Известен беско.нтактный электромашинный агрегат, содержащий синхроиный генератор с вращающимся якорем, соединенным электрически с индуктор-ом асиехроняого преобразователя частоты.
В предл0же.нно.( агрегате дандуктор пре-образоъателя мех-анически связа« с якорем генератора двойного вращения и ротором ааи1нхронной машииьь статорная обмотка которой выполнена полюсолереключаемрй и подсоединена через управляемые дроссели к обМОтке CTaTOpia преобразователя частоты. Между дросселем и статорной обмоткой асин.хронной машины включен вьгпрямитель.
На фиг. 1 схематически изображен описываемый агрегат; на ф;иг. 2 - то же, приншгпиальная электрическая схема.
Н-а фиг. 1 и 2 приняты следующие -обозначения: -синхронный генератор двойного вращения. 2 - асинхронный .преобразователь, - регулируемая оолюсопереключаемая асинхронная мащина, 4 - возбудитель с неподвижной обмоткой возбуждения и вращающимися крел ниевыми выlпpЯMитev ями в цепи трехф азной якорной обмотки, 5 - управляемый дроссель в цепи статор.ной обмотки асинхронной Машины, 6 - регулятор частоты агрегата, 7 - контактор для переключения статО|рной обмотки машины 3 с выпрямителя на
промежуточные дросселя 5 и обратно, 8 - регулятор напряжения агрегата, 9 - первичный (ведущий) вал агрегата, JO - обмотка возбуждения возбудителя.
РассАштрим принцип работы и основные соотнощення бесконтактного каскадного агрегата в режиме генер атора переменного тока стабильной частоты в случае привода его от турбовинтового авиадвигателя, работающего с изменяющейся скоростью вращения в относительно небольшом диалазоне.
Вращение первичного вала 9 с некоторой скоростью при ннтании обмотки 10 возбуждевия возбудителя 4 от постороннего источника постоянного тока обесиечиваёт наведение э. д. с. в якор юй обмотке возбудителя 4 м протекание выпря-мленного тока в обмотке возбуждения синхронного генератора /. Выпрямленный ток обмотки 1индуктора генератора создает магнитное поле, вращающееся вместе с индуктором относ1ительно ведомого ротора. При этом в трехфазной обмотке ведомого ротора генератора, соединенной с трехфазной обмоткой асинхронного преобразов-ателя 2, наводятся э. д. с. и протекают трехфазные токш, создающие вращающиеся магнитные поля в генераторе и в асинхроннО М преобразователе.
полем трех|фазных ToiKOis якоряой обмотки генератора в нем, как т в обычиом слихроииом генераторе, возиикает электромапнитный момент Мс.г, увлекающий ведомый ротор в налравлевдии вращения индуктора. Ведомый ротор генератора вращается ico скоростью П2, (Меньшей скорости « вращения его индуктора, так как только в этом случае в трехфазной обмотке наводятся э.д. .с. и протекают тоии, создающие элбкт1ромапнитный момент.
Частота трехфазных то-ков /с.г протекающих в обмотке генератора и в обмотке преобразователя 2, зависит от числа пар .полюсов РС.Г И разности Скоростей вращения ведущего |и ведомого роторов апрегата
f РС.Г (1 - rt.j)
-60
где Р с.г - ЧИСЛО пар синхро.нного
гене1ратора двойного вращения. Созданное трехфазными токами .магнитное поле синхронного генератора вращается отеосительно ведомого piOTqpa .в ва.пра.влении вращения ведущего и ведомого роторов со скоростью:
60/с г
П.пс. .,.(2)
.г
Скорость вращения толя трехфазных токов в пространстве равна скорости враще.ния индуктора.
Ппс.(3)
вращающиеся трехфазные обмотки генератора и преобразователя соединяются так, чтобы направление вращения .магнитного поля в асинхро.нном преобразователе относительно Обмотки генератора .совпадало с направлением вращ-ения ведомого ротора агрегата.
Скорости вращения :марНИтного поля в ааиихроняом преобразователе относительно ведомого ротора агрегата и относительно статора определяют по фО|рмулам:
60/... РС.Г ,„ ..
(4)
ni п - п hh а..n
ran, п., + Лщ «2 ( 1 I - и
Ра.п
/а.п
Частота э. д. с., наводимых в статорной Обмотке асинхронного П|реобразавателя 2, равиа:
,. ра.пПп2 П РС.Г 1 п., (ра.п - Рс.г
б (Г
Электромагнитная мощность асинхронного преобразователя 2 состоит из траноформатор«ой части, проп0|рц:иональ1ной относительной скорости поля rini и генераторной части, пропор.циональной скорости вращения nz ве.домого ротора агрегата.
;к величине электромалнятнаго момента синxipoHHoro reHeipaTOpa двойвого вращения М г.с равно отнощению ч-исла тар полюсов ааинхронного преобразователя -к числу нар полюсов синхронного генератора:
Ja.n Wric.r Ра.п
Жс.г «П .г
Электромагнитный момент Ма.п частично уравновещнвает электромагнитный .момент уИс.г, так как по отношению к ведомому ротору а1препата направления действия этих моментов взаимно противоположны. Практичес.кое эначен.ие имеет .лишь тот случай, когда 5 движущий момент М с.г больше тормозного момента Ма.п, т. е. «огда рс.г Ра.п.
При РС.Г .п формулу (6) удобнее записать в следующем виде:
f , 1 /с.г - п., (р., Ра.п)
0.60()
Выбор оптимального соотнощения чисел пар нолюсОВ синхронного гене|ратора двойного вращ.ения н асинхронного нреобразователя .имеет важное значение, так как это CQOT5 ношение определяет максимальной допу тимый диапазон изменения скорости в ращения приводного двигателя.
гт 1.|акс. , РС.Г
(9)
1мин.Ра.п
Чем щире диапазон изменения скорости вращения приводного дв1игателя, тем больщ1им
PC.,
.должно оыть отношение .
Ра.п
Существенное завышение этого отношения по сравнению с заданным отнощение.м «1.макс.//г1.чин. нецелесооб р.азно, так как при этом регулируемая машина 3 должна быть рассчитана на больщий тормозной момент.
Из формулы (8) видно, что стабилизацию частоты апрегата при изменяющейся скорости вращения приводного двигателя «i можно обеспечить соответствующим изменением скорости вращения П2 ведомого ротора.
Так как в рассматриваемом случае Ма.п уИс.г, то для ура вновещиващия движущего момента Мс.г TqpiMosiHbiMH моментами асинхрониого преобразователя Л1а.п и вспомогательной аоинхронной машины Ma..i необходи:мо, чтобы последняя работала в режиме электродинамического тормоза или асинх;ро;нного гене1ратора (по схеме, показанной на фиг. 2. С учетом момента сил трения ведомого ротор.а агрегата урав1нение равновесия моментов в установившемся режиме имеет ви,д:
(10)
а.м Afc.r -Ма.п - Мто
Кас«а.дный генераторНый агрегат с управgQ ляемым дросселем 5 и одним переключающим контактором 7 (см. фиг. 2) и.меет только две ступени, обусловленные двумя возможными режимами работы вспомогательной асинхронной .машины , имеющей одну простую Т1рехфазную обмотку на статоре и коротко65 замкнутый ротор. На первой ступени агрегата аоинхронная машина 3 работает в режиме электродина-мического тормоза, возбуждаемого от зажимов генераторного агрегата через автоматически управляемый дроссель 5 и полупроводниковый выпрямитель. Расчетная электрическая мощность вспомогательной асинхронной машины 3 составляет лишь около 20% номинальной мош,ности генерторного агрегата, поэтому мош.ность РВ затрачиваемая «а .возбуждение машины 5 в режиме электродияамИческого тормоза с учетом потерь в дросселе, не превышает 5% нОМИналыпой мощности агрегата. Наименьшая скорость врашения первичного (ведущего) вала агрегата «IMMH, нри которой обеанечявается номи.нальная частота /, определяется следующей формулой 60/ТЯ2мин(/с..п),,,ч fi мин 1 (11; где «2.мчн 100 об/мин - наяменьшая скорость В|рашепия ведомого ротора, при которой вспомогательная асинхр-ОНная машина 3 развивает Т1ребубмый электромагнитный момент М а.Л в режиме электродинамического тормоза. С увеличением скорости вращения первичного вала от Мциждо ni-z поддержание неизменной частоты генераторлого .агрегата / согласно формуле (8) достигается соответствующим увеличением скорости вращения ведомого pOTOipa П2 с ПОМОЩЬЮ автоматического регулятора 6 частоты, изменяющего величину .подводимого к статориой обмотке машины -3 выпрямленного напряжения и величину электромарнитного момента (см. фиг. 2). Переключение агрегата с первой ступени на вторую ир:Оисходит в резу«тьтате срабатываиия контактора 7, переключающего статорную обмотку мащины с выпрямителя на промежуточные зажимы дросселя 5 при скорости вращения 1перв1ичного вала, равиой 1,05-60/(.г-/7а.„) fc.r jOc.rPa.n На втарой ступени агрегата машина 5 работает в режиме асинхронного генератора, отдавая активиую электрическую мощность Ра.м2 в сеть и потребляя реактивную мощность Двуступенчатый 1ка.ска.дный агрегат (см. фиг. 2) целесообразно применять в тех случаях, когда скорость вращения (приводного двигателя изменяется не .в широком диапазоне, например, ири /ibiaKcZ.I.,5 При более широком диапазоне изменения скорости вращения приводного .двигателя каскадный генераторный агрегат .можно сделать TpexcTyin ен ч ат ы м. скоростной обмоткой с двумя переключающиМИ ко.нтакторам«. Переключение статориой обмотки асинронной машины 3 с большего числа пар полюсов (ра.м) н.а меньшее (р:авное 0,5 Ра..ч)просходит в результате срабатывания второго контактора, когда скорость вращения ведущего ротора увеличится до 60/ , 1,03.60/ (Рс.г-Яа.п) - - г (Г ) Oj и,5 .г а.м Активная электрическая мощность, отдаваемая ,вапо-могательной асинхронной машиной 3 в сеть на третьей ступени, вычисляется по формуле (14), а мощность потерь скольжения - по формуле (15). р - 0,5 Яа.и (14) .r - а.п где Ра.II - полезная акти.вная электрическая мощность агрегата на третьей ступени. D ПЯр 2 Пп.а:,, .K-i - .) „,(It)) где «„.ам с уменвщевием скорости вращения приводного двигателя от максим-алниого до минимального значения переключение статориой обмотки вспомогательной машины (иа большее число полюсов), а затем яа питание через .вьтрям;итель происходит в результате обратного срабатывания контакторов дри соответствующих скоростях вращения Ведущего ротора. Однако более целесообразно, чтобы скорости Z2-3 и при понижении скорости вращения .ведущего ротора апрегата -были на 1-2% меньще, чем при повыщении. Это исключит возможность noBTopiHoro обратного переключения, если скорость вращения приводного двигателя будет поддерживаться близкой к значениям «2 - з или «i - 2Предложенный агрегат лтожио иапользовать также и для генерирования иеремевного то.ка плавяо регулируемой частоты с приводом от любого иервич.ного двигателя, работающего с нерегулируемой скоростью вращения. Предмет и з о б р е т е Н1И я 1. Беокон.тактный электром ашинный агрегат, содержащий синхронный генератор с вращающимся якорем, соединенным электрически с индуктором асинхронного преобразователя частоты, отличающийся тем, что, с целью регулирования частоты, индуктор преобразователя механически связан с якорем reneipaтора и ротором асинхронной Машины, статорная обмотка которой выполнена .полюсопереключаемой и по.дсоед1ииена через управляемые дроссели к обмотке статора преобразователя частоты.
2. Бесконта ктный электромаш инеый агрегат по п. 1, отличающийся тем, что между
дросселем и статорнои оомоткои асинхронной машины включен вьрщрямитель.
ABC
а.+ f 9
