Электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК(71) Заявитель Учреждение образования Минский государственный высший авиационный колледж(72) Авторы Лапцевич Александр Анатольевич Сизиков Сергей Вячеславович Синяков Анатолий Леонидович Пляц Олег Михайлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Минский государственный высший авиационный колледж(57) Электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток,содержащий расположенные на общем валу ротор двигателя постоянного тока с управляющей и последовательной обмотками возбуждения и выполненный из постоянных магнитов многополюсный индуктор синхронного генератора, якорная трехфазная,соединенная в звезду обмотка которого расположена на статоре в тех же позах, что и основная управляющая обмотка, подключенная к выходу основного регулятора напряжения синхронного генератора, к регулятору частоты переменного тока которого подключена управляющая обмотка двигателя постоянного тока, отличающийся тем, что снабжен дополнительными угольным регулятором напряжения и управляющей обмоткой, которая расположена в тех же позах, что и основная управляющая обмотка генератора двухполупериодным трехфазным выпрямителем и тремя трансформаторами тока, вторичные обмотки которых соединены в Звезду, а первичные присоединены входами и выходами соответственно к выводам якорной трехфазной обмотки синхронного генератора и к трехфазному входу контактора, к трехфазному выходу которого подключена нагрузка,при этом к выходу двухполупериодного трехфазного выпрямителя, подключенного трехфазным входом к выводам вторичных обмоток трех трансформаторов тока, через регулированное сопротивление присоединена обмотка электромагнита угольного регулятора напряжения, через угольный столбик которого подключена к электросети постоянного тока дополнительная управляющая обмотка синхронного генератора тока так, что ее магнитный поток совпадает по направлению с магнитным потоком основной управляющей обмотки синхронного генератора. 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. Отмеченный недостаток отсутствует в электромашинном преобразователе с бесконтактным синхронным генератором 2. 93362013.08.30 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 управляющая (параллельная) обмотки возбуждения равномерно расположены на всех четырех полюсах. Генератор преобразователя имеет две обмотки трехфазную якорную и управляющую. Обе обмотки распложены в пазах статора, который представляет собой пакет, набранный из листовой электротехнической стали. Индуктор генератора выполнен из постоянных магнитов и расположен на одном валу с ротором 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 управляющей 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 техническая задача решается тем, что электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток, содержащий расположенные на общем валу ротор двигателя постоянного тока с управляющей и последовательной обмотками возбуждения и выполненный из постоянных магнитов многополюсный индуктор синхронного генератора, якорная трехфазная, соединенная в звезду обмотка которого расположена на статоре в тех же пазах, что и основная управляющая обмотка,подключенная к выходу основного регулятора напряжения синхронного генератора, к регулятору частоты переменного тока которого подключена управляющая обмотка двигателя постоянного тока, снабжен дополнительными угольным регуляторам напряжения и управляющей обмоткой, которая расположена в тех же позах, что и основная управляющая обмотка генератора двухполупериодным трехфазным выпрямителем и тремя транс 3 93362013.08.30 форматорами тока, вторичные обмотки которых соединены в звезду, а первичные присоединены входами и выходами соответственно к выводам якорной трехфазной обмотки синхронного генератора и к трехфазному входу контактора, к трехфазному выходу которого подключена нагрузка, при этом к выходу двухполупериодного трехфазного выпрямителя, подключенного трехфазным входом к выводам вторичных обмоток трех трансформаторов тока, через регулировочное сопротивление присоединена обмотка электромагнита угольного регулятора напряжения, через угольный столбик которого подключена к электросети постоянного тока дополнительная управляющая обмотка синхронного генератора тока так, что ее магнитный поток совпадает по направлению с магнитным потоком основной управляющей обмотки синхронного генератора. Сущность заявляемой полезной модели электромашинного преобразователя постоянного тока в переменный трехфазный ток поясняется электрической схемой заявляемого электромашинного преобразователя, изображенной на фигуре. Электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток содержит расположенные на общем валу 1 ротор 2 двигателя постоянного тока с управляющей и последовательной обмотками 3, 4 возбуждения и выполненный из постоянных магнитов 5 индуктор 6 синхронного генератора 7, якорная обмотка 8 которого, соединенная в звезду, расположена на статоре в тех же пазах, что и основная управляющая обмотка 9 регуляторы 10, 12 с датчиками 11, 13 соответственно напряжения и частоты переменного тока синхронного генератора 7. Для повышения точности стабилизации напряжения синхронного генератора 7 при изменении его нагрузки электромашинный преобразователь снабжен дополнительными угольным регулятором напряжения с угольным столбиком 14 и обмоткой 15 электромагнита и дополнительной управляющей обмоткой 16 генератора, которая расположена в тех же позах, что и основная управляющая обмотка 9 синхронного генератора 7 двухполупериодным трехфазным выпрямителем 17 и тремя трансформаторами 18 тока, вторичные обмотки 19 которых соединены в звезду, а первичные обмотки 20 присоединены входами и выходами соответственно к выводам якорной трехфазной обмотки 8 синхронного генератора 7 и к трехфазному входу контактора 21, к трехфазному выходу которого подключена нагрузка 22, при этом к выходу двухполупериодного трехфазного выпрямителя 17, подключенного трехфазным входом к выводам вторичных обмоток 19 трех трансформаторов 18 тока, через регулированное сопротивление 23 присоединена обмотка 15 электромагнита угольного регулятора напряжения, через угольный столбик 14 которого подключена к электросети постоянного тока дополнительная управляющая обмотка 16 синхронного генератора 7 так, что ее магнитный поток совпадает по направлению с магнитным потоком основной управляющей обмотки 9 синхронного генератора 7. Заявляемый электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток работает следующим образом. При подключении к сети постоянного тока электродвигатель начинает вращать индуктор 6 синхронного генератора 7, выполненный из постоянных магнитов 5, при этом магнитный поток индуктора 6 пересекает якорную трехфазную обмотку 8 генератора 7 и наводит в ней при подключенной нагрузке напряжение. Стабилизация частоты переменного тока синхронного генератора 7 преобразователя при изменении нагрузки генератора и напряжения питания двигателя осуществляется регулятором 12 частоты с датчиком 13. Регулятор 12 определяет отклонение частоты переменного тока от нормируемого значения и от знака и величины этого отклонения изменяет ток через управляющую обмотку 3 возбуждения двигателя так, чтобы ликвидировать это отклонение. Стабилизация напряжения переменного тока выполняется регулятором 10 напряжения с датчиком 11 путем изменения магнитного сопротивления ярма статора синхронного генератора 7 за счет увеличения или уменьшения тока в основной управляющей обмотке 9 4 93362013.08.30 генератора 7 в зависимости от величины и знака отклонения переменного напряжения от нормального значения. При уменьшении напряжения генератора 7 вследствие увеличения нагрузки регулятор 10 уменьшает ток через основную управляющую обмотку 9, что приводит к увеличению магнитного потока от индуктора 6, который пересекает якорную обмотку 8 генератора 7, и возрастанию напряжения генератора 7 до заданного значения. При увеличении напряжения генератора 7 выше нормируемого значения процесс регулирования напряжения генератора 7 протекает в обратном порядке. Величина отклонения переменного напряжения в установившемся режиме зависит как от коэффициента преобразования регулятора, так и от величины нагрузки (возмущающего воздействия) генератора. Оборудование электромашинного преобразователя дополнительным регулятором напряжения с угольным столбиком 14 и обмоткой электромагнита 15, дополнительной управляющей обмоткой 16, которая расположена в тех же пазах, что и основная управляющая обмотка 9 синхронного генератора 7 двухполупериодным трехфазным выпрямителем 17 и тремя трансформаторами 18 тока при соответствующем соединении перечисленных элементов между собой и подключении их в существующую электрическую схему электромашинного преобразователя позволяет осуществить дополнительную стабилизацию напряжения синхронного генератора 7 по величине возмущения - нагрузке генератора 7, в результате чего повышается точность стабилизации напряжения переменного тока. Канал стабилизации напряжения синхронного генератора 7 работает следующим образом. При увеличении нагрузки больше номинальной понижается напряжение и увеличивается фазный ток якорной трехфазной обмотки 8 синхронного генератора 7, в результате чего увеличивается напряжение на выходе двухполупериодного трехфазного выпрямителя 17, что приводит к увеличению тока через обмотку 15 электромагнита угольного регулятора напряжения, который с меньшей силой сжимает угольный столбик 14, и его электрическое сопротивление увеличивается, что приводит к уменьшению тока через дополнительную управляющую обмотку 16 и уменьшению ее магнитного потока, в результате чего увеличивается магнитный поток от индуктора 6, пересекающий якорную трехфазную обмотку 8, и благодаря этому повышается напряжение на обмотке 8 при подключенной нагрузке 22 пропорционально увеличению возмущающего воздействия отклонению фазного тока якорной обмотки 8 от номинального значения. Если нагрузка 22 уменьшилась, то угольный регулятор напряжения увеличивает ток через дополнительную управляющую обмотку 16 и напряжение на якорной трехфазной обмотке 8 понижается пропорционально отклонению тока нагрузки от номинального значения. 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 поставленной технической задачи повышения 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 дополнительными угольным регулятором напряжения и управляющей обмоткой,5 93362013.08.30 которая расположена в тех же пазах, что и основная управляющая обмотка синхронного генератора двухполупериодным трехфазным выпрямителем и тремя трансформаторами тока и соответствующего включения перечисленных элементов в электрическую схему электромагнитного преобразователя. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6