SU736282A1 - Однофазный машинно-вентильный генератор - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электрическим машинам, в частности к генераторам переменного тока, выходна  частота которых может регулироватьс  независимо от скорости вращени , например , в автономных источниках электропитани .

Регулирование частоты выходного напр жени  независимо от скорости вращени  синхроннбго генератора обычно достигаетс  установкой на выходе этого генератора полупроводникового преобразовател  частоты 1.

При использовании простых и экономичных вентильных преобразователей частоты с непосредственной св зью и естественной коммутацией вентилей требуетс  сложна  система управлени , а также фильтр дл  улучшени  формы кривой выходного напр жени .

Эти недостатки частично устранены в системах, в которых генератор возбуждаетс  переменным напр жением заданной выходной частоты, а саглэ напр жение, модулированное по амплитуде , выпр мл етс  и циклически перекоммутируетс  на нагрузку 2. При этом достигаетс  упрощение преобразовател  на выходе генератора и

управлени  км. При этом сам генератор используетс  сравнительно плохо, а коммутатор и управление им достар точно сложны. Это св зано с тем, что генератор не участвует в процессе последующей коммутации или усилени .

Известные же электрические машины,

10 совмещающие функции генератора и

ма-нитногс усилител  31, не позвол ют осуществл ть регулирование частоты непосредственно в самом генераторе .

(5 .Наиболее (Япизким по технической С,-щности и дости-гаекюму результату к данному изобретению  вл етс  однофазный маиинно-вентильный генератор peгyлиpye ioй частоты, содержащий

20  корь с расположенными на нем многофазными обмотками, подключенными к вентил м, и индуктор с o6NraTKon возбуждени  4 ,

Силова  схема устройства состоит

25 из трехфазного генератора, возбуждаегж5го переменным током от источника эталонной посто нной частоты, коммутатора , состо щего из двенадцати управл емых вентилей и выходного

30 фильтра.

Недостатками этого устройства  вл ютс  сложность силовой (наличие указанных трех частей, а также большое количество вентилей Б коммутаторе) ; сложность управлени  коммутатором, св занна  с необходамостью обеспечени  двухканальной системы управлени  с шестью гальванически не св э.анными выходами в кгаждо канале, а также с необходимостью синхронизации импульсов управлени  с источником эталонной частоты; низкое использование активных материалов Ненератора. Генератор в режиме модул- тора должен иметь удвоенную предельную мощность (относительно мощности нагрузки) даже при КПД комглутатора , равном единице. Дл  уменьшени  мощности, потребл екюй обмоткой вЬзбуждени  до приемлемых значений, частота вращени  должна быть знечительно Bfcffiue выходной частоты, что обуславливает применение генератора индукторного типа, А так как магиитопровод индукторного генератора используетс  по меньшей мере в 2,5 раза хуже, чем в генераторе,выполненном , на низкую выходную частоту , то в результате использование манитопровода в таком генераторе-модул торе , по меньшей люре, в 5 раз хуже , чем в обычном трехфазном гене;раторе ,- выполненном на частоту TOKEI нагрузки. Кроме того,, зависимость мощности возбуждени  от скорости вращени  ограничивает дшапазон регулироЕани  (стабилизации).

Цель изобретени  - упрощение cxe.vsbi управлени , а также улучшение использовани  магнитопровода генератора .

Это достигаетс  тем, что  корь генератора выполнен из отдельных магните про во до в, число которых PCIBHO числу фаз генератора, причем на каждОм магнитопроводе расположены фс1за обмотки  кор  и одна фаза дополнителной введенной обмотки управлени , замкнутой управл емым вентилем, ci выходные обмотки всех фаз обмотки  кор  соединены между собой последовательно и согласно, причем управл юище Электроды всех вентилей и их катоды объединены,между собой.

Благодар  такому выполнению кгок-дэ  фаза  кор  совмещает функции гегнратора И магнитного усилител  с самонасыщением, а поскольку магнитны потоки отдельных магнитопроводов различных фаз завис т как от номеров этих фаз, так и от управл ющих сиг-налов , результирующее суммарное потокосцепление выходной обмотки иЗиМегн етс  синусоидально с частотой,независ щей от частоты вращени .

На фиг. 1 изображен пpeдлaгae ый машинно-вентильный генератор, продолный разрез; на фи.г. 2 - то же, по i оси вращени ; на фиг. 3 а б - cxei«

соединений статорных обмоток; на фиг. 4 - диаграмма магнитных потоков при синфазном управлении вентил ми. .Машинно-вентильный генератор содержит статор и ротор, магнитные системы которых образуют шесть отдельных агнитопроводов. На статоре расположено шесть стержней 1 П-образной форкы, которые расслоены (шихтованы) вдоль оси вращени . Стержни мэгут Оытъ набраны из пластин электротехнической стсШИ или навиты из ленточной электротехнической стали. Стержни 1 статора расположены по окружности на равных рассто ни х друг от друга и прикреплены к станине любым способом, обеспечивающим фиксацию их взаимного положени .

Магнитна  система ротора состоит из двух круглых пакетов 2, соединенных стержн ми 3. Пакеты 2 набраны из круглых пластин электротехнической стали и имеют пазы дл  укладки обмоток, как в электрических машинах обычного исполнени . Стержни 3 ротора шихтованы вдоль оси врадени  и приг ыкают к пакетам 2 без зазора. Стержни 3 прикреплены к валу 5 с помощью втулки 4, чем обеспечиваетс  фиксаци  их положени .

Каждый стержень 1 статора совместно с прилегающими к нему участками пакетов 2 ротора и несколькиг и стержн ми 3 образует отдельный магнитопровод ,

В пазах каждого пакета 2 ротора уложена обмотка возбуждени  6, выполненна  по типу обычной распределенной обмотки с одной парой полюсов . Оси обмоток возбуждени  б обоих пакетов 2 противоположны и создают намагничивающие сила, действующие соласно вдоль стержней 1 и 3. Обмотки возбуждени  подключены к источнику возбуждени  посто нного тока с помощью контактных колец на валу 5 (подключение и контактные кольца не показаны)„ На каждом стержне статора расположена обмотка управлени  7 в виде концентрической катушки. Якорна ( выходна ) обмотка генератора представлена в виде кольцевой катушки

8,расположенной соосно с валом. Она может быть выполнена также в виде последовательного соединени  рабочих обмоток концентрических катушек, расположенных на стержн х статора.

Шесть магнитопроводов фиг.З условно показаны в виде шести сердечников

На каждом сердечнике расположены управлени  7 и рабоча  обмэтка 8, представл юща  собой часть общей выходной обмотки генератора. К каждой обмотке 7 подключен вентиль

9.Все рабочие обмотки 8 соединены последовательно, образу  выходную обмотку. К зажимам Н-Н выходной обмотки подключаетс  нагрузка. Рассмотрим работу генератора, ког да кажда  управл юща  обмотка 7 замкнута (накоротко) управл емым вентилем (тиристором) 9, причем вентили 9 управл ютс  независимо друг от друга как показано на фиг. За. При отсутствии управл ющих сигналов все вентили 9 заперты, магнитные потоки шести магнитопровэдовизмен ютс  син соидально с круговой частотой uJ вра щени  ротора, со сдвигом друг относительно друга на 60° . Их сумма,сцепленна  с выходной обмоткой, равна нулю и напр жение на нагрузке отсутствует . Maкcимaль foe значение Ф, ма нитного потока выбираетс  на границе насыщени , т.е. немногим меньше значени  Og потока насыщени  стержн  статора. Изменением магнитного потока- насыщенного магнитопровода пренеб регают . При подаче отпиргиощего сигнала на управл ющий электрод одного из ве тилей в начале каждого полупериода его проводимости данный вентиль отпираетс . Так как падение напр жени  на сопротивлени х обмотки управлени  и провод щего вентил  незначи .тельно, то есть соответствующий стер жень не перемагничиваетс , а только намагничиваетс  в одном направлении. Поэтому, спуст  период частоты враще ни , данный стержень насыщаетс  и остаетс  насыщенным до подачи управл ющего сигнала на данный вентиль. При этом его магнитный поток измен етс  незначительно (соответственно падению напр жени  в короткозамкнутой цепи), например от Ф до Ф , и, будучи неизменным по направлению, замыкаетс  вдоль оси генератора. Маг нитный поток данного магнитопровода практически не измен етс  поэтому ЭДС в его рабочей обмотке 8 не индуцируетс . Следовательно напр жени  . всех рабочих обмоток 8 не образуют ситчметричную многофазную систему, их сумма отлична от нул  и на нагруз ке-на зажимах Н-Н по вл етс  напр жение . Наибольшего значени  это напр жение достигает при отпирании одновременно трех вентилей. При этом с выходной обмоткой сцеплен суммарный магнитный поток ненасыщенных трех стержней, амплитуда которого равна 2Ф, а фа5а выходного напр жени  определ етс  положением включаемых вентилей среди всех вентилей. Если фаза сЛ соответствует включеНИК1 первого, второго и третьего вентилей , то фаза (сХ + 60) соответствует включению второго, третьего и четвертого вентилей (нумераци  против направлени  вращени ). При переключении вентилей непрерывно с частотой  . фаза выходного напр жени  также измен етс  непрерывно с шагом в 60 , и, следовательно, частота вы ходного напр жени  равна ((JJ + Я.) или (ий-Л) в зависимости от переключени  вентилей по направлению вращени  или против. Таким образом,частота выходного напр жени  может регулироватьс  независимо от скорости врсщени . Рассмотрим работу машины при включении вентилей так, как показано на фиг. Зб, а., именно, когда управл ющие электроды всех вентилей -объединены и управл ю аий сигнал подаетс  на зажимы а-в,т.е. одновременно на все вентили. Работа устройства дл  такого случа  по сн етс  диаграммой (фиг.4), где тонкие синусоидальные линии иэобргикают магнитные потоки шести магнитопрово1дов при выключенных вентил х. Управл ющий (отпирающий) сигнал (заштриховгшный пр моугольник в нижней части) подаетс  в момент и JiMeeT длительность немногим больше g- (могут также использоватьс  узкие импульсы такой же суммарной длительности). Момент (Х. подсыи управл ющего импульса дл  первого из шести вентилей попадает в конец того полупериода , когда вентиль может проводить. Так как падение напр жени  на сопротивлении короткозамкнутой обмотки незначительно, то после включени  вентил  9 магнитный поток первого магнитопровода практически не измен етс  (на фиг. 4 показано штрихпунктирной линией) . Неизменное з начение потока сохран етс  до момента 1Г ( после чего анодное напр жение вентил  измен ет знак и он перестает проводить. С этого момента магнитный поток возрастает , при си1()4 v достигает значени  Ф насыщени  и сохран ет это значение до начала провод щего полупериода. С начала провод щего полупериода магнитный поток уменьшаетс  (штрих-пунктирна  лини  на фиг. 4), к моменту Л достигает первоначального значени ,после чего вентиль включаетс  и процесс повтор етс . Изменение магнитного потока второго магнитопровода показано на фиг. 4 пунктирной линией. В моменте. магнитный поток равен нулю, и так как второй вентиль в этот момент также включаетс , поток перестает измен тьс  до конца провод щего полупериода . С момента анодное напр жение вентил  измен ет знгж и магнитный поток возрастает. В момент IBuut 4-j второй магнитопровод насыщаетс  и остаетс  насыщенным до начала провод щего полупериода uJt 11-gпосле чего поток уменьшаетс , достига  к моменту сЛ первоначального значени , и процесс повтор етс . Изменение магнитного потока (Третьего магнитопровода показано на фиг. 4 линией тире-две точки Момент А включени  третьего вентил  попадает в начало его провод щего полупериода. Неизменное значение потока сохран етс  до конца про вод щего полупериода , пос ле чего поток возрастает, достигает в момент UJt 4-;-значени  Фд и рп ть остаетс  неизменным до начапа провод щего полупериода UJt -g- . даliee поток уменьшаетс  и процесс ювтор етс . : Дл  четвертого вентил  момент попадает в конец его непровод щего йолупериода. Но так как длительность управл ющего импульса захватывает и начало провод щего полуЬериода , то четвертый вентиль- успе (вает включитьс  в момент out - и ПРОВОДИТ ток весь поовоп ший полупериод Магнитны |поток четвертого магнитопровода (на фиг.4 - точечна  лини ) в течение всего провод щего полупериода практ чески не измен етс  и равен поток возрастает до Фд и остаетс  неизменным весь непровод щий полу:Период . С изменением знака анодного напр жени  в момент че :вертый вентиль оп ть включаетс . 1 П тый и шестой вентили не успе-|вают включитьс , т.е. магнитные по дтоки п того и шестого магнитопрово|ДОв измен ютс  синусоидально. Суммарный магнитный поток,- сцеппленный с выходной обмоткой, пока-;зан на фиг.4 сплошной жирной кривой . Су лмарное потокосцепление содержит посто нную и переменную составл ю:цие (фиГо4). Переменнс.  составл юща  потокосцеплени  выходной обмотки, обуславливающа  на.пр женке на зажимах H-Hj имеет миниг-гум в MON HT-подачи управл ющего сигнала в максимум, отсто щий на - 1Г. Сле довательно, измен   момент подачи управл ющего сигнала внутри периода можно плавно измен ть фазу напр кени  на зажимах Н-Н в пределах 360° Если молвит подачи, сигнала измен ет свое положение от периода к периоду частоты вращени , т.е. если частота сигнала, не равна частоте вращени , то частота напр жени  на зажимс1х Н-Н равна частоте сигнала. Так как частота выходного напр жени  равна частоте сигнала, а мощность Е нагрузку поступает от вала, то ге нератор  вл етс  усилителем мощност Управление одним сигналом достигаетс  благодар  тому, чтр все обмо ки управлени  7 замкнуты идентично включенными вентил ми (фиг.36). Так как каждый вентиль проводит ток только при совпадении во времени управл ющего сигнала и определенной пол рности анодного напр жени  вентил  (такое совпадение в многофазной системе имеет место лишь дл  части вентилей), то различные вентили оказываютс  в различных услови Х (. так что одновременно включаетс  лишь часть вентилей. Поэтому принцип работы генератора сохран етс  при подк:ггючении обмоток управлени  7 к вентил м 9, если последние выполнены неуправл емыми, а полностью управл емый ключ  вл етс.  общим дл  всех обмоток. При замыкании такого ключа на врем , равное полупериоду частоты вращени , закорачиваютс  те обмотки 7р у которых вентили 9 имеют положительное анодное напр жение и могут проводить,Так как врем  замкнутого состо ни  общего ключа захватывает различные части провод щего полупериода в различных вентил х, то изменени  магнитных потоков будут примерно такими же, как показано на фиг. 4, и работа генератора принципиально не измен етс . Из работы устройства видно, что при выполнении вентилей как управл емыми , так и неуправл емыми, одновременно замыкаютс  накоротко примерно половина обмоток управлени . Врем  этого замыкани  различно: от полупериода дл  того вентил , который включаетс  в начале своего тровод шего полупериода, до нул  дл  того вентил , который включаетс  в конце своего провод щего полупериода. , При оценке потерь з короткозамкнутых обмотках среднее врем  их замыкани  составл ет /4 периода. Поэтому эти потери значительно меньше, чем например , в двигател х с экранированными полюсами, где короткозамкнутые контуры замкнуты посто нно. Силова  схема предлагаемого устройства проста, так как не требуетс  установки фильтра: при шести вентил х форма потокосцеплени  выходной обмотки, и соответственно, выходного напр жени  приемлема дл  большинства нагрузок да:же при управлении оЗцним сигналом. Управление вентил ми также простое так как они управл ютс  одним сигналом с Гс;шьванической св зью управл ющих переходов. В предлагаемом генераторе использ потс  магнитные материалы, Потокосцеплекие выходной обмотки cyMtvia потоков незакороченных фаз равно результирующей векторов фазных потоков, где m -- число фаз  кор  (число отдельных магнитопроводон )„ Поэтому выходное напр жение в раз превы111ает фазное напр жение одной незакороченной фазы. Следовательно, по сравнению с т-фазным синхронным генератором магнито|провод предлагаемого однофазного генератора используетс  на 4

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Однофазный машинно-вентильный генератор регулируемой частоты, содержащий якорь с расположенными на нем многофазными обмотками, управляемые вентили и индуктор с обмоткой возбуждения, отличающийс я тем, что, с целью упрощения схемы управления, а также улучшения использования магнитопровода генератора, якорь генератора выполнен из отдельных магнитопроводов, число которых равно числу фаз генератора, причем на каждом магнитопроводе расположены одна фаза обмотки якоря и одна фаза дополнительно введенной обмотки управления, замкнутой управляемым вентилем, а выходные обмотки всех фаз обмотки якоря соединены между собой последовательно и соглас’ θ но.
2. 2. Генератор по п.1, отличающий ся тем, что управляющие электроды всех вентилей объединены между собой, причем катоды всех вен-

   15 тилей также объединены между собой.