Самовозбуждающийся двухчастотный генератор

 

Сееоз Советских

Соцналнстнчесних

Ркпублнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заяалено 2433,80 (21) 2874249/24-07 Р1)м с присоединением заявки М (23) Г3риормтет

Н 02 K 19/34

Государствеииый комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 300981! Бюллетень Й9 36

Дата опубликования описания 300981 (53) УДК 621. 313. .322(088.8) (72) Авторы изобретения

В.E. Верхогляд, А.К. Дука, В.И. Казьмин, Ю.М. Милованов, Н.Г.Нестеров, А.P. Лейбович, E.È. Скляр и В.В.Усенко (71) заявитель (54 ) САИОВОЗВУЖДАЮЩИИСЯ ДВУХЧАСТОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к электро= машиностроению, в частности к генераторам переменного тока, обеспечивающим питание потребителей с различ- 5 ными рабочими характеристиками на двух различных частотах.

С целью получения переменного тска для питания двух различных потребителей с различными частотами при соизмеримых и значительных (свыше

100 ко мощностях применяются агрегаты, в которые входят две машины переменного тока, объединенные в одном корпусе, и возбудители к ним, или применяют две независимые машины переменного тока с индивидуальными системами регулирования.

Известны конструкции двух машин переменного тока в .одном корпусе, например агрегаты, работающие в режимах преобразователей частоты, в которых одну из машин переменного тока используют в режиме двигателя, а другую — в режиме синхронного генератора (1j .

Недостатком этих конструкций являются большие габариты и масса агрегатов с их системами возбуждения и регулирования..Кроме того, подобные агрегаты сложны в изготовлении и моя- ЗО таже, а также ненадежны в работе и обладают пониженной ремонтопригодностью

В других известных конструкциях питание двух различных нагрузок реализуется путем применения одной машины переменного тока и подключенного параллельно к ее выходным зажимам статического преобраэоватвля ч стоты.

Недостатки данных конструкций — повышенная,стоимость преобразователя частоты и жесткая взаимозависимость внешних характеристик.

Известны также технические решения по использованию для якорей синхронных машин обмоток, совмещающих функции обмоток с определенным соотношением частот. Например, предложена трехфаэно-однофазная совмещенная обмотка на соотношение частот 1:6 (2) °

Однако данная обмотка не.может быть применена в синхронных машинах, поскольку практически не представляется возможной реализация полей возбуждения с указанным отношением гармонических составляющих.

Известно также выполнение совмещенной трехфазно-однофазной обмотки . с соотношением частот 1:3 ГЗ .

868937

Однако зта обмотка сложна в практическом исполнении. Кроме того, напряжение однофазного источника напря.кения утроенной частоты сильно зависит от тока нагрузки по первичной частоте, например, в режимах, близких к холостому ходу, напряжение утроенной частоты будет близко к нулю.

Наиболее близкой к предлагаемому является синхронная машина, в пазах сердечника статора которой размещаются две трехфазные электрически независимые и индуктивно несвязанные обмотки с числами полюсов 2р и

2Р . На валу находится сердечник ротора, имеющий большие грани для главных полюсов с основными катушками возбуждения и меньшие грани для установки ступиц под дополнительные полюсы, несущие добавочные катушки возбуждения. С целью уменьшения габарита и массы машины основания дополнительных полюсов с малой длиной полюсной дуги расположены на поверхности сердечника ротора, отстоящей от оси ротора на большем расстоянии, чем основания главных полюсов с большей длиной полюсной дуги. При этом оси главных полюсов сдвинуты параллельно осям их полюсных делений в сторону дополнительных полюсов íà определвнную величину, сердечники же дополнительных полюсов размещены симметрично между главными полюсами, причем оси их сердечникоз смещены относительно осей меньших полюсных делений. Основные и добавочные катушки возбуждения соединены последовательно Г4 .

Недостатками данной синхронной машины являются жесткая функциональная взаимосвязь напряжений двух.частот из-за невозможности раздельного регулирования гармонических составляющих поля возбуждения, повышение вибрации конструктивных элементов иэ-за дискретности распределения источников поля возбуждения, а также неприемпимость для высокочастотных машин вследствие яредельного использования межполюсного пространства последних.

Цель изобретения - усовершенствование двухчастотного генератора в части улучшения его регулировочных характеристик путем образования поля возбуждения с независимым регулированием его наиболее существенных гармонических составляющих: основной и утроенной частоты.

Указанная цель достигается тем, что в синхронном генераторе в полю,сах ротора .выполнены пазы в зоне полюсного наконечника, расположенные на расстоянии 0,4-0,5 ширины полюсного наконечника друг от друга и симметрично относительно оси полюса, а проекция высоты паза на полосную ось не превосходит высоты полюсного ваколярном плоскости оси пазов 9. Магнитные полюсы (И и 5) клиньев 10 ориентированы в пазах таким образом, что полюс, сбращенный к краю полюсного

"наконечника б, совпадает с полярностью сердечника 5.

Вследствие подобной ориентации клиньев их остаточный магнитный поток подмагничивает края паюсных наконечников и размагничивает центральную

,часть сердечника 5 полюса, чем достигается требуемая величина амплитуды третьей гармонической поля возбужде" ния при отсутствии токов в обмотках

7и8.

Для увеличения амплитуды третьей гармонической поля возбуждения при подаче тока в обмотку 8 оси пазов 9, в которых она располбжена, имеют между собой расстояние, равное 40-50% ширины полюсного наконечника 6.

С целью увеличения площади пазов

9, обеспечивающей необходимые намагничивающие ампервитки, оси пазов 9 могут быть наклонены по отношению к оси сердечника 5 полюса под углом

6S нечника, в указанные пазы установлены катушки дополнительной обмотки, закрепленные в них с помощью клиньев и включенные в магнитном отношении встречно основной обмотке.

Кроме того, клинья, закрепляющие дополнительную обмотку, могут быть выполнены из магнитотвердого материала, .намагниченного в направлении, перпендикулярном плоскости оси упомянутых пазов, и полярность их внешних торцов совпадает с полярностью полюсных наконечников.

На фиг. 1 представлен электрический двухчастотный генератор с расширенным диапазоном независимого регу15 лирования напряжений основной и утроенной частоты, поперечное сечение; на фиг. 2 — схема электрического соединения обмоток двухчастотного генератора; на фиг. 3 — кривые маг;ф нитных полей возбуждения на холостом ходу.

В предлагаемом синхронном генераторе в пазах сердечника статора размещены силовая обмотка 1, выполнен5 ная на сновную частоту и электри чески независимая от нее обмотка 2, выполненная на утроенную частоту.На валу 3 генератора находится сердечник ротора 4, на котором известным способом, например с помощью "ласточкиных хвостов" закреплены сердечники 5 полюсов, оканчивающиеся полюсными наконечниками 6. На сердечниках

5 помещена основная обмотка 7 возбуждения. Дополнительная обмотка 8 возбуждения, уложенная в пазы 9 и закрепленная клиньями 10, расположена в зоне полюсного наконечника 6.Клинья

10 из магнитотвердого материала намагничены в направлении, перпендику8б8937

0-0,2*3Г, где 4 - коэффициент полюсного перекрытия, Для размещения дополнительной обмотки 8 выше эоны сердечника 5, в которой располагаются стягивающие по-. .люсные листы шпильки, проекция высо тй пазов 9 на ось сердечника 5 не

3 превосходит высоты полюсного наконечника б.

Дополнительная 8 и основная 7 обмотки возбуждения, включенные в магнитном отношении встречно, подсоединены к двум парам контактных колец

11 и 12. Кольца запитаны от двух полууправляемых статических преобразователей 13 и 14, подключенных со стороны переменного тока к.источнику на- !5 прякения утроенной частоты. Как видно из приведенных на фиг. 3 графиков, кривая 15 остаточной магнитной индукции содержит значительную третью гармоническую составляющую, эа 20 счет которой на клеммах источника в режиме, когда отсутствует ток в основной обмотке 7 возбуждения, в силовой обмотке 1 (фиг ° 1) наводится напряжение утроенной частоты. Дополнительная обмотка возбуждения создает магнитное поле, описываемое кривой 16 индукции, а основная обмотка

7 возбуждения создает магнитное поле, описываемое кривой 17 магнитной индукции

Генератор работает следующим образом.

Наводимое при вращении ротора за счет остаточного магнитного потока напряжение утроенной частоты выпрямляется управляемым преобразователем, 13 и подается на кольца 12 дополнительной обмотки 8 возбуждения (фиг.2), Возникакщий в обмотке 8 ток усиливает остаточное магнитное поле третьей 40 гармонической, что в свою очередь увеличивает напряжение на клевмах источника утроенной частоты. Процесс самовозбуждения развивается до тех пор, пока падение напряжения на до- 4 полнительной обмотке не окажется равным выпрямленному напряжению утроенной частоты. При этом напряжение основной частоты на зажимах основной трехфаэной обмотки статора генератора:возрастаетг незначительно, поскольку амплитуде первой гармонической после возбуждения существенно ниже амплитуды третьей гармонической.

Кроме того, при необходимости напряжение основной частоты за.счет встречного включения обмоток 7 и 8 в процессе самовозбуждения может поддерживаться на заданном уровне.Как только напряжение утроенной частоты достигает величины, достаточной для 60 обеспечения тока возбуждения генератора в нагрузочном режиме по основной частоте, c)помощью преобразователя 14 генератор выводится на рабочий режим и по.основной частоте. 65

С увеличением тока нагрузки напряжение утроенной частоты начинает увеличиваться эа счет третьей гармонической магнитного поля реакции якоря, В соответствии с этим ток дополнительной обмотки может быть посредством преобразователя 13 уменьшен.

Законы управления преобразователями 13 и 14 определяются, исходя из конкретных условий и требований к рабочим характеристикам источников напряжения основной и утроенной частот. Благодаря встречному, в магнитном отношении, включению основной и дополнительной обмоток возбуждения в значительной степени нивелируется искажающее действие насыщения магнитной цепи, что благоприятно сказывается на расширении диапазона независимого регулирования напряжений основной и утроенной частоты. Это об-. стоятельство черезвычайно важно для генераторов с широким диапазоном изменения рабочего напряжения и тока, например тяговых.

Формула изобретения

1. Самовоэбуждающийся двухчастотный генератор, содержащий статор с трехфазными обмотками и ротор с явновыраженными полюсами, на которых установлена основная обмотка, и дополнительные катушки возбуждения с отличными от основных,полюсными перекрытиями, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью расширения диапазона независимого регулирования напряжений основной и утроенной часто-, ты, а также повышения надежности работы, в полюсах ротора выполнены пазы в .зоне полюсного наконечника, расположенные на расстоянии 0,4-0,5 ширины полюсного наконечника друг от друга и сиююетрично относительно оси полюса, а проекция высоты паза на полюсную ось не превосходит высоты полюсного наконечника, в указанные пазы установлены катушки дополнительной обмотки, закрепленные в них с помощью клиньев и включенные В магнитном отношении встречно основной обмотке.

2. Генератор по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, крепящие в пазах дополнительную обмотку возбуждения клинья выполнены из магнитотвердого материала, намагниченного в направлении, перпендикулярном плос-. кости оси упомяйутых пазов, к полярность их внешних торцов совпадает с полярностью полюсных наконечников.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 453774, кл. Н 02 К 47/22, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 382192, кл. Н 02 H У/00, 1968.

3 ° Авторское свидетельство СССР

9 313503, кл. H 02 К 19/36, 1969 °

Авторское свидетельство СССР

9 385377, кл. Н 02 К 19/34, 1971 °