Электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК(71) Заявители Синяков Анатолий Леонидович Дудников Игорь Львович Сизиков Сергей Вячеславович Рипинский Антон Иванович(72) Авторы Синяков Анатолий Леонидович Дудников Игорь Львович Сизиков Сергей Вячеславович Рипинский Антон Иванович(73) Патентообладатели Синяков Анатолий Леонидович Дудников Игорь Львович Сизиков Сергей Вячеславович Рипинский Антон Иванович(57) Электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток,содержащий расположенные на одном валу якорь двигателя постоянного тока, последовательная и параллельная основные обмотки возбуждения которого расположены на полюсах магнитопроводящего корпуса, и выполненный из постоянных магнитов индуктор синхронного генератора, якорная обмотка которого, соединенная в звезду, расположена на статоре в тех же позах, что и управляющая обмотка регуляторы напряжения и частоты переменного тока синхронного генератора, отличающийся тем, что снабжен дополнительной обмоткой возбуждения, трансформатором, на тороидальном сердечнике которого расположены вторичная и секционная первичная обмотки выпрямительным мостом, к выходу которого подключены конденсаторы и с центральным отверстием электроизоляционным диском, на котором расположены и закреплены диоды выпрямительного моста и конденсаторы, а часть секций якорной обмотки двигателя постоянного тока поделена в лобовой зоне обмотки на две полуобмотки каждая, которые оборудованы выводами, при этом трансформатор и электроизоляционный диск расположены на валу преобразователя 89222013.02.28 между якорем двигателя постоянного тока и индуктором синхронного генератора, на постоянных магнитах индуктора которого размещена дополнительная обмотка возбуждения,подключенная дополнительно к выходу выпрямительного моста, присоединенного входом ко вторичной обмотке трансформатора, к секциям первичной обмотки которого присоединены выводами соответственно полуобмотки секций якорной обмотки двигателя.(56) 1. Барвинский А.П., Козлова Ф.Г. Электрооборудование самолетов. - М. Транспорт,1990. - С. 118. 2. Барвинский А.П., Козлова Ф.Г. Электрооборудование самолетов. - М. Транспорт,1990. - С. 113. Предлагаемое техническое решение относится к электромашинным преобразователям постоянного тока в переменный трехфазный ток. Известна конструкция электромашинного преобразователя 1. Преобразователь содержит четырехполюсный двигатель постоянного тока со смешанным возбуждением и шестиполюсный синхронный генератор с независимым возбуждением. Обмотка возбуждения генератора расположена на шестиполюсном роторе, концы которой присоединены к двум контактным кольцам с угольными щетками, через которые она подключена к бортсети постоянного тока регулятором напряжения, стабилизирующим напряжение синхронного генератора. Кроме того, преобразователь снабжен также регулятором, стабилизирующим частоту переменного тока синхронного генератора. Известный электромашинный преобразователь работает следующим образом. При подключении к сети постоянного тока электродвигатель начинает вращать ротор синхронного генератора, на котором расположена обмотка возбуждения генератора. При протекании постоянного тока по обмотке возбуждения она создает магнитный поток, который пересекает якорную обмотку синхронного генератора и наводит в ней напряжение при подключенной нагрузке. Стабилизация частоты переменного тока преобразователя при изменении электрической нагрузки синхронного генератора и напряжения питания двигателя осуществляется путем изменения тока в параллельной обмотке возбуждения двигателя с помощью автоматического регулятора частоты. Если частота переменного тока уменьшается, то регулятор частоты уменьшает ток через параллельную обмотку возбуждения, что приводит к возрастанию частоты вращения двигателя, следовательно, к увеличению частоты переменного тока. При увеличении частоты переменного тока выше номинальной регулирование протекает в обратном порядке. Напряжение переменного тока стабилизируется регулятором напряжения, который изменяет ток через обмотку возбуждения генератора в зависимости от величины и знака отклонения напряжения от нормирующего значения. Так, если напряжение стало меньше нормируемого значения из-за увеличения нагрузки генератора, то регулятор увеличивает ток через обмотку возбуждения генератора, что приводит к росту напряжения. При увеличении напряжения генератора выше нормируемого значения процесс регулирования протекает в обратном порядке. К недостатку известного электромашинного преобразователя следует отнести пониженную надежность работы. Пониженная надежность работы обусловлена наличием в конструкции генератора преобразователя контактных колец со щетками, через которые обмотка возбуждения генератора подключается к бортсети постоянного тока. При выходе из строя контактных колец или щеток преобразователь прекращает работу. 2 89222013.02.28 Отмеченный недостаток отсутствует в электромашинном преобразователе с бесконтактным синхронным генератором 2. Этот электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток содержит четырехполюсный электродвигатель постоянного тока со смешанным возбуждением и трехфазный синхронный генератор. У электродвигателя последовательная и параллельная обмотки возбуждения равномерно расположены на всех четырех полюсах. Генератор преобразователя имеет две обмотки трехфазную якорную и управляющую. Обе обмотки расположены в пазах статора, который представляет собой пакет, набранный из листовой электротехнической стали. Индуктор генератора выполнен из постоянных магнитов и расположен на одном валу с якорем электродвигателя постоянного тока. Кроме того, преобразователь снабжен регуляторами, стабилизирующими частоту и напряжение переменного тока синхронного генератора. Электромашинный преобразователь работает следующим образом. При подключении к сети постоянного тока электродвигатель начинает вращать индуктор синхронного генератора, выполненный из постоянных магнитов, при этом магнитный поток индуктора пересекает якорную трехфазную обмотку генератора и наводит в ней напряжение при подключенной нагрузке. Стабилизация частоты переменного тока преобразователя при изменении нагрузки и напряжения питания двигателя осуществляется регулятором частоты путем изменения им тока в параллельной обмотке возбуждения двигателя. Стабилизация напряжения переменного тока выполняется регулятором напряжения за счет изменения магнитного сопротивления ярма статора синхронного генератора путем увеличения или уменьшения тока в управляющей обмотке генератора, которая расположена в тех же пазах статора, что и якорная трехфазная обмотка генератора. При уменьшении напряжения генератора вследствие увеличения нагрузки преобразователя регулятор напряжения уменьшает ток через управляющую обмотку генератора, что вызывает увеличение магнитной проницаемости ярма статора и уменьшение магнитного сопротивления ярма статора, а это приводит к увеличению магнитного потока возбуждения генератора и возрастанию напряжения генератора до заданного значения. При увеличении напряжения генератора выше нормируемого значения процесс регулирования протекает в обратном порядке. К недостаткам этого электромашинного преобразователя постоянного тока в переменный трехфазный ток следует отнести пониженную точность стабилизации напряжения переменного тока при изменении нагрузки генератора. Пониженная точность стабилизации напряжения переменного тока обусловлена тем,что регулятор напряжения осуществляет стабилизацию переменного напряжения только в зависимости от отклонения напряжения от нормируемого значения и не осуществляется стабилизация переменного напряжения в зависимости от величины нагрузки генератора. Задачей предлагаемой полезной модели электромашинного преобразователя постоянного тока в переменный трехфазный ток является повышение точности стабилизации напряжения синхронного генератора при изменении его нагрузки. Поставленная задача решается тем, что электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток, содержащий расположенные на одном валу якорь двигателя постоянного тока, последовательная и параллельная основные обмотки возбуждения которого расположены на полюсах магнитопроводящего корпуса, и выполненный из постоянных магнитов индуктор синхронного генератора, якорная обмотка которого, соединенная в звезду, расположена на статоре в тех же пазах, что управляющая обмотка регуляторы напряжения и частоты переменного тока синхронного генератора,снабжен дополнительной обмоткой возбуждения, трансформатором, на тороидальном сердечнике которого расположены вторичная и секционная первичная обмотки выпрямительным мостом, к выходу которого подключены конденсаторы и с центральным отверстием 3 89222013.02.28 электроизоляционным диском, на котором расположены и закреплены диоды выпрямительного моста и конденсаторы, а часть секций якорной обмотки двигателя постоянного тока поделена в лобовой зоне обмотки на две полуобмотки, которые оборудованы выводами, при этом трансформатор и электроизоляционный диск расположены на валу преобразователя между якорем двигателя постоянного тока и индуктором синхронного генератора,на постоянных магнитах индуктора которого размещена дополнительная обмотка возбуждения, подключенная дополнительно к выходу выпрямительного моста, присоединенного входом ко вторичной обмотке трансформатора, к секциям первичной обмотки которого присоединены выводами соответственно полуобмотки секций якорной обмотки двигателя. Сущность заявляемой полезной модели электромашинного преобразователя постоянного тока в переменный трехфазный ток поясняется следующими графическими изображениями на фиг. 1 изображена функциональная схема заявляемого электромашинного преобразователя на фиг. 2 - электрическая схема заявляемого электромашинного преобразователя. Электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток содержит расположенные на одном валу 1 якорь 2 двигателя постоянного тока с якорной обмоткой 3, коллектором 4 и щетками 5, последовательная и параллельная основные обмотки 6, 7 возбуждения которого расположены на полюсах 8 магнитопроводящего корпуса 9, и выполненный из постоянных магнитов 10 индуктор 11 синхронного генератора 12,якорная обмотка 13 которого, соединенная в звезду, расположена на статоре в тех же пазах, что и управляющая обмотка 14 регуляторы 15, 16 с датчиками 17, 18 напряжения и частоты переменного тока синхронного генератора 12. Для повышения точности стабилизации напряжения синхронного генератора 12 при изменении его нагрузки электромашинный преобразователь снабжен дополнительной обмоткой 19 возбуждения трансформатором 20, на тороидальном сердечнике которого расположены вторичная и секционная первичная обмотки 21, 22 выпрямительным мостом 23, к выходу которого подключены конденсаторы 24 с центральным отверстием электроизоляционным диском 25, на котором расположены и закреплены диоды выпрямительного моста 23 и конденсаторы 24 а часть секций якорной обмотки 3 двигателя постоянного тока поделена в лобовой зоне обмотки на две полуобмотки 26, 27 каждая, которые оборудованы выводами, при этом трансформатор 20 и электроизоляционный диск 25 расположены на валу 1 преобразователя между якорем 2 двигателя постоянного тока и индуктором 11 синхронного генератора 12, на постоянных магнитах 10 индуктора 11 которого размещена дополнительная обмотка 19 возбуждения, подключенная дополнительно к выходу выпрямительного моста 23, присоединенного входом ко вторичной обмотке 21 трансформатора 20, к секциям 22 первичной обмотки которого присоединены выводами соответственно полуобмотки 26, 27 секций якорной обмотки двигателя, каждая из которых поделена на две полуобмотки 26, 27. Заявляемый электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток работает следующим образом. При подключении к сети постоянного тока электродвигатель начинает вращать индуктор 11 синхронного генератора 12, выполненный из постоянных магнитов 10, на которых расположена дополнительная обмотка 19 возбуждения, при этом магнитный поток индуктора 11 пересекает якорную трехфазную обмотку 13 генератора 12 и наводит в ней при подключенной нагрузке напряжение. Стабилизация частоты переменного тока синхронного генератора 12 преобразователя при изменении нагрузки генератора и напряжения питания двигателя осуществляется регулятором 15 частоты с датчиком 18. Регулятор 15 определяет отклонение частоты переменного тока от нормируемого значения и от знака и величины этого отклонения изменяет ток через основную обмотку 7 возбуждения двигателя так, чтобы ликвидировать это отклонение. 4 89222013.02.28 Так, если частота переменного тока увеличилась, то регулятор 15 увеличивает ток через основную обмотку 7 возбуждения двигателя и его частота вращения уменьшается, а следовательно, уменьшается частота переменного тока. Стабилизация напряжения переменного тока выполняется регулятором 16 напряжения путем изменения магнитного сопротивления ярма статора синхронного генератора 12 за счет увеличения или уменьшения тока в управляющей обмотке 14 генератора 12. При уменьшении напряжения генератора 12 вследствие увеличения нагрузки регулятор 16 уменьшает ток через управляющую обмотку 14, что приводит к увеличению магнитного потока от индуктора 11, который пересекает якорную обмотку 13 генератора 12, и возрастанию напряжения генератора 12 до заданного значения. При увеличении напряжения генератора 12 выше нормируемого значения процесс регулирования напряжения генератора 12 протекает в обратном порядке. В этом случае регулятор 16 осуществляет стабилизацию напряжения переменного тока генератора 12 по отклонению напряжения от нормируемого значения. Величина отклонения переменного напряжения в установившемся режиме зависит как от коэффициента преобразования регулятора, так и от величины нагрузки (возмущающего воздействия) генератора. Оборудование электромашинного преобразователя трансформатором 20, выпрямительным мостом 23 с конденсаторами 24, дополнительной обмоткой 19 возбуждения и выполнение части секций якорной обмотки 3 из двух полуобмоток 26, 27 при соответствующем соединении элементов между собой и подключении их к полуобмоткам секций якорной обмотки 3 двигателя позволяет осуществить дополнительную стабилизацию напряжения переменного тока по величине основного возмущения - нагрузке генератора,в результате чего повышается точность стабилизации переменного напряжения. Величина тока, протекающего по секциям якорной обмотки 3 двигателя, пропорциональна величине нагрузки синхронного генератора 12 при постоянной частоте вращения двигателя. При вращении якоря 2 коллектор 4 преобразует постоянный ток в переменный,который протекает по секциям якорной обмотки 3. Часть секций якорной обмотки 3 выполнена из двух полуобмоток 26, 27 каждая, которые подключены к секциям 22 первичной обмотки трансформатора 20, что позволяет иметь на выходах вторичной обмотки 21 трансформатора более высокое переменное напряжение, частота которого определяется частотой вращения якоря 2 двигателя. Это напряжение выпрямляется мостом 23, его пульсации сглаживаются конденсаторами 24, и напряжение прикладывается к дополнительной обмотке 19 возбуждения, расположенной на индукторе 11 генератора 12. При протекании тока по дополнительной обмотке 19 возбуждения создается магнитный поток, который суммируется с магнитным потоком индуктора 11 синхронного генератора 12. В этом случае отклонение переменного напряжения генератора 12 от нормируемого значения будет частично компенсировано за счет увеличения или уменьшения магнитного потока, создаваемого дополнительной обмоткой 19 возбуждения, величина которого пропорциональна току якорной обмотки 3 двигателя, а следовательно, и величине нагрузки синхронного генератора, то есть при увеличении нагрузки генератора пропорционально ей увеличится магнитный поток от дополнительной обмотки 19 возбуждения. В этом случае в заявляемом электромашинном преобразователе постоянного тока в переменный трехфазный ток осуществляется стабилизация напряжения переменного тока синхронного генератора по отклонению напряжения от нормируемого значения и по величине основного возмущающего воздействия (изменению нагрузки генератора), в результате чего повышается точность стабилизации переменного напряжения синхронного генератора. Таким образом, в процессе эксплуатации заявляемой конструкции электромашинного преобразователя постоянного тока в переменный трехфазный ток происходит достижение 5 89222013.02.28 поставленной технической задачи - повышение точности стабилизации напряжения переменного тока синхронного генератора за счет создания канала стабилизации переменного напряжения синхронного генератора по величине основного возмущающего воздействия(изменению нагрузки генератора) благодаря оборудованию электромашинного преобразователя дополнительной обмоткой возбуждения, трансформатором, выпрямительным мостом с конденсаторами, с центральным отверстием электроизоляционным диском, выполнения части секций якорной обмотки двигателя из двух полуобмоток, определенного расположения этих элементов на валу преобразователя и соответствующего включения в электрическую схему преобразователя. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6