ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПОНИЖЕННОЙ ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электромашинным преобразователям частоты и может быть использована для преобразования напряжения исходной частоты в напряжение требующейся пониженной частоты.
Известен электромашинный преобразователь для получения пониженной частоты (авторское свидетельство СССР №687534, опубл. 25.09.1979 г.), состоящий из статора с многофазной однослойной совмещенной обмоткой, выполненной из концентрических катушек, образующих 2 m катушечных групп, сдвинутых на π радиан.
Недостаток данного технического решения состоит в сложности схемы обмотки статора.
Известен электромашинный преобразователь для получения пониженной частоты (Электрические машин 4.1 / Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Хвостов. - М.: Высшая школа, 1973, с. 246-247), состоящий из двух асинхронных машин. Каждая из машин имеет статор и ротор, причем роторы имеют жесткую механическую связь. Ротор одной из асинхронных машин, которая работает в двигательном режиме, снабжен контактными кольцами, к которым присоединена его фазная обмотка, и с которых снимается напряжение пониженной частоты.
Недостаток данного технического решения состоит в необходимости использования двух электрических машин, при этом электромашинный преобразователь частоты имеет относительно высокие массу и габариты.
Известен электромашинный преобразователь частоты (авторское свидетельство СССР №130966, опубл. 01.01.1960 г.), содержащий на статоре двигательную и генераторную обмотки на разное число полюсов и явнополюсный ротор.
Недостаток данного технического решения состоит в ограниченных функциональных возможностях, не позволяющих обеспечить получение пониженной частоты выходного напряжения.
Известен одноякорный асинхронный бесконтактный преобразователь частоты (авторское свидетельство СССР №148847, опубл. 01.01.1962 г.), содержащий статор с двумя индуктивно не связанными обмотками, отношение чисел полюсов которых равно отношению частот, и шихтованный когтеобразный ротор с возбудителем из постоянных магнитов.
Недостаток данного технического решения состоит в том, что ротор имеет сложную низкотехнологичную конструкцию с когтеобразными полюсами.
1
2
2
1
Известен электромашинный преобразователь частоты (Синхронные машины автономных источников питания / Л.М. Паластин. - М.: Энергия, 1980, С 6-7), принятый за прототип, состоящий из двух синхронных машин (трехфазного двигателя и генератора), каждая из которых содержит статор с обмотками, установленными на одном основании, и роторы, размещенные на общем валу. Обмотка статора двигателя выполнена многополюсной с числом пар полюсов р и присоединена к источнику напряжения исходной частоты. Приводимый им во вращение генератор содержит статор с размещенной в пазах обмоткой с числом пар полюсов р, причем р меньше р. При этом с генераторной обмотки снимается напряжение требующейся пониженной частоты.
Недостаток данного технического решения состоит в относительно низких массогабаритных показателях, что обусловлено необходимостью использования двух отдельных электрических машин.
Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей электромашинного преобразователя для получения пониженной частоты.
2
1
2
2
Технический результат достигается тем, что ротор выполнен явнополюсным и образует одинаковое с трехфазной генераторной обмоткой переменного тока число пар полюсов р, а трехфазная двигательная обмотка переменного тока выполнена двуслойной шестизонной, и в пазы статора поверх нее уложена трехфазная генераторная обмотка переменного тока с относительным шагом , при этом обмотки выполняются так, что число пар полюсов р кратно числу р и одновременно не кратно числу 2р.
Электромашинный преобразователь для пониженной частоты поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - схема электромашинного преобразователя для пониженной частоты,
фиг. 2 - схема обмоток статора электромашинного преобразователя для пониженной частоты, где:
1 - статор;
2 - трехфазная двигательная обмотка переменного тока;
3 - трехфазная генераторная обмотка переменного тока;
4 - явнополюсный ротор;
5 - южный магнитный полюс, образуемый трехфазной двигательной обмоткой переменного тока;
6 - северный магнитный полюс, образуемый трехфазной двигательной обмоткой переменного тока;
7 - южный магнитный полюс, образуемый трехфазной генераторной обмоткой переменного тока;
8 - северный магнитный полюс, образуемый трехфазной генераторной обмоткой переменного тока.
1
2
2
1
1
2
2
2
Электромашинный преобразователь для пониженной частоты состоит из (фиг. 1) статора 1 и явнополюсного ротора 4. В пазах статора 1 размещены трехфазные двигательная 2 и генераторная 3 обмотки переменного тока. Трехфазная двигательная обмотка 2 переменного тока выполнена двуслойной шестизонной (с фазной зоной 60°) и образует число р пар полюсов, и присоединена к источнику напряжения исходной частоты. Трехфазная генераторная обмотка 3 переменного тока образует число р пар полюсов, причем р меньше р она присоединена к потребителю напряжения требующейся пониженной частоты и выполнена с относительным шагом , что исключает ее взаимоиндуктивную связь с трехфазной двигательной обмоткой 2 переменного тока. Число пар полюсов р кратно числу р и одновременно не кратно числу 2р. Стороны секций трехфазной двигательной обмотки 2 переменного тока расположены под полюсами одной полярности трехфазной генераторной обмотки 3 переменного тока. Явнополюсный ротор 4 имеет одинаковое с трехфазной генераторной обмоткой 3 переменного тока число полюсов р. На фиг. 2 показаны схемы трехфазных двигательной 2 и генераторной 3 обмоток статора. Направления токов в фазах обмоток указаны стрелками, в соответствии с этими направлениями расставлены магнитные полюса, создаваемые обеими обмотками 5, 6, 7, 8.
1
1
Устройство работает следующим образом. При подведении к трехфазной двигательной обмотке 2 переменного напряжения исходной частоты ƒ на статоре 1 образуется магнитное поле с числом пар полюсов p, вращающееся со скоростью.
1
После втягивания явнополюсного ротора 4 в синхронизм, что может быть обеспечено известными способами, например, как и в обычном синхронном двигателе за счет размещения на нем пусковой обмотки, он начинает вращаться со скоростью поля n. При этом его явновыраженные полюса будут ориентированы (без учета угла ψ между ЭДС и током) практически напротив полюсов противоположной полярности, образуемых трехфазной двигательной обмоткой переменного тока 5, 6. Явнополюсный ротор 4 при этом может быть возбужденным и создавать собственные магнитные полюса за счет электромагнитного возбуждения (обмотки возбуждения постоянного тока) или магнитоэлектрического возбуждения (постоянных магнитов).
1
Вращающийся с синхронной скоростью n явнополюсный ротор 4 индуктирует в трехфазной генераторной обмотке 3 переменного тока ЭДС частоты
2
2
2
2
2
1
Если к трехфазной генераторной обмотке 3 переменного тока подключить потребителя пониженной в  раз частотыƒ, то по ней пойдет ток, который создаст собственное, вращающееся со скоростью магнитное поле, создаваемое полюсами 7 и 8. Но поскольку ƒ=рn, то n=n, т.е. поля трехфазной двигательной 2 и генераторной 3 обмоток переменного тока, образуя разные числа полюсов, будут вращаться с одной и той же скоростью синхронно с явнополюсным ротором 4.
Таким образом, хотя трехфазная двигательная 2 и генераторная обмотки 3 переменного тока расположены конструктивно в общем магнитопроводе, они практически не имеют между собой трансформаторной связи, поэтому работают независимо друг от друга. Применение данной конструкции электромашинного преобразователя позволяет осуществить понижение частоты и, за счет более рациональной компоновки активных частей, существенно улучшить его массогабаритные показатели.