Одномашинный преобразователь частоты Советский патент 1982 года по МПК H02K47/24 

(S) ОДНОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электромашинным преобразователям частоты и числа фаз, в которых разнополюсные об мотки двигателя и генератора размещены в общем магнитопроводе. Известен асинхронно-синхронный одномаыинный преобразователь частоты, содержащий входную с полюсностью р для асинхронного двигателя и выходную с полюсностью р« для синхронного генератора обмотки на статоре и две обмотки на роторе - короткозамкнутую для двигателя и обмотку возбух дения для генератора, питаемую выпрямленным током через два контактных кольца. С целью стабилизации выходного напряжения питание обмотки возбуждения генератора осуществляется через отдельный стабилизирующий трансформатор 1 Недостптки преобразователя - сложность конструкции и низкое использование активных материалов. Известен также асинхронно-синхронний одномашинный преобразователь частоты, содержащий одну обмотку совмещенного типа на статоре, соединенную в две параллельные ветви, начала которых образуют трехАазные входные зажимы с полюсностью р для асинхронного двигателя, а концы соединены в два нулевых ыоода, образующих зажимы с полюсностью Р2 для обмотки возбуждения обращенного синхронного генератора, и одну обмотку совмещенного типа на роторе, йазы которой выполнены с P2/P1 параллельными ветвями и выведены на три контактных кольца для подключения нагрузки. Питание выпрямленным током нулевых выводов совмещенной обмотки статора осуществляется через вентили от отдельного трехЛазного трансформатора или от добавочной трехфазной трансформаторной обмотки, уложенной в пазах статора и выполненной с полюсностью р асинхронного двигателя 23. Недостатки такого преобразователя мягкая внешняя характериггика генера3. тора, мто снижает использование активных материалов. Иаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является асинхронно-синхр ный одномашинный преобразователь час тоты, содержащий на статоре и роторе по одной обмотке совмещенного типа. С целью стабилизации выходного напря жения в пазах статора уложены три од наковые добавочные компенсационные обмотки, выполненные с полюсностью Р-, генератора и питаемые выпрямленным током от трех однофазных выпрямительных мостов, подключе|:;)ных к кон тактным кольцам последовательно с на грузкой, а нулевые выводы совмещенно обмотки статора питаются выпрямленны током от отдельного источника. Недостатки преобразователя - слож ность конструкции и повышенный расход активных материалов. Цель изобретения - упрощение конструкции и увеличение использования активных материалов. Указанная цель достигается тем, что каждая из двух добавочных обмоток статора выполнена из р распределенных катушечных групп с концентрическими Катушками, для одной обмотки группы соединены последовательно по однофазной схеме, для другой обмотки начала групп соединены в один вывод, а концы, через управляемый вентиль в каждой группе - в другой вывод и выводы добавочных обмоток соединены последовательно-согласно с нулевыми выводами совмещенной обмотки а замкнутую цепь, причем каждая группа добавочных обмоток занимает своими сторонами сплошную зону в . рад, а ось их начальной группы смещена относительно оси полюсной НС совмещенной обмотки статора на угол d-s-SOпротив вращения ротора, где определяется коэффициентом мощности генератора при активно-индуктивной нагрузке.. На фиг. 1 показана схема соединений обмоток статора преобразователя; на фиг. 2 - схема совмещенной обмотки статора с P2/P-J выполненной известным способом; на фиг. 3 интегральн ая кривая ее постоянной НС возбуждения генератора с полюсностью Р2 t; на фиг. | - интегральная кривая постоянных НС добавочных обмоток статора,а на фиг.5 схемы добавочных 966820 компенсационной (соеди-обмотокнения сплошными линиями) и трансформаторной с управляемыми вентилями (соединения пунктирными лини-ями), В пазах статора преобразователя уложены (см. фиг. 1) совмещенная обмотка 1 с трехфазными входными зажимами С1, С2, СЗ с полюсностью р. для асинхронного двигателя и нулевыми выводами 01-02, образующими зажимы с полюсностью р для обмотки возбуждения обращенного синхронного генератора; добавочные обмотки - компенсационная 2 с выводами К1-К2 и трансформаторная 3 с выводами Т1-Т2, соединенная в вывод Т2 через управляемые вентили 4. Вь1воды добавочных обмоток 2 и 3 соединены последовательно-согласно с нулевыми выводами 01-02 совмещен1г1ой обмотки 1 в замкнутую цепь (конец одной обмотки - с началом другой) На фиг. 2-5 показан пример выполнения обмоток статора преобразователя частоты 50/200 Гц с р 1 и pj в пазах. По отношению к трехфазным выводам С1, С2, СЗ обмоткаимеет полюсность р 1 (см. верхний ряд стрелок), а к-выводам 01-0.2, питаемым выпрямленным током, р 2 t (см. нижний ряд стрелок). Интегральная кривая HCPj возбуждения генератора с р 4 построена для обмотки на фиг. 3. Добавочные обмотки статора выполнены каждая из р . распределенных катушечных групп с концентрическими катуыками и каждая Группа занимает своими сторонами сплошную зону в 2Ji/A-Jl/2 рад (см. фиг. 5). Для компенсационной обмотки с выводами К1-К2 группы соединены последовательно-согласно и соединения групп показаны сплошными линиями. Аналогично выполненные группы для трансформаторной обмотки - соединены началами в вывод Т1, а концы через управляемый вентиль в каждой группе - в вывод Т2 (соединения показаны на фиг. 5 пунктирными линиями). Преобразов.атель работает следующим образом. При подключении выводов С1, С2, СЗ совмещенной обмотки 1. статора (см. фиг. 1) к трехфазной сети с частотой f образуется вращающееся магнитное поле двигателя фх, с полюсностью р ,под действием которого в короткозамкнутых контурах совмещенной обмотки ротора протекают токи и возникает .асинхронный момент, вращающийся ротор со скоростью h 60 (1-S) f-,/p, , где S,, - скольжение двигателя. Поле ф наводит ЭДС в катушечных группах добавочных обмоток статора 2 и 3; для обмоток фиг. 5 эти ЭДС сдвинуты на глы в Ji/2 рад и для обмотки 2 (компенсационной ) дают на выводах К1-К2 нулевую сумму, а для обмотки 3 (транс форматорная ) - метырехфазную систему ЭДС, выпрямляемую по схеме четырехфазного однополупериодного выпрямления. Постоянная составляющая выпрямленного тока протекает по цепи T2-Q1-02-K1-K2-T1 и образует в совмещенной обмотке 1 НС возбуждения генератора FBC Р2 k (см, фиг. ., 3),, в компенсационной обмотке НС F и в трансформаторной обмотке НС F (см. фиг. 4), причем HCF« и F-j- направлены согласно. Поле генератора ф , образо ванное совместным действием НС Fg, FH и Fj, наводит в обмотке ротора ЭДС с частотой f2 -((IS-j) Pj/P-j которая снижается с контактных колец ротора. , При г,одклю14ении к контактным кольцам нагрузки возникает МС реакции якоря FQ обращенного синхронного генератора, ось которой, как известно, смещена относительно оси НС возбуждения Fg на угол 90т 1 , по вращению ротора при активно-индуктивной нагрузке с коэффициентом мощности cos Для компенсации НС F, такой реакции якоря нужно создать НС компенсационной обмотки р, смещенную относительно НС Fg на угол oi|c против вращения ротора. Для этого ось начальной катушечной группы добавочных обмоток нужно сместить в пространстве на угол cLfc, (см. фиг. 3 и ). Прак тически смещение можно выполнять на целое число зубцовых делений статора; для рассматриваемого примера зубцовое деление статора равно ЗбО-4/24 60° эл oL , что примерно соответствует активно-индуктивной нагрузке с Ir 90-Ч2(.) Управляемые вентили k позволяют обеспечить автоматическое изменение выпрямленного тока в цепи обмоток статора и получить жесткую внешнюю харак теристику генератора за счет компен.сации его реакции якоря при помощи компенсационной обмотки 2. Параметры компенсационной обмотки выбираются из т Fjj, для номинальной условия нагрузки. Таким образом, в одномашинном преобразователе частоты обе добавочные обмотки статора, вместе с совмещенной, участвуют в создании поля возбуждения генератора при холостом ходе и постоянная НС трансформаторной обмотки усиливаст НС компенсационной обмотки при нагрузке. Эти обстоятельства улучшают использование меди статора и повышают энергетические показатели по сравнению с прототипом.. Компенсационная и .трансформаторная обмотки выполняются низковольтными и друг от друга их можно не изолировать изоляцией в пазу, что упрощает намотку статора. Эти обмотки целесообразно укладывать на дно пазов статора. Формула изобретения Одномашинный преобразователь частоты с неявнополюсными статором и ротором, содержащий на роторе совмещенную обмотку с выводами на три контактных кольца для подключения нагрузки, а на статоре - обмотки совмещенную, добавочные, и вентили, причем совмещенная обмотка статора соединена в две параллельные ветви, начала которых образуioT т{Ахфазные входные зажимы с полюсностью р для асинхронного двигателя, а концы соединены в два нулевых вывода , образующих зажимы с полюсностью обмотки возбуждения обращенного синхронного генератора, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и увеличения использования активных материалов, каждая из двух добавочных обмоток выполнена из р распределенных катушечных групп с концентрическими кату1чками, для одной обмотки группы соединены последовательно по однофазной схеме, для другой обмотки начала групп соединены в один вывод, а концы через управляемый вентиль в каждой группе - в другой вывод, и выводы добавочных обмоток соединены последовательно-согласно с нулевыми выводами совмещенной обмотки в замкнутую цепь, причем каждая группа добавочных обмоток занимает своимисторонами сплошную зону, равную 2 Ji /р 2 рад.