Машинно-вентильный источник трехфазного напряжения стабильной частоты
Патент 729776
Авторы
Машинно-вентильный источник трехфазного напряжения стабильной частоты
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистикеских
Республик
ОПИС
ИЗ ОБРЕ
К АВТОРСКОМУ (6) ) Дополнительное (22) Звявлено 100577
С51) М. КЛ.2
H 02 N 5/48, Н 02 Р 13/30 с присоединением зая
Государственный комитет
СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет—
Опубликовано 25.
Датаопубликоваии (53) УДК621. 313
;, (079):621.314. .26(088.8) Ю,И. Рябчиков, В.A. Денисов, Ш.С. Ройз, В.С. Саяпин и В.М. Кузьмин (72) Авторы изобретения
Комсомольский-на-Амуре политехнический институт (71) Заявитель (54 ) МАШИННО-ВЕНТИЛЬНЫИ ИСТОЧНИК ТРЕХФАЗНОГО
НАПРЯЖЕНИЯ СТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных источниках питания, требующих стабильной или регулируемой частоты выходного напряжения при переменной скорости вращения привода.
Известны автономные источники для получения стабильной или регулируемой частоты при переменной скорости вращения привода.
Один из известных источников содержит синхронный генератор, соединенный с приводным двигателем через привод постоянной скорости (1).(5
Недостатком этого устройства является повышенные массо-габаритные показатели, низкие КПД и надежность иэ-эа наличия сложного механическо- 20 го узла, соединяющего генератор с приводом.
Другой известный источник состоит из синхронного генератора, выпрямителя и инвертора (2). 25
Это устройство не имеет механических промежуточных звеньев, но его недостатком является низкое качество формы кривой выходного напряжения и сложная схема управления полупровод 30 — — a гани п®тентно те н, н 1н=с1,ая о 1 иот
<вн729776 янковыми ключами, что снижает надежность, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому,результату к изобретению является машинно-вентильный источник трехфазного напряжения стабильной частоты, содержащнй генератор, якорные обмотки которого соединены с тремя полупроводниковыми коммутаторами и трехфазный источник фиксированной частоты, подключенный к обмоткам возбуждения генератора (3).
Недостатком этого устройства является то, что для получения трехфазного выходного напряжения требуется наличие трех отдельных генераторов, что приводит к повышенным в(ассо-габаритным показателям. Недостаток устройства заключается также в том, что при питании обмоток возбуждения синусоидальным током трудно получить высокий коэффициент модуляции, а следовательно, и высокое качество кривой выходного напряжения в случае небольших отношений частоты ЭДС вращения генератора к частоте тока возбуждения. Это связано с тем, что принцип работы устройства основан на разложении пульсирующего поля на две равные составляющие, вращающие72977б ся относительно индукгора но взаимнопротивоположных и апранлени ях, При вращающемся роторе ЭДС, наводимые этими составляющими н обмотке якоря, разнятся по частоте и амплитуде.
Разность частот обеспечивает получение модулированного напряжения н этой обмотке: амплитуда результирующей ЭДС периодически изменяется от значения, определяемого суммой амплитуд ЭДС, до значения, равного разности амплитуд этих ЭДС. Так как суммируемые ЭДС имеют неодинаковую амплитуду, то модуляции до нуля не происходит. Разница амплитуд суммируемых ЭДС будет тем, больше, чем меньше отношение частоты ЭДС нраще- 15 ния к частоте напряжения возбуждения, соответственнб хуже будет и качество кривой напряжения, получаемого с ныхода рассмотренного устройства.
Целью изобретения янляется снижение массо-габаритных показателей и улучшение формы кривой выходного напряжения.
Это достигается тем, что генератор выполнен н виде двух асинхронных преобразователей частоты, роторы которых жестко связаны между собой, трехфазная якорная обмотка одного из преобразователей подсоединена к нулевым точкам трех уложенных н одни и те же пазы трехфаэных якорных обмоток другого, выходы этих обмоток соединены с входами полупроводниковых коммутаторов, причем к первому входу каждого коммутатора подсоединена одна из фаз первой якорной обмотки, 35 к второму — сдвинутая на 120 по отношению к укаэанной фазе фаза второй якорной обмотки, а к третьему сдвинутая на 240 фаза третьей якорной обмотки, трехфазная обмотка нозбуждени я одного из синхронных преобразователей подключена к источнику
Фиксированной частоты с обратным порядком чередования фаэ по отношению к обмотке возбуждения другого асинхронного преобразователя. 45
На чертеже представлена функциональная схема машинно-вентильного источника.
Машинно-нентильный источник состоит из асинхронного преобраэонате- 50 ля 1 частоты с одной трехфаэной якорной обмоткой и асинхронного преобразователя 2 частоты с тремя трехфаэными якорными обмотками. Конструктивно прЕобраэонатели совмещены н 55 одном корпусе. Якорные обмотки преобразователя 2 соединены с силовыми полупронодникоными преобразонателями 3, 4 и 5.
Пакеты роторов преобразователей жестко соединены друг с другом, обмотки преобразователей .выполнены на одинаковое число полюсов.
Назначение асинхронных преобразователей заключается н генериронании трех трехфазных модулированных на65 пряжений, при этом огибающие ампли-1 гуд кривых напряжений каждой системы должны быть сднинуты относительно друга на на 1/3 их периода. С этой целью обмотки роторов преобразователей питают трехфазным переменным током стабильной частоты, причем чередование фаз напряжения на зажимах обмоток ныбрано так, чтобы напранленив вращения поля нозбуждения н одном преобразователе совпадало с направлением вращения ротора, а н другом было бы встречным; обмотка якоря преобразователя 1 ныполнела по типу обычных обмоток трехфаэных машин переменного тока и соединена и звезду или треугольник. Обмотка якоря преобразователя 2 выполнена из трех идентичных, уложенных н одни и те же пазы, систем трехфазных обмоток, при этом обмотки н пределах каждой системы соединены н звезду. Выводы обмотки якоря преобразователя
1 соединены с нулевыми точками трехфаэных обмоток якоря преобразонателя 2.
Машинно-нентильный источник работает следующим образом.
Обмотки возбуждения преобразователей питают синуаоидальным переменным током стабильной частоты. Преобразователи выполнены так, чтобы при их вращении частота ЭДС, наводимых н обмотках якоря, н несколько раз превышала частоту тока, которым питают обмотки возбуждения. Кроме того, обмотки возбуждения преобразователей подключены так, чтобы направления вращения создаваемых ими магнитных полей были взаимно-противоположными.
В обмотках якоря преобразователей наводится ЭДС, разность частот которых не зависит от скорости вращения вала и равна удноенной частоте тока возбуждения.
Обмотки якоря преобразователя 1 соединены последовательно с обмотками якоря преобразователя 2, поэтому кривая результирующей,ЭДС, действующей в контуре, составленном обмоткой преобразователей 1 и 2, определяется суммой мгновенных значений кривых ЭДС этих обмоток ° В связи с тем, что частоты суммируемых ЭДС отличаются, результирующая ЭДС оказывается промодулиронанной по амплитуде, при этом частота изменения огибающей амплитуды модулированного напряжения также равна удвоенной частоте тока возбуждения.
Фаза изменения огибающей определяется начальным углом сдвига фаэ суммируемых ЭДС. Углы сдвига фаз между
ЭДС обмотки OA и ЭДС обмотки OA<„
ЭДС обмотки OA и ЭДС обмотки О В, ЭДС обмотки OA и ЭДС обмотки О, С разнятся на 1/ периода ЭДС преобразователя 2, н результате. чего огибающие амплитуд результирующих ЭДС контуров OA-O A, OA-О, В, OA-О С
729776 оказываются сдвинуты относительно друг друга на 1/3 периода огибающих
Иэ-эа пространственного сдвига осей ЭДС обмотки OB остает от ЭДС обмотки OA на 1/3 периода, на 1/3 периода также отстает ЭДС обмотки
O В от ЭДС обмотки О В . По этой причине результирующая ЭДС контура
OB-ОВ отстает от результирующей
ЭДС OA-O А на 1/3 их периода, огибающие же амплитуд результирующих
ЭДС практически совпадают. По аналогичным причинам результирующая
ЭДС контура ОС-О Сэ отстает по фазе от результирующей ЭДС контура OA-OA< на 2/3 периода, огибающие кривых при этом совпадают. 15
Таким образом, в контурах OA-0 A<
OB-ОВ>, OC-О С> генерируется первая система трехфазных ЭДС, промодулированных по одной огибающей кривой.
Аналогично в контурах ОА-О В, OB-О С, ОС вЂ” 0 A генерируется вторая система трехфазных ЭДС, промодулированных так, что огибающая амплитуд сдвинута относительно огибающей первой системы на 1/3 ее периода,- а в контурах ОА-О С1, OB-0 Ay OC-Π — третья система трехфазных ЭДС, огибающая амплитуд которых сдвинута относительно огибающей первой системы на 2/3 периода.
Выводы обмоток преобразователя 2 подключают к полупроводниковому преобразователю, собранному на основе трех трехфазных реверсивных выпрямителей. Реверсирование напряжения 35 выпрямителей осуществляется в моменты минимальной лйлитуды напряжения соответствующей трехфазной системы. Таким образом на выходе преобразователя получают трехфазное 4р напряжение с частотой, равной половине частоты изменения кривой, огибающей амплитуды модулированного напряжения, или, что одно и то же, равной частоте тока возбуждения.
Питание полупроводникового преобразователя от трех трехфазных систем модулированных ЭДС позволяет получать на выходе трехфазное напряжение по форме, близкое к синусоидальному без использования относительно сложной системы управления вентилями преобразователя и применения громоздких выходных фильтров. Получение заданной глубины модуляции или ее регулирование н устройстве не связано с какими-либо трудностями и достигается соответствующим подбором соотношений чисел витков обмотки якоря. преобразователей 1 и 2, соотношением чисел витков обмоток возбуждения или соотношением токов этих обмоток.
Формула изобретения
Машинно-вентильный источник трехфазного напряжения стабильной частоты, содержащий генератор, якорные обмотки которого соединены с тремя полупроводниковыми коммутаторами, и трехфазный источник фиксированной частоты, подключенный к обмоткам возбуждения генератора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения массо-габаритных показателей и улучшения формы кривой выходного напряжения, генератор выполнен в виде двух асинхронных преобразователей частоты, роторы которых жестко связаны между собой а трехфаэная якор) ная обмотка одного из преобразователей подсоединена к нулевым точкам трех уложенных в одни и те же пазы трехфазных якорных обмоток другого, выходы этих обмоток соединены с входами полупроводниковых коммутаторов, причем к первому входу каждого коммутатора подсоединена одна из фаз первой якорной. обмотки, к второму — сдвинутая на 120О по отношению к указанной фазе фаза второй якорной обмотки, а к третьему — сдвинутая на 241 фаза третьей якорной обмотки, трехфаэная обмотка возбуждения одного из асинхронных преобразователей подключена к источнику напряжения фиксированной частоты с обратным чередованием фаз по отношению к обмотке возбуждения другого асинхронного преобразователя.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Коробан H.Т. Электроснабжение летательных аппаратов. M. Машиностроение," 1975, с. 207, рис. 10.8.
2. Ситник H.X, Силовая полупроводниковая техника, M., Энергия, 1968, с. 287, рис. 6-1а.
3. Врускин Д.Э. Генераторы, возбуждаемые переменным током. М., Высшая школа, 1974, с, 21, рис. 1.13.
Составитель A. Лебедев
Техред М.Кузьма Корректор В. Синицкая
Редактор В, Фельдман
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ 1323/51 Тираж 783 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5