Автономный каскадный генератор стабильной частоты

 

Использование: изобретение относится к электротехнике, решает задачу создания автономного источника переменного тока стабильной частоты и напряжения при переменной скорости вращения приводного двигателя. Сущность изобретения: в автономном каскадном генераторе стабильной частоты роторы асинхронных преобразователей частоты 1, 2 расположены на одном валу, трехфазные обмотки роторов электрически соединены, статорная же обмотка первого преобразователя частоты 1 является входной, а статорная обмотка второго преобразователя 2 - выходной. Задающий генератор стабильной частоты 3 вырабатывает напряжение стабильной частоты для возбуждения вращающегося магнитного поля асинхронного преобразователя 1. Задающий генератор стабильной частоты 3 представлен в виде возбудителя 4, являющегося синхронным генератором с возбуждением от постоянных магнитов, расположенным на общем валу с асинхронными преобразователями частоты 2,1, и статического преобразователя частоты 6. Между выходом генератора и задающим генератором стабильной частоты 3 выполнена обратная связь по напряжению. Роторы асинхронных преобразователей 1,2 имеют одинаковое число пар полюсов и одинаковое направление вращения магнитных полей. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к электромашинным преобразователям электроэнергии, вырабатывающим переменный ток стабильной частоты и напряжения.

Известны генераторы стабильной частоты при переменной скорости вращения приводного двигателя (М.Л. Костырев и А.И. Скороспешкин, "Автономные асинхронные генераторы с вентильным возбуждением", М. Энергоиздат, 1993), содержащие сложные электронные устройства, обеспечивающие стабилизацию частоты выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому генератору является двухмашинный преобразователь частоты, содержащий два асинхронных преобразователя частоты, роторы которых расположены на одном валу, а трехфазные роторные обмотки электрически соединены. Трехфазная статорная обмотка первого преобразователя является входной, а второго выходной (Г.Н. Петров, Электрические машины, М. Госэнергоиздат. ч.2, 1963). Назначением известной схемы является преобразование частоты, вследствие чего она выполняется с различным числом пар полюсов обеих машин и требует наличия питающей сети для питания входной обмотки преобразователя, что исключает его автономность и выполнение функции генератора стабильной частоты.

Изобретение решает задачу создания автономного источника переменного тока стабильной частоты и напряжения при переменной скорости вращения приводного двигателя.

Задача достигается тем, что в автономном каскадном генераторе стабильности частоты, содержащем два асинхронных преобразователя частоты, роторы которых расположены на одном валу, а трехфазные роторные обмотки электрически соединены, трехфазная же статорная обмотка первого преобразователя является входной, а второго выходной, дополнительно имеется задающий генератор стабильной частоты, вырабатывающий напряжение стабильной частоты для возбуждения вращающегося магнитного поля первого асинхронного преобразователя частоты и состоящий, например, из синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, расположенного на общем валу с асинхронными преобразователями частоты, и статического преобразователя частоты, при этом роторные обмотки обоих асинхронных преобразователей частоты выполнены с одинаковыми числами пар полюсов и одинаковым направлением вращения магнитных полей этих роторов, а между выходом генератора и задающим генератором стабильной частоты имеется обратная связь по напряжению для стабилизации выходного напряжения.

На чертеже представлен один из вариантов реализации изобретения, где 1 - первый асинхронный преобразователь частоты; 2 второй асинхронный преобразователь частоты; 3 задающий генератор стабильной частоты; 4 - возбудитель синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов; 5 - приводной двигатель; 6 статический преобразователь частоты.

Роторы асинхронных преобразователей частоты 1,2 расположены на одном валу и имеют одинаковое число пар полюсов, трехфазные обмотки роторов электрически соединены таким образом, что они создают вращающиеся магнитные поля с одинаковым напряжением вращения, статорная же обмотка первого преобразователя частоты является входной, а статорная обмотка второго преобразователя частоты выходной. Задающий генератор стабильной частоты 3 вырабатывает напряжение стабильной частоты для возбуждения вращающегося магнитного поля асинхронного преобразователя частоты 1. Источник 3 представлен в виде возбудителя 4, являющегося синхронным генератором с возбуждением от постоянных магнитов, расположенным на общем валу с асинхронными преобразователями частоты 1,2, и статического преобразователя частоты 6. Между выходом генератора и задающим генератором стабильной частоты 3 выполнена обратная связь по напряжению. Возбудитель 4 обеспечивает автономность каскадного генератора стабильной частоты. Его напряжение преобразуется с помощью статического преобразователя частоты 6 в напряжение стабильной частоты f₁. Схемы подобных преобразователей частоты описаны, например, в книге "Основы электрооборудования летательных аппаратов", ч.1 Брускин Д.Э. Коробан Н.Т. Морозовский В.Т. и др. М. Высшая школа, 1978. Напряжение стабильной частоты f₁ с выходов 1,2,3 статического преобразователя частоты 6 подается на статорную трехфазную обмотку асинхронного преобразователя частоты 1. Напряжение с частотой f₂ с трехфазной обмотки ротора асинхронного преобразователя частоты 1 подается на трехфазную обмотку ротора синхронного преобразователя частоты 2, со статорной обмотки которого снимается трехфазное напряжение с частотой f₁, что обеспечивается выбором одинакового числа пар полюсов p асинхронных преобразователей частоты 1 и 2 и одинаковым направлением вращения магнитных полей их обмоток роторов. Привод всего агрегата осуществляется приводным двигателем 5.

Принцип действия генератора заключается в следующем.

Обмотка статора асинхронного преобразователя частоты 1 создает магнитное поле, вращающееся со скоростью n₁ 60f₁/p. В роторе асинхронного преобразователя частоты 1, вращающемся с скоростью n, индуктируется э.д.с. с частотой f₂ f₁S, где S n₁-n/n₁ скольжение. Ток частоты f₂ создает в роторе асинхронного преобразователя 2 магнитное поле, вращающееся относительно ротора со скоростью, равной 60f₂/p, в пространстве со скоростью, равной n + 60f₂/p n + 60f₁S/p n₁. Это поле наводит в обмотке статора асинхронного преобразователя частоты 2 э.д.с. с частотой f₁. Стабилизация значения выходного напряжения генератора осуществляется регулирующим органом задающего генератора стабильной частоты 3, для чего к выводам 4-6 этого преобразователя подключены цепи обратной связи по напряжению.

Таким образом, отличия предлагаемого технического решения от прототипа заключаются в следующих признаках: двухмашинный преобразователь частоты становится автономным источником напряжения стабильной частоты при переменной скорости вращения n приводного двигателя 5 за счет выбора одинакового числа пар полюсов роторов обоих преобразователей, одинакового направления вращения магнитных полей их роторов и подачи на его вход задающего напряжения стабильной частоты f₁ от задающего генератора стабильной частоты 3, включающего, например, возбудитель 4 и преобразователь частоты 6; введена обратная связь по напряжению для стабилизации значения выходного напряжения каскадного генератора стабильной частоты.

Формула изобретения

Автономный каскадный генератор стабильной частоты, состоящий из двух асинхронных преобразователей частоты, роторы которых расположены на одном валу, а трехфазные роторные обмотки электрически соединены, трехфазная же статорная обмотка первого преобразователя является входной, а второго - выходной, отличающийся тем, что он дополнительно содержит задающий генератор, вырабатывающий напряжение стабильной частоты для возбуждения вращающегося магнитного поля первого асинхронного преобразователя частоты, состоящий из синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов, расположенного на общем валу с асинхронными преобразователями частоты, и статического преобразователя частоты, при этом роторные обмотки обоих асинхронных преобразователей частоты выполнены с одинаковыми числами пар полюсов роторов и одинаковым направлением вращения магнитных полей этих роторов, а между выходом каскадного генератора и входом задающего генератора стабильной частоты выполнена обратная связь по напряжению.

РИСУНКИ

Рисунок 1