×
27.12.2013
216.012.9230

ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (ВАРИАНТЫ)

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002503117
Дата охранного документа
27.12.2013
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области электротехники электромашиностроения и может быть использовано в регулируемом электроприводе, генераторных агрегатах переменного тока, а также в качестве преобразователей частоты с варьированием выходных параметров электроэнергии - частоты и амплитуды напряжения (вариант 1) и без варьирования (вариант 2). Предлагаемый электромашинный преобразователь частоты по первому варианту (вариант 1) содержит статор асинхронного двигателя с числом пар полюсов р, ротор асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой, причем ротор асинхронного двигателя является полым и дополнительно содержит расположенный соосно ротор синхронного генератора обращенного типа с числом пар полюсов р, при этом внутри ротора синхронного генератора расположен статор синхронного генератора, статор асинхронного двигателя содержит переключаемые обмотки с числом пар полюсов р, р, р, причем р≠р, р≠р, р≠р, р≠р≠р, между ротором асинхронного двигателя и ротором синхронного генератора расположена втулка, обеспечивающая отсутствие магнитной связи между ними. Электромашинный преобразователь частоты по второму варианту (вариант 2) содержит статор синхронного двигателя с числом пар полюсов p и ротор синхронного двигателя с постоянными магнитами, причем ротор синхронного двигателя является полым и дополнительно содержит расположенный соосно ротор синхронного генератора обращенного типа с числом пар полюсов р, при этом внутри ротора синхронного генератора расположен статор синхронного генератора с числом пар полюсов р, между ротором асинхронного двигателя и ротором синхронного генератора расположена втулка, обеспечивающая отсутствие магнитной связи между ними. Технический результат, достигаемый при использовании изобретений по обоим вариантам, состоит в повышении надежности и улучшении массогабаритиых показателей электромашинного преобразователя частоты. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Электромашинный преобразователь частоты относится к области электромашиностроения и может быть использован в регулируемом электроприводе, генераторных агрегатах переменного тока, а также в качестве преобразователя частоты с варьированием выходных параметров электроэнергии - частоты и амплитуды напряжения (вариант 1) и без варьирования (вариант 2).

Известен электромашинный преобразователь частоты (патент РФ №2410827 С1, МПК Н02K 47/18, Н02K 47/20), содержащий первую и вторую машины переменного тока с магнитопроводами на статорах и роторах, с обмотками якорей и индукторов с входными и выходными клеммами, и узел регулирования и управления, отличающийся тем, что установлен общий вал с размещенными на нем роторами первой и второй машин, снабжен дополнительными магнитопроводами на статоре и роторе, выполненными из отдельных шихтованных кольцевых пакетов с размещенными между смежными пакетами тороидальными обмотками переменного тока, соотносящимися по расточке статора магнитопровода через кольцевой воздушный зазор, противоположные цилиндрические стороны пакетов снабжены дополнительными замыкающими магнитопроводами, обмотки якорей и индукторов первой и второй машин выполнены для переменного тока, при этом роторные обмотки первой и второй машин соединены между собой с обратным следованием фаз и подключены к обмотке ротора дополнительного магнитопровода, обмотка индуктора второй машины установлена на статоре и подключена к узлу управления и регулирования, статорная обмотка первой машины подключена к выходным клеммам, входные клеммы установлены на тороидальной обмотке статора дополнительного магнитопровода. Недостатком аналога является сложность конструкции и плохие массогабаритные показатели.

Целью настоящего изобретения является создание электромашинного преобразователя частоты, обладающего повышенной надежностью, хорошими массогабаритными показателями, а также стойкостью к радиационному воздействию, в отличие от широко распространенных статических преобразователей частоты, построенных на полупроводниковых элементах, например, тиристорах или полевых транзисторах.

Известен асинхронный двигатель с трехфазной симметричной обмоткой статора и короткозамкнутым ротором (например, Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. В 2-х томах. Учебник для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2004 - том 1 - 652 с.: ил., том 2 - 532 с.: ил.), при подаче напряжения на зажимы обмотки статора по обмотке статора протекает ток, в результате образуется вращающиеся МДС и магнитный поток статора. Магнитный поток статора пересекает витки короткозамкнутой обмотки ротора, наводит в ней ЭДС, по обмотке ротора протекает ток, МДС ротора взаимодействует с результирующим полем, образовавшимся в результате взаимодействия полей статора и ротора, в результате на ротор действует вращающий момент, ротор вращается с частотой, которая ниже частоты вращения электромагнитного поля, как правило, на 2-5%, где частота вращения электромагнитного поля:

f - частота изменения электромагнитного поля статора, р - число пар полюсов обмотки статора.

Известен синхронный двигатель с трехфазной симметричной обмоткой статора и возбуждением от постоянных магнитов (например, Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. В 2-х томах. Учебник для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2004 - том 1 - 652 с.: ил., том 2 - 532 с.: ил.), расположенных на роторе. При подаче напряжения на зажимы обмотки статора по ней протекает ток, образуется вращающиеся МДС и магнитный поток статора. В результате взаимодействия МДС статора с потоком постоянных магнитов ротора, действует вращающий момент, ротор вращается с частотой, определяемой формулой (1).

Известен синхронный генератор с трехфазной симметричной обмоткой статора и возбуждением от постоянных магнитов (например, Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. В 2-х томах. Учебник для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2004 - том 1-652 с.: ил., том 2-532 с.: ил.), расположенных на роторе. При вращении ротора сторонним источником вращающего момента магнитное поле постоянных магнитов наводит в статоре ЭДС. При замыкании обмотки статора на нагрузку по ней потечет ток. Частота ЭДС и тока синхронного генератора также определяется из формулы (1).

При механическом соединении (например, через муфту) роторов описанных асинхронного двигателя и синхронного генератора может быть построен электромашинный преобразователь частоты. Он принят за прототип настоящего изобретения по варианту 1. Входными клеммами являются зажимы обмотки асинхронного двигателя, выходными - зажимы обмотки синхронного генератора. Недостатком прототипа являются плохие массогабаритные показатели. Поскольку создание такого электромашинного преобразователя частоты является вопросом инженерного проектирования, его конструкция не запатентована. При написании формулы авторы приняли за основу описание асинхронного двигателя.

При механическом соединении роторов описанных синхронного двигателя и синхронного генератора также может быть построен электромашинный преобразователь частоты. Он принят за прототип настоящего изобретения по варианту 2. Входными клеммами являются зажимы обмотки синхронного двигателя, выходными - зажимы обмотки синхронного генератора. Недостатком прототипа являются плохие массогабаритные показатели. Поскольку создание такого электромашинного преобразователя частоты является вопросом инженерного проектирования, его конструкция не запатентована. При написании формулы авторы приняли за основу описание синхронного двигателя.

При соединении роторов асинхронного двигателя с синхронным генератором (вариант 1) и числе пар полюсов асинхронного двигателя и синхронного генератора р1≥2 и р2=1 происходит уменьшение частоты выходного напряжения по сравнению с входным в k раз, где

k - коэффициент преобразования частоты, s - электрическое скольжение ротора асинхронного двигателя. Таким образом, кроме отношения пар полюсов коэффициент преобразования частоты определяется электрическим скольжением s ротора асинхронного двигателя.

При соединении роторов синхронного двигателя с синхронным генератором (вариант 2) и числе пар полюсов синхронного двигателя и синхронного генератора p1≥2 и р2=1 происходит уменьшение частоты выходного напряжения по сравнению с входным в k раз:

Принцип действия электромашинного преобразователя частоты согласно варианту 1, поясняется фигурой чертежа 1. На фигуре чертежа штриховкой показан ротор преобразователя. Обмотки статора асинхронного двигателя являются входными. Индексы начал соответствующих фаз обмотки обозначены буквами: А, В, С.Индексы концов соответствующих фаз обмотки статора асинхронного двигателя обозначены буквами: X, Y, Z. Индекс до запятой соответствует первой обмотке асинхронного двигателя с числом пар полюсов р1, индекс после запятой соответствует второй обмотке асинхронного двигателя с числом пар полюсов р3, при этом p1≠р2, р1≠р3, p3≠p2, р4≠p2. Обмотка обмотки статора синхронного генератора является выходной. Индексы начал соответствующих фаз обмотки статора синхронного генератора с числом пар полюсов р2 обозначены: A1, B1, C1. Индексы концов соответствующих фаз обмотки статора синхронного генератора обозначены: X1, Y1, Z1. Внутри полого ротора асинхронного двигателя соосно расположен ротор синхронного генератора обращенного типа. На фигуре 1 р1=6, р2=1, р3=3. Выходная частота электромашинного преобразователя частоты при подаче напряжения на обмотку с числом пар полюсов р1 определяется выражением:

где f - частота изменения электромагнитного поля обмотки статора асинхронного двигателя, s - скольжение асинхронного двигателя, при подаче напряжения на обмотку с числом пар полюсов р3 определяется выражением:

Допустим, номинальное скольжение асинхронного двигателя s=0.02. Таким образом, для электромашинного преобразователя, согласно фиг.1, при подаче на входные зажимы напряжения частотой f=5 ОГц f2=8.16 Гц, либо f2=16.33 Гц.

На статоре асинхронного двигателя может располагаться еще ряд обмоток с другим числом пар полюсов, либо секции обмотки могут соединяться по полюсно-переключаемой схеме, образуя обмотку с числом пар полюсов р4.

При подаче напряжения на зажимы одной из обмоток 1 статора, расположенную в пазах, по обмотке протекает ток, в результате образуется вращающиеся МДС и магнитный поток, проходящий по сердечнику 2 статора. При этом обмотки 1 статора соединены в звезду или треугольник. Напряжение может подаваться на одну из обмоток 1 и число пар полюсов статора асинхронного двигателя может изменяться с p1 на p3. Магнитный поток статора пересекает короткозамкнутую обмотку ротора 3, расположенную в пазах сердечника 4 ротора, наводит в обмотке 4 ротора ЭДС, по обмотке 4 ротора протекает ток, МДС ротора взаимодействует с результирующим полем, образовавшимся в результате взаимодействия полей статора и ротора, в результате на ротор действует вращающий момент. Немагнитная втулка 5 между ротором асинхронного двигателя и ротором синхронного генератора служит для магнитной «развязки» между ними. Под действием вращающего момента вращается ротор синхронного генератора. Он состоит из сердечника 6 и постоянных магнитов 7 с числом пар полюсов р1=1. При вращении ротора магнитное поле постоянных магнитов 7 наводит ЭДС в обмотке статора 8 синхронного генератора. Обмотка статора 8 расположена в пазах сердечника статора 9 синхронного генератора. При замыкании обмотки статора на нагрузку по ней потечет ток пониженной частоты, отдавая мощность в нагрузку.

Принцип действия электромашинного преобразователя частоты, согласно варианту 2, поясняется фигурой чертежа 2. На фигуре чертежа штриховкой показан ротор преобразователя. Обмотка статора синхронного двигателя с числом пар полюсов р1 являются входной. Индексы начал соответствующих фаз обмотки статора синхронного двигателя обозначены А, В, С. Индексы концов соответствующих фаз обмотки статора синхронного двигателя обозначены X, У, Z. Обмотка статора синхронного генератора с числом пар полюсов р2 является выходной, причем р1≠р2. Индексы начал соответствующих фаз обмотки статора синхронного генератора обозначены A1, B1, C1. Индексы концов соответствующих фаз обмотки статора синхронного генератора обозначены X1, Y1, Z1. Внутри полого ротора синхронного двигателя соосно расположен ротор синхронного генератора обращенного типа. На фигуре 2

p1=6, р2=1. Выходная частота электромашинного преобразователя частоты при подаче напряжения на обмотку с числом пар полюсов р1 определяется выражением:

Таким образом, для электромашинного преобразователя, согласно фиг.2, при подаче на входные зажимы напряжения частотой f=50 Гц f2=8.33 Гц.

При подаче напряжения на зажимы обмотки 10 статора, расположенной в пазах, по обмотке протекает ток, в результате образуется вращающиеся МДС и магнитный поток, проходящий по сердечнику 11 статора. При этом обмотка 10 статора соединена в звезду или треугольник. В результате взаимодействия МДС статора с потоком постоянных магнитов 12 ротора, действует вращающий момент. Ярмо 13, выполненное из магнитного материала, является магнитопроводом для потока постоянных магнитов 12. Немагнитная втулка 14 между ротором синхронного двигателя и ротором синхронного генератора служит для магнитной «развязки» между ними. Под действием вращающего момента вращается ротор синхронного генератора. Он состоит из сердечника 15 и постоянных магнитов 16 с числом пар полюсов р2=1. При вращении ротора магнитное поле постоянных магнитов 16 наводит ЭДС в обмотке статора 17 синхронного генератора. Обмотка статора 17 расположена в пазах сердечника статора 18 синхронного генератора. При замыкании обмотки статора на нагрузку по ней потечет ток пониженной частоты, отдавая мощность в нагрузку.

Техническим результатом настоящего изобретения по вариантам 1 и 2 является увеличения надежности и улучшение массогабаритных показателей.


ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (ВАРИАНТЫ)
ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (ВАРИАНТЫ)
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-7 из 7.
20.02.2013
№216.012.28a6

Роторная система магнитоэлектрической машины

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высокооборотным электрическим машинам для турбогенераторных электрических установок небольшой мощности. Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является получение запаса по прочности роторов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475926
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.03.2013
№216.012.2efb

Двухчастотная электрическая машина

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным электрическим двигателям и поворотным трансформаторам. Задачей изобретения является возможность передачи электроэнергии от неподвижного источника к вращающемуся приемнику, например от вращающейся относительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477558
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.10.2013
№216.012.7758

Способ изготовления сердечника электрической машины

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении сердечников магнитопроводов высокочастотных (1-50 кГц) электрических машин из ленты из аморфных (нанокристаллических) металлов и сплавов. Технический результат состоит в упрощении изготовления и снижении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496212
Дата охранного документа: 20.10.2013
20.02.2015
№216.013.274d

Линейный электромагнитный двигатель

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным двигателям, и может быть использовано для линейного перемещения подвижных объектов, например линейных манипуляторов технологического или производственного оборудования. Технический результат заключается в обеспечении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541518
Дата охранного документа: 20.02.2015
25.08.2017
№217.015.cf2f

Космический аппарат блочно-модульного исполнения

Изобретение относится к космической технике и может использоваться при разработке космических аппаратов (КА). КА блочно-модульного исполнения включает блоки бортовой аппаратуры, один из блоков содержит служебную аппаратуру КА, а другой - целевую аппаратуру и датчики командно-измерительных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621132
Дата охранного документа: 31.05.2017
20.02.2019
№219.016.c4fb

Система для отпугивания грызунов и ее акустический преобразователь

Изобретение относится к средствам воздействия на грызунов для защиты складов, жилых помещений и т. п. и к средствам создания соответствующего акустического сигнала. Система для отпугивания грызунов включает блок питания, а также связанные между собой пульт управления, модулятор, генератор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02154941
Дата охранного документа: 27.08.2000
17.04.2019
№219.017.1516

Катушка для безынерционной размотки кабеля (варианты)

Изобретение относится к конструкциям безынерционных катушек с оптическим или электрическим кабелем, предназначенных для телеуправления движущимися объектами в воде, воздухе и безвоздушном пространстве, а также для передачи информации между ними. Задачей, решаемой заявленным изобретением,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684894
Дата охранного документа: 15.04.2019
Показаны записи 1-10 из 12.
10.03.2013
№216.012.2efb

Двухчастотная электрическая машина

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным электрическим двигателям и поворотным трансформаторам. Задачей изобретения является возможность передачи электроэнергии от неподвижного источника к вращающемуся приемнику, например от вращающейся относительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477558
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.10.2013
№216.012.7758

Способ изготовления сердечника электрической машины

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении сердечников магнитопроводов высокочастотных (1-50 кГц) электрических машин из ленты из аморфных (нанокристаллических) металлов и сплавов. Технический результат состоит в упрощении изготовления и снижении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496212
Дата охранного документа: 20.10.2013
20.02.2015
№216.013.274d

Линейный электромагнитный двигатель

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным двигателям, и может быть использовано для линейного перемещения подвижных объектов, например линейных манипуляторов технологического или производственного оборудования. Технический результат заключается в обеспечении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541518
Дата охранного документа: 20.02.2015
25.08.2017
№217.015.cf2f

Космический аппарат блочно-модульного исполнения

Изобретение относится к космической технике и может использоваться при разработке космических аппаратов (КА). КА блочно-модульного исполнения включает блоки бортовой аппаратуры, один из блоков содержит служебную аппаратуру КА, а другой - целевую аппаратуру и датчики командно-измерительных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621132
Дата охранного документа: 31.05.2017
10.05.2018
№218.016.45ad

Двигатель-маховик

Изобретение относится к области электротехники, в частности к двигателям-маховикам, и может использоваться для систем ориентации и стабилизации космических аппаратов. Технический результат – уменьшение массы при сохранении значительного момента инерции индуктора и высокой электромагнитной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650178
Дата охранного документа: 11.04.2018
20.06.2018
№218.016.6438

Маховик с магнитной смазкой (варианты)

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована в линейных электродвигателях. Маховик содержит корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена камера, содержащая магнитную жидкость в коллоидном состоянии. Корпус из немагнитного материала жестко крепится к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658061
Дата охранного документа: 19.06.2018
01.09.2018
№218.016.8266

Двухзеркальная антенна с механическим нацеливанием

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам космических аппаратов. Двухзеркальная антенна с механическим нацеливанием содержит систему поворотных зеркал, где зеркало контррефлектора расположено под углом 45° к оси вращения в горизонтальной плоскости, а зеркало рефлектора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665495
Дата охранного документа: 30.08.2018
19.10.2018
№218.016.93fb

Устройство для гашения низкочастотных вибраций

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство содержит корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена цилиндрическая камера. Камера содержит магнитную жидкость в коллоидном состоянии. Корпус из немагнитного материала жестко крепится к внешней конструкции,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669900
Дата охранного документа: 16.10.2018
17.04.2019
№219.017.1516

Катушка для безынерционной размотки кабеля (варианты)

Изобретение относится к конструкциям безынерционных катушек с оптическим или электрическим кабелем, предназначенных для телеуправления движущимися объектами в воде, воздухе и безвоздушном пространстве, а также для передачи информации между ними. Задачей, решаемой заявленным изобретением,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684894
Дата охранного документа: 15.04.2019
29.04.2019
№219.017.44b8

Аппарат внутритрубного контроля и способ перемещения его в магистральном газопроводе с заданной равномерной скоростью

Изобретение относится к области техники неразрушающего контроля и используется для дефектоскопии магистральных газопроводов в процессе их эксплуатации. Аппарат внутритрубного контроля содержит гермоотсек, опирающийся на внутреннюю поверхность газопровода подпружиненными опорными элементами,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002451867
Дата охранного документа: 27.05.2012
+ добавить свой РИД