ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
ELECTRIC MACHINE FREQUENCY CONVERTER

Изобретение относится к регулируемым электромашинным преобразователям частоты, применяемым в регулируемом электроприводе с машинами переменного тока. Известны синхронные преобразователи частоты, где плавное регулирование частоты и амплитуды напряжения достигается изменением частоты вращения синхронного генератора с приводом по системе Г-Д (генератор-двигатель постоянного тока). Недостатками системы являются большая установленная мощность, габариты и наличие щеточного коллектора. Известна конструкция одномашинных умножителей частоты с совмещенными магнитопроводами и обмотками переменного тока (Труды III-й Всесоюзной конференции по бесконтактным электрическим машинам. Рига: «Зинатне», 1966 г., кн.1, с.211-215, кн.II, с.150-156). Недостаток этой конструкции заключается в отсутствии регулирования частоты на выходе преобразователя. Известна конструкция электромашинного преобразователя частоты, состоящего из двух машин переменного тока и двух униполярных машин, служащих узлом регулирования управления (Патент SU 1794273 A3, H02K 47/20 от 10.12.90 г. - Бюллетень №5 от 07.02.93 г.). Это техническое решение принято за прототип. Электромашинный преобразователь частоты содержит первую и вторую машины переменного тока с магнитопроводами на статорах и роторах, с обмотками якорей и индукторов, с входными и выходными клеммами, узел регулирования и управления, выполненный на базе униполярных машин с жидкометаллическим контактом. Прототипу присущи следующие недостатки: наличие скользящих жидкометаллических контактов, сложность конструкции. Цель изобретения - исключение скользящих контактов, упрощение конструкции. Указанная цель достигается тем, что в отличие от прототипа установлен общий вал с размещенными на нем роторами первой и второй машин переменного тока, снабжен дополнительными магнитопроводами на статоре и роторе, выполненными из отдельных шихтованных кольцевых пакетов с размещенными между смежными пакетами тороидальными обмотками переменного тока, соотносящимися по расточке статора магнитопровода через кольцевой воздушный зазор, противоположные цилиндрические стороны пакетов снабжены дополнительными замыкающими магнитопроводами, обмотка якоря первой машины установлена на роторе и соединена с обмоткой ротора дополнительного магнитопровода, обмотки якорей и индукторов первой и второй машин выполнены для переменного тока, при этом роторные обмотки первой и второй машин соединены между собой с обратным следованием фаз и подключены к обмотке ротора дополнительного магнитопровода, обмотка индуктора второй машины установлена на статоре и подключена к узлу управления и регулирования, статорная обмотка первой машины подключена к выходным клеммам, входные клеммы установлены на тороидальной обмотке статора дополнительного магнитопровода. Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются: наличие общего вала с роторами двух машин, снабжение дополнительным магнитопроводом с обмотками на статоре и роторе, размещение входных клемм на статоре дополнительного магнитопровода.
Предложение соответствует критерию «существенные отличия», так как из известного перечня информации, установленного нормативным документом (п.2 «Правила составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретение»), технические решения с признаками, подобными заявленным, не обнаружены.
На Фиг.1 изображена конструктивная схема электромашинного преобразователя частоты, на Фиг.2 - сечение A-A, на Фиг.3 - сечение B-B (C-C).
Электромашинный преобразователь частоты включает: первую машину со статором 1 и обмоткой переменного тока 2, ротор 3 с обмоткой переменного тока 4, дополнительный магнитопровод статора 5 с отдельными кольцевыми пакетами 6, с тороидальными обмотками переменного тока 7 и замыкающими магнитопроводами 8, дополнительный магнитопровод ротора 9 с отдельными кольцевыми пакетами 10, с тороидальными обмотками переменного тока 11 и замыкающим магнитопроводом 12, кольцевой воздушный зазор 13 между дополнительными магнитопроводами статора и ротора, общий вал 14, вторую машину со статором 15 и обмоткой переменного тока 16, ротор 17 с обмоткой переменного тока 18, систему управления и регулирования 19, выходные клеммы 20, входные клеммы 21.
ст
o
p
Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на входные клеммы 21 по тороидальным обмоткам статора 7 протекает переменный ток в трех фазах статора, создающий пульсирующий магнитный поток, который замыкается по магнитопроводу, образованному смежными кольцевыми пакетами статора 6 и ротора 10 и дополнительными замыкающими магнитопроводами 8 и 12. Этот магнитный поток наводит ЭДС в тороидальных обмотках 11 ротора частотой, равной частоте тока обмоток 7 статора, под действием которой по замкнутым контурам, образованным обмотками 11 и обмоткой переменного тока 4 первой машины, а также обмоткой 11 и обмоткой переменного тока 18 второй машины, протекают токи, создающие вращающиеся магнитные поля в зазорах первой и второй машин. Вращающееся магнитное поле первой машины наводит ЭДС в обмотке 2 статора 1, от которой получает питание, требуемой частоты тока, обмотка индуктора 16 второй машины посредством системы управления и регулирования 19. При взаимодействии полей, возбуждаемых обмоткой переменного тока 18 и обмоткой индуктора 16, вторая машина создает электромагнитный момент, приводящий во вращение вал 14 преобразователя частоты в направлении, противоположном вращению электромагнитного поля обмотки 18. Поскольку обмотки ротора 4 и 18 первой и второй машин соединены с встречным следованием фаз, то направление вращения электромагнитного поля, создаваемого обмоткой 4 ротора первой машины, будет совпадать с направлением вращения вала 14, а следовательно, частота тока индуктируемого в обмотке 2 статора первой машины будет определяться результирующим значением частоты вращения электромагнитного поля обмотки 4 относительно обмотки 2 статора (n=n±n).
; ;
ст
где n - частота вращения поля статора первой машины,
o
n - частота вращения поля ротора первой машины,
p
n - частота вращения вала ротора преобразователя,
ст
f - частота тока на выходе статора,
o
f - частота тока питающей сети (на входе в преобразователь частоты),
1
2
p, p - числа пар полюсов первой и второй машины соответственно,
упр
f - частота тока в системе управления и регулирования.
Требуемое значение частоты тока на выходе преобразователя частоты достигается за счет регулирования частоты вращения ротора (выбором требуемой частоты вращения вала ротора).
Преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом заключаются в исключении скользящих контактов, упрощении конструкции.