Однофазный одномашинный преобразовательчАСТОТы Советский патент 1981 года по МПК H02K47/22 

t -. Изобретение относится к одиофаэ, ным преобразователям частоты, ripeo6разукхцим однофазный ток одной частоты в однофазный ток другой частой, у которых двигательные и .генераторные обмотки расположены в об1цей магнитной системе. Известны однофазные преобразователи частоты с отдельной пусковой обмо;ткой 1, что усложняет конструкцию, уменыиает использование активных материалов. Наибс.пее близок к предлагаемом/ по технической сущности однофазный одномашинный преобразователь частоты у которого генераторная обмотка статора выполнена в виде однофазной обмотки тройного злектрнческого совмещения на Р , Pjt Ъ Р полюсов и состоит нз катушек или катушечных групп, соединенных в четыре четырехплечих моста, имеющих каждой в отдел ности два независикых выхода по диагоналям мостов на Pj,, РЗ пары полюсов на одном выходе и на Р число пар по люсов на другом выходе, соединенных в рабочем режиме концами одноименных вы хоДов с Рд , Р парами полюсов через переключаюп1ие контакты в замкнутую цепь, имеющую незавк нмые однофазные выходы вдоль цепи поочередно мл PJ и Р пар полюсов из выводных концов межмостовых соединений, питаемую через зажиьшг выхода на Р пар полюсов от выпрямителей, подключенных через регулируемое сопротивление, к двигательной однофазной обмотке статора с Р парами полюсов : Недостаток известного устройства сложность регулирования выходной частоты преобразователя. Цель изобретения -получение плавного регулирования выходной частоты преобразователя и упрощение его конструкции. . Поставленная цель достигается тем, 4Т6 двигательная статора выполнена в виде однофазной обмотки двойного злектрического, совмещения на Bf ; Р4 пар полюсов, имеет средний зажим, делящий ее на две полуобмотки, и подсоединена к- зажимам вторичной обмотки питающего трансф и матора. Вторичная обмотка тран94 ОРматбра имеет средний зажим, деля1аий ее на две полуобмотки. Полуобмотки двигательнойобмотки статора и полуобмотки питающего трансформатора соединены последовательно в замкнутую цепь, образуя по луовмотками четырехплечий мост с однофазным двигательным,входом 2Р -п6 люсности по одной из диагонёшей и с двигательным входом 2Р4-полюсности с :стороны вторичной обмотки трансформа тора. Первичная обмотка, трансформато ра подключена регулирующее уст |йство/ например регулирующее сопротивление , JK сети. Генераторная обмотка тройного совмещения статора смещена в пространстве на90 эл.град. относительно двигательной обмотки двой него совмещения статора по магнитному полю с Р парами полюсов. Двигательная обмотка ротора выполнена как электрическисовмещенная обмотка четырехкратного совмещения и состоитиз шестиадцати четырехплечих мостов, имеющих каждый в отдельности два однофазных независимых выхода по диаго Нслям мостов на P,j, Р,, f пар полюс на одном выходе и на Р пар полюсов на другом выходе. Мосты соединены меж ду собой зажимами одноименных выходо с Pj, РЗ, Р парами полюсов в четыре замкнутые цепи по четыре моста в каждой. Каждая из замкнутых цепей имеет вдоль цепей в порядке следова. ния мостов однофазные независимые выходы из межмостовых соединений поочередно иа Р и Р 2, Р J пар полюсов. В свою очередь замкнутые цепи соединены между собой одноименными выходами.с Р, Pj парами полюсов в замкнутый контур. Замкнутый контур имеет вдоль себя в порядке следования цепей однофазные независимые выходы из межцепных соединений на Р и Pj пар полюсов. BыxoJФl мостов ка Р чис , ло пар полюсов соответственно выходы цепей на Р4 пар полюсов замкнуты каждый в отдельности накоротко. Выход контура на Р 2 пар полюсов соединен через, выпрямители с выходом контура на РЗ число пар полюсов. На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема статора с генераторной и двигательной обмотками, трансформатором, выпрямителями, регулирующими сопротивлениями; на фиг. 2. - структурная схема соединения четырехплечих мостов обмотки ротора с выпрямителями; иа фиг. Э .- расположение катушечных групп генераторной обмотки статора тройного совмещения с парами полюсов Р 1,Р«4,, уложенной в 46 пазов ,на фиг .4 - структурна1я схема соединения катушечных rpynrf генераторной обмотки статора,. , на фиг, 5 - двигательная°обмот.ка ста .ора двойного совмещения с парами по люсов Р . 1 Р4 2, уложенная в те же пазы, что и генераторная обмотка статора; иа фиг. 6 - расположение ка ртушек обмотки ротора четырехкратного совмев1ения с парами пол юсов. Р 1 |Ра 4., Р% 8, РА 2, уложенной в .6 пазов на фиг. 7-10 - структурные схемы соединения катушек обмотки четырехкратного совмещения в четырехплечие мосты,на фигЛ - МДС магнитный i: полей обмотки ротора четырехкратногосовмещения сР 1, , Р 2 парами полюсов. Преобразователь состоит из статора 1,. ротора 2, переключающих контактов 3-11, выпрямительных блоков 12 и 13. регулирующих сопротивлений 14 и 15 и питающего трансформатора 16. Статор включает генераторную обмотку 17 тройного совмещения на Р 1, P,j 4, Pj «8 пар полюсов, двигательную обмотку 18 двойного совмещения иа Р-| 1, Р4 2 пар полюсов с полуобмотками 19 и 20 , . Трансформатор 16 включает первичную 21 и вторичную 22 обмотки с полуоб.моткгида 23 и 24.. Обмотка 17 состоит из катушечных групп, образующих четырехплечие мосты А, Б, В, Г, соединенные с помощыэ контактов 3 - 6 в замкнутую цепочку, а в пусковом режиме соединенные с помощью контактов 7 - 9 в разомкнутую цепочку с образованием свободных зажимов 25 и 26,подключаемых иа период пуска к зажимам 27 и 28 сети. Зажим 27 являётря Средним зажимом двигательной обмотки 18, зажим 28 - средним зажимом вторичной обмотки 22 трансформатора. . К зажимам 29 и 30 эбмотки 27 через выпрямительный блок 12, регулирующее сопротивление 14 и контакт 10 от зажимов 27 и 28 сети подводится выпрямительное напряжение. . Обмотка 17 по з.жимам 25 и 31, 32 и 33, 3 и 35, 36 и 2 образует однофазный вход на Р 1 пар полюсов и выполняет функцию пусковой обмотки на период пуска, по зажимам 29 и 30 образует однофаэиый вход на Р2. 4 пар полюсов и выполняет функцию обмотки возбуждения, по зажимам 37 и 38 образует однофазный выход на Р 8 пар. полюсов и выполняет функцию генераторной обмотки. Обмотка тройного совмещения статоа выполне а гз восьми катушечных групп, равномерно распределенных по расточке статора и уложенных в 48 па- зов. В каждой катушечной группе находится по три катушки. Катушки имеют; шаг по пазам у ,«15. Каждая из ка- : тушечиых групп.обмотки 17 имеет на-чало Н и конец К. Начала Н и концы К . представляются в. виде и К / где индекс К 1,2 и т.д. при обозначениях начал Н и концов К указывает на принадлежность зажима к катушечной группе при расположении катушечных групп по. порядку по окружности статора, индексы i 1,2 и т.д. указывает на принадлежность зажима к катушечной группе при расположении катушечных групп по порядку по высоте паза, т.6 по слоям. Катушечные группы, имею1цие различную глубину залегания в пазах и уложенные в одних и тех же пазах обозначены одинаковыми первыми индек сами. Сопротивление 14 служит для регулирования тока возбуждения магнитног поля статора с числом пар полюсов Р2 4. Полуобмотки 19 и 20 двигательной обмотки 18с полуобмотками 23 и 24 вторичной обмотки трансформатора 16 образуют четырехплечий мост. Четырех плечий мост диагональю по средним за жимам 27 и 28 образует двигательный вход .-полюсности, а контуром полуобмоток 19,20, 23 и 24 образует, двигательный вход 2 4-полюсности через трансформаторную связь. Сопротивление 15 служит для регулирования тока возбуждения магнитного поля статора с парами полюсов 2. Двигательная обмотка 18 статора двойного совмещения выполнена из двух катушечных групп,равномерно распреде ленных по окружности расточки статора и уложенных в 48 пазов. Катушечная группа обмотки 18 состоит из двенадцати катушек. Каждая катушка имеет ша по пазам 12. Генераторная обмотка 17 смещена в пространстве по ркружности статора относительно двигательной .обмотки 18 статора на .град. в магнитном поле с Р 1 парами полюсов. Однофазная обмотка ротора четырехкратного совмещения состоит из шест. надцати различных четырехплечихмостов А., Aj, А,, АЛ, Б, БД, БЭ, Ef, В2, By 84/ Г.,, Г, Tj, Г, имеющих каждый по одной из диагоналей однофазный выход на пары полюсов, а по другой из диагоналей однофазный К1ХОД на Pj , РЭ, Р4 пар полюсов. Зажимы мостов 39 и 40, 41 и 42, 43 и 44 45 и 46, 47 и 48, 49 и 50, 51 и 52, 53 и 54, 55 и 56, 57 и 58, 59 и 60, 61 и 62, 63 и 64, U5 и 66, 67 и 68, 69 и 70 образуют однофазный выход на Р 1 пар полюсов и замкнуты попарно накоротко. Мосты обмотки ротора одиоимёнными выходами на Р, Р, Р4 пары полюсов соединены последовательно в четыре замкнутые цепи Ад, , В,.,, че- тыре моста в каждой. Первая цепь Ао(фиг. 2 к 6) содержит мосты А, Б , Bjt, Btopaff.o (фиг. 2 и 7) - мосты В, Г , В и Гд третья БО (фиг. 2 и 8) - мосты Aj, Б, 4 4 четвертая Г (фиг. 2 и 9) - мосты В,, Г, В4 и Т4 . Каждая из цепей Ад, Б,,, В, Гд имеет однофазный выход на Р4 2 пар полюсов и однофазный выход на Р, Р пар полюсов. Зажимы 71 и 72, 73 и 74, 75 и 76, 77 и 78 однофазных выходов Р 2 числа пар полюсов цепей соответственно А, BO, Вд, TO замкнуты накоротко попарно. Цепи АО,Бд, В„, Го одноименными выходами с Р РЗ парами полюсов соединены последовательно в замкнутый контур. Замкнутый контур в местах соединения цепей имеет однофазный выход на P,j 4 пар полюсов с зажимё1ми 80 и 81 и однофазный выход на 8 пар полюсов с зажимами 79 и 80. Зажиь« 80 и 81 выхода 2Рз-полюсности соединены через, выпрямитель 13 с зажимами 79 и 80 выхода 2Pj -полюсности. Обмотка четырехкратного совмещения ротора выполняет роль короткозамкнутой двигательной обмотки 2Ру 2-полюсности, короткозамкнутой двигательной обмотки 2Рл 4-полюсности,генераторной обмотки 2P,j, 8-полюсности и роль обмотки возбуждения 2Р 1б-полюсности. ОбМотка ротора выполнена из восьми катушек, равномерно распределенных по окружности ротора и уложенных в 16 пазов. Катушки ротора соединены по структурной схеме ( фиг. 2 - 9). катушки имеют шйг у 5.Каждая из катушек имеет начало Н и конец К. Начала Н и концы К представляются в виде Н)у и К 1,2 и т.д. при обозначениях начал Н и концов К указывает на принадлежность зажима к катушке при расположении катушек по порядку по окружности ротора, а {индекс. . х 1,2 и т.д. указывает на принадЛежност.ь зажима к катушКе при расположении катушек по порядку по высоте паза, т.е по слоям. Катушки, имеющие различную глубину залегания в пазах и уложенные в одних и тех же пазах, обозначены одинаковыми первыми индексами. Стрелками показаны ЭДС и токи различных частот, создающие магнит- ные поля различной полюсности (сплошными стрелками обозначены токи 2Р 2 полюсности, пунктирными токи 2Р2 8полюсности, штрих-пунктирными токи 2Pj - 16-полюсности, штрихЬвыми токи 2р 4-полюсности. При. построении МДС обмотки ротора (фиг. 10) прмнятог что токи разных частот рав|«1 по величине. При питании обмотки .17 и 18 переме1 ным током частоты f 50 Гц при разомкнутых контактах 3 - б 10 и 11, замкнутых контактах 7-9 создается вращающееся отиосительио статора магнитное поле с парами полюсов 1 - I, наводящее ЭДС и токи в короткозамкнутых KOHtypax обмотк ротора. Тем самьт осуществляется запуск преобраэоатепя до скорости Ир f ьо , (-.}. где S - скольжение ротора относительно вращающегося поля Р 1. После запуска и размыкания контак тов 7-9 преобразователь работает как обычный однофазный двигатель. После отключения обмотки 17 от сети эключ тся контакты 3 - 6 и 10, тем подается выпрямленное напряжение на зажимы 29 и 30. Обмотка 17 ст тора, таким образом,обтекается выпрямленным током, возбуждающим неподвижное .относительно статора магнитное поле с парами полюсов Р А, наводящее в обмотке статора ЭДС : частоты f л ЭДС частоты f 2 200 Гц с зажимов 81 и 82 подается через выпрямитель 13 на зажимы 80 и 79 обмотки ро тора. Под действием выпрямленной ЭДС частоты fi по обмотке ротора протекает выпрямленный ток, возбуждающий неподвижное относиетльно ротора магнитное поле с парами полюсов Pj 8, наводящее в обмотке 17 статора ЭДС частоты. f3 г - ЬЛ 6О ЭДС частоты -f 3 °° 00 Гц выделяется с зажимов 37 и 38 обмотки 17 ст тора. Включением контакта 11 подается напряжение частоты f 50 Гц на пер вичную обмотку 2i питгиощего трансфор матора 16. Под действием наведенной во вторичной обмотке 21 ЭДС в полуобмотках 19 и 20 двигательной обмотки 18 и полуобмотках 23 и 24 трансформатора 16 протекают токи частоты f 50 Гц, создающие в обмотке 18 вращающееся относительно статора маг нитное поле 2Р л 4-полюсности со скоростью пр Ч- - где S.- скольжение ротора отиоситель ио вргицахшегося поп я Р . Магнитное поле Р4, наводя ЭДС и токи в короткоэамкнутых контурах 2Р -полюсности обмотки ротора,создае тормоз.ной момент, приводящий к сниже нию с| орости ротора и соответственно к уменьшению выходной частоты f . Плавным изменением сопротивления 15 достигается плавное изменение выходной частоты преобразователя в диа пазоне от величины f PjlPi 400 Г до величины . 200 Гц. При,этом уровень напряжения выходной частоты поддерживается изменением со противления 14 в цепи возбуждения об мотки 17. Крайние величины диапазона взяты для режима холостого хода преобразователя.. Преобразователь обеспечивает плавное и устойчивое регулирование частоты вниз от верхнего предела диапазона и вверх от нижнего предела диапазона и получение частот, соответствующих крайним пределам диапазона. Предлагаемое устройство может работать как преобразователь без плавного регулирования выходной частоты. Для зтого достаточно отключить один из двигательных входов статора. Применение преобразователя позволяет получить плавное регулирование частоты, упростить конструкцию, улучшить использование активных материгшов. Преобразователь может быть использован для питания, например, электроинструмента повышенной частоты с регулируемой скоростью вращения. Фсчрмула изобретения Однофазный одномашинный преобразователь частоты с двигательными и генераторными обмотками статора, расположенными в общей магнитной системе, с переключающими контактами, выпрямителями, регулирую1дими устройствси«1И, например регулируемыми резисторами у которого генераторная обмотка статора состоит из катушек,соединенных в четыре четырехплечих моета,имеющих каждый в отдельности два независимых однофазных выхода по диагоналям мостов на Р пар полюсов и соответственно два выхода на Р, пары полюсов,соединенных концами одноименных выходов с Pjf, Р парами полюсов через переключающие контакты в замкнутую цеп, имеющую независимые однофазные выходы вдоль цепи поочере;щ1О на Pj и Р пар полюсов из выводных концов межмостовых соединений, питаемую через зажикш выхода на PJ пар полюсов, регулируеьмй резистор и выпрямители от входных зажимов двигательной обмотки статора на Р пар полюсов, сдвинутую в пространстве по окружности статора на 90 эл.град.,соединенную последователь- . ио выходами на Р/ пар полюсов четырехплечих мостов через переключающие контакты в цепь,подключенную двумя свободными зажимами к зажимам двигательной обмотки,отличающийся тем,что,с целью получения плавного, регулирования выходной частоты преобразователя и упрощения его конструкции,ои снабжен питающим трансформатором,а двигательная обмотка статора выполнена на Pf и PJ) пар полюсов,имеет средний зажим, делящий ее пополам, подсоединена ко вторичной обмотке питающего трансформатора, подключенного первичной обмоткой через регулируемый . резистор к сети, имеющего средний зажгал второй обмотки,делящий ее попо-

лам,образуя контуром последовательно соединенных полуобмоток двигательный вход 2R, -полюсности,а их средними зажимами двигательный вход 2Р -полюсности, а обмотка ротора выполнена из шестнадцати четырехплечих мортов / имеющих. каждый в отдельности два однофазных выхода по диагоналям мостов на Е,Pj,Pj пар полюсов на одном выходе и на Р. пар полюсов на другом выходе,соединенных одноименными выходами с Р,Р,РА, парами полюсов в четыре замкнутые цепи по четыре моста в каждой, образующие вдоль цепей в порядке следования моетов однофаз ные выходы из межмостовых . соединений г ючередно на Рд 2 з пар полюсов, причем замкнутые цепи соединены последовательно межд собой одноименными выходами с Р, Pj парами полюсов 0 замкнутый контур, образуя

вдоль упомянутого контура в порядке следования замкнутых цепей однофазные независи1иые выходы из межцепных соединений поочередно на Р и Р пар полюсов, причем выходы мостов на Р пар полюсов соответственно выходы цепей на Р4 пар полюсов в отдельности замкнуты накоротко, а выход контура на Р,2 пар -полюсов соединен с выходом контура на РЗ пар полюсов через выпрямители;

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Патент США 4039910, кл. Н 02 m 5/32,,1975.

2.АвторЬкое свидетельство по заявке W 2644380/24-07, Н 02 К 47/22, 1978.

Ф«/вУ-

и

«с

М

f ,

J

-I

«,

Р/,2

на

ГлП.

пп

.//