АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 2008 года по МПК H02K47/26 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания автономных источников питания, требующих стабильной или регулируемой частоты выходного напряжения при переменной частоте вращения вала.

Известное изобретение (GB, 1103789, Н02К 47/24, 1966), использующее для возбуждения вращающегося магнитного поля асинхронного преобразователя задающий генератор, вырабатывающий напряжение стабильной частоты и представленный в виде синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, и расположенный на одном валу с асинхронными преобразователями и статическим преобразователем частоты.

Наиболее близким по техническому решению является "Машинно-вентильный источник трехфазного напряжения стабильной частоты" по а.с. СССР №1046862, Н02К 29/00, от 08.01.82 г., взятый авторами за прототип. Известный источник содержит синхронный генератор, обмотка возбуждения которого выполнена с числом пар полюсов Р₁ и расположенный с ним на одном валу асинхронный возбудитель, статорная и роторная обмотки которого выполнены с числом пар полюсов Р₂, задатчик частоты, подключенный на вход асинхронного возбудителя, силовой коммутатор, подключенный на выход синхронного генератора. На роторе синхронного генератора уложена трехфазная дополнительная обмотка с числом пар полюсов Р₃, подключенная к роторной обмотке асинхронного возбудителя, точки соединения которых подключены через выпрямитель к обмотке возбуждения генератора, а выходная обмотка синхронного генератора выполнена из однофазных обмоток, сдвинутых в пространстве на угол электрических градусов, причем число пар полюсов связано соотношением: Р₁=Р₂+Р₃; Р₁=3Р₃.

Недостатком указанного устройства является необходимость использования дополнительного источника стабильной частоты для возбуждения асинхронного возбудителя, что вызывает усложнение конструкции и ухудшение массогабаритных показателей.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в упрощении конструкции, улучшении массогабаритных показателей, повышении надежности системы.

Поставленная цель достигается тем, что в схему автономного источника, содержащего синхронный генератор, обмотки которого выполнены с числом пар полюсов P₁ и асинхронный возбудитель, обмотки которого выполнены с числом пар полюсов Р₂, расположенные на одном валу, преобразователь частоты, подключенный на выход синхронного генератора, введено фазосдвигающее устройство, включенное между выходом преобразователя частоты и входом асинхронного возбудителя. На роторе синхронного генератора уложена дополнительная трехфазная обмотка с числом пар полюсов Р₃, подключенная к роторной обмотке асинхронного возбудителя, точки соединения которых подключены через выпрямитель к обмотке возбуждения генератора, а выходная обмотка синхронного генератора выполнена из однофазных обмоток, сдвинутых в пространстве на угол электрических градусов, причем число пар полюсов связано соотношением: Р₁=Р₂+Р₃; Р₁=3Р₃.

Сущность решения поясняется чертежом, где представлена схема автономного источника трехфазного напряжения стабильной частоты.

Автономный источник трехфазного напряжения стабильной частоты (см. чертеж) содержит синхронный генератор 1, асинхронный возбудитель 2, расположенные на одном валу и выполненные в одном корпусе. Обмотки 3 и 4 синхронного генератора выполнены с числом пар полюсов P₁, обмотки 5 и 6 асинхронного возбудителя - с числом пар полюсов Р₂. Обмотка возбуждения синхронного генератора подключена к роторной обмотке 5 через выпрямитель 7. Обмотка 6 подключена к фазосдвигающему устройству 8, которое может быть выполнено с использованием хорошо известного синусно-косинусного вращающегося трансформатора с многофазным выходом, а обмотка 4 - к преобразователю частоты 9. На роторе синхронного генератора уложена трехфазная дополнительная обмотка 10, выполненная с числом пар полюсов Р₃ и подключенная к роторной обмотке 5. Выходная обмотка 4 синхронного генератора выполнена в виде трех однофазных обмоток с полным шагом, сдвинутых в пространстве на угол эл. градусов, причем число пар полюсов связано соотношением: Р₁=Р₂+Р₃; Р₁=3Р₃.

Устройство работает следующим образом.

При вращении ротора и питании обмотки 6 от фазосдвигающего устройства 8 в обмотке 5 индуцируется ЭДС с частотой

ω₅=ωР₂+ω₀,

где ω - угловая частота вращения ротора;

ω₀ - угловая частота, определяемая задатчиком частоты.

Роторная обмотка 3 через выпрямитель 7 является нагрузкой обмотки 5. ЭДС обмотки 4 изменяется с угловой частотой

ω'₄=ωР₁.

Обмотка 10 также является нагрузкой обмотки 5. ЭДС обмотки 4 от поля обмотки 10 изменяется с частотой

ω"₄=ωР₃+ω₅=ω(P₂+Р₃)+ω₀.

В результате сложения двух ЭДС в обмотке 4 возникает результирующая ЭДС, амплитуда которой изменяется с частотой биений

ω₄=ω"₄-ω'₄=ω(P₁-P₂-Р₃)+ω₀.

Так как частота биений не должна зависеть от частоты вращения вала,

ω₄=ω₀.

Таким образом, число пар полюсов обмоток синхронного генератора, асинхронного возбудителя и дополнительной обмотки должно выбираться из условия P₁=Р₂+P₃.

Наличие фазосдвигающего устройства позволяет синхронизировать фазу выходного напряжения и тока возбуждения источника, также создать условия для самовозбуждения генератора и, следовательно, исключить из схемы дополнительный источник тока возбуждения стабильной частоты.

Изобретение может быть использовано в системах автономного питания, требующих стабильной или регулируемой частоты выходного напряжения при переменной частоте вращения вала. Технический результат заключается в упрощении конструкции, улучшении массогабаритных показателей, повышении надежности системы. Сущность предлагаемого изобретения состоит в введении дополнительно устройства, позволяющего создать условия для самовозбуждения генератора и, следовательно, исключить из схемы дополнительный источник тока возбуждения стабильной частоты. 1 ил.

Автономный источник трехфазного напряжения стабильной частоты, содержащий синхронный генератор, выходная обмотка и обмотка возбуждения которого выполнены с числом пар полюсов Р₁, асинхронный возбудитель, роторная и входная обмотки которого выполнены с числом пар полюсов Р₂, все указанные обмотки расположены на одном валу, на роторе синхронного генератора уложена трехфазная дополнительная обмотка с числом пар полюсов Р₃, подключенная к роторной обмотке асинхронного возбудителя, точки соединения трехфазной дополнительной обмотки и роторной обмотки подключены через выпрямитель к обмотке возбуждения синхронного генератора, выходная обмотка синхронного генератора выполнена из трех однофазных обмоток, сдвинутых в пространстве на угол эл. град., к выходу выходной обмотки синхронного генератора подключен преобразователь частоты, отличающийся тем, что дополнительно содержит фазосдвигающее устройство, включенное между выходом преобразователя частоты и входом асинхронного возбудителя.