СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА В НИЗКОЧАСТОТНЫЙ Российский патент 1998 года по МПК H02K19/16 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выработки высокочастотным генератором как высокочастотного, так и низкочастотного электрического поля, в частности тока потребительской частоты 50 Гц.

На практике широко применяются различные преобразователи частоты. Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является двухчастотная машина с соотношением частот 1:2, описанная в авт. св. СССР N 1453538. Эта машина содержит статор с двухполюсной и четырехполюсной многофазными обмотками и при переходе с одной частоты на другую не изменяется амплитуда электрического тока. Преобразователи подобного типа не нашли применения для силового преобразования высокочастотного электрического тока в низкочастотный, например, потребительской частоты 50 Гц.

Целью изобретения является получение низкочастотного электрического тока повышенной амплитуды путем преобразования высокочастотного генератора.

Поставленная цель достигается тем, что при предлагаемом способе в высокочастотном генераторе осуществляются уменьшение числа пар полюсов ротора, задержка электрических колебаний, вырабатываемых в каждой отдельной катушке (секции) данной фазы обмотки статора, и сложение этих колебаний на выходе данной группы катушек, что позволяет получить на выходе этой группы катушек одно результирующее колебание суммарной амплитуды. При этом изменение числа пар полюсов ротора, количество групп катушек, на которые разбивается обмотка данной фазы статора, и число катушек в группе определяются параметрами высокочастотного генератора и частотой низкочастотного тока, который необходимо получить. Увеличение или уменьшение числа пар полюсов ротора можно достичь одним из известных способов, в частности путем изменения (переключения) схемы соединения обмоток возбуждения соответствующих полюсов ротора используемого генератора.

Задержка электрических колебаний осуществляется следующим образом. Внутри группы последовательные соединения катушек данной фазы обмотки статора разъединяют и к образовавшимся отдельным катушкам подсоединяются линии задержки электрических колебаний. При этом, например, если используется трехфазный генератор, фазовые обмотки которого соединены звездой, начало катушек соединяется с нулевой фазой генератора, а концы с началом линии задержек. Выходы линий задержек соединяются с точкой выходы этой группы. Выход группы соединяется с выходом данной фазы генератора. Параметры линий задержек подбираются таким образом, чтобы электрические колебания, возникающие в каждой отдельной катушке, складывались на выходе этой группы. Максимальная задержка электрических колебаний осуществляется линией задержки первой катушки данной группы (отсчет ведется по ходу вращения ротора), а минимальная линией задержки последней катушки. При этом в первой группе первой катушкой будет катушка, соединенная с нулевой фазой генератора.

Таким образом, путем задержки во времени возникающих в каждой катушке данной группы электрических колебаний с помощью линии задержки и их сложения на выходе группы мы получим на этом выходе одно результирующее колебание суммарной амплитуды, которое поступает на выход данной фазы генератора.

Проведя подобные действия и для следующих групп катушек, будем иметь на выходе каждой группы одно результирующее колебание суммарной амплитуды, которое поступает на выход данной фазы генератора. То же самое проделав и для других фазовых обмоток статора, мы получим на выходе генератора низкочастотные электрические колебания. При этом амплитуда их колебаний окажется повышенной по сравнению с высокочастотными колебаниями.

Поставленная цель достигается также тем, что разработано устройство, которое позволяет получать как высокочастотный электрический ток, так и низкочастотный ток потребительской частоты 50 Гц, вырабатываемые высокочастотным генератором. Устройство разработано на примере сварочного генератора. В нем использован трехфазный высокочастотный сварочный генератор, который вырабатывает ток частотой 240 Гц. Скорость вращения ротора n 1800 об/мин. Фазовые обмотки статора соединены звездой и имеют по 8 катушек (секций), равномерно распределенных по периметру статора. Ротор имеет 8 пар полюсов.

Для получения электрического тока частотой 50 Гц необходимо определить требуемое число пар полюсов ротора, а также число катушек для каждой фазы обмотки статора, от которых электрические колебания задерживаются и складываются.

Ротор генератора совершает один оборот за t 0,04 с. Период колебаний при частоте 50 Гц составит T 1/50 0,02 с. Как видим, на один оборот ротора должно приходиться два колебания электрического тока. Одно электрическое колебание должно приходиться на пол-оборота ротора, т.е. при прохождении им половины периметра статора, на котором расположены по 4 катушки каждой фазовой обмотки. Поэтому, чтобы получить от высокочастотного сварочного генератора электрический ток частотой 50 Гц, необходимо изменить число пар полюсов ротора и довести их количество до двух пар, а также осуществить задержку электрических колебаний, вырабатываемых каждой из четырех последовательно расположенных катушек соответствующих фазовых обмоток статора и суммировать эти колебания на выходе данной группы катушек.

Изменение числа пар полюсов ротора может осуществляться различным образом. Для ротора, у которого на полюсах имеются обмотки возбуждения, изменение числа пар полюсов осуществляется изменением схемы соединения обмоток возбуждения, например, подавая напряжение на обмотки возбуждения только двух пар полюсов. Для ротора индукторного генератора изменение числа пар полюсов может осуществляться изменением числа выступающих зубцов ротора, выполнив его таким образом, чтобы зубцы имели возможность перемещаться в радиальном направлении. При этом в одном положении, когда они выступают, образуются зубцы, в другом положении, когда они утоплены, образуют поверхность паза. Оставив неподвижными два противоположно расположенных зубца и утопив остальные, получим ротор индукторного генератора, у которого две пары полюсов (фиг.1).

Подключение линий задержек электрического тока в катушки обмотки статора осуществляется следующим образом (фиг.2). Выделим первую группу четырех последовательно соединенных катушек одной фазовой обмотки. Пронумеруем их с 1 по 4 по выходу вращения ротора. При этом будем исходить из того, что начало первой катушки соединяется с нулевой фазой генератора. Оборвем связь между катушками и концы их соединим следующим образом. Начало первой катушки, как было отмечено, соединяются с нулевой фазой генератора, а его конец с контактом "1" переключателя П1. Начало второй катушки соединяется с контактом "4" переключателя П1, а его конец с контактом "1" переключателя П2. Начало третьей катушки соединяется с контактом "4" переключателя П2, а его конец с контактом "1" переключателя П3. Начало четвертой катушки соединяется с контактом "4" переключателя П3, а его конец с точкой выхода этой группы, которая в свою очередь соединяется с выходом данной фазы генератора, контакты "3" переключателей П1, П2, П3 соединяются с нулевой фазой генератора, а контакты "2" этих же переключателей подключаются к началам соответствующих линий задержек, концы которых соединяются с точкой выхода этой группы катушек.

У оставшихся четырех катушек данной фазы, расположенных на второй половине периметра статора, также обрабатываются связи между собой и их концы через соответствующие контакты переключателей соединяются с нулевой фазой генератора и через соответствующие линии задержки с выходом данной группы, который соединяется с выходом данной фазы генератора. Параметры линий задержек для этих четырех катушек будут подобны параметрам линий задержек катушек, расположенных на первой половине периметра, т.е. они также должны выдавать на выходе группы катушек одно колебание электрического тока при вращении ротора на пол-оборота.

Функция линии задержки задерживать электрические колебания, создающиеся в катушках обмотки. Время задержки линий задержек определяется из условия, что электрические колебания, вырабатываемые всеми четырьмя катушками данной группы, должны приходить одновременно на выход четвертой катушки, который будет являться и выходом этой группы. Так как катушки расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, то время задержки электрических колебаний между соседними катушками определяется из условия:
t t₁/i 0,0067 с,
где t₁ 0,2 это время, за которое ротор совершает пол-оборота, т.е. проходит полпериметра статора четыре катушки данной фазы обмотки;
i 3 количество катушек, от которых задерживаются электрические колебания.

Время задержки электрических колебаний, создающееся в каждой из следующих четырех катушек данной группы, составит: для первой катушки, как наиболее удаленной от точки выхода группы, τ₁ 3t 0,02 с.

для второй τ₂= 2t=0,0134 с,
для третьей τ₃ t=0,0067 с,
для четвертой τ₄=0.

Время задержки электрических колебаний для группы из следующих четырех катушек данной фазы соответственно: τ₅= τ₁; τ₆= τ₂; τ₂= τ₃; τ₈= τ₄.
Для задержки электрических колебаний, создающихся в катушках обмотки статора, можно использовать линии задержки различного вида. В частности, можно использовать линию задержки, основанную на индуктивности и активном сопротивлении.

Соединяя катушки в двух других фазах обмотки статора подобно соединению катушек в первой фазе и имея ротор с двумя парами полюсов, будем получать на выходе генератора трехфазный электрический ток частоты 50 Гц.

Как видим из фиг.2, когда отпадает необходимость в электрическом токе частотой 50 Гц, увеличив число пар полюсов ротора до 8, например, путем увеличения числа выступающих зубцов ротора, перемещая их в радиальном направлении или путем изменения схемы соединения обмоток возбуждения ротора, если полюсы образуется обмотками возбуждения, и поставив переключатели П1-П6 во всех трех фазах в противоположные положения, мы осуществим через контакты "5" этих переключателей последовательное соединение катушек соответствующих фаз как в обычном сварочном генераторе, и на выходе этого генератора будем иметь сварочный высокочастотный ток.

Таким образом, разработанное устройство позволяет получать на выходе генератора по мере необходимости или высокочастотный сварочный ток, или низкочастотный ток потребительской частоты 50 Гц с более высокой амплитудой по сравнению с амплитудой высокочастотных колебаний, который может быть использован для подключения различных машин и приборов.

Область использования: многочастотные источники переменного тока. Сущность изобретения: способ и устройство для генерирования разных частот путем изменения числа полюсов генератора и переключения катушек его обмотки статора. Технический результат: получение напряжения разных частот в одном генераторе. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ для преобразования высокочастотного электрического генератора в низкочастотный, включающий уменьшение числа пар полюсов, отличающийся тем, что катушки обмотки статора разъединяют и группируют в соответствии с числом пар полюсов и частотой низкочастотного тока, начала катушек каждой группы каждой из фаз соединяют непосредственно с нулевой точкой генератора, а концы соединяют с началами их линий задержки электрических колебаний, концы которых соединяют с выходом группы, который соединяют с выходом фазы генератора, при этом параметры линий задержек подбирают таким образом, чтобы электрические колебания каждой катушки складывались на выходе группы. 2. Устройство для получения низкочастотных и высокочастотных электрических колебаний, содержащее высокочастотный генератор с фазовыми обмотками на статоре, соединенными звездой и зубцами на роторе, образующими полюса, отличающееся тем, что зубцы ротора выполнены с возможностью радиального перемещения для изменения числа пар полюсов и частоты низкочастотного тока, начала катушек каждой группы каждой из фаз соединены непосредственно с нулевой точкой генератора, а концы их через контакты переключателей с началами их линий задержки электрических колебаний, концы которых соединены с выходом группы, соединенным с выходом фазы, причем переключатели выполнены с возможностью осуществления последовательного соединения катушек в фазах.