Электромашинный преобразователь частоты Советский патент 1993 года по МПК H02K47/20 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к регулируемым электромашинным преобразователям частоты переменного тока, применяемым в регулируемом электроприводе с машинами переменного тока.

Известны синхронные прёобразовате- ли частоты, где плавное регулирование частоты и амплитуды напряжения достигается изменением вращения синхронного генератора с приводом по системе Г - Д (генератор-двигатель постоянного тока).

Недостатком системы является большая установленная мощность, габариты, низкий КПД..

Известна конструкция одномашинных умножителей частоты. Основной недостаток

- отсутствие регулирования частоты выходного напряжения.

Известен также высокочастотный элек-тромашинный преобразователь, состоящий из коаксиально установленных внешнего статора с обмоткой якоря переменного тока

и обмоткой возбуждения, внутреннего статора с обмоткой якоря переменного тока и установленного в цилиндрической полости между ними ротора с индукторами двух машин переменного тока.

Недостатком преобразователя является узкий диапазон регулирования и наличие потерь скольжения во входной асинхронной машине, что приводит к снижению КПД.

Цель изобретения - достижение плавного регулирования, расширение диапазона регулирования и повышение КПД.

Цель достигается тем, что на внешнем И внутреннем статорах дополнительно в аксиальном направлении размещены два индуктора двух униполярных машин, каждый снабжен не менее чем двумя независимыми кольцевыми обмотками возбуждения, в полости статоров коаксильно размещены i дополнительные манитопроводы машин переменного тока и униполярных машин с торцевыми крышками, образующими совместно с внешним и внутренним статораел

с

VI о

4 Ю ч| СО

ы

ми две кольцевые герметичные камеры, снабжены двумя якорями униполярных машин с жидкометаллическими контактами, выполненными в виде Двух первых полых проводящих цилиндров с не менее чем дву- мя независимыми параллельными ветвями, индукторы машин переменного тока выполнены в виде двух вторых полых проводящих цилиндров, жестко механически сочленен

ных с первыми цилиндрами и разделены

доль образующей на изолированные части числами, соответственно равными числам олюсов машин переменного тока, замкнуые с одного торца короткозамыкающими кольцами, с другого торца соответственно 15 лектрически соединены одной полярнотью с первым полым цилиндром, другой полярностью - посредством жидкометалли- . ческих контактов с соответствующей поляр- . ностью якорей униполярных машин, первые 20 и вторые полые проводящие цилиндры установлены в кольцевых герметичных каме- pax с возможностью свободного вращения, жидкометаллические контакты двухунипо- лярных машин замкнуты друг на друга, кро- 25 ме того, дополнительные магнитопроводы машин переменного тока снабжены двумя дополнительными обмотками якорей переменного тока, кроме того, первые и вторые полые цилиндры выполнены из 30 ферромагнитного материала с проводящими немагнитными стержнями, замкнутыми короткозамыкающими кольцами, кроме того, на торцах униполярных индукторов, примыкающих к магнитопроводам машин 35 переменного тока соответственно установлены немагнитные кольца и дополнительные магнитопроводы возбудителей с кольцевыми обмотками возбуждения, первые полые проводящие цилиндры удлинены 40 примерно на половину дополнительных магнитопроводов возбудителей, жидкометаллические контакты униполярных машин, примыкающие к вторым полым цилиндрам, смещены близко к осям симметрии допол- 45 нительных кольцевых обмоток возбуждения и соединены с соответствующей полярностью второго полого цилиндра, кроме того, кольцевые герметичные камеры заполнены инертным газом,50

Отличительные признаки предлагаемого изобретения: на внешнем и внутреннем статорах дополнительно размещены два индуктора двух униполярных машин; в полости статоров коаксиально размещены 55 дополнительные магнитопроводы машин переменного тока и униполярных машин, образующие совместно с внешним и внутренним статорами две герметичные кольцевые камеры; якори униполярных машин и

0

5 0 5 0 5 0 5 0

5

индукторы машин переменного тока выполнены в виде полых проводящих цилиндров, жестко соединенных между собой, и размещены в кольцевых герметичны камерах; жидкометаллические контакты униполярных машин замкнуты друг на друга; дополнительные магнитопроводы -машин переменного тока снабжены двумя дополнительными обмотками якорей переменного тока; полые проводящие цилиндры выполнены из ферромагнитного материала с проводящими немагнитными стержнями, замкнутыми короткоззмыкающими кольцами; индукторы машин переменного тока снабжены униполярными возбудителями, размещенными между первыми и вторыми полыми цилиндрами; герметичные кольцевые камеры заполнены инертным газом. . На фиг. 1 изображена конструктивная схема преобразователя частоты; на фиг; 2 - сечение А-А на фиг,1 (индуктор синхронной машины); на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг,1 (первый полый ферромагнитный цилиндр).

Преобразователь частоты содержит первый 1 и второй 1 магнитопроводы с обмотками 2 и 2 , выходными клеммами 3 и З1 двух синхронных машин, промежуточный ферромагнитный цилиндр 4 с магнитопро- водами 5 и 51 и обмотками 6 и б1 якорей переменного тока, индукторы 7 и 71 первой и второй униполярных машин с униполярными обмотками возбуждения 8 и 81,индукторы униполярных возбудителей (независимой параллельной ветви) 9 и 9 с обмотками возбуждения 10 и 101 и немагнитными кольцами 11 и 11 , герметичные кольцевые камеры 12 и 12 с индукторами 13 и 131 синхронных машин, якорями 14 и 141унипо- лярных возбудителей, якорями 15 и 151 уни,- полярных машин, подшипниковые опоры 16 и 16 , жидкометаллические контакты 17 и 171. ./ .

Индуктор синхронной машины выполнен в виде второго.полого ферромагнитного цилиндра с высокопроводящими стержнями 18, разделенного изоляцией 10 на изолированные части с числом, равным числу полюсов, замкнутые с одного торца короткозамыкающим кольцом, 20 (20 ). Индуктор 13 (131), жестко механически сочленен (при отсутствии униполярного возбудителя 14) с якорем 15 (151) униполярной машины, выполненным в виде первого полого ферромагнитного цилиндра 15 с высокопроводящими немагнитными стержнями 21, При наличии униполярного возбудителя его якорь 14 (141) механически и электрически соединен с якорем 15 униполярной машины и индуктором 13 синхронной машины, Конструктивно якорь 14 (141)

не отличается от якоря 15 и является его продолжением.

Обмотки якорей 6 и 6 промежуточного ферромагнитного цилиндра включаются параллельно или последовательно сортвет- ственно с обмотками 2 и 21, увеличивая мощность синхронных машин.

Преобразователь частоты работает следующим образом..

При включении обмоток 2 и 6 в сеть переменного тока индуктор 13 синхронной машины будет вращаться с частотой, близкой к синхронной частоте электромагнитного поля (момент сопротивления весьма мал). При подаче возбуждения в униполярную Об- мотку 10 в цепи униполярного возбудителя, включающей индуктор 13 синхронной машины, наведется униполярная ЭДС и потечет постоянный ток. Постоянный ток создает в индукторе 13 систему пар полю- сов и индуктор 13 втянется в синхронизм с электромагнитным по лем обмоток 2 и 6 переменного тока. ..

При подаче тока возбуждения в униполярную обмотку 8 в якоре 15 изведётся уни- полярная ЭДС и по замкнутой цепи, образованной якорями 15 и 15 , соединенными электрически посредством жидкоме- таллических контактов, потечет постоянный ток. При подаче возбуждения в униполяр- ную обмотку б1,возникший униполярный ток, взаимодействуя с униполярным током якоря 151, создает вращающий момент, вследствие чего якорь 151 придет во вращение. При подаче возбуждения в униполяр- ную обмотку 101 возбудителя по цепи, образованной якорями возбудителя 141 и индуктора 131 синхронной машины, потечет постоянный ток и в обмотках якорей 21 и б1 наведется ЭДС частотой, определяемой числом пар полюсов индуктора 13 и частотой вращения, Частота вращения индуктора 131 может широко изменяться за счет регулирования токов возбуждения в обмотках 8 и 81, тем самым стандартная частота питающего напряжения может регулироваться в требуемом диапазоне.

Преобразователь частоты может работать и при отсутствии униполярного возбудителя 14, В этом случае необходимо якори 15 и 151 униполярных машин выполнить с независимыми параллельными ветвями, а их индукторы 7 и 71 снабдить по крайней мере двумя независимыми обмотками возбуждения. 8 одну из параллельных ветвей якоря каждой униполярной машины включается соответствующий индуктор синхронной машины 13 (13 ), Для исключения (или уменьшения) влияния обмоток возбуждения на параллельные ветви якорей их необходимо разделить немагнитными кольцами 11 (111). Отсутствие униполярного возбудителя несколько затрудняет и уменьшает диапазон регулирования cos p, так как требование получения заданной частоты тока связано с вполне определенным соотношением между результирующим магнитным потоком двух (трех) параллельных ветвей и частотой вращения индукторов. Но с другой стороны отсутствие возбудителя несколько уменьшат габариты преобразователя.

Преимущества предлагаемого преобразователя частоты по сравнению с прототипом заключаются в том, что униполярные машины позволяют плавно регулировать частоту вращения, при этом машины переменного тока работают на синхронных режимах, в результате чего достигается плавное регулирование частоты преобразуемого тока, расширяется диапазон регулирования и исключаются потери скольжения.

Использование: электромашинные регулируемые преобразователи частоты пере- менного тока. Сущность изобретения: преобразователь частоты состоит из двух коаксиально выполненных синхронных машин и двух униполярных машин, размещенных с одного из торцов синхронных машин, выполненных аналогично и выполняющих роль возбудителя синхронных машин, Электрически униполярные машины соединены с синхронными с помощью жидкометалли- ческих контактов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения 1. Электромашинный преобразователь частоты, содержащий коаксиально установленные внешний и внутренний статоры с магнитопроводами и обмотками двух якорей переменного тока, обмотку возбуждения, ротор с индукторами двух машин переменного тока, отличающийся тем, что, с целью достижения плавного регулирования, расширения диапазона регулирования и повышения КПД на внешнем и внутреннем статорах, дополнительно в аксиальном направлении размещены два индуктора двух униполярных машин, каждый

снабжен не менее, чем двумя независимыми кольцевыми обмотками возбуждения, в полости статоров коаксиально размещены дополнительные магнитопроводы машин переменного тока и униполярных машин с торцевыми крышками, образующими совместно с внешним и внутренним статорами две кольцевые герметичные камеры, снабжены двумя якорями униполярных машин с жидкометаллическими контактами, выполненными в виде двух первых полых проводящих цилиндрОЁ с не менее, чем двумя независимыми параллельными ветвями, индукторы машин переменного тока выполйены в виде двух вторых полых проводящих цилиндров, жестко механически сочлененных с первыми цилиндрами и разделены вдоль образующей на изолированные части с числами, соответственно равными числам полюсов машин переменного тока, замкнутые с одного торца короткозамыкающими кольцами, с другого торца соответственно электрически соединены одной полярностью с первым полым цилиндром, другой полярностью - посредством жидкометаллических контактов с соответствующей полярностью: якорей униполярных машин, первые и вторые полые проводящие цилиндры установлены в кольцевых герметичных камерах с возможностью свободного вращения, жид- кометаллические контакты двух униполярных машин замкнуты друг на друга,

80 6 .

6 4 5 I

цилиндры выполнены из ферромагнитного материала с проводящими немагнитными стержнями; замкнутыми короткозамыкаю-. щими кольцами. .

& 9 10 « 12 5 87 «в

Фиг. 3.