Преобразователь частоты Советский патент 1982 года по МПК H02K47/18 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к преобразователям, которые могут найти приме нение для связи систем с различньоми частотами.

Известны преобразователи частоты, содержащие два силовых трансформатора с выпрямителями, блоками преобразования, фильтрами высших гармоник и устройствами регулирования потока 1.

Недостатками, таких преобразователей являются их сложность и высокая стоимость.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь частоты, содержащий два т-фазных трансформатора с магнитопроводами стержневого типа, статор и ротор с по.люсной системой и валом, сочлененным со вспомогательной электрической машиной 2}

В данном преобразователе электрическая энергия одной частоты преобразуется в механическую энергию на общем валу преобразователя, которая преобразуется другой частью преобразователя в электрическую энергию другой частоты.

Недостатком известного преобразователя является большая масса и эначительная сложность конструкции из-за того, что в нем осуществляется многократное преобразование энергии, для чего требуется применять несколько блоков преобразования.

Целью изобретения яв.пяется снижение массы и упрощение конструкции преобразователя.

Указанная цель достигается ,

10 что стержни магнитопроводов трансформаторов выполнены разомкнутыми, ротор размещен между разомкнутыми стержнями магнитопроводов, на валу ротора установлены m магнитопроводя15щих стержней, оси которых параллельны оси вала, на каждом из стержней ротора укреплены по одному магнитопроводящему кольцу и m полюсов с полюсными наконечниками, полюсная

20 дуга которых равна 120 эл. град. и оси смещены по окружности на , а в аксиальном направлении на величину расстояния между осями стержней магнитопроводов трансфор25маторов относительно друг друга, полюсные наконечники установлены с радиальным зазором по отношению к стержням магиитопровода одного из трансформаторов, а магнитопроводя30щие кольца установ.ены с радиальным

зазором по отношению к стержням магнитопровода другого трансформатора.

На фиг. 1 представлен преобразователь, общий вид; на фиг. 2 конструкция одной полюсной системы ротора со стержнем, полюсами и кольцом; на фиг. 3 - преобразователь в аксонометрии; на фиг. 4 - схема коммутации потоков в стержнях-магнитопроводов трансформаторов; на фиг. 5 - диаграмма потоков в стержнях., Преобразователь содержит магнитопровод 1 с т-фазными обмотками 2 на стержнях 3-5 и магнитопровод 6 с т-фазными обмотками 7-9 на стежнях 10-12. Между стержнями 3-5 и 10-12 размещен ротор 13. На валу 14 ротора 13 укреплены m магнитопроводящих стержней ротора 13. Оси стержней 15-17 расположены параллельно оси вала 14. На стержнях 15-17 укреплены полюса 18 с полюсными наконечниками 19, Полюсная дуга полюсных наконечников 19 равна 120 эл. град., а их оси смещены по окружности на относительно друг друга.

На стержнях 15-17 укреплены также магнитопроводящие кольца 20. Полюсные наконечники 19 установлены на стержнях 15-17 со смешением относительно друг друга в аксиальном направлении на величину расстояния между осями стержней 3-5 магнитопровода 1 и с радиальным зазором по отношению к этим стержням. Кольца 20 установлены на роторе 13 с радиальным зазором по отношению к стержням 10-12 магнитопровода 6. На стержнях например, 3-5 могут быть установлены полюсные наконечники 21 для улучшения формы потока.

Работа преобразователя осуществляется следующим образом.

В положении ротора 13, представленном на фиг. 1, стержень 3 магнитопровода .1 замыкается через ротор со стержнем 10 магнитопровода б и, соответственно, стержень 4 со стержнем 11 и 5 - с 12. При повороте ротора 13 на 120° против часовой стрелки стержень 3 замкнется через отор со стержнем 11, стержень 4 С 12 и 5 - с 10, Таким образом, поЬорот ротора создает путь магнитному потоку каждого стержня одного трансформатора поочередно во все стержни другого трансформатора.

На фиг. 4 показаны магнитные связи между различными фазами матнитопроводов. Эти связи осуществляются через ротор 13 преобразователя и обеспечиваются лишь при одном его пространственном положении, когда трехфазная система потоков стержней 3-5 отстает от аналогичной .

стержней 11-12 на угол 60 (при вращении против часовой стрелки фиг. 5).

Как видно из фиг. 4, рассмотренное пространственное положение ротора 13 обеспечивает следующие магнитные связи (впроцентах от максимального сечения железа в стержне в одной фазе): 0 между А и Ai - 50% А и Вг - 50% В, и B-i - 50% В., и Ci - 50% С и А-г - 50% 5С и Cji - 50%

До тех пор, пока взаимное положение () между системами потоков стержней 3-5 и 10-12 остается неизменным, не меняется и положение ротора 13, т.е. ротор 13 неподвижен. При обеспечивается обмен магнитными потоками между стержнями 3-5 и 10-12 при условии отставания первой из них от второй на 60.

В этом можно убедиться задаваясь любыми положениями векторов (фиг. 5) в плоскости чертеже (принимая, например, положительную ось комплексной плоскости, направленной снизу вверх).

Если угол между потоками стержней 3-5 и 10-12 меняется в функции времени (работа систем с разными частотами), соответствующим образом должны меняться и магнитные связи (их пропускные способности) между 5 отдельными фазами.

Пусть система потоков стержней 10-12 имеет более высокую частоту, чем система потоков стержней 3-5.

Рассматривая этот процесс от начального положения (система 10-12 опережает систему 3-5 на 60°) до увеличения взаимного сдвига еще на 60 можно установить, что при таком взаимном смешении систем обмен потоками между ними будет возможен при повороте ротора 13, создающем постепенное уменьшение магнитных связей между 3-10, 4-11 и 5-12 от 50% до О и - постепенное увеличение магнитных связей 3-11, 4-12 и 5-10 от 50 до 100%.

Аналогично этому, любому углу сдвига между системами 3-5 и 10-12 соответствует одно и только одно, пространственное положение ротора 5 13, обеспечивающее обмен магнитными потоками между двумя системами. При работе систем с разными частотами соответствующим образом должен поворачиваться и ротор 13 преобразователя (со скоростью равной разности частот).

При этих условиях можно осуществить обмен активными мощностями между двумя системами, работающими 5 с разными частотами.

Предлагаемый преобразователь (Позволяет уменьшить массу и упростить конструкцию, поскольку все преобразование электрической энергии одной частоты в электрическую энергию другой частоты осуществляется в одном блоке преобразователя. При этом исключатся промежуточные пре.образования энергии и соответствующие блоки.

Формула изобретения

Преобразователь частоты, содержащий два т-фазных трансформатора с магнитопроводами стержневого типа и ротор с полюсной системой и валом сочлененным с вспомогательной электрической машиной, отличающ.и и с я тем, .что, с целью снижения массы и упрощения преобразователя, стержни магнитопровода трансформаторов выполнены разомкнутыми, ротор размещен между разомкнутыми стержнями магнитопроводов, на валу ротора установлены m магнитопроводящих стержней, оси которых паралельны оси вала, на каждом из стержней ротора укреплены по одному агнитопроводу кольцу и m полюсов с полюсными наконечниками, полюсная дуга которых равна 120 эл. град.

и оси смешены по окружности на

., а в аксиальном направлении на величину расстояния между осями стержней магнитопроводов трансформаторов относительно друг друга,

полюсные наконечники установлены с радиальным зазором по отношению к стержням магйитопровода одного из трансформаторов, а магнитопроводящие кольца установлены с радиальным зазором по отношению к стержням магнитопровода другого трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фиг.З