Асинхронизированная синхроннаяэлектрическая машина

 

Е 794702

Союз Советских

Социалистических

Республик

О п

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 31.05.78 (21) 2621136/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М Кл. з

H 02 P 9/42

Государственный комитет.СССР по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень ¹ 1 (53) УДК 621.316,71 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.01.81 (72) Авторы изобретения

В. Д. Дудышев, М. Л. Костырев, В. Н, Кудояров и А. И. Милованова

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (71) Заявитель (54) АСИНХРОНИЗИРОВАННАЯ СИНХРОННАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве многофункционального источника энергии на автономных объектах с переменной частотой вращения привода, например в авиационной промышленности.

Известны асинхронные генераторы (АВСГ) с возбуждением от вентильных источников реактивной мощности, например автономных инверторов напряжения. Известные АВСГ состоят из асинхронной машины, тиристорного источника реактивной мощности, механического привода постоянной скорости и фильтра переменного тока (6

В этих автономных вентильных стартер-генераторах возбуждение асинхронной машины осуществляется от тиристорного источника реактивной мощности, что приводит к существенному снижению габаритов и массы по сравнению с асинхронными генераторами с конденсаторным возбуждением.

В этих устройствах либо вообще нет выхода напряжения генератора на стабильной частоте, либо для стабилизации частоты выходного напряжения использован механический привод постоянной скорости (ЛПС), снижающий надежность и ухудша2 ющий массогабаритные показатели генератора.

Известны другие автономные вентильные стартер-генераторы, состоящие из асинхронной машины (АМ), тиристорного источника реактивной мощности (ТИРМ), инвертора стабильной частоты и фильтра переменного тока.

Инвертор стабильной частоты подклю10 чен через дополнительный выпрямитель постоянного тока вспомогательной обмотки асинхронного генератора (2).

Стабилизация частоты выходного напряжения АВСГ осуществляется посредст15 вом вентильного преобразователя стабильной частоты, обладающего малым весом, высоким быстродействием и надежностью.

Управление автономным вентильным стартер-генератором осуществляется пу20 тем регулирования частоты возбуждения и амплитуды напряжения вентильного источника реактивной мощности ТИРМ в зависимости от функции величины напряжения автономного вентильного стартер-генератора. Величина выходного напряжения зависит от схемы инвертора, параметров нагрузки, рабочей частоты.

Недостатками этого устройства являются наличие тяжелого силового фильтра пе«вО ременного тока на полную мощность на794702

gC грузки, что ухудшает массогабаритные и энергетические показатели, снижает быстродействие генератора, а также двукратное преобразование энергии на пути от генератора к нагрузке, что также снижает энер. гетические показатели ЛВСГ.

Наиболее близкой к предложенной машине является асинхронизированная синхронная электрическая машина, содержащая электрическую машину с многофазной якорной обмоткой, подключенной к нагрузке, вентильный преобразователь частоты, на вход управления частотой которого подключены задатчик стабильной частоты и датчик частоты вращения и регулятор напряжения (3).

Недостатками такого устройства являются низкая надежность, связанная с необходимостью наличия источника — контактного узла, а также большой вес и габариты из-за наличия отдельного подвозбудителя.

Целью изобретения является повышение надежности и снижение массогабаритных показателей.

Это достигается тем, что в предложенную машину дополнительно введены уп равляющая многофазная якорная обмотка, функциональный преобразователь частоты, датчики напряжения и тока нагрузки и генератора, а электрическая машина выполнена с короткозамкнутым ротором, причем вход вентильного преобразователя частоты подключен к основной якорной обмотке, а выход — к дополнительной управляющей якорной обмотке, задатчик стабильной частоты подключен на вход управления по частоте вентильного преобразователя частоты непосредственно, а на вход управления вентильного преобразователя частоты с переменной скоростью вращения — через функциональный преобразователь частоты, к другому входу которого подключен датчик частоты вращения, датчики тока и напряжения подключены к входу и выходу вентильного преобразователя частоты.

На фиг. 1 показана блок-схема автономного источника по схеме с вентильным преобразователем частоты непосредственного типа (ВПЧ) без звена постоянного тока; на фиг. 2 — блок-схема автономного источника с преобразователем частоты со звеном постоянного тока, состоящего из двух автономных инверторов напряжения, соединенных по цепи постоянного тока и подключенных совместно на общий вход ой фильтр или аккумуляторную батарею, а по переменному току — соответственно к рабочей и управляющей обмоткам, причем к рабочей обмотке присоединен выход инвертора стабильной частоты, а к управляющей обмотке — выход инвертора изменяемой частоты, пропорциональной скорости вращения генератора.

Блок-схема содержит электрическую машину со статором 1, управляющей обмоткой 2 и рабочей обмоткой 3, соединенной с нагрузкой. Электрическая машина выполнена с короткозамкнутым ротором 4, На одном валу с ротором 4 расположены импульсные датчики скорости 5. Ротор получает вращение от двигателя 6, например от авиационной турбины. Вентильный пре1О образователь 7 имеет систему управления

8 и функциональный преобразователь 9, выход которого подключен к входу системы управления 8. Задатчик 10 выходной частоты соединен с входом управления выходной

l15 частотой вентильного преобразователя 7 частоты. Функциональный преобразователь

11 напряжения и тока в угол управления соединен с выходами рабочей обмотки 3 и системой управления 8. Автономная нагрузgp ка 12 подключена к выходу рабочей обмотки 3. В случае выполнения устройства с звеном постоянного тока вентильный преобразователь 7 состоит из двух инверторов

13 и 14 (фиг. 2), соединенных по цепи постоянного тока. В этом случае схема управления в такте имеет два канала управления 15 и 16.

В генераторном режиме устройство работает следующим образом.

Силовой двигатель 6 вращает с переменной скоростью асинхронную машину с ко. роткозамкнутым ротором и двумя совмещенными обмотками на статоре 1, причем ротор сочленен непосредственно безредукЗ5 торно с валом высокоскоростной газовой турбины. Асинхронная машина (АГ), работающая в режиме генератора, возбуждается по рабочей обмотке 3 на постоянной выходной частоте от вентильного преобра4р зователя частоты (ВПЧ), подключенного к ней фазными выходами, фазные входы

ВПЧ 7 присоединены к управляющей обмотке 2 машины. Чтобы отдаваемая генератором мощность в нагрузку оставалась

45 неизменной при изменении скорости турбины, частоту управляющей обмотки регулируют в функции скорости. Эту функциональную зависимость реализует функциональный преобразователь (ФП) 9. При по5р стоянной скорости вращения генератора отдаваемую мощность регулируют, например стабилизируют, при изменении нагрузки посредством канала управления углом проводимости вентилей ВПЧ в функции напря55 жения рабочей обмотки 3, причем датчики тока, напряжения нагрузки 12 присоединены на вход управления углом проводимости ВПЧ через ФП 11. Благодаря изменению частоты возбуждения и амплитуды уп@> равляющей статорной обмотки в функции скорости и нагрузки н цепь ротора 4 АГ вводится добавочная противо-ЭДС с частотой, равной частоте ЭДС от действия основной рабочей обмотки 3, но с противопо65 ложным фазовым сдвигом.

794702

Изменением противо-ЭДС ротора по цейи управляющей обмотки 2 достигается регулирование отдаваемой Al мощности из ротора 4 и перераспределение отдаваемой мощности по управляющей и рабочей обмоткам генератора.

Поскольку основная мощность АГ снимается с рабочей обмотки, работающей на постоянной выходной частоте, роль фильтра переменного тока выполняет сама асинхронная машина, обладающая хорошими фильтрующими свойствами по отношению к высшим гармоникам. В результате улучшаются массогабаритные показатели за счет устранения громоздкого силового фильтра. Улучшаются динамические свойства и энергетические показатели, поскольку устранен инерционный фльтр, а основная мощность генератора преобразуется однократно и поступает непосредственно в нагрузку.

При повышенных требованиях к форме выходного напряжения рабочую обмотку 3 выполняют по автотрансформаторной схеме, к отводам которой подключают выходы

ВПЧ.

Совмещение указанных обмоток в одном магнитопроводе является не единственным способом исполнения АГ. Возможен также вариант с двумя независимыми статорами, на которых укладываются обычные трехфазные обмотки, и общим ротором.

АВСГ, показанный на фиг. 2, целесообразно использовать в качестве регулируемого электропривода мотор-колеса в мощных карьерных автомобилях. В этом случае на выход рабочей обмотки подключается асинхронный тяговый привод с короткозамкнутым ротором, датчик скорости 17 которого подключен на вход задатчика выходной частоты ВПЧ 7.

В известных системах мотор-колеса применяются синхронные генераторы, обладающие большим весом, габаритами, меньшей надежностью, чем асинхронные генераторы с короткозамкнутым ротором.

Данное устройство может применяться на предприятиях промышленности со взрывоопасными средствами. Здесь АВСГ работает как двигатель.

АВСГ позволяет осуществить также

60 стартерный режим запуска турбины от аккумуляторной батареи или сети переменного тока; а синхронная машина работает в данном случае как двигатель, потребляя мощность из батареи и сети. Таким образом, в предложенном автономном асинхронном вентильном стартере-генераторе улучшены энергетические, массогабаритные и динамические показатели.

Формула изобретения

Асинхронизированная синхронная электрическая машина, содержащая ротор н статор с многофазной якорной обмоткой, подключенной к нагрузке регулятор напряжения и вентильный преобразователь частоты, на вход управления частотой которого подключены задатчик стабильной частоты и датчик частоты вращения, о т л и ч а юща я с я тем, что, с целью повышения надежности и снижения массогабаритных показателей, дополнительно введены управляющая многофазная якорная обмотка, функциональный преобразователь частоты, датчики напряжения и тока нагрузки и генератора, а ротор электрической машины выполнен короткозамкнутым, причем вход вентильного преобразователя частоты подключен к основной якорной обмотке, а выход — к дополнительной управляющей якорной обмотке, задатчик стабильной частоты подключен на вход управления вентильного преобразователя частоты с переменной скоростью вращения через функциональный преобразователь частоты, к другому входу которого подключен датчик частоты вращения, причем датчики тока и напряжения подключены к входу и выходу вентильного преобразователя частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США № Зб75117, кл. 322-31, 197б.

2. Судяшев В. Д. и др. Принципы замкнутых систем регулирования асинхронных вентильных генераторов. — Известия

ВУЗов, «Электромеханика>, ¹ 10, с. 1104—

1109, 1977.

3. Торопцев Е. Я. Авиационныс асинхронные генераторы. — М., «Транспорт», № 10 с 179 1970

794702 .

Фиг ) Заказ 865

Изд. № 140 Тираж 749

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская иаб., д. 4/5

Подписное

Загорская типография Упрполнграфиздата Мособлисполкома

Составитель A. Лебедев

Редактор Т. Загребельная Техред Л. Куклина Корректоры О. Силуянова и А. Степанова