Асинхронно-синхронный бесконтактный преобразователь частоты

 

АСИНХРОННО-СИНХРОННЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий на статоре совмещенную трехфазно-однофазную; 2р, /2р2-полюсную . обмотку, где 2 р7 отличается от 2р2 в два раза, на роторе - короткозамкнутую , выполненную по типу беличьей клетки обмотку, число стержней которой -равно р1 + р2 отличающийся тем, что, с Целью уменьшения габаритов и массы, преобразователя , на статоре расположена дополнительная трехфазная обмотка с числом полюсов 2pj, при этом число пар полюсов р находится в следующем соотношении ср. и Р2 р LL±Jii. . 6 (Л со 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3Ц1) Н 02 К 47/24, Н 02 К 3/28

1

)б"" . i- r

Ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3360023/24-07 (22) 14.09.81 (46) 23.05.84. Бюл. Р 19 (72) В.Д.,)1ущик и В.С.Рыжков (7l) Стахановский филиал Коммунарского горно-металлургического института и Отделение Всесоюзного научноисследовательского института электромеханики (53) 621.313.333.2.045.58 (088.8) (56) 1. Нересян В.С. Одномашинные бес кон так тные преоб раз ов а тели частоты. Автореф.дис. на соиск.учен . степени канд. техн. наук. Горький, ГПИ, 1963.

2. Шагинян Г.А ° Одномашинные бесконтактнце преобразователи частоты с конденсаторным самовозбуждением. Автореф.дис. на соиск.учен. степени канд. техн. наук. Горький, ГПИ, 1967.

3 ° Таращанский N.N. Синхроннореактивные преобразователи частоты.

Киев, Гостехиздат, 1962, с ° 180 °

4. Авторское свидетельство СССР

9 106209, кл. Н 02 К 17/4, 1960 °

5. Авторское свидетельство. СССР

Р 544045, кл. Н 02 К 3/28, 1977.

6 . Авторское свидетельство СССР

9 896720, кл. Н 02 К:19/32, 1982. (54) (57) АСИНХРОННО-СИНХРОННЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий на статоре совмещенную трехфазно-однофазную; 2р, /2р -полюсную обмотку, где 2 р, отличается от 2 р в два раза, на роторе - короткозамкнутую, выполненную по типу беличьей клетки обмотку, число стержней которой равно р, + р, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и массы преобразователя, на статоре расположена дополнительная трехфазная обмотка с числом полюсов 2р при этом число пар полюсов р> находится в следующем соотношении с р, и р

Рi +Pi, ь с --=-—- .. г 1094116

Изобретение относится к электротехнике, конкретнее к электрическим машинам, а именно к преобразователям

-астоты, у которых двигательные и генераторные обмотки расположены в общей магнитной системе. 5

Известен асинхронный одномашинный преобразователь частоты, который в одной магнитной системе имеет 2р, -полюсную выходную машину, 2р -полюсной возбудитель (вторая машина) и 2р -полюсный двига3 тель (1) .

Недостатком преобразователя частоты является наличие большого числа обмоток: трех обмоток на стато«15 ре и трех обмоток на роторе.

Известен асинхронный одномашинный преобразователь частоты с конденсаторным самовозбуждением, который имеет на статоре 2р„-полюсную выходную обмотку генератора и 2р,полюсную обмотку двигателя, а на"роторе — короткозамкнутую, типа беличьей клети, обмотку. (Отличается простотой конструкции g5 и компактностью (2).

Недостатком является мягкая внеш- няя характеристика и наличие батареи конгенсаторов большой массы и габаритов. 30

Известны синхронно-реактивные одномашинные преобразователи частоты, н . статоре которых уложены 2р>полюсная выходная обмотка генератора и 2р. -полюсная обмотка двига4 теля, а ротор имеет специальную конфигурацию для выделения соответствующей высшей гармоники поля, используемой для наведения в выходной обмотке статора ЭДС повышенной частоты (3) .

Недостатками преобразователей настоты являются: мягкая внешняя характеристика, малая перегрузочная способность, низкий коэффициент мощности двигательной (входной) Д5 обмотки.

Известен асинхронно-синхронный бесконтактный одномашинный преобразователь частоты, который может быть выполнен в общем магнитопроводе и имеет на статоре 2р -полюсную выходную арехфазную обмотку, 2р -полюсную однофазную обмотку возбудителя, питаемую постоянн ым током и 3р -полюсную обмотку двигателя. На роторе расположены: трехфазная обмотка возбудителя и совмещенная обмотка выходной машины и двигателя.

Преобразователь имеет хорошие " энергетические показатели, жесткую внешнюю характеристику (4).

Однако большое количество обмоток усложняет изготовление преобразователя и ухудшает весовые показатели.

Известен также асинхронно-синхронный бесконтактный преобразователь 65 частоты, который имеет на статоре две обмотки: совмещенную трехфазнооднофазную 2р4 /2р -полюсную обмотку и 2р -полюсную обмотку двигателя; на роторе - одну трехкратно совмещенную 2р /2р /2р. «полюсную обмотку" (5).

К недостаткам относится то, что роторная обмотка выполнена фазной, состоящей из отдельных катушек, поэтому невозможно получить высокие значения обмоточных коэффициентов для всех рабочих гармоник (катушки имеют различные коэффициенты укорочения в пределах Х вЂ” 0,7 и ниже для магнитных полей числом полюсов 2р, 2pg

2р ) . Поэтому эффективность такой роторной обмотки невелика, и КПД преобразователя мощностью 2кВт составляет всего 52% °

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому преобразователю частоты является синхронный бесконтактный генератор, который имеет на статоре совмещенную трехфазно-однофазную

2pt /2p2 полюсную обмотку, где 2р> отличается от 2р в два раза, а на раторе - короткозамкнутую, выполненную по типу беличьей клетки обмотку, число стержней которой равно

p1 + pg °

Генератор приводится во вращение приводным двигателем, который расположек на отдельном магнитопроводе и, в частном случае, может быть асинхронным, имеющим число полюсов

2р . Роторная обмотка генератора . является .простой по выполнению, надежной и.имеет высокие значения обмоточных коэффициентов по двум рабочим гармоникам К = К вЂ” 0 865 (6) °

Недостатком известного генератора является необходимость двух отдельных магнитопроводов при использовании синхронного бесконтактного генератора в качестве преобразователя частоты, что увеличивает габариты и вес устройства.

Целью изобретения является умень шение габаритов и массы асинхронносинхронного бесконтактного преобразователя частоты.

Указанная цель достигается тем, что у асинхронно-синхронного бесконтактного преобразователя частоты, содержащего на статоре совмещенную трехфазно-однофазную 2р1/2р -полюсную обмотку, где 2р4 отличается от

2р в два раза, на роторе — коротко,замкнутую, выполненную по типу беличьей клетки обмотку, число стержней которой равно р1 + р, на статоре расположена дополнительная трех фазная обмотка числом полюсов 2р» при этом число пар полюсов р на1094116 ходится в следующем соотношении с р< и

+ Р2

Ъ . 6

На фиг. 1 изображена роторная обмотка предлагаемого преобразователя частоты; на фиг. 2 — 2p2-полюсное магнитное поле возбудителя, создаваемое при питании статорной обмотки постояниым током, и 2р -полюсное генераторное поле, создаваемое роторной обмоткой; на фиг. 3—

2р -полюсное поле приводного асинхройного двигателя, р,,=4; р =2; р =1; на фиг. 4 - результирующее магнйтное поле, созданное роторной обмоткой при воздействии на нее 2р полюсного поля.

Обмотка ротора состоит их равномерно расположенных стержней, на концах замкнутых короткозамыкающими кольцами (фиг.l) . Число стержней рав- 20 но р< + р, где р — число пар полюсов магнитного поля возбудителя, которое создается при питании 2р—

2 полюсной статорной обмотки постоянным током (фиг. 2); р, — число пар 25 полюсов магнитного поля выходной машины (генератора) . Это поле создается роторной обмоткой и индуктирует в статорной трехфазной 2p<— полюсной обмотке ЭДС повышенной 30 частоты.

Вместо двух отдельных обмоток на статоре целесообразно применять одну совмещенную трехфазно-однофазную 2р

Число пар полюсов р, отличается от от р в..два раза и может быть как больше p<(p< 2р ), так и меньше (2р„ =р ). При р<=2р совмещенная 2р„/2р -полюсная обмотка имеет высокие значения обмоточных коэффициен40 тов по обеим гармоникам, при 2р„=

=p2 обмотка должны быть выполнена с шагом у=0,5 <, поэтому обмоточный коэффициент по 2р, -полюсному полю.. К, ъ 0,7 однако при этом число 45 пазов на полюс. и фазу q больше в два раза и поэтому форма кривой

ЭДС повышенной частоты лучше.

На статоре дополнительно расположена 2р--полюсная обмотка приводно3 го двигателя, Число пар полюсов р> магнитного поля двигателя находится в следующем соотношении с р, и р

9 6

Обмоточный коэффициент роторной обмотки относительно 2р -полюсного

) поля К, =1 (как и для всякой короткозамкйутой обмотки, число стерж- 60 ней которой не меньше шести на двойном полюсном делении) .

В 2р -полюсном поле рядом лежащие < стержни расположены друг от друга

4 на расстоянии у = < < . Поэтому 65

3 обмоточный коэффициент роторной обмотки относительно 2р -полюсного

1 поля (обмотка сосредоточенная, Кр = 1) °

К =К =sin 90 =sin-90 = — =0 865 о .. 4 о -ГЗ

<,, 3 2

В 2р -полюсном поле стержни рас2 положены друг от друга на расстоянии

2 л

--- < - . Поэтому

K<<; =K< 4з1п — 90 =sin-90 = — =0,865 т o.. 2 о &3

2 ) « 3 2

Как видно, обмоточные коэффициенты роторной обмотки имеют высокие значения для всех рабочих гармоник.

Роторная обмотка может быть выполнена из медных стержней с приваренны.ми к ним на концах медными короткозамыкающими кольцами, или же может быть выполнена заливкой пазов расплавленным алюминием.

Преобразователь частоты работает следующим образом.

2р -полюсное поле приводного двигателя наводит в стерх<нях роторной обмотки ЭДС, показанную на фиг. la стрелками в нижней части пазов.

Под действием этой ЭДС по обмотке текут токи, которые совместно с

2р>-полюсным полем создают вращающий момент и ротор приходит во враще/

f ние с частотой n = — (1 — S), где р< скольх<ение $ =, n,= и<-n f< рз

Созданное статорной обмоткой при питании ее постоянным током синусондально распределенное вдоль расточки статора 2р -полюсное поле наводит

2 в стерх<нях роторной обмотки при ее вращении синусоидальные ЭДС под действием которых по стержням протекают трехфазные синусоидальные токи, показанные на фиг„ 1 стрелками в верхней части пазов для заданного момента времени t, когда токи в стержнях

1 и 2, 4 и 5 одинаковы и встречно направлены, а токи в стержнях 3 и 6 отсутствуют. Результирующее магнитное поле, созданное роторной обмоткой при воздействии на нее

2р -полюсного поля для заданного

2 момента времени, показано на фиг.4.

Используя разложение в ряд Фурье для данной формы кривой поля и учитывая:. пространственный сдвиг стержней 2 и 3 относительно стержня 1 на 120 эл.град. и 240 эл.град. в 2р>-полюсном поле, а также временной сдвиг токов в стержнях относительно друг друга на 120 эл.град. получим магнитное поле каждой гармонической в отдельности

2 (<<

Р = 0,584 Jsin(ut + —,х), 1094116

К . 350 Гц.

A1EQ

Фиг.1

Zp - полюсюе пале

Гр, — попюсиое поле

Zp - полисное пале

ВНИИПИ Заказ 3453/43 Тираж 667 Подписное

Филиал ППП "Патент", x . Ужгород, ул.Проектная, 4 где У вЂ” действующее значение тока в стержне.

При этом следует иметь в виду, .то 2р -полюсное поле для рассматриваемого случая представляет собой вторую гармоническую, так как р„ =..Pp> а 2р -полюсное поле первую гармоническую, Таким образом, роторная обмотка создает 2р1 и 2р -полюсные поля, вращающиеся в разные стороны, причем амплитудное значение магнитной индукции 2р -полюсного поля в два раза меньше амплитудного значения магнитной индукции 2р -полюсного

2 поля.

Так как 2р -полюсное поле, созданное статорйой обмоткой, неподвижно в пространстве, то 2р -полюсное поле ротора вращается против направления вращения ротора с частотой п, равной частоте вращения ротораПоэтому 2р„ -полюсное поле вращается по направлению ротора, индуктируя в статорной 2р -полюсной обмотке

1

ЭДС частотой

5 f = (р+ р )q= f (1-5)

2 л

Ъ снимаемую с трехфазных, 2р„-.полюсных зажимов статорной обмотки. учитывая при этом соотношение между

l0 р и суммой р + р, минимально возможная частота, получаемая с помощью данного преобразователя частоты

Предлагаемый асинхронно-синхронный бесконтактный преобразователь частоты по сравнению с известным имеет . меньшие габариты и вес, а также более облегченную, примерно на 30-40%, и простую конструкцию корпуса.