EA039681B1 - Axial differential generator drive - Google Patents
Axial differential generator drive Download PDFInfo
- Publication number
- EA039681B1 EA039681B1 EA202000308A EA202000308A EA039681B1 EA 039681 B1 EA039681 B1 EA 039681B1 EA 202000308 A EA202000308 A EA 202000308A EA 202000308 A EA202000308 A EA 202000308A EA 039681 B1 EA039681 B1 EA 039681B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- phase
- rotor
- winding
- axial
- asynchronous
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/32—Structural association of asynchronous induction motors with auxiliary mechanical devices, e.g. with clutches or brakes
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам переменного тока, и может быть использовано, например, для преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию переменного тока.The invention relates to electrical engineering, in particular to AC machines, and can be used, for example, to convert mechanical rotational energy into AC electrical energy.
Известен электромашинный агрегат для получения постоянной частоты (авт.св. № 372637, опубликовано 15.07.1974, авторы Красношапка М.М., Красношапка Д.М.), содержащий синхронный генератор, связанный с валом приводного двигателя через дифференциальный редуктор, регулируемый асинхронной машиной, подключенной параллельно к выходу синхронного генератора. Асинхронная машина в известном агрегате выполнена полюсно-переключаемой и подключена к выходу генератора через регулятор напряжения.Known electric machine for obtaining a constant frequency (ed. St. No. 372637, published 15.07.1974, authors Krasnoshapka M.M., Krasnoshapka D.M.), containing a synchronous generator connected to the drive motor shaft through a differential gearbox, controlled by an asynchronous machine connected in parallel to the output of the synchronous generator. The asynchronous machine in the known unit is pole-switchable and connected to the generator output through a voltage regulator.
Недостатком известного из авт.св. № 372637 электромашинного агрегата является скачкообразное изменение частоты вращения магнитного поля синхронного генератора при переключении количества пар полюсов, которое приводит к скачкообразному изменению выходного напряжения синхронного генератора электромашинного агрегата.The disadvantage of the well-known from ed.St. No. 372637 of the electric machine unit is an abrupt change in the frequency of rotation of the magnetic field of the synchronous generator when switching the number of pole pairs, which leads to an abrupt change in the output voltage of the synchronous generator of the electric machine unit.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и принятый авторами за прототип является аксиальная многофазная двухвходовая электрическая машина-генератор (патент РФ № 2688923, опубликован 23.05.2019, авторы Кашин Я.М., Кириллов Г.А., Варенов А.Б., Артемьев А.В.), содержащая корпус, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, закрепленном в корпусе генератора в подшипниковых щитах, при этом возбудитель содержит аксиальный магнитопровод статора, и аксиальный магнитопровод ротора, основной генератор состоит из аксиального магнитопровода индуктора основного генератора, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, и аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом аксиальный магнитопровод статора возбудителя и аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора жестко закреплены в корпусе на его боковой поверхности соосно друг другу, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, причем аксиальный магнитопровод статора возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а аксиальный магнитопровод ротора возбудителя и аксиальный магнитопровод индуктора основного генератора жестко закреплены на валу посредством диска соосно друг другу, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, причем аксиальный магнитопровод ротора возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода с однофазной обмоткой якоря основного генератора. На наружной боковой стороне корпуса известной аксиальной многофазной двухвходовой электрической машины-генератора жестко закреплен автоматический регулятор возбуждения, вход которого подключен к многофазной обмотке якоря основного генератора, возбудитель выполнен асинхронным, при этом в пазы аксиального магнитопровода статора асинхронного возбудителя уложена многофазная статорная обмотка асинхронного возбудителя, подключенная к выходу автоматического регулятора возбуждения с обратным по отношению к многофазной обмотке якоря основного генератора порядком чередования фаз, в пазы аксиального магнитопровода ротора асинхронного возбудителя уложена многофазная роторная обмотка асинхронного возбудителя, а в корпусе дополнительно установлено вольтодобавочное устройство, состоящее из аксиального магнитопровода ротора, в пазы которого уложена многофазная роторная обмотка, и аксиального магнитопровода статора, в пазы которого уложена однофазная статорная обмотка, выполненная с возможностью подключения к внешнему источнику постоянного тока, при этом аксиальный магнитопровод статора вольтодобавочного устройства жестко закреплен в корпусе на его боковой поверхности и размещен внутри аксиального магнитопровода статора асинхронного возбудителя соосно с ним, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, при этом аксиальный магнитопровод ротора вольтодобавочного устройства жестко закреплен на валу посредством диска и размещен внутри аксиального магнитопровода ротора асинхронного возбудителя соосно с ним, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора через многофазный двухполупериодный выпрямитель и многофазную роторную обмотку вольтодобавочного устройства подключена к многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя, при этом число пар полюсов многофазной роторной обмотки вольтодобавочного устройства выбрано таким образом, чтобы частота ЭДС, индуктируемой в этой обмотке, была равна частоте ЭДС, индуктируемой в многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя.The closest to the claimed invention in terms of technical essence and adopted by the authors as a prototype is an axial multi-phase two-inlet electric machine-generator (RF patent No. 2688923, published on May 23, 2019, authors Kashin Ya. , Artemiev A.V.), containing a housing, an exciter and a main generator mounted on one shaft, fixed in the generator housing in bearing shields, while the exciter contains an axial magnetic circuit of the stator, and an axial magnetic circuit of the rotor, the main generator consists of an axial magnetic circuit of the main inductor a generator, in the grooves of which a single-phase excitation winding of the main generator is laid, and an axial magnetic circuit with a multi-phase winding of the armature of the main generator, while the axial magnetic circuit of the exciter stator and the axial magnetic circuit with a multi-phase winding of the armature of the main generator are rigidly fixed in the housing on its side surface coaxially to each other, and their common axis of symmetry is the axis of symmetry of the shaft, and the axial magnetic circuit of the exciter stator is placed inside the axial magnetic circuit with a multi-phase winding of the armature of the main generator, and the axial magnetic circuit of the rotor of the exciter and the axial magnetic circuit of the inductor of the main generator are rigidly fixed on the shaft by means of a disk coaxially to each other, and their common axis of symmetry is the axis of symmetry shaft, and the axial magnetic circuit of the exciter rotor is placed inside the axial magnetic circuit with a single-phase armature winding of the main generator. On the outer side of the body of the well-known axial multi-phase two-input electric machine-generator, an automatic excitation controller is rigidly fixed, the input of which is connected to the multi-phase armature winding of the main generator, the exciter is made asynchronous, while the multi-phase stator winding of the asynchronous exciter is laid in the grooves of the axial magnetic circuit of the stator of the asynchronous exciter, connected to the output of the automatic excitation controller with the phase sequence reverse to the multi-phase winding of the armature of the main generator; a multi-phase rotor winding is laid, and an axial magnetic circuit of the stator, in the grooves of which a single-phase stator winding is laid, made with the possibility of connecting to an external DC source, while the axial magnetic circuit of the stator of the booster device is rigidly fixed in the housing on its side surface and is placed inside the axial magnetic circuit of the stator of the asynchronous exciter coaxially with it, and their common axis of symmetry is the axis of symmetry of the shaft, while the axial magnetic circuit of the booster rotor device is rigidly fixed on the shaft by means of a disk and placed inside the axial magnetic circuit of the rotor of the asynchronous exciter coaxially with it, and their common axis of symmetry is the axis of symmetry of the shaft, while the single-phase excitation winding of the main generator is connected to the multi-phase rotary winding of the asynchronous exciter, while the number of pairs of poles of the multi-phase rotor winding of the booster device is chosen so that the frequency of the EMF induced in this winding is equal to the frequency of the EMF, the inductance in the multiphase rotor winding of the asynchronous exciter.
Однако недостатком известной из патента РФ № 2688923 аксиальной многофазной двухвходовой электрической машины-генератора является нестабильная частота выходного напряжения, зависящая от частоты вращения приводного вала. Данная электрическая машина-генератор может использоваться только в сети переменного тока нестабильной частоты, либо в сети постоянного тока совместно с выпрямительным устройством.However, a disadvantage of the axial multi-phase two-input electric machine-generator known from RF patent No. 2688923 is the unstable frequency of the output voltage, which depends on the speed of the drive shaft. This electric generator machine can only be used in an unstable frequency AC network, or in a DC network in conjunction with a rectifier.
Вследствие этого для использования указанной электрической машины-генератора в сети переменного тока стабильной частоты необходимо дополнительно устанавливать привод постоянной частоты вращения.As a result, in order to use the specified electric machine-generator in an alternating current network of a stable frequency, it is necessary to additionally install a constant speed drive.
Задачей предполагаемого изобретения является усовершенствование электрической машиныгенератора, позволяющее получить электрическую энергию переменного тока стабильной частоты.The objective of the proposed invention is to improve the electric machine-generator, which allows to obtain alternating current electrical energy of a stable frequency.
Технический результат заявленного изобретения - минимизация разности между фактическим знаThe technical result of the claimed invention is to minimize the difference between the actual value
- 1 039681 чением частоты выходного напряжения генератора и заданным при изменении частоты вращения приводного вала.- 1 039681 value of the frequency of the generator output voltage and set when changing the frequency of rotation of the drive shaft.
Технический результат изобретения достигается тем, что в аксиальном дифференциальном приводгенераторе, содержащем корпус, автоматический регулятор возбуждения и установленные на одном валу, закрепленном в корпусе в первом и втором подшипниковых узлах, основной генератор, асинхронный возбудитель и вольтодобавочное устройство, при этом основной генератор состоит из аксиального магнитопровода индуктора основного генератора, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, и аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, асинхронный возбудитель состоит из аксиального магнитопровода статора, в пазы которого уложена многофазная статорная обмотка асинхронного возбудителя, и аксиального магнитопровода ротора, в пазы которого уложена многофазная роторная обмотка асинхронного возбудителя, вольтодобавочное устройство состоит из аксиального магнитопровода ротора, в пазы которого уложена многофазная роторная обмотка, и аксиального магнитопровода статора, в пазы которого уложена однофазная статорная обмотка, выполненная с возможностью подключения к внешнему источнику напряжения постоянного тока, при этом осью симметрии аксиальных магнитопроводов основного генератора, асинхронного возбудителя и вольтодобавочного устройства является ось симметрии вала, а аксиальный магнитопровод статора вольтодобавочного устройства размещен внутри аксиального магнитопровода статора асинхронного возбудителя, аксиальный магнитопровода статора асинхронного возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом аксиальные магнитопроводы ротора вольтодобавочного устройства, ротора асинхронного возбудителя, и индуктора основного генератора жестко закреплены на валу посредством диска соосно друг другу, аксиальный магнитопровод ротора вольтодобавочного устройства размещен внутри аксиального магнитопровода ротора асинхронного возбудителя, аксиальный магнитопровода ротора асинхронного возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом ко входу автоматического регулятора возбуждения подключена многофазная обмотка якоря основного генератора, а к его выходу с обратным по отношению к многофазной обмотке якоря основного генератора порядком чередования фаз подключена многофазная статорная обмотка асинхронного возбудителя, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора через многофазный двухполупериодный выпрямитель и многофазную роторную обмотку вольтодобавочного устройства подключена к многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя, при этом число пар полюсов многофазной роторной обмотки вольтодобавочного устройства выбрано таким образом, чтобы частота ЭДС, индуктируемой в этой обмотке, была равна частоте ЭДС, индуктируемой в многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя, при этом корпус содержит передний, средний и задний щиты, автоматический регулятор возбуждения жестко закрепляют на заднем щите с наружной стороны, аксиальные магнитопроводы статора вольтодобавочного устройства, статора асинхронного возбудителя и якоря основного генератора жестко закрепляют на среднем щите со стороны аксиальных магнитопроводов ротора вольтодобавочного устройства, ротора асинхронного возбудителя, и индуктора основного генератора соответственно, а с противоположной стороны на валу устанавливают трехфазный аксиальный асинхронный двигатель, содержащий жестко закрепленный на среднем щите аксиальный магнитопровод статора трехфазного аксиального асинхронного двигателя, в пазы которого укладывают трехфазную статорную обмотку, и установленный на валу во втором, третьем и четвертом подшипниковых узлах ротор трехфазного аксиального асинхронного двигателя, на котором напротив аксиального магнитопровода статора трехфазного аксиального асинхронного двигателя жестко закрепляют аксиальный магнитопровод ротора трехфазного аксиального асинхронного двигателя, в пазы которого уложена трехфазная короткозамкнутая роторная обмотка, а на переднем щите корпуса с наружной стороны устанавливают дифференциальный планетарный редуктор, содержащий крышку, водило, солнечную шестерню, сателлит и коронную шестерню, при этом солнечную шестерню дифференциального планетарного редуктора состыковывают с валом посредством первого шлицевого соединения, коронную шестерню дифференциального планетарного редуктора устанавливают на валу солнечной шестерни в пятом подшипниковом узле и состыковывают с ротором трехфазного аксиального асинхронного двигателя посредством второго шлицевого соединения, водило дифференциального планетарного редуктора устанавливают в крышке в шестом подшипниковом узле и посредством седьмого подшипникового узла сопрягают с сателлитом, при этом на заднем щите с наружной стороны жестко закрепляют автономный инвертор напряжения, вход которого подключают на линейное напряжение многофазной обмотки якоря основного генератора, а выход соединяют с трехфазной статорной обмоткой трехфазного аксиального асинхронного двигателя.The technical result of the invention is achieved by the fact that in an axial differential drive generator containing a housing, an automatic excitation controller and mounted on one shaft fixed in the housing in the first and second bearing assemblies, the main generator, an asynchronous exciter and a booster device, while the main generator consists of an axial the magnetic circuit of the main generator inductor, in the grooves of which the single-phase excitation winding of the main generator is laid, and the axial magnetic circuit with the multi-phase armature winding of the main generator, the asynchronous exciter consists of the axial magnetic circuit of the stator, in the grooves of which the multi-phase stator winding of the asynchronous exciter is laid, and the axial magnetic circuit of the rotor, into the grooves which the multiphase rotor winding of the asynchronous exciter is laid, the booster device consists of the axial magnetic circuit of the rotor, in the grooves of which the multiphase rotor winding is laid, and the axial magnetic drive stator lead, in the grooves of which a single-phase stator winding is laid, made with the possibility of connecting to an external DC voltage source, while the axis of symmetry of the axial magnetic circuits of the main generator, asynchronous exciter and booster device is the axis of symmetry of the shaft, and the axial magnetic circuit of the stator of the booster device is located inside the axial of the stator magnetic circuit of the asynchronous exciter, the axial magnetic circuit of the stator of the asynchronous exciter is placed inside the axial magnetic circuit with a multi-phase armature winding of the main generator, while the axial magnetic circuits of the rotor of the booster device, the rotor of the asynchronous exciter, and the main generator inductor are rigidly fixed on the shaft by means of a disk coaxially to each other, the axial magnetic circuit of the rotor booster device is placed inside the axial magnetic circuit of the rotor of the asynchronous exciter, the axial magnetic circuit of the rotor of the asynchronous exciter The generator is placed inside the axial magnetic circuit with a single-phase excitation winding of the main generator, while the multi-phase armature winding of the main generator is connected to the input of the automatic excitation controller, and the multi-phase stator winding of the asynchronous exciter is connected to its output with the reverse order of the phase sequence with respect to the multi-phase armature winding of the main generator, at the same time, the single-phase excitation winding of the main generator is connected to the multi-phase rotor winding of the asynchronous exciter through a multi-phase two-half-wave rectifier and the multi-phase rotor winding of the booster device, while the number of pairs of poles of the multi-phase rotor winding of the booster device is chosen so that the frequency of the EMF induced in this winding is equal to the frequency of the EMF induced in the multi-phase rotor winding of the asynchronous exciter, while the housing contains the front, middle and rear shields, the automatic excitation controller is rigidly fixed mount on the rear shield from the outside, the axial magnetic circuits of the stator of the booster device, the stator of the asynchronous exciter and the armature of the main generator are rigidly fixed on the middle shield from the side of the axial magnetic circuits of the rotor of the booster device, the rotor of the asynchronous exciter, and the main generator inductor, respectively, and on the opposite side on the shaft a three-phase axial asynchronous motor is installed, containing an axial magnetic circuit of the stator of a three-phase axial asynchronous motor rigidly fixed on the middle shield, in the grooves of which a three-phase stator winding is laid, and a rotor of a three-phase axial asynchronous motor mounted on a shaft in the second, third and fourth bearing assemblies, on which opposite the axial the magnetic circuit of the stator of a three-phase axial asynchronous motor rigidly fix the axial magnetic circuit of the rotor of a three-phase axial asynchronous motor, in the grooves of which a three-phase circuit is laid short-circuited rotor winding, and on the front shield of the housing from the outside, a differential planetary gearbox is installed, containing a cover, a carrier, a sun gear, a satellite and a ring gear, while the sun gear of the differential planetary gearbox is mated with the shaft through the first spline connection, the ring gear of the differential planetary gearbox mounted on the shaft of the sun gear in the fifth bearing assembly and docked with the rotor of a three-phase axial asynchronous motor through the second spline connection, the carrier of the differential planetary gearbox is installed in the cover in the sixth bearing assembly and, by means of the seventh bearing assembly, is mated with the satellite, while on the rear shield from the outside an autonomous voltage inverter is rigidly fixed, the input of which is connected to the linear voltage of the multi-phase armature winding of the main generator, and the output is connected to the three-phase stator winding of the three-phase about axial induction motor.
Предлагаемое изобретение, выполняя, как и прототип, функцию преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию, позволяет получить электрическую энергию переменного тока стабильной частоты.The present invention, performing, like the prototype, the function of converting the mechanical energy of rotation into electrical energy, allows you to obtain AC electrical energy of a stable frequency.
Получение электрической энергии переменного тока стабильной частоты при изменении частоты вращения приводного вала достигается путем минимизации разности между фактическим значением частоты выходного напряжения генератора и заданным при изменении частоты вращения приводного вала.Obtaining alternating current electrical energy of a stable frequency when changing the speed of the drive shaft is achieved by minimizing the difference between the actual value of the frequency of the generator output voltage and the set value when changing the speed of the drive shaft.
- 2 039681- 2 039681
Выполнение корпуса, содержащим передний, средний и задний щиты, позволяет разместить на этих щитах устройства, стабилизирующие частоту выходного напряжения при изменении частоты вращения приводного вала, а именно на переднем щите корпуса с наружной стороны устанавливают дифференциальный планетарный редуктор, содержащий крышку, водило, солнечную шестерню, сателлит и коронную шестерню, на среднем щите со стороны аксиальных магнитопроводов ротора вольтодобавочного устройства, ротора асинхронного возбудителя и индуктора основного генератора жестко закрепляют аксиальные магнитопроводы статора вольтодобавочного устройства, статора асинхронного возбудителя и якоря основного генератора соответственно, а с противоположной стороны среднего щита жестко закреплен аксиальный магнитопровод статора трехфазного аксиального асинхронного двигателя, установленного на валу, на заднем щите с наружной стороны жестко закреплен автономный инвертор напряжения и автоматический регулятор напряжения.The execution of the housing, containing the front, middle and rear shields, allows you to place devices on these shields that stabilize the frequency of the output voltage when the speed of the drive shaft changes, namely, on the front shield of the housing, a differential planetary gearbox is installed from the outside, containing a cover, carrier, sun gear , satellite and crown gear, on the middle shield from the side of the axial magnetic circuits of the booster rotor, the rotor of the asynchronous exciter and the main generator inductor, the axial magnetic circuits of the stator of the booster device, the stator of the asynchronous exciter and the armature of the main generator, respectively, are rigidly fixed, and on the opposite side of the middle shield the axial the magnetic circuit of the stator of a three-phase axial asynchronous motor mounted on a shaft, on the rear shield from the outside, an autonomous voltage inverter and an automatic voltage regulator are rigidly fixed.
Водило дифференциального планетарного редуктора, установленное в крышке в шестом подшипниковом узле и посредством седьмого подшипникового узла сопряженное с сателлитом, позволяет передавать механическую энергию вращения от приводного двигателя на вал не напрямую, а через сателлит и солнечную шестерню дифференциального планетарного редуктора, обеспечивая тем самым возможность получения электрической энергии переменного тока стабильной частоты при изменении частоты вращения приводного вала. Это достигается путем стабилизации частоты вращения вала (ротора) аксиальной многофазной двухвходовой электрической машины-генератора с помощью изменения (стабилизации) частоты вращения вала при изменении частоты вращения вала приводного двигателя и, соответственно, водила.The carrier of the differential planetary gearbox, installed in the cover in the sixth bearing assembly and coupled with the planet gear through the seventh bearing assembly, allows the mechanical energy of rotation from the drive motor to be transferred to the shaft not directly, but through the planet gear and the sun gear of the differential planetary gearbox, thereby providing the possibility of obtaining electric alternating current energy of a stable frequency when the speed of the drive shaft changes. This is achieved by stabilizing the rotational speed of the shaft (rotor) of the axial multi-phase two-input electric machine-generator by changing (stabilizing) the rotational speed of the shaft when changing the rotational speed of the drive motor shaft and, accordingly, the carrier.
Подключение входа автономного инвертора напряжения на линейное напряжение многофазной обмотки якоря основного генератора позволяет измерить разность между фактическим значением частоты выходного напряжения генератора и заданным и преобразовать её в управляющее напряжение, необходимое для управления частотой вращения вала трехфазного аксиального асинхронного двигателя с целью изменения через коронную шестерню, сателлиты и солнечную шестерню частоты вращения вала для минимизации отклонения его фактической частоты вращения от заданной и, соответственно, минимизации отклонения фактического значения частоты выходного напряжения привод-генератора от заданного.Connecting the input of an autonomous voltage inverter to the linear voltage of the multi-phase armature winding of the main generator allows you to measure the difference between the actual value of the frequency of the generator output voltage and the set value and convert it into a control voltage necessary to control the shaft speed of a three-phase axial asynchronous motor in order to change it through the crown gear, satellites and a sun gear of the shaft speed to minimize the deviation of its actual speed from the set one and, accordingly, to minimize the deviation of the actual value of the drive-generator output voltage frequency from the set one.
Подключение выхода автономного инвертора напряжения к трехфазной статорной обмотке, уложенной в пазы аксиального магнитопровода статора трехфазного аксиального асинхронного двигателя, позволяет обеспечить в ней необходимую величину электрических токов, создающих соответствующее вращающееся магнитное поле, пересекающее витки трехфазной короткозамкнутой роторной обмотки, уложенной в пазы аксиального магнитопровода ротора трехфазного аксиального асинхронного двигателя, установленного напротив аксиального магнитопровода статора на валу во втором, третьем и четвертом подшипниковых узлах. Это поле создает в трехфазной короткозамкнутой роторной обмотке электрические токи, которые взаимодействуют с вращающимся магнитным полем, в результате чего возникает вращающий момент, вращающий ротор в направлении и с частотой, необходимыми для минимизации отклонения фактической частоты вращения вала от заданной.Connecting the output of an autonomous voltage inverter to a three-phase stator winding, laid in the grooves of the axial magnetic circuit of the stator of a three-phase axial asynchronous motor, allows you to provide it with the necessary amount of electric currents that create a corresponding rotating magnetic field that crosses the turns of a three-phase short-circuited rotor winding, laid in the grooves of the axial magnetic circuit of the three-phase rotor axial asynchronous motor mounted opposite the axial magnetic circuit of the stator on the shaft in the second, third and fourth bearing units. This field creates electric currents in the three-phase short-circuited rotor winding, which interact with the rotating magnetic field, resulting in a torque that rotates the rotor in the direction and at the frequency necessary to minimize the deviation of the actual shaft speed from the set one.
Установка коронной шестерни дифференциального планетарного редуктора на валу солнечной шестерни в пятом подшипниковом узле, состыковка ее с ротором трехфазного аксиального асинхронного двигателя посредством второго шлицевого соединения позволяет передать посредством второго шлицевого соединения соответствующее по направлению и частоте вращение от ротора трехфазного аксиального асинхронного двигателя через сателлиты на солнечную шестерню дифференциального планетарного редуктора, состыкованную с валом посредством первого шлицевого соединения, благодаря чему возникает возможность стабилизировать частоту вращения вала, а соответственно частоту выходного напряжения.Installing the ring gear of the differential planetary gearbox on the sun gear shaft in the fifth bearing unit, docking it with the rotor of the three-phase axial asynchronous motor through the second spline connection allows you to transfer through the second spline connection the rotation corresponding in direction and frequency from the rotor of the three-phase axial asynchronous motor through satellites to the sun gear differential planetary gearbox, docked with the shaft by means of the first spline connection, which makes it possible to stabilize the shaft speed, and, accordingly, the frequency of the output voltage.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого аксиального дифференциального приводгенератора в разрезе, на фиг. 2 - его электрическая схема, на фиг. 3 - кинематическая схема дифференциального планетарного редуктора, сочлененного с ротором трехфазного аксиального асинхронного двигателя.In FIG. 1 shows a general view of the proposed axial differential drive generator in section, in Fig. 2 - its electrical circuit, in Fig. 3 is a kinematic diagram of a differential planetary gearbox coupled to the rotor of a three-phase axial induction motor.
Аксиальный дифференциальный привод-генератор (фиг. 1) содержит корпус, автоматический регулятор возбуждения 38 и установленные на одном валу 36, закрепленном в корпусе в первом 37 и втором 41 подшипниковых узлах, основной генератор, асинхронный возбудитель и вольтодобавочное устройство.The axial differential drive-generator (Fig. 1) contains a housing, an automatic excitation controller 38 and mounted on one shaft 36 fixed in the housing in the first 37 and second 41 bearing assemblies, the main generator, an asynchronous exciter and a booster device.
Основной генератор состоит из аксиального магнитопровода 23 индуктора основного генератора, в пазы которого уложена однофазная обмотка 22 возбуждения основного генератора, и аксиального магнитопровода 20 с многофазной обмоткой 21 якоря основного генератора.The main generator consists of an axial magnetic circuit 23 of the main generator inductor, in the grooves of which a single-phase excitation winding 22 of the main generator is laid, and an axial magnetic circuit 20 with a multi-phase winding 21 of the main generator armature.
Асинхронный возбудитель состоит из аксиального магнитопровода 28 статора, в пазы которого уложена многофазная статорная обмотка 29 асинхронного возбудителя, и аксиального магнитопровода 27 ротора, в пазы которого уложена многофазная роторная обмотка 26 асинхронного возбудителя.The asynchronous exciter consists of an axial magnetic circuit 28 of the stator, in the grooves of which a multi-phase stator winding 29 of the asynchronous exciter is laid, and an axial magnetic circuit 27 of the rotor, in the grooves of which the multi-phase rotor winding 26 of the asynchronous exciter is laid.
- 3 039681- 3 039681
Вольтодобавочное устройство состоит из аксиального магнитопровода 34 ротора, в пазы которого уложена многофазная роторная обмотка 31, и аксиального магнитопровода 35 статора, в пазы которого уложена однофазная статорная обмотка 32, выполненная с возможностью подключения к внешнему источнику напряжения постоянного тока.The booster device consists of an axial magnetic circuit 34 of the rotor, in the grooves of which a multi-phase rotor winding 31 is laid, and an axial magnetic circuit 35 of the stator, in the grooves of which a single-phase stator winding 32 is laid, configured to be connected to an external DC voltage source.
Осью симметрии аксиальных магнитопроводов основного генератора, асинхронного возбудителя и вольтодобавочного устройства является ось симметрии вала 36.The axis of symmetry of the axial magnetic circuits of the main generator, asynchronous exciter and booster device is the axis of symmetry of the shaft 36.
Аксиальный магнитопровод 35 статора вольтодобавочного устройства размещен внутри аксиального магнитопровода 28 статора асинхронного возбудителя, аксиальный магнитопровода 28 статора асинхронного возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода 20 с многофазной обмоткой 21 якоря основного генератора.The axial magnetic circuit 35 of the stator of the booster device is placed inside the axial magnetic circuit 28 of the stator of the asynchronous exciter, the axial magnetic circuit 28 of the stator of the asynchronous exciter is placed inside the axial magnetic circuit 20 with a multi-phase winding 21 of the armature of the main generator.
Аксиальные магнитопроводы ротора вольтодобавочного устройства 34, ротора асинхронного возбудителя 27 и индуктора основного генератора 22 жестко закреплены на валу 36 посредством диска 25 соосно друг другу.The axial magnetic circuits of the rotor of the booster device 34, the rotor of the asynchronous exciter 27 and the inductor of the main generator 22 are rigidly fixed on the shaft 36 by means of the disk 25 coaxially to each other.
Аксиальный магнитопровод 34 ротора вольтодобавочного устройства размещен внутри аксиального магнитопровода 27 ротора асинхронного возбудителя, аксиальный магнитопровод 27 ротора асинхронного возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода 23 с однофазной обмоткой 22 возбуждения основного генератора.The axial magnetic circuit 34 of the booster rotor is placed inside the axial magnetic circuit 27 of the asynchronous exciter rotor, the axial magnetic circuit 27 of the asynchronous exciter rotor is placed inside the axial magnetic circuit 23 with a single-phase excitation winding 22 of the main generator.
Ко входу автоматического регулятора возбуждения 38 подключена многофазная обмотка 21 якоря основного генератора, а к его выходу с обратным по отношению к многофазной обмотке 21 якоря основного генератора порядком чередования фаз подключена многофазная статорная обмотка 29 асинхронного возбудителя.A multi-phase winding 21 of the armature of the main generator is connected to the input of the automatic excitation controller 38, and a multi-phase stator winding 29 of the asynchronous exciter is connected to its output with the reverse order of the phase sequence with respect to the multi-phase winding 21 of the armature of the main generator.
Однофазная обмотка 22 возбуждения основного генератора через многофазный двухполупериодный выпрямитель 30 и многофазную роторную обмотку 31 вольтодобавочного устройства подключена к многофазной роторной обмотке 26 асинхронного возбудителя, при этом число пар полюсов многофазной роторной обмотки 31 вольтодобавочного устройства выбрано таким образом, чтобы частота ЭДС, индуктируемой в этой обмотке, была равна частоте ЭДС, индуктируемой в многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя.The single-phase excitation winding 22 of the main generator through a multi-phase full-wave rectifier 30 and a multi-phase rotary winding 31 of the booster device is connected to the multi-phase rotor winding 26 of the asynchronous exciter, while the number of pairs of poles of the multi-phase rotor winding 31 of the booster device is selected so that the frequency of the EMF induced in this winding , was equal to the frequency of the EMF induced in the multiphase rotor winding of the asynchronous exciter.
Корпус содержит передний 14, средний 19 и задний 24 щиты. Автоматический регулятор возбуждения 38 жестко закреплен на заднем щите 24 с наружной стороны. Аксиальные магнитопроводы статора вольтодобавочного устройства 35 статора асинхронного возбудителя 28 и якоря основного генератора 20 жестко закреплены на среднем щите 19 со стороны аксиальных магнитопроводов ротора вольтодобавочного устройства, ротора асинхронного возбудителя, и индуктора основного генератора соответственно. С противоположной стороны на валу 36 установлен трехфазный аксиальный асинхронный двигатель 39, содержащий жестко закрепленный на среднем щите 19 аксиальный магнитопровод 18 статора трехфазного аксиального асинхронного двигателя, в пазы которого уложена трехфазная статорная обмотка 17, и установленный на валу 36 во втором 41, третьем 40 и четвертом 8 подшипниковых узлах ротор 13 трехфазного аксиального асинхронного двигателя, на котором напротив аксиального магнитопровода 18 статора трехфазного аксиального асинхронного двигателя 39 жестко закреплен аксиальный магнитопровод 15 ротора трехфазного аксиального асинхронного двигателя, в пазы которого уложена трехфазная короткозамкнутая роторная обмотка 16. На переднем щите 14 корпуса с наружной стороны установлен дифференциальный планетарный редуктор 1, содержащий крышку 10, водило 7, солнечную шестерню 9, сателлит 11 и коронную шестерню 12.The body contains front 14, middle 19 and rear 24 shields. The automatic excitation controller 38 is rigidly fixed to the rear shield 24 from the outside. The axial magnetic circuits of the stator of the booster device 35 of the stator of the asynchronous exciter 28 and the armature of the main generator 20 are rigidly fixed on the middle shield 19 from the side of the axial magnetic circuits of the rotor of the booster device, the rotor of the asynchronous exciter, and the main generator inductor, respectively. On the opposite side, a three-phase axial asynchronous motor 39 is installed on the shaft 36, containing an axial magnetic circuit 18 of the stator of the three-phase axial asynchronous motor, rigidly fixed on the middle shield 19, in the grooves of which the three-phase stator winding 17 is laid, and installed on the shaft 36 in the second 41, third 40 and the fourth 8 bearing assemblies are the rotor 13 of the three-phase axial asynchronous motor, on which, opposite the axial magnetic circuit 18 of the stator of the three-phase axial asynchronous motor 39, the axial magnetic circuit 15 of the rotor of the three-phase axial induction motor is rigidly fixed, in the grooves of which the three-phase short-circuited rotor winding 16 is laid. On the front shield 14 of the housing with On the outer side, a differential planetary gear 1 is installed, containing a cover 10, a carrier 7, a sun gear 9, a satellite 11 and a ring gear 12.
Солнечная шестерня 9 дифференциального планетарного редуктора 1 состыкована с валом 36 посредством первого шлицевого соединения 4.The sun gear 9 of the differential planetary gear 1 is connected to the shaft 36 by means of the first spline connection 4.
Коронная шестерня 12 дифференциального планетарного редуктора 1 установлена на валу солнечной шестерни 9 в пятом подшипниковом узле 5 и состыкована с ротором 13 трехфазного аксиального асинхронного двигателя 39 посредством второго шлицевого соединения 3.The ring gear 12 of the differential planetary gear 1 is mounted on the shaft of the sun gear 9 in the fifth bearing assembly 5 and is connected to the rotor 13 of the three-phase axial induction motor 39 by means of the second spline connection 3.
Водило 7 дифференциального планетарного редуктора 1 (фиг. 1, 2) установлено в крышке 10 в шестом подшипниковом узле 6 и посредством седьмого подшипникового узла 2 сопряжено с сателлитом 11.The carrier 7 of the differential planetary gear 1 (Fig. 1, 2) is installed in the cover 10 in the sixth bearing assembly 6 and is connected to the satellite 11 by means of the seventh bearing assembly 2.
На заднем щите 24 с наружной стороны жестко закреплен автономный инвертор напряжения 33 (фиг. 1, 2), вход которого подключен на линейное напряжение многофазной обмотки 21 якоря основного генератора, а выход соединен с трехфазной статорной обмоткой 17 трехфазного аксиального асинхронного двигателя.An autonomous voltage inverter 33 (Fig. 1, 2) is rigidly fixed on the rear shield 24 from the outside, the input of which is connected to the linear voltage of the multi-phase winding 21 of the armature of the main generator, and the output is connected to the three-phase stator winding 17 of the three-phase axial asynchronous motor.
Аксиальный дифференциальный привод-генератор работает следующим образом.Axial differential drive-generator works as follows.
Механическая энергия вращения поступает в привод-генератор от внешнего источника на вал 36, закрепленный в корпусе в первом 37 и втором 41 подшипниковых узлах, через водило 7 установленного на переднем щите 14 корпуса с наружной стороны дифференциального планетарного редуктора 1, установленное в крышке 10 в шестом подшипниковом узле 6 и сопряженное посредством седьмого подшипникового узла 2 с сателлитом 11.The mechanical energy of rotation enters the drive-generator from an external source on the shaft 36, fixed in the housing in the first 37 and second 41 bearing assemblies, through the carrier 7 installed on the front shield 14 of the housing from the outside of the differential planetary gear 1, installed in the cover 10 in the sixth bearing assembly 6 and coupled by means of the seventh bearing assembly 2 with satellite 11.
Водило 7 через солнечную шестерню 9 дифференциального планетарного редуктора 1, которая состыкована с валом 36 посредством первого шлицевого соединения 4, приводит вал 36 во вращение.Drove 7 through the sun gear 9 of the differential planetary gear 1, which is docked with the shaft 36 through the first spline connection 4, causes the shaft 36 to rotate.
При вращении вала 36 в начальный момент времени магнитный поток, создаваемый постояннымWhen the shaft 36 rotates at the initial moment of time, the magnetic flux created by the constant
- 4 039681 током однофазной статорной обмотки 32 вольтодобавочного устройства, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 35 статора вольтодобавочного устройства, на которую подается напряжение постоянного тока от внешнего источника, наводит ЭДС в многофазной роторной обмотке 31 вольтодобавочного устройства, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 34 ротора вольтодобавочного устройства. Эта ЭДС выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 30 и подается на однофазную обмотку 22 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы аксиального магнитопровода 23 индуктора основного генератора. Под действием выпрямленной ЭДС по однофазной обмотке 22 возбуждения основного генератора протекает электрический ток, который создаёт магнитный поток.- 4 039681 current of the single-phase stator winding 32 of the booster device, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 35 of the stator of the booster device, which is supplied with DC voltage from an external source, induces EMF in the multi-phase rotor winding 31 of the booster device, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 34 of the rotor of the booster device . This EMF is rectified by a multi-phase full-wave rectifier 30 and is fed to a single-phase excitation winding 22 of the main generator, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 23 of the main generator inductor. Under the action of a rectified EMF, an electric current flows through the single-phase excitation winding 22 of the main generator, which creates a magnetic flux.
Магнитный поток однофазной обмотки 22 возбуждения основного генератора взаимодействует с многофазной обмоткой 21 якоря основного генератора, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 20, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая через автоматический регулятор возбуждения (АРВ) 38, жестко закрепленный на заднем щите 24 с наружной стороны, подается на многофазную статорную обмотку 29 асинхронного возбудителя, уложенную в пазы аксиального магнитопровода 28 статора асинхронного возбудителя. Под действием этой многофазной ЭДС по многофазной статорной обмотке 29 асинхронного возбудителя протекает электрический ток, который создает вращающееся магнитное поле. Так как многофазная статорная обмотка 29 асинхронного возбудителя подключена через автоматический регулятор возбуждения 38 к многофазной обмотке 21 якоря основного генератора с обратным по отношению к ней чередованием фаз, то магнитное поле, создаваемое током, протекающим по многофазной статорной обмотке 29 асинхронного возбудителя, и многофазная роторная обмотка 26 асинхронного возбудителя, уложенная в пазы аксиального магнитопровода 27 ротора асинхронного возбудителя, вращаются в разные стороны. Асинхронный возбудитель работает в режиме асинхронного преобразователя частоты со скольжением, большим единицы. Вращающееся магнитное поле многофазной статорной обмотки 29 асинхронного возбудителя взаимодействует с многофазной роторной обмоткой 26, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 27 ротора асинхронного возбудителя, жестко закрепленного на валу 36 посредством диска 25 соосно с аксиальным магнитопроводом 23 индуктора основного генератора, и наводит в ней многофазную систему ЭДС повышенной частоты. Эта ЭДС суммируется с ЭДС многофазной роторной обмотки 31 вольтодобавочного устройства, уложенной в пазы аксиального магнитопровода ротора 34 вольтодобавочного устройства. Суммарная ЭДС выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 30 и подается на однофазную обмотку 21 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы аксиального магнитопровода 20 индуктора основного генератора. Под действием этой суммарной выпрямленной ЭДС по однофазной обмотке 22 возбуждения основного генератора протекает электрический ток, который создаёт магнитный поток.The magnetic flux of the single-phase winding 22 of the excitation of the main generator interacts with the multi-phase winding 21 of the armature of the main generator, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 20, and induces a multi-phase EMF system in it, which, through an automatic excitation controller (ARC) 38, rigidly fixed on the rear shield 24 from the outside hand, is fed to the multi-phase stator winding 29 of the asynchronous exciter, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 28 of the stator of the asynchronous exciter. Under the action of this multi-phase EMF, an electric current flows through the multi-phase stator winding 29 of the asynchronous exciter, which creates a rotating magnetic field. Since the multi-phase stator winding 29 of the asynchronous exciter is connected through an automatic excitation controller 38 to the multi-phase winding 21 of the armature of the main generator with the phase sequence reversed with respect to it, the magnetic field created by the current flowing through the multi-phase stator winding 29 of the asynchronous exciter and the multi-phase rotor winding 26 asynchronous exciter, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 27 of the rotor of the asynchronous exciter, rotate in different directions. The asynchronous exciter operates in the mode of an asynchronous frequency converter with a slip greater than one. The rotating magnetic field of the multi-phase stator winding 29 of the asynchronous exciter interacts with the multi-phase rotor winding 26, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 27 of the rotor of the asynchronous exciter, rigidly fixed on the shaft 36 by means of a disk 25 coaxially with the axial magnetic circuit 23 of the main generator inductor, and induces a multi-phase EMF system in it increased frequency. This EMF is added to the EMF of the multi-phase rotor winding 31 of the booster device, laid in the grooves of the axial magnetic circuit of the rotor 34 of the booster device. The total EMF is rectified by a multi-phase full-wave rectifier 30 and is fed to a single-phase excitation winding 21 of the main generator, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 20 of the main generator inductor. Under the action of this total rectified EMF, an electric current flows through the single-phase excitation winding 22 of the main generator, which creates a magnetic flux.
Магнитный поток однофазной обмотки 22 возбуждения основного генератора взаимодействует с многофазной обмоткой 21 якоря основного генератора, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 20, и индуктирует в ней многофазную систему ЭДС, которая через автоматический регулятор возбуждения 38 подается на многофазную статорную обмотку 29 асинхронного возбудителя, при этом по ней протекает электрический ток, который создает вращающееся магнитное поле. Процесс возбуждения основного генератора продолжается до тех пор, пока напряжение многофазной об мотки 21 якоря основного генератора, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 22, не станет равным номинальному значению. После этого многофазная обмотка 21 якоря основного генератора, уложенная в пазы аксиального магнитопровода 22, подключается к внешней сети.The magnetic flux of the single-phase excitation winding 22 of the main generator interacts with the multi-phase winding 21 of the armature of the main generator, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 20, and induces a multi-phase EMF system in it, which is fed through the automatic excitation controller 38 to the multi-phase stator winding 29 of the asynchronous exciter, while an electric current flows through it, which creates a rotating magnetic field. The excitation process of the main generator continues until the voltage of the multi-phase winding 21 of the armature of the main generator, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 22, becomes equal to the nominal value. After that, the multi-phase winding 21 of the armature of the main generator, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 22, is connected to the external network.
Вращение коронной шестерни 12 дифференциального планетарного редуктора 1 осуществляется установленным на валу 36 во втором 41, третьем 40 и четвертом 8 подшипниковых узлах ротором 13 трехфазного аксиального асинхронного двигателя 39, с которым она состыкована посредством второго шлицевого соединения 3.The rotation of the crown gear 12 of the differential planetary gear 1 is carried out by the rotor 13 of the three-phase axial induction motor 39 installed on the shaft 36 in the second 41, third 40 and fourth 8 bearing assemblies, with which it is docked through the second spline connection 3.
Стабилизация величины U 9Ф выходного напряжения (фиг. 2) осуществляется следующим образом.Stabilization of the value of U 9F output voltage (Fig. 2) is carried out as follows.
Выходное напряжение U 9Ф снимается с многофазной обмотки 21 якоря основного генератора и подается в сеть и на вход автоматического регулятора вобуждения 38. С выхода автоматического регулятора вобуждения 38 выходное напряжение U 9Ф подается на многофазную статорную обмотку 29 асинхронного возбудителя. При изменении выходного напряжения U 9Ф по величине изменяется величина выходного напряжения автоматического регулятора вобуждения 38 и соответственно величина электрического тока, протекающего в многофазной статорной обмотке 29 асинхронного возбудителя. Соответсвенно изменяется создаваемый этим электрическим током магнитный поток, который взаимодействует с многофазной роторной обмоткой 26 асинхронного возбудителя. Вследствие этого наводимая этим магнитным потоком в многофазной роторной обмотке 26 асинхронного возбудителя ЭДС изменяется. Эта ЭДС выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 30 и подается на однофазную обмотку возбуждения 22 основного генератора. Величина постоянного тока, протекающего в однофазной обмотке возбуждения 22 основного генератора изменяется, вызывая изменение индуктируемого этим током магнитного потока возбуждения основного генератора и, соответственно, изменение наводимого этим магнитным потоком ЭДС в многофазной обмотке 21 якоря основного генератора. Выходное напряжение U 9Ф, снимаемое с многофазной обмотки 21 якоря основного генератора, становится равным заданному.The output voltage U 9F is removed from the multi-phase winding 21 of the armature of the main generator and is fed to the network and to the input of the automatic excitation controller 38. From the output of the automatic excitation controller 38, the output voltage U 9F is supplied to the multi-phase stator winding 29 of the asynchronous exciter. When the output voltage U 9F changes in magnitude, the value of the output voltage of the automatic excitation controller 38 and, accordingly, the value of the electric current flowing in the multi-phase stator winding 29 of the asynchronous exciter. Accordingly, the magnetic flux created by this electric current, which interacts with the multi-phase rotor winding 26 of the asynchronous exciter, changes. As a result, the EMF induced by this magnetic flux in the multi-phase rotor winding 26 of the asynchronous exciter changes. This EMF is rectified by a multi-phase full-wave rectifier 30 and fed to a single-phase excitation winding 22 of the main generator. The magnitude of the direct current flowing in the single-phase excitation winding 22 of the main generator changes, causing a change in the main generator excitation magnetic flux induced by this current and, accordingly, a change in the EMF induced by this magnetic flux in the multi-phase winding 21 of the main generator armature. The output voltage U 9F removed from the multi-phase winding 21 of the armature of the main generator becomes equal to the specified.
Стабилизация частоты f1 выходного напряжения U 9Ф (фиг. 2, 3) осуществляется следующим обраStabilization of the frequency f1 of the output voltage U 9F (Fig. 2, 3) is carried out as follows
- 5 039681 зом.- 5 039681 zm.
При изменении частоты вращения ωΒ водила 7 дифференциального планетарного редуктора 1 изменяется частота вращения вала 36 с установленным на нем аксиальными магнитопроводом 23 индуктора основного генератора с однофазной обмоткой 22 возбуждения основного генератора. Вследствие этого частота ЭДС, наводимой в многофазной обмотке 21 якоря основного генератора, а соответственно, и частота f1 выходного напряжения U 9Ф изменяется.When changing the speed ω Β carrier 7 differential planetary gear 1 changes the speed of the shaft 36 installed on it axial magnetic circuit 23 of the main generator inductor with a single-phase winding 22 excitation of the main generator. As a result, the frequency of the EMF induced in the multi-phase winding 21 of the armature of the main generator, and accordingly, the frequency f1 of the output voltage U 9F changes.
Линейное напряжение многофазной обмотки 21 якоря основного генератора подается на вход инвертора напряжения 33 (ИН). В инверторе напряжения 33 осуществляется сравнение фактического значения частоты выходного напряжения с заданным. На выходе инвертора напряжения 33 формируется сигнал управления (напряжение U ад заданной частоты f2, величина которого для получения высоких энергетических показателей трехфазного асинхронного двигателя 39 изменяется в соответствии с законом регулирования U аg/f2=const. (A.B. Иванов-Смоленский, Электрические машины, т. 1, Машины переменного тока, Москва. Издательский дом МЭИ, 2006, с. 575). Это напряжение с выхода инвертора напряжения 33 поступает на трехфазную статорную обмотку 17, уложенную в пазы жестко закрепленного на среднем щите 19 аксиального магнитопровода 18 трехфазного аксиального асинхронного двигателя 39.The linear voltage of the polyphase winding 21 of the armature of the main generator is fed to the input of the voltage inverter 33 (IN). The voltage inverter 33 compares the actual value of the frequency of the output voltage with a given one. At the output of the voltage inverter 33, a control signal is generated (voltage U hell of a given frequency f 2 , the value of which, in order to obtain high energy performance of a three-phase asynchronous motor 39, changes in accordance with the control law U ag /f 2 =const. (AB Ivanov-Smolensky, Electric Machines , vol. 1, AC Machines, Moscow, MPEI Publishing House, 2006, p. 575) This voltage from the output of the voltage inverter 33 is supplied to the three-phase stator winding 17, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 18 rigidly fixed on the middle shield 19 asynchronous motor 39.
Частота f2 и величина напряжения U ад, приложенного к трехфазной статорной обмотке 17 трехфазного аксиального асинхронного двигателя 39, изменяются.The frequency f 2 and the magnitude of the voltage U ad applied to the three-phase stator winding 17 of the three-phase axial induction motor 39, change.
Под действием напряжения U ААд в трехфазной статорной обмотке 17 протекают электрические токи, которые создают вращающееся магнитное поле, пронизывающее витки трехфазной короткозамкнутой роторной обмотки 16, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 15 ротора трехфазного аксиального асинхронного двигателя 39. Под действием этого магнитного поля в трехфазной короткозамкнутой роторной обмотке 16 индуктируется ЭДС, под действием которой в трехфазной короткозамкнутой роторной обмотке 16 протекают электрические токи. Взаимодействие этих токов с вращающимся магнитным полем, созданным электрическими токами, протекающими в трехфазной статорной обмотке 17, вызывает возникновение вращающего электромагнитного момента, под действием которого ротор 13 трехфазного аксиального асинхронного двигателя 39, приходит во вращении. Направление и частота вращения ротора 13 зависят от частоты f2 и величины напряжения U Ад, приложенного к трехфазной статорной обмотке 17 трехфазного аксиального асинхронного двигателя 39, таким образом, что частота вращения ωаg ротора 13 трехфазного аксиального асинхронного двигателя 39 изменяется в сторону уменьшения или увеличения в зависимости от характера изменения частоты вращения вала 36.Under the influence of voltage U AA d in the three-phase stator winding 17, electric currents flow, which create a rotating magnetic field penetrating the turns of the three-phase short-circuited rotor winding 16, laid in the grooves of the axial magnetic circuit 15 of the rotor of the three-phase axial induction motor 39. Under the action of this magnetic field in a three-phase short-circuited EMF is induced in the rotor winding 16, under the action of which electric currents flow in the three-phase short-circuited rotor winding 16. The interaction of these currents with a rotating magnetic field created by electric currents flowing in the three-phase stator winding 17 causes the occurrence of a rotating electromagnetic moment, under the influence of which the rotor 13 of the three-phase axial induction motor 39 comes into rotation. The direction and speed of the rotor 13 depend on the frequency f 2 and the magnitude of the voltage U Ad applied to the three-phase stator winding 17 of the three-phase axial induction motor 39, so that the rotational speed ω ag of the rotor 13 of the three-phase axial induction motor 39 changes in the direction of decreasing or increasing depending on the nature of the change in the frequency of rotation of the shaft 36.
Изменение частоты вращения ротора 13 трехфазного аксиального асинхронного двигателя 39 приводит к изменению частоты вращения связанной с ним посредством второго шлицевого соединения 3 коронной шестерни 12 (фиг. 1, 3) дифференциального планетарного редуктора 1. Вследствие этого изменится частота вращения солнечной шестерни 9 (фиг. 1), установленной на валу 36 в пятом подшипниковом узле 5, и, соответственно, изменится до заданного значения частота вращения связанного с ней посредством второго шлицевого соединения 3 вала 36. Значение частоты f1 выходного напряжения U 9Ф становится равным заданному.Changing the speed of the rotor 13 of the three-phase axial asynchronous motor 39 leads to a change in the speed of the differential planetary gear 1 associated with it through the second spline connection 3 (Fig. 1, 3). As a result, the rotational speed of the sun gear 9 (Fig. 1) will change. ) mounted on the shaft 36 in the fifth bearing assembly 5, and, accordingly, the speed of the shaft 36 connected to it through the second spline connection 3 will change to the set value. The value of the frequency f1 of the output voltage U 9F becomes equal to the set value.
Таким образом, трехфазный аксиальный асинхронный двигатель 39 осуществляет докрутку вала 36 с установленными на нем элементами магнитной системы привод-генератора (аксиальных магнитопроводов асинхронного возбудителя, вольтодобавочного устройства и основного генератора с уложенными в их пазы соответствующими обмоткам) при уменьшении частоты f1 выходного напряжения U 9Ф или его торможение при увеличении частоты f1.Thus, the three-phase axial asynchronous motor 39 spins the shaft 36 with the elements of the magnetic system of the drive-generator installed on it (axial magnetic circuits of the asynchronous exciter, booster and main generator with the corresponding windings laid in their grooves) with a decrease in the frequency f1 of the output voltage U 9F or its deceleration with increasing frequency f1.
Достоинствами предлагаемого аксиального дифференциального привод-генератора перед известным электромашинным агрегатом получения постоянной частоты, принятым за аналог, является плавное регулирование частоты во всем диапазоне регулирования и работа асинхронного двигателя без превышения допустимой мощности потерь за счет использования частотного регулирования его частоты вращения, которое обеспечивает минимальное скольжение. В то время как в электромашинном агрегате, принятым за аналог, для увеличения частоты вращения магнитного поля генератора и снижения при этом скольжения асинхронной машины производится переключение числа ее пар полюсов и ступенчатое увеличение частоты.The advantages of the proposed axial differential drive-generator over the known electric machine unit for obtaining a constant frequency, taken as an analog, is the smooth frequency control over the entire control range and the operation of the asynchronous motor without exceeding the allowable power losses due to the use of frequency control of its speed, which provides minimal slip. While in the electric machine, taken as an analog, to increase the frequency of rotation of the magnetic field of the generator and at the same time reduce the slip of the asynchronous machine, the number of its pole pairs is switched and the frequency is increased stepwise.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202000308A EA039681B1 (en) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | Axial differential generator drive |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202000308A EA039681B1 (en) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | Axial differential generator drive |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA202000308A1 EA202000308A1 (en) | 2022-02-24 |
| EA039681B1 true EA039681B1 (en) | 2022-02-25 |
Family
ID=80631351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA202000308A EA039681B1 (en) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | Axial differential generator drive |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA039681B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6023152A (en) * | 1997-04-14 | 2000-02-08 | Piller-Gmbh | System for stabilizing a power supply system |
| US6897581B2 (en) * | 2002-10-04 | 2005-05-24 | Honeywell International Inc. | High speed generator with the main rotor housed inside the shaft |
| RU2589730C1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Three-input axial generator plant |
| RU2623214C1 (en) * | 2016-07-13 | 2017-06-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Axial polyphase two-inlet contactless electrical machine-generator |
| RU2633359C1 (en) * | 2017-01-11 | 2017-10-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Stabilized three-input axial generator plant |
-
2020
- 2020-08-11 EA EA202000308A patent/EA039681B1/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6023152A (en) * | 1997-04-14 | 2000-02-08 | Piller-Gmbh | System for stabilizing a power supply system |
| US6897581B2 (en) * | 2002-10-04 | 2005-05-24 | Honeywell International Inc. | High speed generator with the main rotor housed inside the shaft |
| RU2589730C1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Three-input axial generator plant |
| RU2623214C1 (en) * | 2016-07-13 | 2017-06-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Axial polyphase two-inlet contactless electrical machine-generator |
| RU2633359C1 (en) * | 2017-01-11 | 2017-10-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Stabilized three-input axial generator plant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA202000308A1 (en) | 2022-02-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7134180B2 (en) | Method for providing slip energy control in permanent magnet electrical machines | |
| US4625160A (en) | Variable speed constant frequency generating system | |
| US5955809A (en) | Permanent magnet generator with auxiliary winding | |
| US9397543B2 (en) | Electrical machine | |
| US6380655B1 (en) | Variable-speed electromechanical energy converter | |
| US8076814B2 (en) | Brushless high-frequency alternator and excitation method for DC, single-phase and multi-phase AC power-frequency generation | |
| KR100752802B1 (en) | A synchronous machine with rotating brushes | |
| EP3346590B1 (en) | Double stator permanent magnet machine with magnetic flux regulation | |
| JPS59129558A (en) | Variable speed rotary electric machine | |
| EP2209188A2 (en) | Multi-rotor electric machine | |
| US20080157622A1 (en) | Fault-tolerant permanent magnet machine | |
| JP2569360B2 (en) | Generator | |
| US9300194B2 (en) | Electromagnetic device | |
| US20050099083A1 (en) | Simplified hybrid-secondary uncluttered machine and method | |
| KR101694099B1 (en) | Complex Generator | |
| RU2390086C1 (en) | Contactless reductor electric machine with combined excitation | |
| RU2302692C1 (en) | Electromechanical converter | |
| EA039681B1 (en) | Axial differential generator drive | |
| JP2010516224A (en) | Multi-phase drive or generator machine | |
| RU2688923C1 (en) | Axial multiphase two-input electric machine-generator | |
| RU2781082C1 (en) | Axial frequency converter | |
| JPS62268390A (en) | Variable speed induction motor | |
| SU1661932A1 (en) | Electric machine converter | |
| US20220311369A1 (en) | Multi-phase control of an electric machine | |
| RU2437198C1 (en) | Electric reduction machine with axial excitation |