегося магнитного поля первого асинхронного преобразователя частоты и состоящий, например, из синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, расположенного на общем валу с асинхронными преобразователями частоты, и статического преобразователя частоты, при этом роторные обмотки обоих асинхронных преобразователей частоты выполнены с одинаковыми числами пар полюсов и одинаковым направлением вращения магнитных полей этих роторов, а между выходом генератора и задающим генератором стабильной частоты имеется обратная связь по напряжению для стабилизации выходного напряжения.

На чертеже представлен один из вариантов реализации изобретения, где 1 - первый асинхронный преобразователь частоты; 2 второй асинхронный преобразователь частоты; 3 задающий генератор стабильной частоты; 4 - возбудитель синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов; 5 - приводной двигатель; 6 статический преобразователь частоты.

Роторы асинхронных преобразователей частоты 1,2 расположены на одном валу и имеют одинаковое число пар полюсов, трехфазные обмотки роторов электрически соединены таким образом, что они создают вращающиеся магнитные поля с одинаковым напряжением вращения, статорная же обмотка первого преобразователя частоты является входной, а статорная обмотка второго преобразователя частоты выходной. Задающий генератор стабильной частоты 3 вырабатывает напряжение стабильной частоты для возбуждения вращающегося магнитного поля асинхронного преобразователя частоты 1. Источник 3 представлен в виде возбудителя 4, являющегося синхронным генератором с возбуждением от постоянных магнитов, расположенным на общем валу с асинхронными преобразователями частоты 1,2, и статического преобразователя частоты 6. Между выходом генератора и задающим генератором стабильной частоты 3 выполнена обратная связь по напряжению. Возбудитель 4 обеспечивает автономность каскадного генератора стабильной частоты. Его напряжение преобразуется с помощью статического преобразователя частоты 6 в напряжение стабильной частоты f₁. Схемы подобных преобразователей частоты описаны, например, в книге "Основы электрооборудования летательных аппаратов", ч.1 Брускин Д.Э. Коробан Н.Т. Морозовский В.Т. и др. М. Высшая школа, 1978. Напряжение стабильной частоты f₁ с выходов 1,2,3 статического преобразователя частоты 6 подается на статорную трехфазную обмотку асинхронного преобразователя частоты 1. Напряжение с частотой f₂ с трехфазной обмотки ротора асинхронного преобразователя частоты 1 подается на трехфазную обмотку ротора синхронного преобразователя частоты 2, со статорной обмотки которого снимается трехфазное напряжение с частотой f₁, что обеспечивается выбором одинакового числа пар полюсов p асинхронных преобразователей частоты 1 и 2 и одинаковым направлением вращения магнитных полей их обмоток роторов. Привод всего агрегата осуществляется приводным двигателем 5.

Принцип действия генератора заключается в следующем.

Обмотка статора асинхронного преобразователя частоты 1 создает магнитное поле, вращающееся со скоростью n₁ 60f₁/p. В роторе асинхронного преобразователя частоты 1, вращающемся с скоростью n, индуктируется э.д.с. с частотой f₂ f₁S, где S n₁-n/n₁ скольжение. Ток частоты f₂ создает в роторе асинхронного преобразователя 2 магнитное поле, вращающееся относительно ротора со скоростью, равной 60f₂/p, в пространстве со скоростью, равной n + 60f₂/p n + 60f₁S/p n₁. Это поле наводит в обмотке статора асинхронного преобразователя частоты 2 э.д.с. с частотой f₁. Стабилизация значения выходного напряжения генератора осуществляется регулирующим органом задающего генератора стабильной частоты 3, для чего к выводам 4-6 этого преобразователя подключены цепи обратной связи по напряжению.

Таким образом, отличия предлагаемого технического решения от прототипа заключаются в следующих признаках:
двухмашинный преобразователь частоты становится автономным источником напряжения стабильной частоты при переменной скорости вращения n приводного двигателя 5 за счет выбора одинакового числа пар полюсов роторов обоих преобразователей, одинакового направления вращения магнитных полей их роторов и подачи на его вход задающего напряжения стабильной частоты f₁ от задающего генератора стабильной частоты 3, включающего, например, возбудитель 4 и преобразователь частоты 6;
введена обратная связь по напряжению для стабилизации значения выходного напряжения каскадного генератора стабильной частоты.

Использование: изобретение относится к электротехнике, решает задачу создания автономного источника переменного тока стабильной частоты и напряжения при переменной скорости вращения приводного двигателя. Сущность изобретения: в автономном каскадном генераторе стабильной частоты роторы асинхронных преобразователей частоты 1, 2 расположены на одном валу, трехфазные обмотки роторов электрически соединены, статорная же обмотка первого преобразователя частоты 1 является входной, а статорная обмотка второго преобразователя 2 - выходной. Задающий генератор стабильной частоты 3 вырабатывает напряжение стабильной частоты для возбуждения вращающегося магнитного поля асинхронного преобразователя 1. Задающий генератор стабильной частоты 3 представлен в виде возбудителя 4, являющегося синхронным генератором с возбуждением от постоянных магнитов, расположенным на общем валу с асинхронными преобразователями частоты 2,1, и статического преобразователя частоты 6. Между выходом генератора и задающим генератором стабильной частоты 3 выполнена обратная связь по напряжению. Роторы асинхронных преобразователей 1,2 имеют одинаковое число пар полюсов и одинаковое направление вращения магнитных полей. 1 ил.

Автономный каскадный генератор стабильной частоты, состоящий из двух асинхронных преобразователей частоты, роторы которых расположены на одном валу, а трехфазные роторные обмотки электрически соединены, трехфазная же статорная обмотка первого преобразователя является входной, а второго - выходной, отличающийся тем, что он дополнительно содержит задающий генератор, вырабатывающий напряжение стабильной частоты для возбуждения вращающегося магнитного поля первого асинхронного преобразователя частоты, состоящий из синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, расположенного на общем валу с асинхронными преобразователями частоты, и статического преобразователя частоты, при этом роторные обмотки обоих асинхронных преобразователей частоты выполнены с одинаковыми числами пар полюсов роторов и одинаковым направлением вращения магнитных полей этих роторов, а между выходом каскадного генератора и входом задающего генератора стабильной частоты выполнена обратная связь по напряжению.