RU2102828C1

RU2102828C1 - Method and device for converting high- frequency electric generator into low- frequency generator

Info

Publication number: RU2102828C1
Application number: RU95101894A
Authority: RU
Inventors: М.-Р.С. Гамидов; Г.С. Гамидов; Б.И. Рамазанов
Original assignee: Гамидов Магомед-Риза Салихович
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1995-02-07
Publication date: 1998-01-20
Also published as: RU95101894A

Abstract

FIELD: electric engineering, in particular, alternating voltage power supplies of multiple frequencies. SUBSTANCE: method involves alternation of number of poles of generator and switching coils in stator winding. EFFECT: possibility to generate alternating voltage of multiple frequencies by single generator. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выработки высокочастотным генератором как высокочастотного, так и низкочастотного электрического поля, в частности тока потребительской частоты 50 Гц. The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to generate a high-frequency generator of both high-frequency and low-frequency electric fields, in particular, a consumer frequency current of 50 Hz.

На практике широко применяются различные преобразователи частоты. Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является двухчастотная машина с соотношением частот 1:2, описанная в авт. св. СССР N 1453538. Эта машина содержит статор с двухполюсной и четырехполюсной многофазными обмотками и при переходе с одной частоты на другую не изменяется амплитуда электрического тока. Преобразователи подобного типа не нашли применения для силового преобразования высокочастотного электрического тока в низкочастотный, например, потребительской частоты 50 Гц. In practice, various frequency converters are widely used. The closest analogue to the invention is a dual-frequency machine with a frequency ratio of 1: 2, described in ed. St. USSR N 1453538. This machine contains a stator with bipolar and four-pole multiphase windings and when changing from one frequency to another, the amplitude of the electric current does not change. Converters of this type have not found application for the power conversion of high-frequency electric current to low-frequency, for example, consumer frequency of 50 Hz.

Целью изобретения является получение низкочастотного электрического тока повышенной амплитуды путем преобразования высокочастотного генератора. The aim of the invention is to obtain a low-frequency electric current of increased amplitude by converting a high-frequency generator.

Поставленная цель достигается тем, что при предлагаемом способе в высокочастотном генераторе осуществляются уменьшение числа пар полюсов ротора, задержка электрических колебаний, вырабатываемых в каждой отдельной катушке (секции) данной фазы обмотки статора, и сложение этих колебаний на выходе данной группы катушек, что позволяет получить на выходе этой группы катушек одно результирующее колебание суммарной амплитуды. При этом изменение числа пар полюсов ротора, количество групп катушек, на которые разбивается обмотка данной фазы статора, и число катушек в группе определяются параметрами высокочастотного генератора и частотой низкочастотного тока, который необходимо получить. Увеличение или уменьшение числа пар полюсов ротора можно достичь одним из известных способов, в частности путем изменения (переключения) схемы соединения обмоток возбуждения соответствующих полюсов ротора используемого генератора. This goal is achieved by the fact that with the proposed method in a high-frequency generator, the number of pairs of rotor poles is reduced, the electric oscillations generated in each individual coil (section) of this phase of the stator winding are delayed, and these oscillations are added at the output of this group of coils, which makes it possible to obtain the output of this group of coils is one resultant oscillation of the total amplitude. In this case, the change in the number of pairs of rotor poles, the number of groups of coils into which the winding of this phase of the stator is divided, and the number of coils in the group are determined by the parameters of the high-frequency generator and the frequency of the low-frequency current that must be obtained. An increase or decrease in the number of pairs of rotor poles can be achieved by one of the known methods, in particular by changing (switching) the connection circuit of the field windings of the corresponding rotor poles of the generator used.

Задержка электрических колебаний осуществляется следующим образом. Внутри группы последовательные соединения катушек данной фазы обмотки статора разъединяют и к образовавшимся отдельным катушкам подсоединяются линии задержки электрических колебаний. При этом, например, если используется трехфазный генератор, фазовые обмотки которого соединены звездой, начало катушек соединяется с нулевой фазой генератора, а концы с началом линии задержек. Выходы линий задержек соединяются с точкой выходы этой группы. Выход группы соединяется с выходом данной фазы генератора. Параметры линий задержек подбираются таким образом, чтобы электрические колебания, возникающие в каждой отдельной катушке, складывались на выходе этой группы. Максимальная задержка электрических колебаний осуществляется линией задержки первой катушки данной группы (отсчет ведется по ходу вращения ротора), а минимальная линией задержки последней катушки. При этом в первой группе первой катушкой будет катушка, соединенная с нулевой фазой генератора. The delay of electrical oscillations is as follows. Within the group, the serial connections of the coils of this phase of the stator winding are disconnected and the delay lines of electrical oscillations are connected to the formed separate coils. In this case, for example, if a three-phase generator is used, the phase windings of which are connected by a star, the beginning of the coils is connected to the zero phase of the generator, and the ends with the beginning of the delay line. The outputs of the delay lines are connected to the output points of this group. The output of the group is connected to the output of this phase of the generator. The parameters of the delay lines are selected so that the electrical oscillations that occur in each individual coil are added at the output of this group. The maximum delay of electrical vibrations is carried out by the delay line of the first coil of this group (counting is carried out in the direction of rotation of the rotor), and the minimum delay line of the last coil. Moreover, in the first group, the first coil will be a coil connected to the zero phase of the generator.

Таким образом, путем задержки во времени возникающих в каждой катушке данной группы электрических колебаний с помощью линии задержки и их сложения на выходе группы мы получим на этом выходе одно результирующее колебание суммарной амплитуды, которое поступает на выход данной фазы генератора. Thus, by delaying in time the electric vibrations arising in each coil of a given group using the delay line and adding them together at the output of the group, we will obtain at this output one resultant oscillation of the total amplitude that arrives at the output of this phase of the generator.

Проведя подобные действия и для следующих групп катушек, будем иметь на выходе каждой группы одно результирующее колебание суммарной амплитуды, которое поступает на выход данной фазы генератора. То же самое проделав и для других фазовых обмоток статора, мы получим на выходе генератора низкочастотные электрические колебания. При этом амплитуда их колебаний окажется повышенной по сравнению с высокочастотными колебаниями. Having carried out similar actions for the following groups of coils, we will have at the output of each group one resulting oscillation of the total amplitude, which is fed to the output of this phase of the generator. Having done the same for the other phase stator windings, we get low-frequency electric oscillations at the generator output. Moreover, the amplitude of their oscillations will be increased compared to high-frequency oscillations.

Поставленная цель достигается также тем, что разработано устройство, которое позволяет получать как высокочастотный электрический ток, так и низкочастотный ток потребительской частоты 50 Гц, вырабатываемые высокочастотным генератором. Устройство разработано на примере сварочного генератора. В нем использован трехфазный высокочастотный сварочный генератор, который вырабатывает ток частотой 240 Гц. Скорость вращения ротора n 1800 об/мин. Фазовые обмотки статора соединены звездой и имеют по 8 катушек (секций), равномерно распределенных по периметру статора. Ротор имеет 8 пар полюсов. This goal is also achieved by the fact that a device has been developed that allows to obtain both high-frequency electric current and low-frequency current of consumer frequency 50 Hz, generated by a high-frequency generator. The device was developed using an example of a welding generator. It uses a three-phase high-frequency welding generator that generates a current frequency of 240 Hz. Rotor rotation speed n 1800 rpm. The stator phase windings are connected by a star and have 8 coils (sections) evenly distributed around the stator perimeter. The rotor has 8 pairs of poles.

Для получения электрического тока частотой 50 Гц необходимо определить требуемое число пар полюсов ротора, а также число катушек для каждой фазы обмотки статора, от которых электрические колебания задерживаются и складываются. To obtain an electric current with a frequency of 50 Hz, it is necessary to determine the required number of pairs of rotor poles, as well as the number of coils for each phase of the stator winding, from which electric oscillations are delayed and added.

Ротор генератора совершает один оборот за t 0,04 с. Период колебаний при частоте 50 Гц составит T 1/50 0,02 с. Как видим, на один оборот ротора должно приходиться два колебания электрического тока. Одно электрическое колебание должно приходиться на пол-оборота ротора, т.е. при прохождении им половины периметра статора, на котором расположены по 4 катушки каждой фазовой обмотки. Поэтому, чтобы получить от высокочастотного сварочного генератора электрический ток частотой 50 Гц, необходимо изменить число пар полюсов ротора и довести их количество до двух пар, а также осуществить задержку электрических колебаний, вырабатываемых каждой из четырех последовательно расположенных катушек соответствующих фазовых обмоток статора и суммировать эти колебания на выходе данной группы катушек. The generator rotor makes one revolution for t 0.04 s. The oscillation period at a frequency of 50 Hz is T 1/50 0.02 s. As we see, one oscillation of the rotor should account for two oscillations of the electric current. One electrical oscillation should occur per half turn of the rotor, i.e. when they pass half of the stator perimeter, on which 4 coils of each phase winding are located. Therefore, in order to obtain an electric current of 50 Hz from a high-frequency welding generator, it is necessary to change the number of pairs of rotor poles and bring their number to two pairs, as well as to delay the electrical oscillations generated by each of the four sequentially located coils of the corresponding stator phase windings and sum these oscillations at the output of this group of coils.

Изменение числа пар полюсов ротора может осуществляться различным образом. Для ротора, у которого на полюсах имеются обмотки возбуждения, изменение числа пар полюсов осуществляется изменением схемы соединения обмоток возбуждения, например, подавая напряжение на обмотки возбуждения только двух пар полюсов. Для ротора индукторного генератора изменение числа пар полюсов может осуществляться изменением числа выступающих зубцов ротора, выполнив его таким образом, чтобы зубцы имели возможность перемещаться в радиальном направлении. При этом в одном положении, когда они выступают, образуются зубцы, в другом положении, когда они утоплены, образуют поверхность паза. Оставив неподвижными два противоположно расположенных зубца и утопив остальные, получим ротор индукторного генератора, у которого две пары полюсов (фиг.1). Changing the number of pairs of rotor poles can be carried out in various ways. For a rotor that has field windings at the poles, the number of pole pairs is changed by changing the connection circuit of the field windings, for example, by supplying voltage to the field windings of only two pairs of poles. For the rotor of the inductor generator, the change in the number of pairs of poles can be carried out by changing the number of protruding teeth of the rotor, making it so that the teeth have the ability to move in the radial direction. Moreover, in one position, when they protrude, teeth are formed, in another position, when they are recessed, they form the surface of the groove. Leaving motionless two oppositely located teeth and drowning the rest, we get the rotor of the inductor generator, which has two pairs of poles (figure 1).

Подключение линий задержек электрического тока в катушки обмотки статора осуществляется следующим образом (фиг.2). Выделим первую группу четырех последовательно соединенных катушек одной фазовой обмотки. Пронумеруем их с 1 по 4 по выходу вращения ротора. При этом будем исходить из того, что начало первой катушки соединяется с нулевой фазой генератора. Оборвем связь между катушками и концы их соединим следующим образом. Начало первой катушки, как было отмечено, соединяются с нулевой фазой генератора, а его конец с контактом "1" переключателя П1. Начало второй катушки соединяется с контактом "4" переключателя П1, а его конец с контактом "1" переключателя П2. Начало третьей катушки соединяется с контактом "4" переключателя П2, а его конец с контактом "1" переключателя П3. Начало четвертой катушки соединяется с контактом "4" переключателя П3, а его конец с точкой выхода этой группы, которая в свою очередь соединяется с выходом данной фазы генератора, контакты "3" переключателей П1, П2, П3 соединяются с нулевой фазой генератора, а контакты "2" этих же переключателей подключаются к началам соответствующих линий задержек, концы которых соединяются с точкой выхода этой группы катушек. Connecting the delay lines of the electric current to the stator winding coils is as follows (figure 2). We select the first group of four series-connected coils of one phase winding. We number them from 1 to 4 at the output of the rotor rotation. In this case, we will proceed from the fact that the beginning of the first coil is connected to the zero phase of the generator. We break the connection between the coils and connect their ends as follows. The beginning of the first coil, as was noted, is connected to the zero phase of the generator, and its end is connected to pin “1” of switch P1. The beginning of the second coil is connected to pin "4" of switch P1, and its end to pin "1" of switch P2. The beginning of the third coil is connected to pin "4" of switch P2, and its end to pin "1" of switch P3. The beginning of the fourth coil is connected to pin "4" of the P3 switch, and its end to the output point of this group, which in turn is connected to the output of this phase of the generator, contacts "3" of the switches P1, P2, P3 are connected to the zero phase of the generator, and the contacts "2" of the same switches are connected to the beginning of the corresponding delay lines, the ends of which are connected to the output point of this group of coils.

У оставшихся четырех катушек данной фазы, расположенных на второй половине периметра статора, также обрабатываются связи между собой и их концы через соответствующие контакты переключателей соединяются с нулевой фазой генератора и через соответствующие линии задержки с выходом данной группы, который соединяется с выходом данной фазы генератора. Параметры линий задержек для этих четырех катушек будут подобны параметрам линий задержек катушек, расположенных на первой половине периметра, т.е. они также должны выдавать на выходе группы катушек одно колебание электрического тока при вращении ротора на пол-оборота. The remaining four coils of this phase, located on the second half of the stator perimeter, also communicate with each other and their ends are connected through the corresponding contacts of the switches to the zero phase of the generator and through the corresponding delay lines to the output of this group, which is connected to the output of this phase of the generator. The delay line parameters for these four coils will be similar to the parameters of the delay lines of the coils located on the first half of the perimeter, i.e. they should also produce at the output of the group of coils one oscillation of the electric current when the rotor rotates half a revolution.

Функция линии задержки задерживать электрические колебания, создающиеся в катушках обмотки. Время задержки линий задержек определяется из условия, что электрические колебания, вырабатываемые всеми четырьмя катушками данной группы, должны приходить одновременно на выход четвертой катушки, который будет являться и выходом этой группы. Так как катушки расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, то время задержки электрических колебаний между соседними катушками определяется из условия:
t t₁/i 0,0067 с,
где t₁ 0,2 это время, за которое ротор совершает пол-оборота, т.е. проходит полпериметра статора четыре катушки данной фазы обмотки;
i 3 количество катушек, от которых задерживаются электрические колебания.The function of the delay line is to delay the electrical vibrations created in the winding coils. The delay time of the delay lines is determined from the condition that the electrical oscillations generated by all four coils of this group must come simultaneously to the output of the fourth coil, which will also be the output of this group. Since the coils are located at the same distance from each other, the delay time of electrical oscillations between adjacent coils is determined from the condition:
tt ₁ / i 0.0067 s,
where t ₁ 0.2 is the time during which the rotor makes half a revolution, i.e. half the perimeter of the stator passes four coils of this phase of the winding;
i 3 the number of coils from which electrical vibrations are delayed.

Время задержки электрических колебаний, создающееся в каждой из следующих четырех катушек данной группы, составит: для первой катушки, как наиболее удаленной от точки выхода группы, τ₁ 3t 0,02 с.The delay time of electrical oscillations created in each of the following four coils of this group will be: for the first coil, as the most remote from the exit point of the group, τ ₁ 3t 0.02 s.

для второй τ₂= 2t=0,0134 с,
для третьей τ₃ t=0,0067 с,
для четвертой τ₄=0.for the second, τ ₂ = 2t = 0.0134 s,
for the third, τ ₃ t = 0.0067 s,
for the fourth, τ ₄ = 0.

Время задержки электрических колебаний для группы из следующих четырех катушек данной фазы соответственно: τ₅= τ₁; τ₆= τ₂; τ₂= τ₃; τ₈= τ₄.
Для задержки электрических колебаний, создающихся в катушках обмотки статора, можно использовать линии задержки различного вида. В частности, можно использовать линию задержки, основанную на индуктивности и активном сопротивлении.The delay time of electrical oscillations for a group of the following four coils of this phase, respectively: τ ₅ = τ ₁ ; τ ₆ = τ ₂ ; τ ₂ = τ ₃ ; τ ₈ = τ ₄ .
To delay the electrical vibrations created in the coils of the stator winding, various types of delay lines can be used. In particular, a delay line based on inductance and resistance can be used.

Соединяя катушки в двух других фазах обмотки статора подобно соединению катушек в первой фазе и имея ротор с двумя парами полюсов, будем получать на выходе генератора трехфазный электрический ток частоты 50 Гц. Connecting the coils in the other two phases of the stator winding is similar to connecting the coils in the first phase and having a rotor with two pairs of poles, we will receive a three-phase electric current of frequency 50 Hz at the output of the generator.

Как видим из фиг.2, когда отпадает необходимость в электрическом токе частотой 50 Гц, увеличив число пар полюсов ротора до 8, например, путем увеличения числа выступающих зубцов ротора, перемещая их в радиальном направлении или путем изменения схемы соединения обмоток возбуждения ротора, если полюсы образуется обмотками возбуждения, и поставив переключатели П1-П6 во всех трех фазах в противоположные положения, мы осуществим через контакты "5" этих переключателей последовательное соединение катушек соответствующих фаз как в обычном сварочном генераторе, и на выходе этого генератора будем иметь сварочный высокочастотный ток. As can be seen from figure 2, when there is no need for an electric current with a frequency of 50 Hz, increasing the number of pairs of rotor poles to 8, for example, by increasing the number of protruding teeth of the rotor, moving them in the radial direction or by changing the connection diagram of the rotor field windings, if the poles formed by the field windings, and putting the switches P1-P6 in all three phases in opposite positions, we will make through the contacts "5" of these switches the serial connection of the coils of the corresponding phases as in conventional welding m generator, and the output of this generator will have a welding high-frequency current.

Таким образом, разработанное устройство позволяет получать на выходе генератора по мере необходимости или высокочастотный сварочный ток, или низкочастотный ток потребительской частоты 50 Гц с более высокой амплитудой по сравнению с амплитудой высокочастотных колебаний, который может быть использован для подключения различных машин и приборов. Thus, the developed device allows to obtain either a high-frequency welding current or a low-frequency current of a consumer frequency of 50 Hz with a higher amplitude compared to the amplitude of high-frequency oscillations, which can be used to connect various machines and devices, as necessary, at the output of the generator.

Claims

1. A method for converting a high-frequency electric generator into a low-frequency one, including reducing the number of pole pairs, characterized in that the stator winding coils are disconnected and grouped in accordance with the number of pole pairs and the frequency of the low-frequency current, the beginning of the coils of each group of each phase is connected directly to the zero point generator, and the ends are connected to the beginning of their delay lines of electrical oscillations, the ends of which are connected to the output of the group, which is connected to the output of the generator phase, while The delay line meters are selected so that the electrical vibrations of each coil are added to the output of the group.

2. Device for producing low-frequency and high-frequency electric oscillations, comprising a high-frequency generator with phase windings on the stator, connected by a star and teeth on the rotor, forming poles, characterized in that the teeth of the rotor are made with the possibility of radial movement to change the number of pairs of poles and the frequency of the low-frequency current , the beginning of the coils of each group of each phase are connected directly to the zero point of the generator, and their ends through the contacts of the switches with the beginning of their delay lines -empirical oscillations whose ends are connected to the output of the group connected to the phase output, wherein the switches are capable of successive coils compound phases.