КАСКАДНЫЙ ГЕНЕРАТОР СТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ

КАСКАДНЫЙ ГЕНЕРАТОР СТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ 6 Н 02 К 47/20, Н 02 Р 11/06
Полезная модель 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. Скорослешкин, Автономные асинхронные генераторы с вентильным возбуждением, М., Энергоиздат, 1993), содержащие сложные электронные устройства, обеспечивающие стабилизацию частоты выходного напряжения.
Для сравнительного анализа с заявляемым генератором взят 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 различными числами пар полюсов обеих
машин и различным направлением вращения магнитных полей в роторах, что исключает выполнение функции генератора стабильной частоты.
Заявляемая полезная модель решает задачу создания источника переменного тока стабильной частоты при переменной скорости вращения приводного двигателя.
На чертеже представлен один из вариантов реализации полезной модели, где 1 - первый асинхронный преобразователь частоты; 2 - второй асинхронный преобразователь частоты; 3 - приводной двигатель.
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 направлением вращения, статорная же обмотка первого преобразователя частоты является входной, а статорная обмотка второго преобразователя частоты - выходной. Для возбуждения вращающегося магнитного поля асинхронного преобразователя частоты 1 использована электрическая сеть. Схемы подобных преобразоватепей 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 fi подается на статорную трехфазную обмотку асинхронного преобразователя частоты 1. Напряжение с частотой 12 с трехфазной обмотки ротора асинхронного преобразователя частоты 1 подается на трехфазную обмотку ротора асинхронного преобразователя частоты 2, со статорной обмотки которого снимается трехфазное напряжение с частотой fi, что обеспечивается выбором одинакового числа пар полюсов р асинхронных преобразователей частоты 1 и 2 и одинаковым направлением вращения магнитных полей обмоток их роторов. Привод всего афегата осуществляется приводным двигателем 3.
Принцип действия генератора заключается в следующем.
Обмотка статора асинхронного преобразователя частоты 1 создает магнитное поле, вращающееся со скоростью ni 60fi/p. В роторе асинхронного преобразователя частоты 1, вращающемся с скоростью п индуктируется э.д.с. с частотой , где S(ni-n)/ni - скольжение. Ток частоты Iz создает в роторе асинхронного преобразователя 2 магнитное поле, вращающееся относительно ротора со скоростью, равной 60f2, в пространстве со скоростью, равной n+60f2/t)n+60fiS/p ni. Это поле наводит в обмотке статора асинхронного преобразователя частоты 2 э.д.с. с частотой fi.
Заявляемая полезная модель отличается от известного технического решения тем, что обе асинхронные машины выполнены с одинаковыми числами пар полюсов, а роторные обмотки соединены таким образом, что магнитные поля роторов вращаются в одном направлении, что позволяет
использовать его в качестве источника переменного тока стабильной частоты при переменной скорости вращения приводного двигателя.
Данная полезная модель представляет собой источник, потребляющий из сети лишь часть энергии, необходимой для нагрузки. Остальная энергия отбирается от приводного двигателя, работающего с переменной скоростью вращения.
Это достигается тем, что активная мощность статорной обмотки первого преобразователя частоты при скольжении  потребляет лишь часть от выходной мощности, что следует из общеизвестных соотношений мощностей асинхронного преобразователя частоты. Действительно, механическая мощность, развиваемая двигателем, вращающим асинхронный преобразователь частоты (потерями пренебрегаем)
где Р2- выходная мощность или мощность скольжения :  PI . Pi - входная мощность, потребляемая из сети .
Тогда, например, при  для первого преобразователя частоты половину выходной мощности составляет механическая, а половину - электрическая. Очевидно, что для второго преобразователя частоты сохранится такое же отношение: для него электрической мощностью будет выходРмх РгР11
PMx PiS-P,(S-1)P, .
ная мощность первого преобразователя и такая же механически поступит с вала. Таким образом, выходная мощность на четверть состоит из электрической, потребляемой из сети и на три четверти из механической, поступающей от приводного двигателя. При дальнейшем увеличении скольжения доля электрической энергии, потребляемой из сети, продолжает уменьшаться.
Таким образом, отличие предлагаемого технического решения от известного заключается в следующем:
двухмашинный преобразователь частоты становится источником напряжения стабильной частоты при переменной скорости вращения приводного двигателя 3 за счет выбора одинакового числа пар полюсов роторов обоих преобразователей и одинакового направления вращения магнитных полей этих роторов, при этом решение является простым в реализации и надежным в эксплуатации.