SU1728959A1 - Электромашинный агрегат дл получени посто нной частоты и напр жени при измен ющейс скорости вращени первичного двигател - Google Patents

Abstract

Изобретение м.б. использовано в электротехнике , автономных системах генерировани  переменного тока посто нной частоты и напр жени  на подвижных объектах . Электромашинный агрегат состоит из синхронного генератора 1, его возбудител  2, полюсопереключаемой асинхронной машины 3, дифференциального редуктора 4, регул тора трехфазного напр жени  с п тью тороидальными трехфазными обмотками 5-9 и двум  обмотками подмагничива- ни  10,11, переключающих контактов 12-14. регул тора 15, выпр мителей 17 и 18 системы питани  обмоток подмагничивани , контура регул тора напр жени  19, включающего измеритель напр жени  20, выпр мители 21, 23, 26, магнитный усилитель 22, компаундирующий трансформатор тока 25. Применение неподвижного регул тора трехфазного напр жени  уменьшает габариты, повышает КПД и надежность. 3 ил. и с

Description

Изобретение относитс  к автономным системам генерировани  переменного тока посто нной частоты на подвижных объектах при осуществлении привода генераторного агрегата от ходового двигател , работающего с измен ющейс  скоростью вращени .

Известны электромашинные агрегаты дл  получени  посто нной частоты генерируемого тока при измен ющейс  скорости вращени  приводного двигател , содержащие синхронный генератор, регулируемую асинхронную машину, подключенную параллельно через регул тор напр жени  к выходу синхронного генератора, и дифференциальный редуктор (ДР), соедин ющий обе машины с приводным двигателем.

Дл  широкого и плавного регулировани  напр жени , подводимого от генератора к асинхронной машине, в известном агрегате на валу генератора установлен электромашинный регул тор, выполненный в виде синхронной машины с двум  встречно включенными обмотками возбуждени  на роторе и отдельными фазными обмотками на статоре, соединенными последовательно и синфазно с фазами обмотки синхронного генератора. Одна обмотка возбуждени  электромашинного регул тора включена параллельно обмотке возбуждени  основного синхронного генератора, а друга  - на вращающийс  выпр митель возбудител  электромашинного регул тора, установленного на общем валу агрегата. Асинхронна  машина выполнена с полюсо- переключаемой обмоткой статора, что обеспечивает возможность ее работы в двух двигательных и двух генераторных режимах , а также в режиме электродинамического тормоза при питании ее статорной обмотки регулируемым выпр мленным током от понижающего трансформатора. Использование асинхронной машины агрегата во всех п ти указанных режимах позвол ет уменьшить максимальное скольжение ее ротора и потерю мощности в нем при изменении скорости вращени  приводного двигател  в пределах П1макс/П1мин 2.

Вследствие наличи  на общем валу агрегата четырех электрических машин, а именно:основного синхронного генератора (СГ), возбудител  СГ, электромашинного регул тора напр жени  с двум  встречно включенными обмотками возбуждени  и его возбудител  с вращающимс  выпр мителем , завышены размеры и удельна  масса агрегата стоимость производства, затруднена проверка исправности агрегата в услови х эксплуатации и снижена его надежность.

Цель изобретени  - уменьшение удельной массы, повышение КПД и надежности. В предлагаемом электромашинном агрегате исключены электромашинный регул тор напр жени ; его возбудитель и вращающийс  выпр митель, а в качестве регул тора напр жени , подводимого к асинхронной машине (AM) от синхронного генератора, применен неподвижный регу0 л тор трехфазного напр жени , имеющий меньшие размеры, удельную массу, стоимость производства и более высокие КПД и надежность.

На фиг. 1 изображена схема электрома5 шинного агрегата посто нной частоты и напр жени  при измен ющейс  скорости вращени ; на фиг. 2 - часть цилиндрического , состо щего из трех частей, магнитопро- вода регул тора трехфазного напр жени ;

0 на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.

Агрегат содержит синхронный генератор 1, возбудитель 2 генератора, полюсопе- реключаемую асинхронную машину 3, соединенную с генератором и приводным

5 двигателем через дифференциальный редуктор 4, регул тор трехфазного напр жени  с п тью тороидальными трехфазными обмотками 5-9 и двум  обмотками 10 и 11 подмагничивани , а также переключающие

0 контакторы 12-14, регул тор 15 частоты и понижающий трансформатор 16с выпр мителем 17 системы питани  обмотки 11 подмагничивани , выпр митель 18, питающий обмотку 10 подмагничивани , контур регу5 л тора 19 напр жени , включающий: измеритель 20 напр жени  с питающим его выпр мителем 21, магнитный усилитель 22 и выпр митель 23, питающий обмотку возбуждени  возбудител  24, компаундирую0 щий трансформатор 25 тока и выпр митель 26.

Трехфазные тороидальные обмотки 5 и 6 охватывают  рмо 29 средней части цилиндрического магнитопровода с пазами на ее

5 внешней и внутренней поверхност х, причем фазы маловитковой обмотки 5 включены последовательно с фазами обмотки синхронного генератора, а фазы соединенной в звезду обмотки 6 - параллельно.

0 Начала фаз трехфазной тороидальной обмотки 7, охватывающей внутреннее  рмо 27, соединены с началами фаз обмоток 5 и 6 так, что индуктируемые в фазах обмотки 7 ЭДС суммируютс  с фазными напр жени 5 ми синхронного генератора. Концы фаз обмотки 7 соединены с концами фаз обмотки 8, расположенной на внешнем  рме 28, последовательно так, что индуктируемые в фазах обмотки 8 ЭДС вычитаютс  из фазных напр жений генератора. Начала фаз обмотки 8 соединены через переключающие контакторы 12-14 с трехфазной статорной обмоткой асинхронной машины.

Трехфазна  тороидальна  обмотка 9, расположенна  на внешнем  рме, соединена через выпр митель 18с обмоткой Юпод- магничивани  внутреннего  рма 27, а обмотка 11 подмагничивани , расположенна  на внешнем  рме 28, через регул тор 15 частоты и выпр митель 17 включена на выход понижающего трансформатора 16. Стабилизаци  скорости вращени  псг и частоты синхронного генератора при изменении его нагрузки и скорости вращени  приводного двигател  щ достигаетс  за счет изменени  направлени  и скорости вращени  ротора асинхронной машины пам в соответствии с уравнением дифференциального редуктора:

Пег Гц(1+И) ± Пам И 2 Об/МИН,

где и и 2 - передаточные числа дифференциального редуктора.

Плавное регулирование скорости вращени  ротора асинхронной машины, работающей на 1-й и 2-й ступен х в режимах двигател , на 3-й ступени в режиме электродинамического тормоза, а на 4-й и 5-й ступен х в режиме асинхронного генератора, обеспечиваетс  изменением ее электромагнитного момента путем автоматического регулировани  напр жени , подводимого к статорной обмотке от синхронного генератора с помощью регул тора трехфазного напр жени  (фиг. 2).

Величина линейного напр жени , подводимого к статорной обмотке на 1-й, 2-й, 4-й и 5-й ступен х, в общем случае равна

Оам Осг + V§ (йфб - Оф7).

где Осг линейное напр жени  СГ;

Офб Ёфб - 1ам2б И Оф7 Ефу + lanZl - фазные напр жени  обмоток 7 и 8, сцепленных с вращающимис  магнитными потоками Фай Фз внутреннего и внешнего  рм магнитолровода.

Величина вращающегос  магнитного потока в среднем  рме Ф-i Фа + Фз, создаваемого результирующей намагничивающей силой трехфазных обмоток, пропорциональна напр жению UCr, которое при увеличении нагрузки СГ от минимальной до максимальной величины при Uc const возрастает приблизительно на 10% вследствие падени  напр жени  в обмотке 5.

При максимальном токе в обмотке 11 подмагничивани  магнитное сопротивление внешнего  рма 28 очень велико, поэтому величина вращающегос  магнитного потока в нем Фз Фт - Фа макс 0,05 Ф1, а во внутреннем  рме Фамакс 0,95 Ф-i. В этом

случае ЭДС, индуктируема  в обмотке 7, Ефбмакс 4 КфтУУохКобО.ЭБ Фт, а в обмотке 8 Ефумин 4кфт Л/7Коб 0,05 Фт, поэтому к статорной обмотке приложено максимальное напр жение Оаммакс Осг + У5 Ёфбмакс - Ёфтмин - laM(Z6+Z). При минимальном токе в обмотке 11 подмагничивани  магнитное сопротивление внешнего рма 28 мало, а внутреннего  рма 27 велико, так как ток в

обмотке 10 подмагничивани  достигает максимальной величины.

В этом случае Фзмакс Ф1 - Фамин

«.0,95 Ф-|,а Фамин Ф,1- Фзмакс- 0,05 Ф1, поэтому Ефбмин ss4 fW6k06, 0,05 Ф1,

ЕфТмакс ,4 0,95 , а Оаммин ViT Ефбмин - Еф7макс - ам(2б+2т).

При W6 W7 И Ефбмакс Еф7макс 0,5

ифсг величина напр жени , подводимого от СГ к асинхронной машине, измен етс  приблизительноот11ам 1,5 Ucr ДО Уам 0,5UCr. Так как электромагнитный момент Мам пропорционален U ам, то указанные пределы изменени  Уам вполне достаточны дл  обеспечени  равенства приведенных электромагнитных моментов Мам и Мег при изменении нагрузки дифференциального электромашинного агрегата от максимальной величины до нул .

При повышении скорости вращени 

Пег и частоты синхронного генератора f

Р т

CpJ. сг вследствие повышени  скорости вращени  первичного двигател  щ или уменьшени  нагрузки СГ автоматический

регул тор 15 частоты на фиг. 1 регул тор 15 частоты условно показан только в виде исполнительного элемента - регулируемого сопротивлени  в цепи обмотки 11 подмагничивани , функционально схема

управлени  регул тора 15 частоты подобна схеме управлени  регул тора 19 напр жени : измеритель частоты, включаемый на выходные клеммы генератора, вырабатывает сигнал, пропорциональный отклонению

текущей частоты от заданного значени , усилительный.элемент усиливает этот сигнал и подает его на исполнительный элемент ) уменьшает ток в обмотке 1 1 подмагничивани  и магнитное сопротивление внешнего  рма 28. В результате этого вращающийс  поток в  рме 28 и ЭДС Еф, индуктируема  им в обмотке 8, увеличиваютс , а выходное напр жение индукционного регул тора на статорной обмотке

машины уменьшаетс , поэтому скорость вращени  ротора Пам при работе асинхронной машины на 1-й и 2-й ступен х в двигательных режимах уменьшаетс , что приводит к уменьшению скорости вращени  ncr и понижению частоты f до номинального значени . При работе на 3-й, 4-й и 5-й ступен х в тормозном и генераторных режимах уменьшение напр жени  на статор- ной обмотке машины вызывает уменьшение электромагнитного момента Мам, повышение скорости вращени  пам, уменьшение скорости Пег и восстановление частоты до близкой к номинальному значению.

В случае понижени  скорости вращени  Пег и частоты f вследствие уменьшени  скорости вращени  приводного двигател  щ или увеличени  нагрузки автоматический регул тор 15 частоты увеличивает ток в обмотке 11 подмагничивани . В результате этого выходное напр жение индукционного регул тора на статорной обмотке асинхронной машины и ее электромагнитный момент увеличиваютс , что приводит к повышению скорости вращени  пам на 1-й и 2-й ступен х и к уменьшению скорости вращени  пам при работе на 3-й, 4-й и 5-й ступен х, Так как в уравнении дифференциального редуктора на 1-й и 2-й ступен х пам имеет знак +, а на 3-й, 4-й и 5-й ступен х - знак -, то во всех случа х увеличение напр жени  на статорной обмотке вызывает повышение скорости вращени  синхронного генератора и восстановление его частоты f до номинального значени .

Изменение числа полюсов в статорной обмотке асинхронной машины и перевод ее из одного режима работы в другой осуществл ютс  контакторами 12-14, управл емыми тахогенератором, установленным на входном валу ДР (не показан).

Применение маловитковой трехфазной обмотки 5, включенной последовательно с фазными обмотками синхронного генератора , обеспечивает необходимую величину напр жени  на статорной обмотке при возможных кратковременных коротких замыкани х в сети и повышает устойчивость системы стабилизации частоты при изменени х нагрузки, Регул тор трехфазного напр жени , подводимого к машине, имеет высокий КПД, так как больша  часть электрической мощности, пропорциональна  Ucr подводитс  от Сг без преобразовани , а трансформируетс  лишь часть мощности, пропорциональна  ЭДС, Ефбмакс 0,5 11фсг. Удельна  масса регул тора трехфазного напр жени  почти в 3 раза меньше, чем электромашинного регул тора с возбудителем, так как скорость вращени  магнитного пол  в нем при двухполюсном магнитопроводе в 2,3 раза больше чем в злектромашинном регул торе, число полюсов в котором должно быть таким, как у основного синхронного генератора, т.е. при частоте f 400 Гц 2Р 6или2Р 4,

Более высокие надежность и КПД предлатаемого электромашинного агрегата с регул тором трехфазного напр жени , по сравнению с прототипом, обеспечиваютс  в результате замены электромашинного регул тора и его возбудител  с вращающимис 

роторами и выпр мителем статическим регул тором трехфазного напр жени , надежность работы и КПД которого выше, чем у вращающегос  электромашинного регул тора с возбудителем и вращающимс  выпр мителем ,

Claims (1)

1. Формула изобретени  Электромашинный агрегат дл  получени  посто нной частоты и напр жени  при

   измен ющейс  скорости вращени  первичного двигател , содержащий бесконтактный синхронный генератор и полюсопереключа- емую асинхронную машину, св занные механически друг с другом и с приводным

   двигателем посредством дифференциального редуктора, и регулирующее устройство трехфазного напр жени , подводимого от синхронного генератора к асинхронной машине , состо щее из регул тора трехфазного напр жени , переключающих контактов и понижающего трансформатора, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  удельной массы, повышени  КПД и надежности , регул тор трехфазного напр жени 

   выполнен в виде цилиндрического магнито- провода из трех концентрических неподвижных частей с пазами, в которых размещены п ть тороидальных трехфазных обмоток и две обмотки подмагничивани 

    рм внешней и внутренней частей, в пазах средней части расположены синфазно две первичные обмотки, из которых одна включена параллельно со статорной обмоткой генератора, а друга  - последовательно, вторичные трехфазные обмотки, расположенные синфазно в пазах внутренней и внешней частей, соединены последовательно-встречно , и включены с одной стороны на клеммы генератора, с другой - на статорную

   обмотку асинхронной машины, обмотка подмагничивани  внутреннего  рма через выпр митель соединена с трехфазной обмоткой на внешнем  рме, а обмотка подмагничивани  внешнего  рма соединена через

   переменное сопротивление и выпр митель с вторичной обмоткой понижающего трансформатора , включенного на выходные клеммы регул тора трехфазного напр жени .

   Фиг. 2