ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
FREQUENCY CONVERTER OF ELECTRIC MACHINE

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, Н02К 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, первая машина снабжена 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, обмотка индуктора первой машины выполнена для переменного тока, установлена на статоре и подключена к выходным клеммам обмотки якоря второй машины посредством узла управления и регулирования, выполненного в виде преобразователя частоты, входные клеммы установлены на тороидальной обмотке статора. Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются: наличие общего вала с роторами двух машин, снабжение первой машины дополнительными магнитопроводами с обмотками на статоре и роторе, размещение входных клемм на статоре дополнительного магнитопровода, наличие узла преобразования частоты скольжения в обмотке статора первой машины в заданную частоту регулирования на выходных клеммах второй машины.
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 А-А, на Фиг.3 - сечение В-В.
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 индукторной обмоткой 18, преобразователь частоты 19, выходные клеммы 20, входные клеммы 21.
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 замкнутому контуру, образованному обмотками 11 и обмоткой переменного тока 4 первой машины, протекает ток, создающий вращающее магнитное поле в зазоре первой машины. Вращающее магнитное поле наводит ЭДС частоты скольжения в обмотке 2 статора первой машины, под действием которой по замкнутой цепи, образованной обмоткой 2, преобразователем частоты 19 и сопротивлением нагрузки на выходных клеммах 20 электромашинного преобразователя протекает ток, величина которого определяется значением сопротивления нагрузки. Взаимодействие тока ротора обмотки 4 с током статора обмотки 2 создает вращающий момент, приводящий во вращение вал 14 электромашинного преобразователя. Значение частоты вращения вала, следовательно, и частоты тока на выходе электромашинного преобразователя задается преобразователем 19 узла управления и регулирования, тем самым достигается плавное регулирование частоты тока на выходе электромашинного преобразователя. Взаимодействие токов обмоток статора и ротора дополнительного магнитопровода не создает вращающего момента, так как их электромагнитное поле пульсирующее.
Преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом заключаются в исключении скользящих контактов, упрощении конструкции.