SU101975A1 - Установка дл получени переменного ток; плавно измен емой частоты - Google Patents

Description

Как известно, коллекторные машины переменного тока обеспечивают возможность регулировани  частоты / выходного напр жени  в широких пределах- В процессе регулировани  машииа вращаетс  с неизменной скоростью каким-либо первичным двигателем и возбуждаетс  током той же переменной частоты /, подаваемым от отдельного возбудител .

Размеры коллекторной машины определ ютс  на основе данных предельного режима, в том чи1сле наибольшего (дл  данной конструкции|) значени  частоты /макс , в св зи с чем машины могут быть экономично построены лишь на ограниченные верхние значени  частоты.

Согласно изобретению, с целью уменьшени  мошности коллекторной машины и наибольшей требуемой от нее частоты применено контакторное устройство, посредством которого нагрузка в диапазоне частот от О до f (где / - наибольша  частота тока коллекторной машины) подключаетс  к коллекторной машине дл  непосредственного питани  от последней, а в диапазоне частот от f до 3 f - к индукционному генератору, мошность скольжени  которого пропускают через указанную коллектурн)-ю машн1цу.

С целью предотвращенна  разрыва цепей нагрузки и возбуждеин  во врем  переключени  нагрузки с одной электрической машины на другую , контакторное устройство в положении переключени  образзет про reл yтoчнyю схему соединений, при которой нагрззка пинаетс  одновременно от обеих электрическик машин , автоматическг синхронизируемых по частоте и фазе.

На фиг. 1 представлена принципи1альна  электрическа  схема предложенной установки; на фиг. 2 п 3 - два варианта схемы дл  осуш ествлени  синхронизации вход щих в установку ко.глекторной и И(ндукцн1онной машин в процессе переключени  нагрузки с одной из них на другую.

На обший вал, приводимый во вращение со скоростью п двигателем ДВ (фиг. 1), насажены коллекторна  машина КМ п индукционный генератор ИГ, илтеюший число пар полюсов

,,i.

Нагрузка Я (напрнмер. асинхронный двигатель) в Д1гапазоне частот

pi

питаетс  непосред120

ственно от коллекторной машины КМ, а при повышении частоты до

-ггР

/ --- --переключаетс  иа пигта- 120

ние от статора (или ротора) индукционного генератора ИГ, положи тельна  или отрицательна  мощность скольжени  ротора (или статора ) которого пропускаетс  через коллекторную машину К.М.

Переключени  осуществл ютс  контакторным устройством, контакты Ki и К2 которого замкнуты, а К  - разомкнуты, при работе коллекторной маншны непосредственно на нагрузку . В диапазоне частот от f до 5/ контакты К  замкнуты, а контакты Ki разомкнуты и мощность скольжени  машины ИГ проходит через коллекторную машину КМ.

Во избежание разрыва цепи нагрузки при переключении контактов К « Кз, вызывающего возникновение больших то.чков тока и необходим ость увеличени  мон ности контактов , предусмотрено кратковременное включение нагрузки при частоте

f одновременно на коллек 120

торную манщну КМ и на индукционный генератор ЯГ (при этом замкнуты контакты К, Kz и Кз), после чего нагрузка переключаетс  на питание только от одной ио эти1Х машин .

Присоедине1П1е нагрузки одновременно к двум манп- нам допустимо только при полном равенстве их частот , хот  бы приблизительном равенстве напр жений №, наконец, совпадении фаз. В предложенной установке эти услови  обеспечиваютс  следующим образом.

Обмотка возбуждени  к()л.,1екторной машины КМ (фиг. 1) питаетс  от кол.чекторного преобразовател  частоты ПЧ, выполн ющего функции возбудите,л  коллекторной манп-п-гы и сид щего на общем с ней валу. Преобразователь частоты ПЧ получает через кольца и контакты Кг, небо.пьшую мощнос1ь от Синхронного генератора СГ, вращаемого двигaтeлe i посто нного тока ДП с мен ющейс  скоростью (при эгом контакты K разомкнуты).

начале синхронный генератор СГ дает ток, имеющий частоту / ..- Р

+ /М.

J сг,Г,

И если число пар полюсов преобразовател  частоты ПЧ равно р (иши pic, если он находитс  на другом валу, вращающемс  со скоростью с - л), то на коллекторе Я, а следовательно, в на коллекторе мащи,ны /СМ, можно получить частоту /макс. При правильном выборе последовательности фаз с ротора индукционного генератора ИГ

гvn

снимаетс  ток частоты г„ --

60

+ /макс :/сг, Т. С. ПрИблИЗИТелЬНО

3/макс При ЭТОМ коллекторна  машина К.М работает в качестве генератора , передающего индукционному генератору ИГ электрическую мощность скольжени . При плавном

fj:Р меньи1енни частоты Тсг до / - --

60

частота на коллекторах машин ПЧ и КМ уменьшаетс  до нул , причем одновременно с частотой /« мен етс  и частота /„. При дальнейшем уменьшении частоты fa до f Р

коллекчастота

на

}сг -

120

рп

торах возрастает от нул  до 120

В этом режиме коллекторна  машина УСМ преобразовывает отдаваемую статором индукционного генератора электрическую мошность скольжени  в механи1ческую.

При достижении частотой /„ значени  /г. - : j г , незначирп

те.дьно отличающегос  от -- , замыкаютс  контакты /(4 и Хб, в результате чего синхронный генератор СГ временно соедин етс  как с кольцами , так и с коллектором преобразовател  иЧ. При этом на синхронный генератор в первое мгновение поступает с коллектора преобразовател  /7/ ток с частотой- - ,

60 120

т. с. -- -;- Л/, И, сдедовательно, в нем 120

кроме основного пол  возбуждени , вращающегос  со скоростью, соответствующей частоте ± А/, возникает еще второе поле, вращающеес 

со скоростью, соответствующей частоте --- г Д/. Это поле индуктирует в успокоиггельной обмотке возбудипгел  СГ ток, создающий тормоз щий или ускор ющий момент, под вли нием которого скорость синхронного генератора СГ уменьшаетс  иши увеличвваетс  до значени , при котором Д/уменьшаетс  до нул , после чего не только частоты, но И1 фазы напр л ени  на коллекторе и на кольцах преобразовател  частоты ПЧ совпадают. То же самое относитс  и к значени м напр жени  на коллекторе машины КМ и на кольцах индукционного генератора ИГ. Кроме того, если выбрать коэффициент трансформации между обмотками статора и ротора индукционного генератора ИГ равным приблизительно единице, то совпадают и значени  наир жени . Следовательно, можно включать нагрузку одновременно на обе машины КМ и ИГ, замкнув контакты Ki и К , а затем уже разомкнуть контакт Кз и таким образом переключить нагрузку на питание от коллекторной машины КЛ4. Дл  дальнейшего снижени  частоты до нул , т. е. дл  снижени  скорости асинхронного двигател , образующего нагрузку Я, до нулевого значени , имеютс  два способа. Первый заключаетс  в том, что синхронный генератор СГ, который был временно соединен с кольцами) и с коллектором преобразовател  частоты ПЧ, отключаетс  от колец, т. е. непосредственно питает обмотку возбуждени  машины КМ. При1 этом дл  уменьшении до нул  частоты тока, питающего нагрузку , необходимо уменьшить до нул  скорость синхронного генератора СГ.

Второй способ заключаетс  в том, что после переключени  нагрузки с машины ИГ на машииу КМ синхронный генератор оп ть включаетс  только на кольца преобразовател  частоты ПЧ. При этом с генератора СГ (дл  снижени  частоты f до нул ) снимаетс  ток, имеющий частоту , увеличивающуюс  до --

Чтобы изменение частоты от пп , л рп

- + / до - не вызвало толчков тока в нагрузке, можно с 1юмощь)о соответствующего подбора параметров синхронного генератора СГ (и особенно его махового момента) создать услови , при которых достиже/Л

ние окончательной частотытре120

. бовало бы некоторой выдержки времени , в течение которой это изменение частоты не могло вызвать толчков тока в нагрузке.

Дл  облегчени  переключени  )iaгрузки в контактах и Кл целесообразно предусмотреть в цепи контактов Ki сопротивлени  г. Если, например , нагрузка Я питаетс  от индукционного генератора ИГ через контакты Кз и замыкаютс  также контакты /Ci, то вследствие наличи  сопротивлени  г главный ток зое-таки про.ходит через генератор ИГ. После этого контакты /(о замыкаютс , генератор ИГ оказываетс  замкнутым накоротко И1 ток через него больше не проходит, вследствие чего контакты К размыкаютс  практически без тока. Наоборот, если нагрузка Я переключаетс  с коллекторной машины КМ на индукционный генератор ИГ, то при 3aNn HyTbix контактах /Со через контакты Кз ток не проходит. После размыкани  контактов Kz основна  часть тока проходит через коптакты Кз вслед за чем можно разомкнуть контакты К. Путем соответствующего регулировани  скорости вращени  синхронного генератора СГ и выбора схемы можно обеспечить также реверсирование асинхронного двигател  и- пеf Р реключение его из диапазона / р

в диапазон -

В предложенной установке коллекторную машину /(Л можно заменить трем  однофазными коллекторными машинами при условие, что остальные машины  вл ютс  двухфазными .

Эффективность установки и степень использовани  acHHxpoHHorj двигател ,  вл ющегос  нагрузкой, тем выше, чем выше величина максимально достигаемой частоты, котора , в свою очередь, возрастает с величиной /макс. Последнюю величину можно увеличить гораздо выше

AocTiiinC.vibix до сих iio(), если использовать Л.1Я уничго ке ги  трансформаTopiiCH э. д. с. известный способ сравксни  между еобой по величине в фазе у, д. с. н.ЧЛ Bpauiaioiiu-iix моментов, моде„ткруюии1х трансформаторную э. д. с. и э. д. с., комненсирующук) ее. По нл юнхиес  ири неравенстве или несовпадеиин по фазе вмпульсы используютс  дл  такого нзл1енени  величины и фазового положени  потока дополнительного полюса, при котором указаи -1ое перавенствэ или несовиадеиие но ф/азе исчезают.

Д.т  разрыва контактов Ki и К.-, без тока вместо сопротивлени  г и кон-|актов К-2 можно использовать также с,тедуюии-и1 способ (фиг. 2).

Д;:1 устим, что индукционный генератор ИГ построен так, что вторинное наир жение (в данном случае ротора) ггри xo.focTOM хиде маи1ины на больню иервнчггого в данном случае статора), причем равно по величине рсзультпру1ои1,ему падению напр жени  внутри всей маШРП-и , 1 озникающе:му при. полиой iia рузке .

Дл  перехода из диапазона / ;рп

в диапазон /

замкнлпри

тых контактах К. замыкают ен,е контакты . В елучае отсутствИЯ в схеме сопротивлени  г и контактов Кз нагрузка Я окажетс  при этом включенной как 1та инд.укаио1И1ЫЙ генератор ИГ, так и па ко.тлекторпую маИ1ину /СЛГ. Одргако ток, как и прежде, будет п-роходит :. TO, че)ез НГ, так Kaic в этом с.тучае . (} из-за, э.тектрической св зн между статорной и poTopnoii облтОТкамп тпдук1и1-OHF-toro |-енератора ИГ.

На.чичие тга. етаторе пндукнионного генератора ИГ дополнительной обмотки ((Ьиг. 2). распо.чоженной так, что обтекаиие ее иосто нным током при зaмкиyro : контакте Кг, вызывает 11асы и;м-1ие -енерато)а, иозвол ет добитьс  такого уменыпен   потока мани-гны ИГ, когда AL- : О при холостом ход.е. Вс,гедств)е этого вес1) ток иерераспреде.ч етс  и проходит то,тько через контакты /d, что обеспечивает возможность размыкани  контактов К.Л без тока. Ана .догично этому при переходе из диаX/«f . Ijn

j , в диапазон f :: f

сначала замыкаютс  контакты /Ci, а затем контакты /Сз, причем ток, как и прежде, проходит только через контакты Ki. Последующим размыканием контакта Кв производитс  отключение посто нного тока , вследствие чего весь ток проходит через индукционный генератор ИГ и через контакты К . После этого можно разомкнуть контакты Ki без тока. Таким образом, контакты К2 (фиг. 1) замен ютс  контактами /(е, рассчитаннымина незначительный ток. Указанна  дополнительна  об.мотка должна быть расположена таким образом, чтобы ,аюи|еес  маг и-гтное поле не наводило в ней ). д. с.

На фиг. 3 показан варнант схемы, обеспечивающий синхронизацию колл .екториой магиины и иидукциюнного генератора в процессе переключени  нагруз чи и отличаюнщйс  применением дополните. синхронного еиератОра СГ, сид щего на одном валу с сиихронным генератором -- возбудителем СГ к имеющего одинаковое с нпм чнс.ло полюсов.

До зам1.,п анп;  контактов Л., п)1( замкпутых контактах К коллектор преобразовател  частоты ПЧ через контакты К включаетс  на дополнительный синхронный генератор СГ. Ток возбуждени  ig создает в возбудителе СГ гкгле, вращаюн еес  со скор(сть:(), соответствующей частоте /-.;;.,iu- ;: V, ТОК ОТ коллсктори маипшы ПЧ создает гголе, вранлающеес  со скоростью, соответствующей частоте /м:,,сс 1-- Л/. Вследствие этого взаимодействие указанги гх ноAcii создает замедл юншй ) ускор ющий момент, иечезаюптий при совпадени И частоты и фазового положени  напр жени  па кол.текторе маип- ны ПЧ и в статоре генератора С/ (и потому и в статоре геиератора СГ). Затем можно замкнуть контакты i-:i разомкнуть контакты /С. После переключени1Я рабочей депп контакты / размыкаютс .

Ввиду того, что синхронный генератор СГ включаетс  только во врем  ткреключени  {т. е. кратковременно ), он может иметь небол1эшис габариты.

Синхронизаци  коллекторной машины и индукционного генератора в .процессе переключени  нагрузки может быть осуществлена путем управлени  с помощью разности частот /макс ± л/ и /макс + Д/ СКОростью вала синхронного генераторавозбудител  (например, путем воздействи  на поток возбуждени  двигател  посто нного тока, регулирующего скорость синхронного генератора , таким образом, чтобы это воздействие исчезло только при полном совпадении частот и фазовых положений напр жений). Можно питать статор (или43отор) небольщой вспомогательной индукционной мащииы током частоты /макс ± А/, а ротор (или статор) при той же последовательности фаз - током частоты /макс /- в .этом случае ротор только при частоте А/ О занимает неподвижное положение, завис щее от относительного фазового положени  напр л ений, питающи1Х статор и ротор. Таким образом, с помощью ч пределенного расположени  обмоток можно обеспечить при любом другом положении ротора инду1Ш,конной мащины возникновение сигнала , воздействующего на скорость вала синхронного генератора-возбзди: тел  и прекращающегос  только при полном совпадении частот и фазовых положений напр жений.

Когда дл  возбуждени  коллекторной мащииы используетс  не синхронный генератор, а другой источник мен юп1.ейс  частоты (например, резонансный контур), возникающие под вли нием Д/ сигналы воздействовать на параметры этого контура.

Предмет изобретени 

Claims (4)

1. Установка дл  получени  переменного тока плавно измен емой частоты , содержаща  коллекторную мащи1ну (или мащиеы) переменной частоты и индукционный генератор, получающий возбуждение от указанной машины, отличающа с  тем, что, с целью уменьшени  мощности коллекторной машины и паибольшей требуемой от нее частоты, применено контакторное устройство.

посредством которого нагрузка в дип апазоне частот от О до f (где / - наибольша  частота тока коллекторной машины) подключаетс  к коллекторной маши1не дл  непосредственного питани  от последней, а в диапазоне частот от / до 3/ - к ипдукционному генератору, мощность скольжени  которого пропускают через указанную коллекторную машину.

2.Установка по п. 1, отличаюи , а   с   тем, что, с целью предотвраН1 ,ени1  разрыва цепей нагрузки и возбуждени  во врем  переключени  нагрузки с одной электрической машины на другую, контакториое устройство в полол ении этого переключени  образует промел уточную схему соединений, при которой нагрузка питаетс  одновременно от . обеих электрических машим, автоматически синхронизируемых по частоте и фазе .

3.Установка по п. 2, содержаща  синхронный возбудитель коллекторной машины и коллекторный преобразователь частоты, включенный между синхронным возбудителем и коллекторной мапп1ной, отличающа с  тем, что, с целью сиихронизации коллекторной и индукционной машин в процессе переключени  нагрузки , предусмотрены контакторы дл  подключени  синхронного возбудител  одноврс.енно к коллектору и контактным кольцам преобразовател  частоты с тем, чтобы создать в синхронном возбудителе .дополнительный вращающий момент, ускор юилий пли замедл юпип возбудитель до согласовани  напр жени) коллекторной матнины и индукциои)сго генератора по частоте и фазе.

4.Установка по п. 2, отличающа с  тем, что, с целью синхронизацпи KO.i.ieKTopHoii машины и индукционного генератора в процессе переключеш   нагрузки применена вспомогательна  индукционна  машина , статор (ротор) которой питаетс  током частоты кол.тскторной маппипз, а ротор (статор) -- током частоты индукционного генератора, и котора  служит дл  управлени  частотой тока возбул дени  коллекторной маши-ны.

Приоритет по пп. 1-3-12 ма  1S52 г. по п. 4-23  нвар  1954 г.

ПЧ

ш

s-t

сг

к,, л д