Вентильная электрическая машина

 

ВЕНТИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, содержащая электромеханиче кий преобразователь, обмотки фаз к торого, выполненные со средней точ кой и соединенные последовательно fPuz.l и согласно, связаны с выходом преобразователя частоты, анодные и катодные группы ключей которого соединены с цепью питания, и блок управления ключами преобразователя частоты, отличающаяся тем, что, с целью снижения массы, средние точки обмоток соединены с ключами одной группы, общие точки разных фаз соединены с ключами другой группы, а блок управления ключами вьшолнен с возможностью обеспечения частоты коммутации группы ключей, соединенных со средними точками обмоток, в два раза большей частоты коммутации ключей другой группы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (! 9) (! 1) 4(51) Н 02 К 29/00

Ф 1

Ое Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изоБ етений и откРытий (21) 3517380/24-07 (22) 03 ° 12.82 (46) 23.02.85.Бюп. 9 7 (72) А.П.Старцев, Н.В.Шулаков и А.С. Юрин (53) 621.313.13.014 2:621 ° 382(088.8) (56) 1. Патент США М - 3624472, кл, 318-138, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

У 748697, кл. Н 02 К 29/00, 1980. (54)(57) ВЕНТИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

МАШИНА, содержащая злектромеханический преобразователь, обмотки фаз которого, выполненные со средней точкой и соединенные последовательно

1 и согласно, связаны с выходом преобразователя частоты, анодные и катодные группы ключей которого соединены с цепью питания, и блок управления ключами преобразователя частоты, отличающаяся тем, что, с целью снижения массы, средние точ- ки обмоток соединены с ключами одной группы, общие точки разных фаз соединены с ключами другой группы, а блок управления ключами выполнен с возможностью обеспечения частоты коммутации группы ключей, соединенных со средними точками обмоток, в два раза большей частоты коммутации ключей другой группы.

1141525

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам со статическим преобразователем напряжения и частоты.

Известны высокочастотные вентильйые электрические машины, содержащие электромеханический преобразователь, многообмоточный якорь которого IIHгается от преобразователя частоты с непосредственной связью 313. 10

Недостатками таких машин являются сложность преобразователя, необходимость многофазной или высокочастотной сети питания, так как выходная часто— та всегда меньше частоты питания. !5

Наиболее близкой к изобретению является вентильная электрическая машина, содержащая электромеханический преобразователь, каждая фаза обмо ки якоря которого, состоящая из 20 двух полуобмоток с отводами, питается от своей группы двухпроводящих ключей, соециненных с источником питания (2 3.

Недостатком известной машины явля-25 ется сложность коммутатора и обмоток, что в конечном счете увеличивает массу машины.

Цель изобретения — снижение массы.

Указанная цель достигается тем, З0

1 что в вентильной электрической машине, содержащей электромеханический преобразователь, обмотки фаз которого, выполненные со средней точкой и соединенные последовательно и соглас- З5 но, связаны с выходом преобразователя частоты, анодные и катодные группы ключей которого соединены с цепью питания,и блок управления ключами преобразователя частоты, средние точки об- 40 моток соединены с ключами одной группы, общие точки разных фаз соединены с ключами другой группы, а блок управления ключами выполнен с возмож— ностью обеспечения частоты коммута- 45 ций группы ключей, соединенных со средними точками обмоток, в два раза большей частоты коммутации ключей другой группы.

Такое выполнение соединения фазных обмоток с ключами и алгоритм их работы позволяют исключить "сквозные" токи через ключи при переключениях, в связи с чем нет необходимости в разнесении во времени моментов переключения ключей, а следовательно, уменьшается количество ключей, упрощаются обмотки машины и в конечном счете снижается масса.

Кроме того, выходная частота преобразователя может быть выше частоты питания.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемой машины; на фиг. 2 — напряжение на обмотках фаз и алгоритм работы ключей.

Электрическая машина содержит ключи 1 — 6, полуобмотки 7 и 8 фазы

А, 10 фазы В, 11 и 12 фазы С. Сопротивление обмоток 13 — 15 ротора приведено к первичной цепи.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходный момент времени открыты ключи i и 2, к полуобмотке 8 фазы А приложено напряжение Е, тогда к последовательно соединенным обмоткам 9 — 12 фаз В и С будет приложено напряжение .2Е, т.е. на каждой полуобмотке 9 — 12 будет напряжение -Е/2.

Ток в исходном состоянии протекает по двум цепям: источник питания, ключ 1, полуобмотка 8, ключ 2; источник питания, полуобмотки 7, 8, 10 и 9, ключ 2, т.е. в этом состоянии обмотка фазы А работает как автотрансформатор, через который обеспечивается питание обмоток 13 — 15.

При замыкании ключа 3 напряжение на полуобмотках 11 и 12 равно нулю, так как напряжение на полуобмотках

7,8 и 9, 10 становится по величине равным 2Е, реактивный ток фазы С за" мыкается через обмотку 15, Ток от источника питания протекает по цепям: ключ 1, полуобмотка 8, ключ 2 и ключ 3; полуобмотка 9, ключ 2, обеспечивая питание обмоток 13 и 14 фаз

Ви С.

При размыкании ключа t останутся замкнутыми ключи 2 и 3. Напряжение на полуобмотке 9 фазы В остается равным -2Е, а на полуобмотках 7,8, 11 и 12 будет равным Е/2. Ток источника питания протекает по цепи: ключ 3, полуобмотка 9, ключ 2. Питание обмоток ротора происходит через полуобмотку 10, обмотка фазы В (9, 10) работает как автотрансформатор. Так как напряжение на обмотке фазы С меняет знак, то производная реактивного тока также меняет знак и реактивный ток фазы С начинает уменьшаться.

Напряжение на обмотке фазы А уменьшается в два раза и реактивный ток фа f

Ц

Уу

Ц

У б дцццДц чаказ 509/42 Тираж 646 .Подпшсшое ьцдщщ ддт1 "Патент" ° r.Yaropog, ул.Проектная, 4

3 1141 зы А продолжает нарастать со скорос тью, в два раза меньшей.

При эамыкании ключей 5 и 6 напряжение на обмотке фазы A становится равным нулю (так как одновременно эамкнуты ключи 5 и 6) и реактивный ток фазы А замыкается через обмотку 13. Ток полуобмоток 10 н 11 равен току через обмотки 14 и 15. Ток источника протекает по цепям: ключ 3, 10 полуобмотка 9, ключ 2 и ключ 5, полу бмотка 12, ключ 6.

При размыкании ключей 2 и 3 происходят процессы, аналогичные описан-ным выше при раэмыкании ключа 3.

Дальнейшие переключения происходят и соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 2. Вид напряжения на обмотках фаэ А, В и С также показан на фиг. 2 (индексы при напряжениях соответствуют номерам позиций на фиг. 1). Наличие напряжений на элементах 1-6 (U -U<) соответствует открытому состоянию ключа. 25

525 4

В электрической машине исключены сквозные токи через ключи при их переключениях. Одновременное замыкание трех либо четырех ключей приводит только к изменению формы напряжения на обмотках. Схема соединения обмоток с ключами и алгоритм их переключения позволяют эа счет обеспечения обмена реактивной энергией между машиной и питающей сетью, беэ дополнительных устройств, упростить обмотки и преобразователь и снизить массу машины. Кроме того, машина при однократном преобразовании энергии работает от однофазной сети переменпого тока при частоте, значительно большей частоты питающей сети, что также позволяет повысить частоту вращения и снизить массу и габариты.

В машине возможны перенапряжения на ключах, в момент их переключения, обусловленные индуктивностью рассеяния обмоток, однако для их подавления обычно достаточно цепей защиты ключей.