Электромашинный каскадный валогенератор Советский патент 1983 года по МПК H02P9/42 

Изобретение относится к устройствам для генерирования электрической энергии переменного ока стабилизированных параметров при переменной скорости вращения первичного двигателя ,

Известно устройство для получения переменного тока стабилизированных параметров при переменной скорости вращения, содержащее асинхронный генератор с источником реактивной энергии ( конденсаторы ), подключенньвд к роторной обмотке, дроссели насыщения, переменные резисторы и источник регулируемого постоянного напряжения 13. ,

Однако указанное устройство имеет потери активной мощности, пропорциональные, скольжению, и выделяемые ;На резисторах, включенных в цепь ротора. Устройство не может считаться автономным, так как для управления дросселями насьштения требуется независимый источник постоян:ного тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 1электромашинный каскадный валогенератор/ состояш.ий из двух синхронных :генераторов, переключаемого выпрями;Тёля « эталона частоты, источника трехфазного переменного тока, ста ;билизированной частоты С21.

Основной недостаток такого устройства заключается в необходимости источника трехфазного переменного ;Тока стабилизированной частоты пита1ния обмоток возбуждения, при этом вырабатываемая электроэнергия содер1жит высшие гармоники.

Цель изобретения - создание авзо;номного электромашинного каскадного валогенератора переменного тока стабилизированкых параметров с улучшенным гармоническим составом вырабатыва;емой электроэнергии и повышенной надежностью.

. Поставленная цель достигается тем ,что электромаишнный каскадный вало генератор состоит из двух синхронный генераторов, асинхронной муфты скольжения, переключаемого выпрямителя, эталона частоты, датчика частоты, управляемого вьтряштеля и снабжен асинхронной муфтой, с помощью один синхронный генератор соединен с первичным двигателем а другой синхронный генератор связан с первичным двигателем жестко. На статорах каждого генератора уложены по три трехфазные обмотки, принадлежащие разным генераторам, обмотки соединены последовательно и подключены к переключаемым выпрямителям,число которых выбрано рйвным числу фаз синхронного генератора / управля|Ющиё входы каждого выпрямителя соединены с эталоном частоты, выходы

связаны с концами трехфазнь : обмоток ,асинхронной муфты, а начала этих обмоток соединены с шинами.

Кроме того, входы дополнительно введенного датчика частоты присоединены к фазнЕлм обмоткам асинхронной муфты скольжения и эталону частоты, а выход датчика частоты связан с ynj равляемым выпрямителем и через него с обмоткой возбуждения асинхронной муфты.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема электромашинного каскадного валогенератора; на фиг. 2 - схема соединения обмоток генераторов, на фиг. 3 - кривые напряжения.

Синхронный генератор 1 жестко связан с валом первичного двигателя 2, а синхронный генератор 3-е валом генератора 1 через асинхронную муфту скольжения 9. Последовательно соединенные трехфазные обмотки разных генераторов подсоединены к входу переключаемого выпрямителя 5, а выход этого выпряьтателя через трехфаз,ную обмотку муфты 4 и выключатели б и 7 присоединен к шинам 8. Частота напряжения валогенератора контролируется и поддерживается постоянной с помощью датчика частоты 9, который управляет током в обмотке возбуждени муфты 4 через управляемый выпрямител 10 и эталон частоты 11, который задает частоту переключения переключаемого выпрямителя 5. (вход 12 . Напря ,жение поддерживается регулятором напряжения 13..

На фиг. 2 представлена схема соединения обмоток генераторов 1 и 3 между собой, с переключаемым выпря, мителем 5 и с трехфазной обмоткой 4. Статор каждого генератора имеет три трехфазные обмотки 14-19. :Оси одноименных фаз обмоток каждого генератора совпадают между собой. У генератора 1 все три фазных обмот;ки соединены звездой. Фазы трехфазны обмоток 17-19 статора генератора 3 включены последовательно в цепи обмоток генератора 1, причем к фазам обмотки 14 присоединяются одноименные фазы обмотки 17, к фазам обмот ки 15 - фазы обмотки 18 со сдвигом на 120, а к фазам обмотки 16 - фазы обМотки 19 со сдвигом на 240°. Переключаемый выпрямитель 5 состоит из трех мостовых схем выпрямления 20, 21 и 22, каждая из которых содержит по шесть симметричных тиристо,ров. К каждой мостовой схеме подключены последовательно соединенные пары обмоток генераторов 1 и 3. Мостовые схемы соединены между собой звездой и включены последовательно с тремя фазными обмотками 23, 24 и 25 асинхронной муфты скольжения 4 и подключены к ршнам 8. Ка фиг. 3 представлены кривые напряжения последовательно соединен ных обмоток 14 и 17 - кривая 26, обмоток 15 и 18 - кривая 27, обмоток 16 и 19 - кривая 28, напряжения навыходе мостовой схемы 20 кривая 29. обмотки 23 муфты - кривая 30, мостовой схемы 21 - кривая 31, обмотки 24 муфты - кривая 32, мостовой схемы 22 - кривая 33, обмотки 25 муфты - кривая 34. Принцип действия валогенератора заключается в следующем. Синхронный генератор 1 приводитс во врапение первич1шм двигателем 2 с переменной частотой й В обмоткги статора этогогенератора индуктируется ЭДе частотой ш,порядка 3000Синхронный генератор 3 4000 свращается с частотой д меньшей ча тоты Й, причем разность частот поддерживается некзме нной незави симо от величины от токов генер торов. Достигается это с помощью муфты 4,управляемой, сигнале с дат чика частоты 9 через управляемый выпрямитель 10. Частота ЭДС второго генератора равна u2 как разнос частот вращения генераторов пострян на, то цл,- W2 также постоянна и у ста нов лена 628 . ЭДС фазы А Обмотк 14 равна i4x m-(4Sint4,i, (1, а ЭДС фазы А обмотки 17 17Л . ti; Тогда сумма ЭДС фазы А обмотки 14 и ЭДС фазы А обмотки 17, включенных последовательно, равна sin cu, t+яn Wjt е Sin -f ТА tti Аналогично ЭДС последовательно соединенных фаз В обмоток 14 и 1 и фаз С этих обмоток равны s«(.,t-f).«(«ii-f)fcy+of, 27Г ) -МС ПС i. (5, / , ...,) Затем эти три ЭДС (фиг. 3 , кривая 26 ) подаются на мостовую схему 20 переключаемого выпрямителя 5. Полярность выпрямления меняется через каж дые полпериода огибающей кривой сигналом с датчика частота 9, подаваемого на управляющие электроды симмет ричных тиристоров. Выходное напряжение мостовой-схемы 20 представлено на фиг. 3 кривой 29. Основная гармот ника этой кривой может быть представлена в соответствии с выражениями ЧЗ ), (4 ) и (5) как e2o-E cos- t (е; При соединении обмоток 15 и 18 renepaTOpiOB 1 и 3 фаза А обмотки 15 псюледовательно соединяется с фазой В обмотки 18. Суммарная ЭДС равна 9{niu -t sin(w,jt-) fM-jflB W n, Аналогично M(a,,l-l|-)) . Е . .„,(.)r ,., Е Р--f5io(u)t-- +sina|2t г lSt1UA-m t . . 23Г /V, . ,Л т5 Г-Т :-Т/« -2- -Т7 J Временные диаграммы этих ЭДС изо бражены на (фиг. 3 кривая 27 ) ЭДС подаются на мостовую схему 21 перекгаочаемого выпрямителя 5. ЭДС,на выходе схекш показана кривой 31 (фйг 3 ).Основная гармоника ЭДС МОЖ0Т быть выргикена аналитически ; в соответствии с выражениями (7), (8 и (9 ) как, (-«М. -v При соединении обмоток 16 и 19 генераторов 1 и 3 фаза А обмотки 16 . последовательно соединяется с фазой | С обмотки 19, фаза В обмотки 16 с фазой А обмотки 19, а фаза С обМотки 16 с фазой В обмотки 19. Суммарные ЭДС равны ; ил ( ш,е- V)-..„«n(t-4)-( 9in/( -- j+sin ujjijs 4fcei9A m /ш+ы, ,ri /%-) 2ir , V-V- ) t+ )i (tt) m Si (u,,t-)(u,ji-f.) -rfeCfSB iccs(i.fj(ib, Эти ЭДС (фиг. 3 , кривая 28 ) подаются на мостовую схему 22 переключаемого выпрямителя 5. На выходе схемы 22 снимается ЭДС, изображенная на фиг. 3 кривой 33. В соответствии с выражениями (11), (12) и (13) основ-. ийл гармоника этой ЭДС может быть записана как -) (14; Совокупность ЭДС &2о 2-1 22 Образуе симметричную трехфазную систему, которая соединяется звездой. Частота скольжения асинхронной муфты 4 равна Я - j тогда час тота ЭДС в фазных обмотках муфты () , ИЯ где рц - число пар полюсов муфты Частота ЭДС генераторов 1 и 3 , Р,-, Нь) Ш2 . ( где р - число пар полюсов генера тора 1; РЗ - число пар полюсов генера тора 3. Частота выходной ЭДС переключа Woro выпрямителя , Дри равенстве р и р2 получаем u, |-(ft.«2) ( Частота ЭдС в фазных обмотках муф ты равна частоте выходной ЭДС переключаемого выпрямителя, равенство начальных фаз обеспечено соответствующим расположением фазных обмоток муфты относительно обмоток генератора 3. ЭДС фазных обмоток муфты представлены на фиг. 3 кривыми 30, 32, 34. Поскольку частоты и начальные фазы ЭДС муфты и переключаемого выпрямителя равны, то фазные обмотки муфты включены последовательно с фазами переключаемого выпрямителя и подключены к шинам 8 через выключатели 6 и 7. Коммутация переключаемого выпрямителя 5 осуществляется с помощью эталона частоты 11. Постоянное напряжение на шинах поддерживается с помощью регулятора напряжения 18 путем воздействия на токи возбужде ния синхронных генераторов 1 и 3. Предлагаемый электромавшнный каскадный валогенератор обладает по сравнению с прототипом улучшенным гармоническим составом вырабатываемой электроэнергии, объясняемым исключе нием полупроводниковых инвертирующих устройств, существенно искажающих форму тока, повышенной надежностью, получаемой за счет замены сложного инвертирующего устройства асинхронной электромагнитной муфтой.

1.ЭЛЕКТРОМЙШИЯНЫЙ КАСКАДНЙЙ ВАЛрГЕНЕРАТОР, состоящий из двух синхронных генераторов , переключаемого выпpя вIтeля, эталона частоты, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что;, с целью улучшения гармонического состава вырабатываемой электроэнергий и г рвБшения надежности, устройство снабжено асинхронной муфтой, с по; мощью которой один синхронный генератор соединен с первичным двигателем, а другой синхронный генератор связан с первичном двигателем жестко, на статорах каждого генератора уложены по три трехфазные обмотки, принадлежащие равным генераторам, обмотки соединены последовательно и подключ ЩЛ к переклсочаемцм выпрямителям, число которых выбрано равньм . числу фаз синхронного генератора, управля1рщие входы каждого выпрямителя соединены с эталоне частоты, выходы связаны с концами трехфазных обмоток асинхронной муфты, а начала этих обмоток соединены с шинами. 2. ВалоГенератор по П. 1, отличаю щи и с я тем, что.-1зходы до- « полнительно введенйого датчика час(Л тоты присоединены к фазным обмоткам асинхронной муфты скольжения и эталону частоты, а выход датчика частоты связан с управляемым выпрямителем и через него с обмоткой воз- В буждения асинхронной муфты. f

Ри.2