Бесконтактный электромашинный агрегат

Бесконтактный электромашинный агрегат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЗИ 362

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства %в

Заявлено 08.XII.1969 (№ 1385246/24-7) МПК Н 02р 9/42

Н 02k 51/00 с присоединением заявки М—

Комитет по делам

Приоритет—

Опубликовано 09.VIII.1971. Бюллетень X. 24

Дата опубликования описания 2.711.1071 иэобретеиий и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.313.076.5 (088.8) Авторы изобретения

M. М. Красношапка и Д. М. Красношапка

Заявитель

«

«l

1 т

«

БЕСКОНТАКТНЫЙ ЗДЕКТРОМАШИННЫЙ АГРЕГАТ

Известен бесконтактный электромашинный агрегат, содержащ ий синхронный генерато|р с вращаютц имся якорем, соединенным электрически с индуктором асинхронного преобразователя частоты. 5

В предложенном агрегате индуктор inpeобразователя механическими связан с якорем генератора двойного вращения и ротором ааинхронной машины. статорная оомотка которой выполнена- полюсопереключаемой и подсоединена через управляемые дроссели к обмотке статор а преобразователя частоты, Л!ежду дросселем и статорной обмоткой асинхроч«ной машины включен вьгпрямитель.

На фиг, 1 схематически изображен описываемый агрегат; на фиг. 2 — то же, BplHHцнпиальная электрическая схема.

На фиг, 1 и 2 стр и няты следующие обозначения: 1 — синхронный генератор двойного вращения, 2 — асинхроиный преобразователь, 3 — регулируемая полюсопереключаемая асинхронная машкина, 4 — возбудитель с неподвижной обмоткой возбужден ия и вращающимися кремниевыми,вьспрямителями в цепи трехфазнэй якорной обмотки, 5 — управляемый дроссель в цепи статориой обмотки асинх ронной машины, б — регулятор частоты агрегата, 7 — контактор для пе реключения стат хрной обмотки машины 8 с выпрямителя на ЗО промежуточные зажимы дро=селя 5 и обратно, 8 — регулятор напряжения агрегата, 9 первичный (ведущий) вал агрегата, 10— обмотка возбуждения возбудителя.

Рассмотрим принцип работы и основные соотношения бесконтактного каскадного агрегата в pe;«: ме «генератора переменного тока стабильной частоты в случае привода его от турбовинтового авиадвигателя, работающего c изменяющейся скоростью вращения в относительно небольшом диапазоне.

Вращение первичного вала 9 " некоторой скэ ростью пр» питании обмотки 10 возбуждения возбудителя 4 от постороннего источника постоянного тэка обеспечивает наведение э. д. с, в якорной обмотке возбудителя 4 и п ротекание выпрямленного тока в обмотке возбуждения синхронного генератора 1. Выирямленный тэк обмотки свндуктора генератора создает магнитное поле, вращающееся вместе с индуктором относительно ведомого ротора, П ри этом в трехфазной обмотке ведомого ротора генератора, =оединенной с трехфазной обмоткой асинхронного преобразователя 2, наводятся э. д, с, и протекают грехфазные токи, создающие вращающиеся магнитные поля в генераторе и в BcHHxlpoHHQM ,преобразователе.

В результате взаимодействия магнитного потока индуктора с вращающимся магнитным

311362

60/с г

Ипс.г— -= n, — n . с.r (2) 60

55 полем трехфазных токов якорной обмотки генератора в нем, как и в обычном синхронном генераторе, .возникает электромапн итный мо,мент М... увлекающий ведомый»ротор в»направлении,в ращен»ия индуктора. Ведомый

;рото р генератора, вращается со скоростью п2,,меньшей ско|рости и, в ращения его индуктора, так как только в этом случае в трехфазной обмотке»на»водятся э.д..с. IH протекают токи, создающие»элект»рома»»нитный момент.

Частота трехфазных токов f,, п ротекающих и обмотке генератора и в об »отке преобразователя 2, зависит от числа illap .полюсов

Ргг и»раз ности скоростей;в ращения ведущего

»и .ведомого роторов агрегата

Р,r(n, — и,)

60 (1) где P,, — число пар полюсов синх»ронного гене»ратора двойного вращения.

Созда»нное трехфазными токами магн итное поле синхронного генератора в»ращается»относ»ительно ведомого рото»ра в направлении вращения ведущего и ведомого роторов со скоростью:

Скорость вращения поля т»рехфазных токов в»пространстве рав на скорости вращения индуктора, п пс.г +Па=и» (3) В»р»ащающиеся трехфаэные обмотки гене»ратора и преоб»разователя соединяются так, чтобы направлен»ие .вра щения магнитного поля в асинхронном преобразователе относительно обмотки генератора совпадало с»направлением вращвния ведомого рото»ра агрегата.

Скорости в»ращения ма»»н»итного поля в ас»инхронном преобразователе относительно ведомого ротора агрегата и относительно статора о»пределяют по фо»рмулам:

60f,, Ð,,„ ип, =- =- — — -(и,— n ); (4)

Ра.п Ра.п

Pc.r, Рс.г ип, — и., +п.п, ==па 1 -и, . (5) ра.п ра.п

Частота э. д. с., наводимых в статорной обмотке асинхронного п»реоб»раз ав ателя 2, рав»на:

Ра.п Ип ff » Pc.r I По (Pa.п Рс.r) (6) Электромагнитная мощность асинхронного преобразователя 2 состоит из тра нафо рматорной части,,п»роно»рционалыной относительной

»скорости поля п, и генерато»рной части, пропорциональной скорости вращения п2 ведомого рото»ра агрегата.

Отношение велич и ны электромагнитного момента асинхронного преобразователя Ма,,к:велич»ине электромагнитного момента синх»ронного генератора двой»ного вращен»ия М,, равно отношению числа»пар полюсов ааинхронного преобразователя к числу Ilaip полюсов синхроHного генератора: à.ï Ппс г Ра.п ()

Элект»ромагнитный момент М., частично уравновешивает электромагнитный момент

М, „, так как по отношению к ведомох»ч ротору а»пре»»ата на»правления,действия этих моментов взаимно противоположны. Практичес,кое з начение имеет л»ишь тот случай, когда движущий момент М г г больше тормоз»ного момента Na,, т. е. когда р,г р,, При рс.г )pa.ï формул (6) удосгнее зап исать в следующем виде:

fl» Pc.ã nl (P .г Ра.п)

60 (8)

Выбо»р оптимального соотношения чисел пар полюсов синхронного генератора двойного враще н ия и асинхронного»преобразователя .имеет»важное з начен»ие, так,как это,сОот25 ношен»ие определяет максимальной акопу» тимый диапазон изменения скорости вращения приводного двигателя.

И»макс. Рс.г (9)

30 п» ии . Ра.п

Чем шире диапазон изменения скорости вращения приводного дв»игателя, тем больш»»1м

Pc.r должно оыть QTíoøåíèå ра.п

35 Существенное завышение этого отношения по с»равнению с заданным отношением

n»„„„ n»,„.„, не»целесообразно, так как при этом»регулируемая мамина 3 должна быть рассч»итана на больший тормоз ной момент, 40 Из формулы (8),видно, что стабилиза»цию частоты а»прегата при изменяющейся скорости вращен»ия»приводного двигателя fl» мож»но обеспеч»ить соответствующим изменением скорости в»ращения п> ведомого»рото»ра.

45 Так как в рассматриваемом случае М, „( (Мс.„то для ура внавешива»ния движущего момента М,, тормозным»и моментами асинхро»н»н»ого,преобразователя М,, и BGIIDMQI тельной асинхрон»ной машины М, „необходи50 .мо, чтобы последняя работала в режиме электродинамического то»рмоза или асинхронного генератора»по схеме,,показанной на фиг. 2. С учетом момента сил трения ведомого ротора аг»регата уравнение равновесня моментов в установившемся режиме имеет вид:

Ма,„== Мс „— М, „— М,. (10) Каскадный генераторный агрегат с управляемым дросселем 5 и одним переключающим контактором 7 (см. фиг. 2)»имеет только две ступени, обусловленные двумя возможными

»режимами работы BGIIîìoãàòåëüíoé аси нхронной маши»ны 8, имеющей одну»простую трехфазную обмотку на статоре и короткозамк»нутый ротор. На первой ступени агрега311362 та асинхронная машина,3 работает B режиме электрод инамического тормоза, возбуждаемого от зажимов,тене раторного агрегата через автоматически управляемый дроссель 5 и полупроводниковый выпрямитель, Расчетная электр ическая мощность вспомогательной асинхронной машины 8,составляет лишь около 20% номинальной мощности генерторного агрегата, поэтому мощность

Ра затрачиваемая на,возбуждение машины 8 в режиме электродинамического тормоза с учетом потерь в д!росселе, не:превышает 5% комунальной мощности агрегата.

Наименьшая скорость в ращения первичного (ведущего) вала агрегата и!„,, при которои обеопечивается номинальная частота f, определяется следующей формулой

60f+и м„н(р,,— р, „)

П! мнн

Pcr где па а,нн =100 об!,яин — на именьшая ско-! рость @ращения ведомого ротора, при,которой вспомогательная асинхронная машина 8 развивает т!ребуемый электромагнитный момент

М. м в режиме электродинамического тормоза.

С увеличением скорости вращения перв»ного Вяля от п! мнн до и! — р поддержание неизмен!ной частоты генераторного агрегата f согласно фо рмуле (8) достигается соответст.вующим увеличением скорости вращения ведомого рото ра и2 с помощью автоматического регулятора 6 частоты, изменяющего величину.,подводимого к статорной обмотке машины 8 выпрямленного напряжения и величину электромагнитного момента (см. фиг. 2). .Переключение агрегата с первой ступени на вто р!ую происходит в результате срабатывания контактора 7, переключающего статорную обмотку машины 8 с выпрямителя на промежуточные зажимы .дросселя 5 при скорости вращения первичного вала, равной

60/ 1,05 60/(р,,— р, „) и! — гь с.г р с.r pа.п

На вто!рой ступен!и агрегата машина 8 работает в режиме аоинхронного генератора, отдавая активную электрическую мощность

P.,2 в сеть и потребляя реактивную мощ ность Jara 2

Двуступенчатый каскадный агрегат (см. фиг, 2) целесообразно п р именять в тех случаях, когда скорость вращения !приводного двигателя изменяется не,в широком диапазоне, например, при

/ г

П!манс П!мнн - О

При более щи роком диапазоне изменения скорости вращения пр иводного .двигателя каскадный генераторный агрегат можно сделать трехступенчатым.

Для:пе ределки двухступвнчатого агрегата в трехступенчатый необходимо простую трехфазную обмотку на статоре асинхронной маши|ны 8 заменить полюсопереключаемой двух.скоростной обмотко» с двумя переключающими контакторами, Переключение статорной обмотки асинхронной машины 8 с большего числа пар полюсов (р, м ) иа меньшее (равное 0,5 р.„,) происходит в результате срабатывания второго контактора, когда скорость вращения ведущего ротора увеличится до

60f, 1,03 . 60f (Р,„— Р,,Ä)

Рс,- 0,5 Р,,„Р.„

AHTHBHBH электрическая мощность, отдаваех!Яя,вопомогатепьной асинхронной машиной 8 в сеть на третьей ступени,,вычисляется по формуле (14), а мо HocTb потерь скольжен»я — по формуле (15). а.п

0,5 Ра.„

Рс.г = Ра.п

15 (14) 20 где P, „— полезная мощность ступени.

25 с н; — Ра.ма акт!ивяная электрическая апрегата на третьей пн 2 пп.ам

2ппа„ (15) Предмет изобретен »я

1. Беоко нтактный электромашинный агрегат, содержащий синхронный генератор с вращающ имся якорем, соединенным электр ически с индуктором асинхронного преобразователя частоты, отличающийся тем, что, с целью регул ирован ия частоты, инд!уктор,преобразо50 вателя механически связан с якорем гене!ратора и ротором асинхрон|ной машины, статорная обмотка кото рой выполнена,полюсопереключаемой» подсоелинена через у правляемые дроссели к обмотке статора гпреобразователя частоты.

60 гдЕ пп,м =а,м

3р С уменьшением скорости вращения приводного двигателя от максималыного до минималыного значения переключение статорной обмотки вспомогательной машины (на большее число, полюсов), а затем на пита н ие че35 рез .выпрямитель происходит в !результате обратного срабатывания .контакторов,цр и соответствующих скоростях в|ращения ведущего ротора. Однако более целесообразно, чтобы скорости п2 и и, 2 при понижении скорости

40 вращен ия,ведущего ротора аг!регата были на

1 — 2% меньше, чем при повышении. Это исключит возможность повторного обратного переключения, если скорость вращения приводного двигателя будет поддерживаться

45 близкой к значениям п2 з или и, .предложенный агрегат можно ис!пользовать также и для генери рования переменного тока плачевно регул!ируемой частоты с приводом от любого первичного двигателя, работающего с нерегулируемой скоростью в ращения.

311362 сРиг 2

Составитель М. Кузнецова

Редактор Е. Кравцова Техред Л. Л. Евдонов Корректор T. А. Бабакина

Заказ 394/1379 Изд. ¹ 1093 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

2. Бесконтактный элект1ромашинный агрегат по и, 1, от,гичаюцийся тем, что между дросселем и статорной обмоткой асин: роннои машины включен Bы п рямитель.