Электромашинный преобразователь частоты

 

Использование: электромашинные регулируемые преобразователи частоты переменного тока. Сущность изобретения: преобразователь частоты состоит из двух коаксиально выполненных синхронных машин и двух униполярных машин, размещенных с одного из торцов синхронных машин, выполненных аналогично и выполняющих роль возбудителя синхронных машин, Электрически униполярные машины соединены с синхронными с помощью жидкометаллических контактов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

5U 1794273 АЗ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 02 К 47/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ,ф. .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

6 ;.

К ПАТЕНТУ (21) 4889385/07 (22) 10.12.90 (46) 07.02.93,Бюл. M 5 (76) В.А,Обухов . (56) 1, Танатар А,И, Методы регулирования асинхронных двигателей. Киев, Техника, 1968, с.71-72.

2. Труды И1-й Всесоюзной конференции по бесконтактным электрическим машинам, Рига, Зинатне, 1966, кн, li, с.150-156.

3. Труды ill-й Всесоюзной конференции по бесконтактным машинам, Рига, Зинатне, 1966, кн, I, c,211-215.

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к регулируемым электромашинным преобразователям частоты переменного тока, применяемым в регулируемом электроприводе с машинами переменного тока.

Известны синхронные преобразователи частоты, где плавное регулирование частоты и амплитуды напряжения достигается изменением вращения синхронного генератора с приводом по системе à — Д (генератор-двигатель постоянного тока), Недостатком системы является большая установленная мощность, габариты, низкий КПД.

Известна конструкция одномашинных умножителей частоты. Основной недостаток — отсутствие регулирования частоты выходного напряжения.

Известен также высокочастотный элек.тромашинный преобразователь, состоящий из коаксиально установленных внешнего статора с обмоткой якоря переменного тока (54) ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗО-

ВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Использование: электромашинные регулируемые преобразователи частоты переменного тока. Сущность изобретения, преобразователь частоты состоит из двух коаксиально выполненных синхронных машин и двух униполярных машин, размещенных с одного из торцов синхронных машин, выполненных аналогично и выполняющих роль возбудителя синхронных машин, Электрически униполярные машины соединены с синхронными с помощью жидкометаллических контактов. 4 з.п, ф-лы, 3 ил. и обмоткой возбуждения, внутреннего статора с обмоткой якоря переменного тока и установленного в цилиндрической полости между ними ротора с индукторами двух машин переменного тока, Недостатком преобразователя является узкий диапазон регулирования и наличие потерь скольжения во входной асинхронной машине, что приводит к снижению КПД.

Цель изобретения — достижение плавного регулирования, расширение диапазона регулирования и повышение КПД.

Цель достигается тем, что на внешнем и внутреннем статорах дополнительно в аксиальном направлении размещены два индуктора двух униполярных машин, каждый снабжен не менее чем двумя независимыми кольцевыми обмотками возбуждения, в полости статоров коаксильно размещены i дополнительные манитопроводы машйн переменного тока и униполярных машин с торцевыми крышками, образующими совместно с внешним и внутренним статора1794273 ми две кольцевые герметичные камеры, снабжены двумя якорями униполярных машин с жидкометаллическими контактами, выполненными в виде двух первых полых проводящих цилиндров с не менее чем двумя независимыми параллельными ветвями; индукторы машин переменного тока выполнены в виде двух вторых полых проводящих цилиндров, жестко механически сочлененных с первыми цилиндрами и разделены вдоль образующей на изолированные части с числами, соответственно равными числам полюсов машин переменного тока, замкнутые с одного торца короткоэамыкающими кольцами, с другого торца соответственно электрически соединены одной полярностью с первым полым цилиндром, другой полярностью — посредством жидксметаллических контактов с соответствующей полярностью якорей униполярных машин, первые 20 и вторые полые проводящие цилиндры установлены в кольцевых герметичных камерах с возможностью свободного вращения, жидкометаллические контакты двухуниполя рных машин замкнуты друг на друга, кро- 25 ме того, дополнительные магнитопроводы машин перемен- ого тока снабжены двумя дополнительными обмотками якорей переменного тока, кроме того, первые и вторые полые цилиндры выполнены из 30 ферромагнитного материала C проводящими немагнитными стержнями, замкнутыми короткозамыкающими кольцами, кроме того, на торцах униполярных индукторов, примыкающих к магнитопроводам машин переменного тока соответственно установлены немагнитные кольца и дополнительные магнитопроводы возбудителей с кольцевыми обмотками возбуждения, первые полые проводящие цилиндры удлинены 40 примерно на половину дополнительных магнитопроводов возбудителей, жидкомеTBJlAM÷åñêèå контакты униполярных машин, примыкающие к вторым полым цилиндрам, смещены близко к осям симметрии допол- 45 нительных кольцевых обмоток возбуждения и соединены с соответствующей полярностью второго полого цилиндра, кроме того, кольцевые герметичные камеры заполнены инертным газом, 50

Отличительные признаки предлагаемого изобретения, на внешнем и внутреннем статорах дополнительно размещены два индуктора двух униполярных машин; в полости статоров коаксиально размещены 55 дополнительные магнитопроводы машин переменного тока и униполярных машин, образующие совместно с внешним и внутренним статорами две герметичные кольцевые камеры; якори униполярных машин и индукторы машин переменного тока выполнены в виде полых проводящих цилиндров, жестко соединенных между собой, и размещены в кольцевых герметичны камерах; жидком еталл ические конта кты ун ип оля рных машин замкнуты друг на друга: дополнительные магнитопроводы машин переменного тока снабжены двумя дополнительными обмотками якорей переменного тока; полые проводящие цилиндры выполнены из ферромагнитного материала с проводящими немагнитными стер>княми; эамкнутьили короткозамыкающими кольцами; индукторы машин переменного тока снабжены униполярными возбудителями, размещенными мея<ду первыми и вторыми полыми цилиндрами; герметичные кольцевые камеры заполнены инертным газом, На фиг, 1 изображена конструктивная схема преобразователя частоты; на фиг; 2— сеЧение А-А на фиг,1 (индуктор синхронной машины), на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг,I (первый полый ферромагнитный цилиндр).

Преобразователь частоты содержит первый 1 и второй 1 магнитопроводы с об1 мотками 2 и 2, выходными клеммами 3 и 3 двух синхронных машин, проме>куточный ферромагнитный цилиндр 4 с магнитопроводами 5 и 5 и обмотками б и б" якорей

1 переменного тока, индукторы 7 и 7 первой

1 и второй униполярных машин с униполярными обмотками возбуждения 8 и 8,индукто1 ры униполярных возбудителей (независимой параллельной ветви) 9 и 9 с обмотками

1 возбуждения 10 и 10 и немагнитными

1 кольцами 11 и 11", герметичные кольцевые камеры 12 и 12 с индукторами 13 и 13 синхронных машин, якорями 14 и 14 унипо1 лярных возбудителей, якорями 15 и 15 уни;

1 полярных машин, подшипниковые опоры 16 и 1б, жидкометаллические контакты 17 и

171

Индуктор .синхронной машины выполнен в виде второго. полого ферромагнитного цилиндра с высокопроводящими стержнями 10, разделенного изоляцией 10 на изолированные части с числом, равным числу полюсов, замкнутые с одного торца короткозамыкающим кольцом 20 (20 ).

Индуктор 13 (13.), жестко механически сочленен (при отсутствии униполярного возбудителя 14) с якорем 15 (15 ) униполярной машины, выполненным в виде первого полого ферромагнитного цилиндра 15 с высокопроводящими немагнитными стержнями 21, При наличии униполярного возбудителя его якорь 14 (14 ) механически и электрически соединен с якорем 15 униполярной машины и индуктором 13 синхронной машины, Конструктивно якорь 14 (14 ) 1794273 продолжением. 1

Обмотки якорей 6 и 6 промежуточного л

1 ферромагнитного цилиндра включаются и параллельно или последовательно соответ- 5 щ ственно с обмотками 2 и 2, увеличивая т

1 мощность Синхронных машин.

Преобразователь частоты работает сле- т дующим образом. д

При включении обмоток 2 и 6 в сеть 10 1 переменного тока индуктор 13 синхронной н машины будет вращаться с частотой, близ- и кой к синхронной частоте электромагнитно- м го поля (момент сопротивления весьма мал). б

При подаче возбуждения вуниполярнуюоб- 15 я мотку 10 в цепи униполярного возбудителя, е включающей индуктор 13 синхронной ма- н шины, наведется униполярная ЭДС и поте- у, чет постоянный ток. Постоянный ток н создает в индукторе 13 систему пар полю- 20 м сов и индуктор 13 втянется в синхронизм c (электромагнитным полем обмоток 2 и 6 пе- н ременного тока. з

При подаче тока возбуждения в унипо- и лярную обмотку 8 в якоре 15 наведется уни- 25 в полярная ЭДС и rio замкнутой цепи, д образованной якорями 15 и 15 . соединен- д ными электрически посредством жидкоме- в таллических контактов, потечет постоянный о ток. При подаче возбуждения в униполяр- 30.ш ную обмотку б,возникший униполярный ток,. взаимодействуя с униполярным током 3 якоря 15, создает вращающий момент, и вследствие чего якорь 15 придет во враще- м

1 ние. При подаче возбуждения в униполяр- 35 ч ную обмотку 10 возбудителя по цепи, м образованной якорями возбудителя 14 и ж индуктора 13 синхронной машины, потечет и постоянный ток и в обмотках якорей 2 и 6 м наведется ЭДС частотой, определяемой 40 в числом пар полюсов индуктора 13 и частоне отличается от якоря 15 и является его

Формула изобретения

1. Электромашинный преобразователь частоты, содержащий коаксиально установленные внешний и внутренний статоры с магнитопроводами и обмотками двух якорей переменного тока, обмотку возбуждения, ротор с индукторами двух машин переменного тока, отличающийся тем, что, с целью достижения плавного регулирования, расШирения диапазона регулирования и повышения КПД на внешнем и внутреннем статорах, дополнительно в аксиальном направлении размещены два индуктора двух униполярных машин, каждый той вращения, Частота вращения индуктора

3 может широко изменяться за счет регуирования токов возбуждения в обмотках 8

8, тем самым стандартная частота питаю1 его напряжения может регулироваться в ребуемом диапазоне.

Преобразователь частоты может рабоать и при отсутствии униполярного возбу ителя 14, В этом случае необходимо якори

5 и 15 униполярных машин выполнить с езависимыми параллельными ветвями, в х индукторы 7 и 7 снабдить по крайней ере двумя независимыми обмотками возуждения. 8 одну из параллельных ветвей коря каждой униполярной машины включа- тся соответствующий индуктор синхроной машины 13 (13 ), Для исключения (или меньшения) влияния обмоток возбуждения а параллельные ветви якорей их необходио разделить немагнитными кольцами 11

11 ). Отсутствие униполярного возбудителя есколько затрудняет и уменьшает диапаон регулирования cos p, так как требование олучения заданной частоты тока связано с полне определенным соотношением межу результирующим магнитным потоком вух (трех) параллельных ветвей и частотой ращения индукторов. Но с другой стороны тсутствие возбудителя несколько. уменьат габариты преобразователя.

Преимущества предлагаемого преобраователя частоты по сравнению с прототиом заключаются в том, что униполярные ашины позволяют плавно регулировать астоту вращения, при этом машины переенного тока работают на синхронных реимах, в результате чего достигается лавное регулирование частоты преобразуеого тока, расширяется диапазон регулироания и исключаются потери скольжения. снабжен не менее, чем двумя независимыми кольцевыми обмотками возбуждения, в полости статоров коаксиально размещены дополнительные магнитопроводы машин переменного тока и униполярных машин с торцевыми крышками, образующими совместно с внешним и внутренним статорами две кольцевые герметичные камеры, снабжены двумя якорями униполярных машин с жидкометаллическими контактами, выполненными в виде двух первых полых проводящих цилиндров с не менее, чем двумя независимыми параллельными ветвями, индукторы машин переменного тока выпол1794273

46 У

6 4 5 65 нены в виде двух вторых полых проводящих цилиндров, жестко механически сочлененных с первыми цилиндрами и разделены вдоль образующей на изолированные части с числами, соответственно равными числам полюсов машин переменного тока, замкнутые с одного торца короткоэамыкающими кольцами, с другого торца соответственно электрически соединены одной полярностью с первым полым цилиндром, другой полярностью — посредством жидкометаллических контактов с соответствующей полярностью: якорей униполярных машин, первые и вторые полые проводящие цилиндры установлены в кольцевых герметичных камерах с возможностью свободного вращения, жидкометаллические контакты двух униполярных машин замкнуты друг на друга, 2..Преобразователь rio и 1, о т л и ч а юшийся тем, что дополнительные магнитопроводы машин переменного тока снабжены двумя дополнительными обмотками . якорей переменного тока,3. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю-. шийся тем, что первые и вторые полые цилиндры выполнены из ферромагнитного материала с проводящими немагнитными стержнями, замкнутыми короткоэамыкаю-. щими кольцами.

4. Преобразователь по п.1. о т л и ч аю шийся тем, что на торцах униполярных индукторов, примыкающих к магнитопроводам машин переменного тока, соответственно установлены немагнитные кольца и дополнительные магнитопроводы возбудителей с кольцевыми обмотками возбуждения, первые полые проводящие цилиндры удлинены примерно на половину дополнительных магнитопроводов возбудителей, жидкометаллические контакты униполярных машин, примыкающие к вторым полым цилиндрам смещены близко к осям симметрии дополнительных кольцевых обмоток возбуждения, и соединены с соответствующей полярностью второго полого цилиндра

5. Преобразователь по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что кольцевые герметичные камеры заполнены инертным газом. (4 9 10. И (2 0 Э т 4 (Ь

1794273

Составитель В, Обухов

Техред M.Mîðãâíòàë Корректор Н, Гунько

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 534 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5