RU2636053C2 - Method of generation of ac voltages of two different frequencies in three-phase current turbo-generator - Google Patents

Method of generation of ac voltages of two different frequencies in three-phase current turbo-generator Download PDF

Info

Publication number
RU2636053C2
RU2636053C2 RU2015132456A RU2015132456A RU2636053C2 RU 2636053 C2 RU2636053 C2 RU 2636053C2 RU 2015132456 A RU2015132456 A RU 2015132456A RU 2015132456 A RU2015132456 A RU 2015132456A RU 2636053 C2 RU2636053 C2 RU 2636053C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
rotor
frequency
stator
winding
Prior art date
Application number
RU2015132456A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015132456A (en
Inventor
Борис Алексеевич Скворцов
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2015132456A priority Critical patent/RU2636053C2/en
Publication of RU2015132456A publication Critical patent/RU2015132456A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2636053C2 publication Critical patent/RU2636053C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K47/00Dynamo-electric converters
    • H02K47/18AC/AC converters
    • H02K47/22Single-armature frequency converters with or without phase-number conversion
    • H02K47/24Single-armature frequency converters with or without phase-number conversion having windings for different numbers of poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/20Structural association with auxiliary dynamo-electric machines, e.g. with electric starter motors or exciters

Landscapes

  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: additional set of three-phase windings is introduced into the turbo-generator, one of the windings is located in the common grooves of the stator, and the other - on the additional part of the non-salient pole rotor. The latter through the contact rings and brushes is connected to an adjustable reversible frequency converter, which provides an asynchronous mode with a negative slip frequency in the turbo-generator. In order to exclude the mutual electromagnetic influence of the main and additional three-phase windings located both in the stator grooves and on both parts of the rotor, their numbers of pairs of poles are selected under the condition p1>p2. Generation in an additional winding of the electrical power of three-phase current of industrial frequency (50 Hz) at a turbo-generator's rotation frequency n1=6000 rpm simultaneously with generation of three-phase current of increased frequency (200 Hz) in the main winding of the stator of the turbo-generator.
EFFECT: generation of voltages of two different frequencies.
2 cl, 1 dwg

Description

1.1. Область техники.1.1. The field of technology.

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к электрическим синхронным генераторам переменного трехфазного тока с электромагнитным возбуждением и с дополнительными обмотками на статоре и на роторе для генерации напряжений двух различных частот.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to electric synchronous generators of alternating three-phase current with electromagnetic excitation and with additional windings on the stator and on the rotor to generate voltages of two different frequencies.

1.2. Уровень техники.1.2. The level of technology.

Известен способ генерации переменного напряжения, используемый в синхронном турбогенераторе с электромагнитным возбуждением, состоящем из шихтованного магнитопровода (статора) с цилиндрической расточкой и пазами на внутренней ее поверхности, в которых размещена распределенная обмотка переменного трехфазного тока, и ферромагнитного ротора, расположенного внутри расточки статора и насаженного на вал, опирающийся своими концами на подшипники, один из концов которого соединен с приводным двигателем (турбиной) [1].A known method of generating an alternating voltage used in a synchronous turbogenerator with electromagnetic excitation, consisting of a charged magnetic core (stator) with a cylindrical bore and grooves on its inner surface, in which a distributed winding of an alternating three-phase current is placed, and a ferromagnetic rotor located inside the stator bore and mounted on the shaft, resting its ends on bearings, one of the ends of which is connected to a drive motor (turbine) [1].

В пазах ферромагнитного ротора неявнополюсной конструкции размещена обмотка возбуждения постоянного тока, которая в свою очередь электрически соединена с вращающимся выпрямителем устройства бесщеточного возбуждения [2], жестко закрепленного на конце вала. Питание обмотки возбуждения постоянного тока осуществляется электроэнергией устройства бесщеточного возбуждения при вращении ротора от приводного двигателя.In the grooves of the ferromagnetic rotor of an implicit design, a direct current excitation winding is placed, which in turn is electrically connected to a rotating rectifier of a brushless excitation device [2], rigidly fixed to the shaft end. The DC excitation winding is powered by the electric power of the brushless excitation device when the rotor rotates from the drive motor.

В указанном турбогенераторе при вращении ротора в результате взаимодействия магнитного поля вращающейся обмотки возбуждения постоянного тока с обмоткой статора в ней индуктируется переменная трехфазная электродвижущая сила (э.д.с), которая в дальнейшем при подключении к внешней сети должна синхронизироваться по величине, частоте и фазе с напряжением внешней сети.In the indicated turbogenerator, when the rotor rotates as a result of the interaction of the magnetic field of the rotating direct current excitation winding with the stator winding, an alternating three-phase electromotive force (emf) is induced in it, which should later be synchronized in magnitude, frequency and phase when connected to an external network with external voltage.

Величину первой (основной) гармоники э.д.с Е1 и ее частоту в общем случае определяют по формулам:The magnitude of the first (main) harmonic of the emf with E 1 and its frequency in the general case is determined by the formulas:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где:Where:

- W - число витков в фазе обмотки статора;- W is the number of turns in the phase of the stator winding;

- Ф1 - первая гармоника потокосцепления фазы обмотки статора, Вб;- F 1 - the first harmonic flux linkage phase of the stator winding, WB;

- kоб.1 - обмоточный коэффициент;- k vol. 1 - winding coefficient;

- kc.1 - коэффициент скоса пазов;- k c. 1 is the bevel coefficient of the grooves;

-

Figure 00000003
- частота переменной э.д.с, Гц;-
Figure 00000003
- frequency of the variable emf, Hz;

- p1 - число пар полюсов обмотки статора и ротора;- p 1 - the number of pairs of poles of the stator winding and rotor;

- n1 - частота вращения ротора, об/мин.- n 1 - rotor speed, rpm

В соответствии с формулой (2) для получения переменного трехфазного напряжения промышленной частоты 50 Гц максимально возможная частота вращения ротора n1 синхронного турбогенератора при р1=1 составляет n1=3000 об/мин [1].In accordance with formula (2), to obtain an alternating three-phase voltage of an industrial frequency of 50 Hz, the maximum possible rotational speed of the rotor n 1 of a synchronous turbogenerator with p 1 = 1 is n 1 = 3000 rpm [1].

Известно, что паровые (газовые) турбины, являющиеся приводными двигателями для турбогенератора, имеют наилучшие технико-экономические показатели (к.п.д., удельная мощность и др.) при более высоких частотах вращения n≥6000 об/мин [3].It is known that steam (gas) turbines, which are the driving engines for the turbogenerator, have the best technical and economic indicators (efficiency, specific power, etc.) at higher rotational speeds n≥6000 rpm [3].

Недостатком данного технического решения турбогенератора переменного напряжения промышленной частоты 50 Гц является то, что для его привода используют промежуточный механический редуктор [3], что приводит к увеличению массы, габаритов и стоимости всего турбоагрегата в целом.The disadvantage of this technical solution of a turbogenerator of alternating voltage of an industrial frequency of 50 Hz is that an intermediate mechanical gearbox is used for its drive [3], which leads to an increase in the mass, dimensions and cost of the entire turbine unit as a whole.

Известен способ генерации переменных напряжений, реализуемый техническим решением, описанным в [4], согласно которому генерацию электроэнергии трехфазного тока повышенной частоты (200 Гц и более) осуществляют главным турбогенератором в составе судовой электроэнергетической системы (ЭЭС), вращение которого выполняют непосредственно от турбины при частоте вращения n≥6000 об/мин (аналог).A known method of generating alternating voltages, implemented by the technical solution described in [4], according to which the three-phase current of increased frequency (200 Hz and more) is generated by the main turbogenerator as part of the ship’s electric power system (EPS), the rotation of which is performed directly from the turbine at a frequency rotation n≥6000 rpm (analog).

Недостатком указанного технического решения главного турбогенератора повышенной частоты является то, что для питания общесудовых потребителей в составе ЭЭС [4] трехфазным током промышленной частоты 50 Гц используют необходимые в этом случае преобразующие устройства мощностью, равной сумме полных мощностей упомянутых потребителей с учетом их возможных перегрузок.The disadvantage of this technical solution of the main turbogenerator of increased frequency is that for supplying general ship consumers as part of the EPS [4] with a three-phase current of industrial frequency of 50 Hz, the necessary converting devices with a capacity equal to the sum of the total capacities of the said consumers taking into account their possible overloads are used.

Другим близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, используемый в электромашинном преобразователе частоты с фазным ротором [1], в котором при вращении ротора от приводного двигателя, в т.ч. при более высокой частоте вращения, и при подаче со стороны ротора трехфазного напряжения одной частоты можно получать со стороны статора трехфазное напряжение другой частоты, в т.ч. промышленной частоты 50 Гц.Another close in technical essence to the claimed method is a method used in an electric machine frequency converter with a phase rotor [1], in which when the rotor rotates from a drive motor, incl. at a higher rotational speed, and when a three-phase voltage of one frequency is applied from the rotor side, a three-phase voltage of another frequency can be obtained from the stator side, incl. industrial frequency 50 Hz.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления автономным асинхронным генератором [5] (прототип), в цепи трехфазной обмотки ротора которого используют регулируемый преобразователь частоты. При изменяющейся, например, при увеличении частоты вращения приводного двигателя неизменность частоты и амплитуды индуктируемой э.д.с. в трехфазной обмотке статора поддерживают путем соответствующего регулирования частоты и амплитуды трехфазного тока на выходе упомянутого преобразователя частоты.The closest in technical essence is the method of controlling an autonomous asynchronous generator [5] (prototype), in the circuit of a three-phase winding of the rotor of which an adjustable frequency converter is used. When changing, for example, with an increase in the speed of the drive motor, the frequency and amplitude of the induced emf remain constant in a three-phase stator winding, they are supported by appropriate regulation of the frequency and amplitude of the three-phase current at the output of said frequency converter.

Однако в указанном прототипе отсутствует возможность генерации переменных напряжений двух различных частот.However, in this prototype there is no possibility of generating alternating voltages of two different frequencies.

Задачей заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей турбогенератора трехфазного тока.The objective of the proposed technical solution is to expand the functionality of a three-phase current turbogenerator.

Технический результат заявляемого технического решения состоит в том, что при использовании предложенного способа в турбогенераторе трехфазного тока при более высокой частоте вращения n1=6000 об/мин наряду с генерацией электроэнергии трехфазного тока повышенной частоты 200 Гц, одновременно осуществляют генерацию электроэнергии трехфазного тока промышленной частоты 50 Гц.The technical result of the proposed technical solution consists in the fact that when using the proposed method in a three-phase current turbogenerator at a higher rotation speed n 1 = 6000 rpm, along with the generation of electric power of a three-phase current of an increased frequency of 200 Hz, a three-phase current of industrial frequency 50 is generated simultaneously Hz

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом способе генерации переменных напряжений двух различных частот в турбогенераторе трехфазного тока, содержащем ферромагнитный шихтованный статор с цилиндрический расточкой, на внутренней поверхности которой в пазах размещены две распределенные трехфазные обмотки - основная и дополнительная - с числом пар полюсов соответственно p1 и р2, и вращающийся ферромагнитный ротор (основная часть) цилиндрической неявнополюсной конструкции, расположенный внутри расточки статора, на наружной поверхности которого в пазах размещена обмотка возбуждения постоянного тока с числом пар полюсов р1, подключенная к выходу устройства бесщеточного возбуждения, предусмотрены следующие отличия - что в неявнополюсную конструкцию ферромагнитного ротора вводят дополнительную часть с размещенной в ее пазах трехфазной обмоткой возбуждения с числом пар полюсов р2, подключенной через контактные кольца и щетки к трехфазному выходу обратимого преобразователя частоты, причем числа пар полюсов обеих обмоток, размещенных как на статоре, так и на роторе, выбирают с соблюдением условия p1>p2, а также, угловую частоту вращения

Figure 00000004
основной волны намагничивающей силы трехфазной обмотки возбуждения, размещенной в пазах дополнительной части ротора, поддерживают в противоположном направлении всегда ниже угловой частоты вращения
Figure 00000005
ротора, что позволяет при более высокой частоте вращения расширить функциональные возможности турбогенератора трехфазного тока.The specified technical result is achieved by the fact that in the inventive method of generating alternating voltages of two different frequencies in a three-phase current turbogenerator containing a ferromagnetic charged stator with a cylindrical bore, on the inner surface of which two distributed three-phase windings are placed - the main and additional - with the number of pole pairs, respectively p 1 and p 2, and a rotating ferromagnetic rotor (main part) neyavnopolyusnoy cylindrical structure disposed within the stator bore, and the outer surface of which in the grooves placed DC field winding with the number of pairs of poles p 1, connected to the output device of the brushless excitation provides the following differences - in neyavnopolyusnuyu structure ferromagnetic rotor administered additional part with located in its slots of a three-phase excitation winding with a number of pairs of poles p 2 connected through contact rings and brushes to a three-phase output of a reversible frequency converter, and the number of pairs of poles of both windings placed as on stat the nut, and on the rotor, are selected subject to the conditions p 1 > p 2 , as well as the angular frequency of rotation
Figure 00000004
the main wave of the magnetizing force of the three-phase field winding, located in the grooves of the additional part of the rotor, is supported in the opposite direction always below the angular frequency of rotation
Figure 00000005
the rotor, which allows for a higher rotational speed to expand the functionality of a three-phase current turbogenerator.

1.3. Краткое описание чертежей.1.3. A brief description of the drawings.

Предложенный способ поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема (фиг. 1) построения турбогенератора трехфазного тока, реализующего предложенный способ генерации переменных напряжений двух различных частот.The proposed method is illustrated in the drawing, which shows a block diagram (Fig. 1) of the construction of a three-phase current turbogenerator that implements the proposed method for generating alternating voltages of two different frequencies.

В представленной блок-схеме (фиг. 1) используют следующие обозначения:In the presented block diagram (Fig. 1), the following notation is used:

1 - статор;1 - stator;

1.1 - основная трехфазная обмотка;1.1 - the main three-phase winding;

1.2 - дополнительная трехфазная обмотка;1.2 - additional three-phase winding;

2 - трансформатор;2 - transformer;

3 - выключатель;3 - switch;

4 - обратимый преобразователь частоты;4 - reversible frequency converter;

4.1 - трехфазный вход;4.1 - three-phase input;

4.2 - трехфазный выход;4.2 - three-phase output;

5 - выключатель;5 - switch;

6 - внешняя сеть повышенной частоты;6 - external network of increased frequency;

7 - выключатель7 - switch

8 - внешняя сеть промышленной частоты;8 - external network of industrial frequency;

9 - основная часть ротора;9 - the main part of the rotor;

10 - дополнительная часть ротора;10 - an additional part of the rotor;

11 - приводной двигатель (турбина);11 - drive engine (turbine);

12 - обмотка возбуждения;12 - field winding;

13 - трехфазная обмотка возбуждения;13 - three-phase field winding;

14 - устройство бесщеточного возбуждения.14 - brushless excitation device.

1.4. Раскрытие изобретения.1.4. Disclosure of the invention.

Предлагаемый способ заключается в том, что в неявнополюсную конструкцию ферромагнитного ротора, расположенного внутри расточки статора, введена дополнительная часть с размещенной в ее пазах трехфазной обмоткой возбуждения, а также введена дополнительная трехфазная обмотка на статоре, число пар полюсов которой отличается от числа пар полюсов основных обмоток, расположенной на статоре и на основной части ротора. Причем в цепь трехфазной обмотки, размещенной на дополнительной части ротора, подключается обратимый преобразователь частоты (ОПЧ).The proposed method consists in the fact that in the implicit pole design of the ferromagnetic rotor located inside the stator bore, an additional part is introduced with a three-phase field winding located in its grooves, and an additional three-phase winding on the stator is introduced, the number of pole pairs of which differs from the number of pole pairs of the main windings located on the stator and on the main part of the rotor. Moreover, a reversible frequency converter (HRE) is connected to a three-phase winding circuit located on an additional part of the rotor.

Турбогенератор трехфазного тока, имеет ферромагнитный шихтованный статор 1 с цилиндрической расточкой и пазами на внутренней ее поверхности, в которых наряду с основной трехфазной обмоткой 1.1 напряжения повышенной частоты размещают дополнительную трехфазную обмотку 1.2 напряжения промышленной частоты, распределенную в общих пазах (фиг. 1).The three-phase current turbogenerator has a ferromagnetic laminating stator 1 with a cylindrical bore and grooves on its inner surface, in which, along with the main three-phase winding 1.1 of increased frequency voltage, an additional three-phase winding 1.2 of industrial frequency voltage is distributed in the common grooves (Fig. 1).

Основную обмотку 1.1, предназначенную для генерации переменного трехфазного напряжения, в т.ч. высоковольтного, повышенной частоты

Figure 00000006
и имеющую число пар полюсов р1=2, соединяют через согласующий трансформатор 2 и выключатель 3 с трехфазным входом 4.1 обратимого преобразователя частоты 4, а также через выключатель 5 соединяют с внешней сетью 6 повышенной частоты.The main winding 1.1, designed to generate an alternating three-phase voltage, including high voltage, high frequency
Figure 00000006
and having a pole pair number p 2 = 1, is connected through a matching transformer 2 and the switch 3 with three-phase input 4.1 reversible frequency converter 4 as well as through the switch 5 is connected to the external network 6 increased frequency.

Дополнительную трехфазную обмотку 1.2, предназначенную для генерации переменного трехфазного напряжения промышленной частоты

Figure 00000007
и имеющую число пар полюсов р2=1, соединяют через выключатель 7 с внешней сетью 8 промышленной частоты 50 Гц.An additional three-phase winding 1.2, designed to generate an alternating three-phase voltage of industrial frequency
Figure 00000007
and having the number of pole pairs p 2 = 1, connect through a switch 7 with an external network 8 of industrial frequency 50 Hz.

Внутри расточки статора 1 располагают цилиндрический ротор из ферромагнитного материала, состоящий из основной 9 и дополнительной 10 частей ротора неявнополюсной конструкции, насаженных на общий вал, опирающийся своими концами на подшипники (на рис. не показано), один из концов которого соединяют непосредственно с приводным двигателем (турбиной) 11.Inside the stator bore 1, there is a cylindrical rotor made of ferromagnetic material, consisting of the main 9 and an additional 10 parts of the rotor of an implicit pole mounted on a common shaft, resting its ends on bearings (not shown in the figure), one of the ends of which is connected directly to the drive motor (turbine) 11.

На наружной поверхности каждой части ротора имеются пазы. В пазах основной части ротора 9 неявнополюсной конструкции размещают распределенную обмотку возбуждения 12 постоянного тока с числом пар полюсов p1=2, а в пазах дополнительной части ротора 10 (шихтованного) неявнополюсной конструкции размещают распределенную трехфазную обмотку возбуждения 13 с числом пар полюсов р2=1.On the outer surface of each part of the rotor there are grooves. In the grooves of the main part of the rotor 9 of the implicit pole design, a distributed DC excitation winding 12 with the number of pole pairs p 1 = 2 is placed, and in the grooves of the additional part of the rotor 10 of the (charged) implicit pole design, the distributed three-phase excitation winding 13 with the number of pole pairs p 2 = 1 is placed .

Обмотку возбуждения 12 постоянного тока электрически соединяют с выходом устройства бесщеточного возбуждения 14, расположенного на одном из концов вала. Трехфазную обмотку возбуждения 13 электрически соединяют с тремя контактными кольцами, расположенными и жестко закрепленными на другом конце вала (на рис. не показано).The DC winding 12 is electrically connected to the output of the brushless excitation device 14 located at one end of the shaft. The three-phase field winding 13 is electrically connected to three contact rings located and rigidly fixed at the other end of the shaft (not shown in the figure).

Контактные кольца посредством трех неподвижных электрических щеток (на рис. не показано) пофазно соединяют с трехфазным выходом 4.2 обратимого преобразователя частоты 4, обладающего возможностью регулирования амплитуды и частоты

Figure 00000008
выходного тока.The contact rings by means of three fixed electric brushes (not shown in the figure) are phase-connected to the three-phase output 4.2 of a reversible frequency converter 4, with the ability to control the amplitude and frequency
Figure 00000008
output current.

Турбогенератор трехфазного тока по предложенному способу генерации переменных напряжений двух различных частот работает следующим образом.The three-phase current turbogenerator according to the proposed method for generating alternating voltages of two different frequencies works as follows.

Предварительно приводным двигателем (турбиной) 11 производят пуск и разгон турбогенератора до частоты вращения

Figure 00000009
и осуществляют подключение цепи электропитания обмотки возбуждения 12 постоянного тока к устройству бесщеточного возбуждения 14.Pre-driven engine (turbine) 11 start and accelerate the turbogenerator to a speed
Figure 00000009
and connect the power supply circuit of the excitation winding 12 direct current to the brushless excitation device 14.

В результате взаимодействия магнитного поля вращающейся обмотки возбуждения 12 постоянного тока с основной обмоткой 1.1 статора 1 в последней возникает переменное трехфазное напряжение повышенной частоты

Figure 00000010
которое через согласующий трансформатор 2 и выключатель 3 поступает на трехфазный вход 4.1 обратимого преобразователя частоты 4.As a result of the interaction of the magnetic field of the rotating direct current winding 12 of the direct current with the main winding 1.1 of the stator 1, the latter produces an alternating three-phase voltage of increased frequency
Figure 00000010
which through the matching transformer 2 and the switch 3 enters the three-phase input 4.1 of a reversible frequency converter 4.

Обратимый преобразователь частоты 4 преобразует переменное трехфазное напряжение повышенной частоты

Figure 00000011
в трехфазное напряжение промышленной частоты
Figure 00000012
которое при плавном увеличении его амплитуды и частоты от нуля до номинального значения
Figure 00000013
через трехфазный выход 4.2, электрические щетки и контактные кольца поступает в трехфазную обмотку возбуждения 13 дополнительной части ротора 10.Reversible frequency converter 4 converts an alternating three-phase voltage of high frequency
Figure 00000011
into three-phase voltage of industrial frequency
Figure 00000012
which, with a smooth increase in its amplitude and frequency from zero to a nominal value
Figure 00000013
through a three-phase output 4.2, electric brushes and slip rings enters the three-phase field winding 13 of the additional part of the rotor 10.

Далее намагничивающие токи, возникающие в трехфазной обмотке возбуждения 13, создают пространственную основную волну (гармонику) намагничивающих сил на поверхности дополнительной части ротора 10. При этом порядок чередования фаз в трехфазной обмотке возбуждения 13 выбирают таким же, как и в способе прототипа, т.е. таким, при котором угловая частота вращения

Figure 00000014
основной волны намагничивающих сил направлена в противоположную сторону относительно направления вращения ротора
Figure 00000015
по формуле (2).Next, the magnetizing currents arising in the three-phase excitation winding 13 create a spatial main wave (harmonic) of the magnetizing forces on the surface of the additional part of the rotor 10. Moreover, the phase sequence in the three-phase excitation winding 13 is chosen the same as in the prototype method, i.e. . such that the angular speed
Figure 00000014
the main wave of magnetizing forces is directed in the opposite direction relative to the direction of rotation of the rotor
Figure 00000015
by the formula (2).

Причем в заявляемом техническом решении в отличие от прототипа, используют асинхронный режим турбогенератора с отрицательной частотой

Figure 00000016
скольжения, при котором угловую частоту вращения
Figure 00000017
основной волны намагничивающих сил трехфазной обмотки возбуждения 13 поддерживают всегда ниже угловой частоты вращения
Figure 00000018
ротора.Moreover, in the claimed technical solution, in contrast to the prototype, use the asynchronous mode of the turbogenerator with a negative frequency
Figure 00000016
slip at which the angular frequency of rotation
Figure 00000017
the main wave of the magnetizing forces of the three-phase field winding 13 is always kept below the angular frequency of rotation
Figure 00000018
rotor.

С целью исключения взаимного электромагнитного влияния, обусловленного действием в общем ферромагнитном статоре 1 основных волн намагничивающих сил обеих обмоток 1.1; 1.2, расположенных как на статоре, так и на обеих частях ротора 12; 13, выбирают их числа пар полюсов с соблюдением условия p1>p2. Тем самым результирующие индуктируемые трехфазные э.д.с. взаимной индукции в каждой из обмоток от действия трехфазных токов другой обмотки, расположенной либо на общем ферромагнитном статоре 1, либо на основной 9 или дополнительной 10 части ротора, равны нулю.In order to exclude mutual electromagnetic influence caused by the action in the common ferromagnetic stator 1 of the main waves of the magnetizing forces of both windings 1.1; 1.2, located both on the stator and on both parts of the rotor 12; 13, select their number of pole pairs in compliance with the condition p 1 > p 2 . Thus, the resulting inductive three-phase emfs mutual induction in each of the windings from the action of three-phase currents of another winding located either on a common ferromagnetic stator 1, or on the main 9 or additional 10 part of the rotor, are equal to zero.

В результате взаимодействия суммарного магнитного поля от двух вращающихся обмоток возбуждения 12 и 13 с основной 1.1 и дополнительной 1.2 обмотками статора 1 в них индуктируются переменные трехфазные э.д.с. вращения:As a result of the interaction of the total magnetic field from two rotating field windings 12 and 13 with the main 1.1 and additional 1.2 stator windings 1, three-phase variable emfs are induced in them rotation:

- с частотой

Figure 00000019
- в основной обмотке 1.1;- with frequency
Figure 00000019
- in the main winding 1.1;

- с частотой скольжения

Figure 00000020
- в дополнительной обмотке 1.2 (знак - минус характеризует передачу энергии в сеть).- with slip frequency
Figure 00000020
- in an additional winding 1.2 (a minus sign characterizes the transfer of energy to the network).

Затем генерируемая электроэнергия в упомянутых обмотках 1.1; 1.2 статора 1 в виде трехфазных токов двух различных частот

Figure 00000021
через выключатели 5; 7 после их синхронизации по частоте и напряжению поступает во внешние сети 6; 8 переменного напряжения соответствующей частоты.Then, the generated electricity in said windings 1.1; 1.2 stator 1 in the form of three-phase currents of two different frequencies
Figure 00000021
through switches 5; 7 after their synchronization in frequency and voltage enters the external network 6; 8 AC voltage of the corresponding frequency.

Кроме того, в период пуска и разгона турбогенератора до угловой частоты вращения ω1 и после перевода его в асинхронный режим с отрицательной частотой

Figure 00000022
скольжения в трехфазной обмотке возбуждения 13, расположенной на дополнительной части ротора 10, индуктируется переменная противо-э.д.с. с частотой
Figure 00000023
Под действием этой противо-э.д.с. электроэнергия трехфазных токов через контактные кольца и щетки поступает на трехфазный выход 4.2 обратимого преобразователя частоты 4.In addition, during the start-up and acceleration of the turbogenerator to the angular frequency of rotation ω 1 and after putting it into asynchronous mode with a negative frequency
Figure 00000022
slip in the three-phase field winding 13, located on the additional part of the rotor 10, a variable counter-emf is induced. with frequency
Figure 00000023
Under the influence of this counter-emf. the electric power of three-phase currents through the contact rings and brushes is supplied to the three-phase output 4.2 of a reversible frequency converter 4.

Указанная электроэнергия после обратного преобразования в трехфазный ток с частотой

Figure 00000024
поступает на трехфазный вход 4.1 ОПЧ 4 и через выключатель 3, согласующий трансформатор 2 и выключатель 5 после синхронизации по частоте и напряжению передается во внешнюю сеть 6 повышенной частоты
Figure 00000025
The specified electricity after the reverse conversion into a three-phase current with a frequency
Figure 00000024
enters the three-phase input 4.1 HRE 4 and through the switch 3, the matching transformer 2 and the switch 5 after synchronization in frequency and voltage is transmitted to the external network 6 high frequency
Figure 00000025

Таким образом, предложенный способ генерации переменных напряжений двух различных частот в турбогенераторе трехфазного тока обеспечивает при частоте вращения ротора n1=6000 об/мин заявленный технический результат, а именно: генерацию трехфазных напряжений повышенной частоты

Figure 00000026
- в основной обмотке статора и генерацию трехфазных напряжений промышленной частоты
Figure 00000027
- в дополнительной обмотке статора.Thus, the proposed method for generating alternating voltages of two different frequencies in a three-phase current turbogenerator provides at the rotor speed n 1 = 6000 rpm the claimed technical result, namely: generating three-phase voltages of increased frequency
Figure 00000026
- in the main stator winding and the generation of three-phase voltages of industrial frequency
Figure 00000027
- in the additional stator winding.

Литература.Literature.

1. Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1978, - с. с. 366; 375; 593; 430; 619.1. Voldek A.I. Electric cars. M .: Energy, 1978, - p. from. 366; 375; 593; 430; 619.

2. Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы. Л.: Судостроение, 1987, - с. 61.2. Yakovlev G.S. Ship electric power systems. L .: Shipbuilding, 1987, - p. 61.

3. Турбогенераторы блочные типа ТГ. Продукция ОАО «Калужский турбинный завод»; интернет: www.oaoktz.ru.3. Block turbogenerators of the TG type. Products of OJSC Kaluga Turbine Plant; internet: www.oaoktz.ru.

4. Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения повышенной частоты с системой электродвижения и матричными преобразователями частоты. Александров В.П., Скворцов Б.А., Хомяк В.А. Патент РФ № RU 2510781 С2, кл. H02J 3/34 от 17.07.2012.4. Ship electric power system of alternating voltage of increased frequency with an electric propulsion system and matrix frequency converters. Aleksandrov V.P., Skvortsov B.A., Hamster V.A. RF patent No. RU 2510781 C2, class. H02J 3/34 dated July 17, 2012.

5. Способ управления автономным асинхронным генератором. Мещеряков В.Н., Иванов А.Б., Куликов А.И. Патент РФ 2213409, кл. Н02Р 9/00 от 26.04.2001.5. A method for controlling an autonomous asynchronous generator. Meshcheryakov V.N., Ivanov A.B., Kulikov A.I. RF patent 2213409, cl. Н02Р 9/00 dated 04/26/2001.

Claims (2)

1. Турбогенератор трехфазного тока двух различных частот, содержащий ферромагнитный шихтованный статор с цилиндрический расточкой, на внутренней поверхности которой в пазах размещены две распределенные трехфазные обмотки - основная и дополнительная с числом пар полюсов соответственно p1 и р2, и вращающийся ферромагнитный ротор (основная часть) цилиндрической неявнополюсной конструкции, расположенный внутри расточки статора, на наружной поверхности которого в пазах размещена обмотка возбуждения постоянного тока с числом пар полюсов р1, подключенная к выходу устройства возбуждения, отличающийся тем, что применено бесщеточное устройство возбуждения; в неявнополюсную конструкцию ферромагнитного ротора вводят дополнительную часть с размещенной в ее пазах трехфазной обмоткой возбуждения с числом пар полюсов р2, подключенной через контактные кольца и щетки к трехфазному выходу обратимого преобразователя частоты, причем числа пар полюсов обеих обмоток, размещенных как на статоре, так и на роторе, выбирают с соблюдением условия p1>p2.1. A three-phase current turbogenerator of two different frequencies, containing a ferromagnetic charge stator with a cylindrical bore, on the inner surface of which two distributed three-phase windings are placed in the grooves - the main and additional with the number of pole pairs, respectively, p 1 and p 2 , and a rotating ferromagnetic rotor (main part ) of a cylindrical implicit pole design located inside the stator bore, on the outer surface of which a DC current winding with the number of pole pairs is placed in the grooves 1, connected to the output driving device, characterized in that the applied brushless excitation device; an additional part is introduced into the implicit pole design of the ferromagnetic rotor with a three-phase field winding located in its grooves with the number of pole pairs p 2 connected through contact rings and brushes to the three-phase output of the reversible frequency converter, the number of pole pairs of both windings placed both on the stator and on the rotor, selected subject to the condition p 1 > p 2 . 2. Турбогенератор трехфазного тока двух различных частот по п. 1, отличающийся тем, что угловую частоту вращения ω2=2πƒ2/p2 основной волны намагничивающей силы трехфазной обмотки возбуждения, размещенной в пазах дополнительной части ротора, поддерживают в противоположном направлении всегда ниже угловой частоты вращения ω1=2πƒ1/p1 ротора.2. A three-phase current turbogenerator of two different frequencies according to claim 1, characterized in that the angular frequency of rotation ω 2 = 2πƒ 2 / p 2 of the main wave of the magnetizing force of the three-phase field winding, located in the grooves of the additional part of the rotor, is always kept in the opposite direction below the angular rotational speeds ω 1 = 2πƒ 1 / p 1 of the rotor.
RU2015132456A 2015-08-04 2015-08-04 Method of generation of ac voltages of two different frequencies in three-phase current turbo-generator RU2636053C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015132456A RU2636053C2 (en) 2015-08-04 2015-08-04 Method of generation of ac voltages of two different frequencies in three-phase current turbo-generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015132456A RU2636053C2 (en) 2015-08-04 2015-08-04 Method of generation of ac voltages of two different frequencies in three-phase current turbo-generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015132456A RU2015132456A (en) 2017-02-09
RU2636053C2 true RU2636053C2 (en) 2017-11-20

Family

ID=58453595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015132456A RU2636053C2 (en) 2015-08-04 2015-08-04 Method of generation of ac voltages of two different frequencies in three-phase current turbo-generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2636053C2 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU413582A1 (en) * 1970-01-27 1974-01-30
SU868937A1 (en) * 1980-01-24 1981-09-30 Предприятие П/Я А-7376 Self-exciting two-frequency oscillator
JPH09149613A (en) * 1995-11-24 1997-06-06 Sawafuji Electric Co Ltd Engine generator
US6628005B2 (en) * 2001-09-27 2003-09-30 Siemens Westinghouse Power Corporation Single speed turbine generator for different power system output frequencies in power generation systems and associated methods
RU2249900C1 (en) * 2003-09-01 2005-04-10 Кубанский государственный аграрный университет Stator winding of dual-speed induction generator
RU2313889C1 (en) * 2006-07-24 2007-12-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Asynchronously-synchronous two-frequency generator
WO2012100578A1 (en) * 2011-01-30 2012-08-02 Chen Weijia Alternator and electricity generation method thereof
GB2488129A (en) * 2011-02-16 2012-08-22 Rolls Royce Plc Modulated field electromagnetic machine
CN102957264A (en) * 2011-08-24 2013-03-06 上海控源电子科技有限公司 Dual-frequency dual-voltage digital power generator

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU413582A1 (en) * 1970-01-27 1974-01-30
SU868937A1 (en) * 1980-01-24 1981-09-30 Предприятие П/Я А-7376 Self-exciting two-frequency oscillator
JPH09149613A (en) * 1995-11-24 1997-06-06 Sawafuji Electric Co Ltd Engine generator
US6628005B2 (en) * 2001-09-27 2003-09-30 Siemens Westinghouse Power Corporation Single speed turbine generator for different power system output frequencies in power generation systems and associated methods
RU2249900C1 (en) * 2003-09-01 2005-04-10 Кубанский государственный аграрный университет Stator winding of dual-speed induction generator
RU2313889C1 (en) * 2006-07-24 2007-12-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Asynchronously-synchronous two-frequency generator
WO2012100578A1 (en) * 2011-01-30 2012-08-02 Chen Weijia Alternator and electricity generation method thereof
GB2488129A (en) * 2011-02-16 2012-08-22 Rolls Royce Plc Modulated field electromagnetic machine
CN102957264A (en) * 2011-08-24 2013-03-06 上海控源电子科技有限公司 Dual-frequency dual-voltage digital power generator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015132456A (en) 2017-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7134180B2 (en) Method for providing slip energy control in permanent magnet electrical machines
JP2017001662A5 (en)
EP3422541B1 (en) Self-exciting synchronous reluctance generators
KR101398511B1 (en) Electric motor with complex generator
Xiong et al. Design and performance analysis of a brushless doubly-fed machine for stand-alone ship shaft generator systems
KR101694099B1 (en) Complex Generator
CN108880363A (en) Three-level formula brushless synchronous machine asynchronous starting control method and system
US10003222B2 (en) Dual-accumulator electrical generation apparatus
KR102053719B1 (en) Complex Generator
RU2437201C1 (en) Non-contact electric machine with axial excitation
RU2437202C1 (en) Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation
RU2390086C1 (en) Contactless reductor electric machine with combined excitation
RU2586895C1 (en) Method for electrical power supply
RU2636053C2 (en) Method of generation of ac voltages of two different frequencies in three-phase current turbo-generator
EP2288006A2 (en) A homopolar machine
RU2633377C1 (en) Hybrid electric machine-generator
RU2392724C1 (en) Single-phased electric generator
RU2624772C2 (en) Turbogenerator unit of three-phase currents of two different frequencies
RU2414039C1 (en) Modular synchronous electric machine
Yusuf et al. A design of coreless permanent magnet axial flux generator for low speed wind turbine
EP2894772A1 (en) Electromechanical converter
RU2436221C1 (en) Contactless magnetoelectric machine with axial excitation
EP3084942B1 (en) Wind power generator
RU2279173C2 (en) Inductor engine (variants)
RU203008U1 (en) IMPROVED FEEDBACK AC GENERATOR

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20170726

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20170913

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180805

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190603