Асинхронизированная синхроннаяэлЕКТРичЕСКАя МАшиНА Советский патент 1981 года по МПК H02P9/42 

грузки, что ухудшает массогабаритные и энергетические показатели, снижает быстродействие генератора, а также двукратное преобразование энергии на пути от генератора к нагрузке, что также снижает энергетические показатели АВСГ.

Наиболее близкой к предложенной машине является асинхронизированная синхронная электрическая машина, содержаш.ая электрическую машину с многофазной якорной обмоткой, подключенной к нагрузке, вентильный преобразователь частоты, на вход управления частотой которого подключены задатчик стабильной частоты и датчик частоты врашения и регулятор напряжения 3.

Недостатками такого устройства являются низкая надежность, связанная с необходимостью наличия источника - контактного узла, а также большой вес и габариты из-за на-личия отдельного подвозбудителя.

Целью изобретения является повышение надежности и снижение массогабаритных показателей.

Это достигается тем, что в предложенную машину дополнительно введены управляющая многофазная якорная обмотка, функциональный преобразователь частоты, датчики напряжения и тока нагрузки и генератора, а электрическая машина выполнена с короткозамкнутым ротором, причем вход вентильного преобразователя частоты подключен к основной якорной обмотке, а выход - к дополнительной управляющей якорной обмотке, задатчик стабильной частоты подключен на вход управления по частоте вентильного преобразователя частоты непосредственно, а на вход управления вентильного преобразователя частоты с переменной скоростью вращения -- через функциональный преобразователь частоты, к другому входу которого подключен датчик частоты вращения, датчики тока и напряжения подключены к входу и выходу вентильного преобразователя частоты.

На фиг. 1 показана блок-схема автономного источника по схеме с вентильным преобразователем частоты непосредственного типа (ВПЧ) без звена постоянного тока; на фиг. 2 - блок-схема автономного нсточника с преобразователем частоты со звеном постоянного тока, состоящего из двух автономных инверторов напрялсения, соединенных по цепи постоянного тока и подключенных совместно на общий входной фильтр или аккумуляторную батарею, а по переменному току - соответственно к рабочей и управляющей обмоткам, причем к рабочей обмотке присоединен выход инвертора стабильной частоты, а к управляющей обмотке - выход инвертора изменяемой частоты, пропорциональной скорости вращения генератора.

Блок-схема содержит электрическую машину со статором 1, управляющей обмоткой 2 и рабочей обмоткой 3, соединенной с нагрузкой. Электрическая машина вьшол5 нена с короткозамкнутым ротором 4. На одном валу с ротором 4 расположены импульсные датчики скорости 5. Ротор получает вращение от двигателя 6, например от авиационной турбины. Вентильный преобразователь 7 имеет систему управления 8 и функциональный преобразователь 9, выход которого подключен к входу системы управления 8. Задатчик 10 выходной частоты соединен с входом управления выходной

115 частотой вентильного преобразователя 7 частоты. Функциональный преобразователь 11 напряжения и тока в угол управления соединен с выходами рабочей обмотки 3 и системой управления 8. Автономная нагрузка 12 подключена к выходу рабочей обмотки 3. В случае выполнения устройства с звеном постоянного тока вентильный преобразователь 7 состоит из двух инверторов 13 и 14 (фиг. 2), соединенных но цепи постоянного тока. В этом случае схема управления в такте имеет два канала управления 15 и 16.

В генераторном режиме устройство работает следующим образом.

30 Силовой двигатель 6 вращает с переменной скоростью асинхронную машину с короткозамкнутым ротором и двумя совмещенными обмотками на статоре 1, причем ротор сочленен непосредственно безредук35 торио с валом высокоскоростной газовой турбины. Асинхронная машина (АГ), работающая в режиме генератора, возбуладается по рабочей обмотке 3 на постоянной выходной частоте от BeHTHvTbHOro преобразователя частоты (ВПЧ), подключенного к ней фазными выходами, фазные входы ВПЧ 7 присоединены к управляющей обмотке 2 машины. Чтобы отдаваемая генератором мощность в нагрузку оставалась

45 неизменной при изменении скорости турбины, частоту управляющей обмотки регулируют в функции скорости. Эту функциональную зависимость реализует функциональный преобразователь (ФП) 9. При постоянной скорости вращения генератора отдаваемую мощность регулируют, например стабилизируют, при изменении нагрузки посредством канала управления углом проводимости вентилей ВПЧ в функции нанря55 жения рабочей обмотки 3, причем датчики тока, напряжения нагрузки 12 присоединены на вход управления углом проводимости ВПЧ через ФП И. Благодаря изменению частоты возбуждения и амплитуды уп1бО равляющей статорной обмотки в функции скорости и нагрузки в цепь ротора 4 АГ вводится добавочная противо-ЭДС с частотой, равной частоте ЭДС от действия основной рабочей обмотки 3, но с противопо65 ложным фазовым сдвиго.м.

Изменением противо-ЭДС ротора iio цеtiH управляющей обмотки 2 достигается регулирование отдаваемой АГ мощности из ротора 4 и перераспределение отдаваемой мощности по управляющей и рабочей обмоткам генератора.

Поскольку основная мощность АГ снимается с рабочей обмотки, работающей на постоянной выходной частоте, роль фильтра переменного тока выполняет сама асинхронная машина, обладающая хорощими фильтрующими свойствами по отнощению к высшим гармоникам. В результате улучщаются массогабаритные показатели за счет устранения громоздкого силового фильтра. Улучшаются динамические свойства и энергетические показатели, поскольку устранен инерционный фльтр, а основная мощность генератора преобразуется однократно и поступает непосредственно в нагрузку.

При повышенных требованиях к форме выходного напрял ения рабочую обмотку 3 выполняют по автотрансформаторной схеме, к отводам которой подключают выходы ВПЧ.

Совмещение указанных обмоток в одном магнитопроводе является не единственным способом исполнения АГ. Возможен также вариант с двумя независимыми статорами, на которых укладываются обычные трехфазные обмотки, и общим ротором.

АВСГ, показанный на фиг. 2, целесообразно использовать в качестве регулируемого электропривода мотор-колеса в мощных карьерных автомобилях. В этом случае на выход рабочей обмотки подключается асинхронный тяговый привод с короткозамкнутым ротором, датчик скорости 17 которого подключен на вход задатчика выходной частоты ВПЧ 7.

В известных системах мотор-колеса применяются синхронные генераторы, обладающие больши м весом, габаритами, меньшей надежностью, чем асинхронные генераторы с короткозамкнутым ротором.

Данное устройство может применяться на предприятиях промышленности со взрывоопасными средствами. Здесь АВСГ работает как двигатель.

АВСГ позволяет осуществить также

стартерный режим запуска турбины от аккумул;яторной батареи или сети переменного тока, а синхронная машина работает в данном случае как двигатель, потребляя

мощность из батареи и сети. Таким образом, в предложенном автономном асинхронном вентильном стартере-генераторе улучшены энергетические, массогабаритные и динамические показатели,

Формула изобретения

Асинхронизированная с шхронная электрическая машина, содерлсащая ротор и статор с многофазной якорной обмоткой, подключенной к нагрузке регулятор напряжения и вентильный преобразователь частоты, на вход управления частотой которого подключены задатчик стабильной частоты

и датчик частоты вращения, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и снижения массогабаритных показателей, дополнительно введены управляющая многофазная якорная обмотка,

функциональный преобразователь частоты, датчики напряжения и тока нагрузки и генератора, а ротор электрической машины выполнен короткозамкнутым, причем вход вентильного преобразователя частоты подключен к основной якорной обмотке, а выход - к дополнительной управляющей якорной обмотке, задатчик стабильной частоты подключен на вход управления вентильного нреобразователя частоты с переменной скоростью вращения через функциональный преобразователь частоты, к другому входу которого подключен датчик частоты вращения, причем датчики тока и напряжения подключены к входу и выходу

вентильного нреобразователя частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США № 3675117, кл. 322-31, 1976.

2. Судяшев В. Д. и др. Принципы замкнутых систем регулирования асинхронных вентильных генераторов. - Известия ВУЗов, «Электромеханика, № 10, с. 1104- 1109, 1977.

3. Торопцев Е. Ж- Авиационные асинхронные генераторы. - М., «Транспорт, № 10, с. 179, 1970.

Риг.)

L- L/: i/j/z-va i.