Асинхронно-синхронный бесконтактный преобразователь частоты Советский патент 1984 года по МПК H02K47/24 H02K3/28 

01

Изобретение относится к электротехнике, конкретнее к элэктрическим машинам, а именно к преобразователям -астоты, у которых двигательные и генераторные обмотки расположены в общей магнитной системе.

Известен асинхронный одномашинный преобразователь частоты, который в одной магнитной системе имеет 2p -полюсную выходную машину, 2pj,-полюсной возбудитель (вторая

машина) и 2pj-полюсный двигатель 1 .

Недостатком преобразователя частоты является наличие большого числа обмоток: трех обмоток на статоре и трех обмоток на роторе.

Известен асинхронный одномашинный преобразователь частоты с конденсаторным самовозбуждением, который имеет на статоре 2р,-полюсную ;выходную обмотку генератора и 2р, полюсную обмотку двигателя, а на роторе - короткозам1снутую, типа беличьей клети, обмотку.

Отличается простотой конструкции и компактностью 2.

Недостатком является мягкая внешняя характеристика и наличие батареи конденсаторов большой массы и габаритов.

Известны синхрокно-реактивные одномашинные преобразователи частоты, ня. статоре которых уложены 2pfполюсная выходная обмотка генератора и 2р.-полюсная обмотка двигателя, а ротор имеет специешьную коифигурацию для выделения соответствующей высшей гармоники поля, используемой для наведения в выходной обмотке статора ЭДС повышенной частоты 3.

Недостатками преобразователей настоты являются: мягкая внешняя характеристика, малая перегрузочная способность, низкий коэффициент мощности двигательной (входной) обмотки.

Известен асинхронно-синхронный бесконтактный одномашинный преобразователь частоты, который может быть выполнен в общем магнитопроводе и имеет на статоре 2pj-полюсную выходную стрехфазную обмотку, 2р2-полюсную однофазную обмотку возбудителя, питаемую ПОСТОЯННОМУ током и Зрз-полюсную обмотку двигателя. На роторе расположены: трехфазная обмотка возбудителя и совмещенная обмотка выходной машины и двигателя.

Преобразователь имеет хорошие энергетические показатели, лсесткую внешнюю характеристику 4.

Однако большое количество обмоток усложняет изготовление преобразователя и ухудшает весовые показатели.

Известен также асинхронно-синхронный бесконтактный преобразователь

частоты, который имеет на статоре две обмотки: совмещенную трехфазнооднофазную 2р /2pj-полюсную обмотку и 2р -полюсную обмотку двигателя; на роторе - одну трехкратно совмещеную 2Р4/2р2/2р -полюсную обмотку 15 .

К недостаткам относится то, что роторная обмотка выполнена фазной, состоящей из отдельных катушек, поэтому невозможно получить высокие знчения обмоточных коэффициентов для всех рабочих гармоник (катушки имею различные коэффициенты укорочения в пределах 1 - 0,7 и ниже для магниных полей числом полюсов 2р, 2р2, 2pj). Поэтому эффективность такой рторной обмотки невелика, и КПД преобразователя мощностью 2кВт составляет всего 52%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому преобразователю частоты является синхронный бесконтактный генератор, который имеет на статоре совмещенную трехфазно-однофазную 2Р(/2Р2-полюсную обмотку, где 2р} отличается от 2р2 в два раза, а на раторе - короткозамкнутую, выполненную по типу беличьей клетки обмотку, число стержней которой равно

PI + Регенератор приводится во вращение приводным двигателем, который расположен на отдельном магнитопроводе и, в частном случае, может быть асинхронным, имеющим число полюсов 2p.j . Роторная обмотка генератора . является.простой по выполнению, надехшой и. имеет высокие значения обмоточных коэффициентов по двум рабочим гармоникам К.е К,,. 0,865 (6.

Недостатком известного генератора является необходимость двух отдельных магнитопроводов при использовании синхронного бесконтактного генератора в качестве преобразователя частоты, что увеличивает габариты и вес устройства.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и массы асинхронносинхронного бесконтактного преобразователя частоты.

Указанная цель достигается тем, 4YO у асинхронно-синхронного бесконтактного преобразователя частоты, содержащего на статоре совмещенную трехфазно-однофазную 2р;, /2р2-полюсную обмотку, где 2р отличается от 2р2 в два раза, на роторе - коротко замкнутую, выполненную по типу беличьей клетки обмотку, число стержней которой равно р + Pg, на статоре расположена дополнительная трех фазная обмотка числом полюсов 2pj, при этом число пар полюсов pg находится в следующем соотношении с р и Р7 „ . . , На фиг. 1 изображена роторная обмотка предлагаемого преобразователя частоты; на фиг. 2 - 2р2-полюс ное магнитное поле возбудителя, соз даваемое при питании статорной обмотки постоянйым током, и 2р -полюс ное генераторное поле, создаваемое роторной обмоткой; на фиг. 3 2pj-полюсное поле приводного асинхронного двигателя, р.4; Р2 2; на фиг. 4 - результирующее ма нитное поле, созданное роторной обмоткой при воздействии на нее 2р,полюсного поля. Обмотка ротора состоит их равномерно расположенных стержней, на концах замкнутых короткозамыкающими кольцами (фиг.1). Число стержней ра но Р( + р, где Р2 - число пар полюсов магнитного поля возбудител которое создается при питании 2р2полюсной статорной обмотки постоянным током (фиг.2); р - число пар полюсов магнитного поля выходной машины (генератора). Это поле создается роторной обмоткой и индуктирует в статорной трехфазной 2р( полюсной обмотке ЭДС повышенной частоты. Вместо двух отдельных обмоток на статоре целесообразно применять одну совмещенную трехфазно-однофазную 2pij/2р2-полюсную обмотку. Число пар полюсов р, отличается от р„ в. .два раза и может быть как больше Р2(Р)2р2), так и меньше (,j). При совмещенная . 2р,,/2р -полюсная обмотка имеет высо кие значения обмоточных коэффициентов по обеим гармоникам, при 2р, Р2 обмотка должны быть выполнена с шагом ,, , поэтому обмоточ ный коэффициент по 2р -полюсному полю . ,7 однако при этом числ пазов на полюс, и фазу q больше в два раза и поэтому форма кривой ЭДС повышенной частоты лучше. На статоре дополнительно располо жена 2pi-полюсная обмотка приводного двигателя. Число пар полюсов р, магнитного Поля двигателя находится в следующем соотношении с р и р Обмоточный коэффициент роторной обмотки относительно 2р„-полюсного поля Кр5 1 (как и для всякой короткозамкнутой обмотки, число стержней которой не меньше шести на двой ном полюсном делении). В 2р -полюсном поле рядом лежащи стержни расположены друг от друга на расстоянии у . Поэтому обмоточный коэффициент роторной обмотки относительно 2р -полюсного поля (обмотка сосредоточенная, К. 1) . -., Кй sin 90° sih|90 - 0,865 о, а I,,J 2 в 2pg-ПОЛЮСНОМ поле стержни расположены друг от друга на расстоянии 2 / (.2 Поэтому ,,Ку -3 90 510190 0,865 Как видно, обмоточные коэффициенты роторной обмотки имеют высокие значения для всех рабочих гармоник. Роторная обмотка может быть выполнена из медных стержней с приваренныг ми к ним на концах медными короткозамыкающими кольцами, или же может быть выполнена заливкой пазов расплавленным алюминием. Преобразователь частоты работает следующим образом. 2р5-полюсное поле приводного двигателя наводит в стержнях роторной обмотки ЭДС,показанную на фиг. 1а стрелками в нижней части пазов. Под действием этой ЭДС по обмотке текут токи, которые совместно с 2р,}-полюснЕлм полем создают вращающий момент.и ротор приходит во вращеfние с частотой п -- (1 - S), где скольжение S -- , п --- . Пн РЗ Созданное статорной обмоткой при питании ее постоянным током синусоидально распределенное вдоль расточки статора 2р2-полюсное поле наводит в стержнях роторной обмотки при ее вращении синусоидальные ЭДС под действием которых по стержням протекают трехфазные синусоидальные токи, показанные на фиг. 1 стрелками в верхней части пазов для заданного момента времени t, когда токи в стержнях 1 и 2, 4 и 5 одинаковы и встречно направлены, а токи в стержнях 3 и 6 отсутствуют. Результирующее магнитГное Ъоле, созданное роторной обмоткой при воздействии на нее 2р2-полюсного поля для заданного момента времени, показано на фиг.4. Используя разложение в ряд Фурье для данной формы кривой поля и учитывая пространственный сдвиг стержней 2 и 3 относительно стержня 1 на 120 эл.град. и 240 эл.град. в 2р2-полюсном поле, а также временной сдвиг токов в стержнях относительно Друг друга на 120 эл.град. получим магнитное поле каждой гармонической в отдельности F 1,168 Jsin(cot F 0,584 Jsin((ot + ,

где J - действукщее значение тока в стержне.

При этом следует иметь в виду, тто 2p -полюсное поле для рассматриваемого случая представляет собой вторую гармоническую, так как р gp2, а 2р2-полюсное поле- первую гармоническую,

Таким образом, роторная обмотка создает 2р и 2р2-полюсные поля, вращающиеся в разные стороны, причем амплитудное значение магнитной индукции 2р|-полюсного поля в два раза меньше амплитудного значения магнитной индукции 2р„-полюсного поля.

Так как 2р2-полюсное поле, созг данное статорной обмоткой, неподвино в пространстве, то 2р2-полюсное поле ротора вращается против напраления вращения ротора с частотой п, равной частоте вращения ротораПоэтому 2р,-полюсное поле вращается по направлению ротора, индуктируя в статорной 2р -полюсной обмотке ЭДС частотой

f (РЛР2)« П1-5)

снимаемую с трехфазньрс; 2р,-гполюсных зажимов статорной обмотки. Учитывая при этом соотношение между PJ и суммой р, минимально возможная частота, получаемая с помощь данного преобразователя частоты

350 Гц.

2 №411

Предлагаемый асинхронно-синхронный бесконтактный преобразователь частоты по сравнению с известным имеет-, меньшие габариты и вес, а также более облегченную, примерно на 30-40%, и простую конструкцию корпуса.

АСИНХРОННО-СИНХРОННЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий на статоре совмещенную трехфазно-однофазную; 2р, /2р2-полюсную. обмотку, где 2 р7 отличается от 2р2 в два раза, на роторе - короткозамкнутую, выполненную по типу беличьей клетки обмотку, число стержней которой -равно р1 + р2 отличающийся тем, что, с Целью уменьшения габаритов и массы, преобразователя, на статоре расположена дополнительная трехфазная обмотка с числом полюсов 2pj, при этом число пар полюсов р находится в следующем соотношении ср. и Р2 р LL±Jii. . 6(Л со 4

2р„ полюсное поле2р полюсное поле

ОУ