Вращающийся асинхронный преобразователь и генераторное устройство

Номер патента: 1465

Опубликовано: 23.04.2001

Авторы: Лейён Матс, Сассе Кристиан, Шутте Торстен, Фромм Удо

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Вращающийся асинхронный преобразователь для соединения сетей переменного тока с равными или различными частотами, содержащий первый статор, соединенный с первой сетью переменного тока с первой частотой f1, и второй статор, соединенный со второй сетью переменного тока со второй частотой f2, отличающийся тем, что он содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от первой и второй частот f1 и f2, а, по меньшей мере, один из статоров содержит, по меньшей мере, одну обмотку, причем каждая обмотка включает, по меньшей мере, один токонесущий проводник и систему изоляции, которая содержит, по меньшей мере, два полупроводящих слоя, каждый из которых образует, по существу, эквипотенциальную поверхность, а между этими слоями имеется твердая изоляция.

2. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из указанных полупроводящих слоев имеет в основном тот же коэффициент теплового расширения, что и указанная твердая изоляция.

3. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.2, отличающийся тем, что потенциал внутреннего из указанных слоев, по существу, равен потенциалу проводника.

4. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.2 или 3, отличающийся тем, что внешний из указанных слоев выполнен так, что образует, по существу, эквипотенциальную поверхность, окружающую указанный проводник.

5. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.4, отличающийся тем, что на указанный внешний слой подан определенный потенциал.

6. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.5, отличающийся тем, что указанный определенный потенциал является потенциалом земли.

7. Вращающийся асинхронный преобразователь по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два из указанных слоев имеют, по существу, равные коэффициенты теплового расширения.

8. Вращающийся асинхронный преобразователь по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что токонесущий проводник содержит множество жил, лишь меньшая часть которых не изолирован друг от друга.

9. Вращающийся асинхронный преобразователь по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что каждый из указанных двух слоев и указанная твердая изоляция неподвижно соединены с соседним слоем или твердой изоляцией, по существу, по всей поверхности соединения.

10. Вращающийся асинхронный преобразователь для соединения сетей переменного тока с равными или различными частотами, содержащий первый статор, соединенный с первой сетью переменного тока с первой частотой f1, и второй статор, соединенный со второй сетью переменного тока со второй частотой f2, отличающийся тем, что он содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от первой и второй частот f1 и f2, а каждый из указанных статоров содержит, по меньшей мере, одну обмотку, каждая из которых содержит кабель, включающий, по меньшей мере, один токонесущий проводник, причем каждый проводник содержит множество жил, вокруг указанного проводника имеется внутренний полупроводящий слой, вокруг указанного внутреннего полупроводящего слоя имеется изолирующий слой из твердой изоляции, а вокруг указанного изолирующего слоя имеется внешний полупроводящий слой.

11. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.10, отличающийся тем, что указанный кабель содержит металлический экран и оболочку.

12. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.11, отличающийся тем, что кабель имеет диаметр, лежащий в интервале приблизительно 20-250 мм, а площадь сечения проводника лежит в интервале приблизительно 80-3000 мм2.

13. Вращающийся асинхронный преобразователь по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что указанное роторное средство содержит два электрически и механически соединенных ротора, которые установлены концентрично с указанными статорами.

14. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.13, отличающийся тем, что он содержит также вспомогательное устройство, соединенное с указанными роторами, для разгона роторов до надлежащей скорости вращения перед подключением указанного преобразователя.

15. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.14, отличающийся тем, что каждый из указанных роторов содержит низковольтную обмотку, при работе указанного преобразователя указанные роторы вращаются с частотой (f1 - f2)/2, а ток в статоре имеет частоту (f1 + f2)/2.

16. Вращающийся асинхронный преобразователь по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что указанное роторное средство содержит только один ротор, установленный концентрично с указанными статорами.

17. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.16, отличающийся тем, что указанный ротор содержит первую петлю из провода и вторую петлю из провода, причем указанные петли из провода соединены друг с другом, установлены друг напротив друга на указанном роторе и разделены двумя секторами, каждый из которых имеет угловую ширину a .

18. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.17, отличающийся тем, что он содержит также вспомогательное устройство, соединенное с указанным ротором для разгона ротора до надлежащей скорости вращения перед подключением указанного преобразователя, причем указанный ротор вращается с частотой

Рисунок 1

где D f = |f1 - f2|.

19. Вращающийся асинхронный преобразователь для соединения сетей переменного тока с равными или различными частотами, содержащий первый статор, соединенный с первой сетью переменного тока с первой частотой f1, и второй статор, соединенный со второй сетью переменного тока со второй частотой f2, отличающийся тем, что он содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от первой и второй частот f1 и f2, а каждый из указанных статоров содержит, по меньшей мере, одну обмотку, каждая из которых включает, по меньшей мере, один токонесущий проводник и систему изоляции, тепловые и электрические свойства которой допускают уровень напряжения, превышающий 36 кВ, в указанном вращающемся асинхронном преобразователе.

20. Генераторное устройство с переменной скоростью вращения, содержащее статор, соединенный с сетью переменного тока с частотой f2, и первый цилиндрический ротор, соединенный с турбиной, которая вращается с частотой f1, отличающееся тем, что оно также содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от частот f1 и f2, при этом как статор, так и первый цилиндрический ротор содержит, по меньшей мере, одну обмотку, а каждая обмотка содержит, по меньшей мере, один токонесущий проводник и систему изоляции, которая включает, по меньшей мере, два полупроводящих слоя, каждый из которых образует, по существу, эквипотенциальную поверхность, а между этими слоями имеется твердая изоляция.

21. Генераторное устройство по п.20, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из указанных полупроводящих слоев имеет в основном такой же коэффициент теплового расширения, как и указанная твердая изоляция.

22. Генераторное устройство по п.21, отличающееся тем, что потенциал внутреннего из указанных слоев, по существу, равен потенциалу проводника.

23. Генераторное устройство по п.21 или 22, отличающееся тем, что внешний из указанных слоев выполнен так, что образует, по существу, эквипотенциальную поверхность, окружающую указанный проводник.

24. Генераторное устройство по п.23, отличающееся тем, что на указанный внешний слой подан определенный потенциал.

25. Генераторное устройство по п.24, отличающееся тем, что указанный определенный потенциал является потенциалом земли.

26. Генераторное устройство по любому из пп.20-25, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два из указанных слоев имеют, по существу, равные коэффициенты теплового расширения.

27. Генераторное устройство по любому из пп.20-26, отличающееся тем, что токонесущий проводник содержит множество жил, лишь меньшая часть которых не изолироврэы друг от друга.

28. Генераторное устройство по любому из пп.20-27, отличающееся тем, что каждый из указанных двух слоев и указанная твердая изоляция неподвижно соединены с соседним слоем или твердой изоляцией, по существу, по всей поверхности соединения.

29. Генераторное устройство с переменной частотой вращения, содержащее статор, соединенный с сетью переменного тока с частотой f2, и первый цилиндрический ротор, соединенный с турбиной, которая вращается с частотой f1, отличающееся тем, что оно также содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от частот f1 и f2, при этом как статор, так и первый цилиндрический ротор содержит, по меньшей мере, одну обмотку, причем каждая обмотка содержит кабель, включающий, по меньшей мере, один токонесущий проводник, каждый проводник содержит множество жил, вокруг указанного проводника имеется внутренний полупроводящий слой, вокруг указанного внутреннего полупроводящего слоя имеется изолирующий слой из твердой изоляции, а вокруг указанного изолирующего слоя имеется внешний полупроводящий слой.

30. Генераторное устройство по п.29, отличающееся тем, что указанный кабель содержит также металлический экран и оболочку.

31. Генераторное устройство по п.30, отличающееся тем, что кабель имеет диаметр, лежащий в интервале приблизительно 20-250 мм, а площадь сечения проводника лежит в интервале приблизительно 80-3000 мм2.

32. Генераторное устройство по любому из пп.20-31, отличающееся тем, что указанное роторное средство содержит два электрически и механически соединенных ротора, которые являются полыми и установлены концентрично вокруг указанного статора и указанного цилиндрического ротора.

33. Генераторное устройство по п.32, отличающееся тем, что каждый из указанных роторов в указанном роторном средстве содержит низковольтную обмотку, а при работе указанного генераторного устройства указанные роторы вращаются с частотой (f1 - f2)/2.

34. Генераторное устройство по п.33, отличающееся тем, что указанный статор имеет цилиндрическую форму.

35. Генераторное устройство по любому из пп.20-31, отличающееся тем, что указанное роторное средство содержит первый и второй роторы, соединенные электрически и механически, причем указанный первый ротор является полым и установлен концентрично вокруг указанного первого цилиндрического ротора, а указанный второй ротор является цилиндрическим.

36. Генераторное устройство по п.35, отличающееся тем, что как первый, так и второй ротор указанного роторного средства содержит низковольтную обмотку, а при работе указанного генераторного устройства указанные первый и второй роторы вращаются с частотой (f1 - f2)/2.

37. Генераторное устройство по п.36, отличающееся тем, что указанный статор является полым и установлен вокруг указанного второго ротора.

38. Применение вращающегося асинхронного преобразователя по любому из пп.1-19 в качестве средства для соединения несинхронных трехфазных сетей с равными номинальными частотами.

39. Применение вращающегося асинхронного преобразователя по любому из пп.1-19 в качестве средства для соединения трехфазных сетей с различными частотами.

40. Применение вращающегося асинхронного преобразователя по любому из пп.1-19 в качестве средства для последовательной компенсации в протяженных линиях передачи переменного тока.

41. Применение вращающегося асинхронного преобразователя по любому из пп.1-19 в качестве средства для компенсации реактивной мощности.

Рисунок 2

Текст

Смотреть все

Область техники Настоящее изобретение относится к вращающемуся асинхронному преобразователю,выполненному в соответствии с ограничительной частью пп.1, 10 и 19 формулы изобретения, и к использованию такого преобразователя. Настоящее изобретение относится также к генераторному устройству, выполненному в соответствии с ограничительной частью пп.10 и 29 формулы изобретения. Уровень техники Во многих ситуациях должен происходить обмен энергией между сетями переменного тока с различными частотами или, по меньшей мере,несинхронно. Наиболее частыми случаями являются следующие. 1. Соединение несинхронных трехфазных сетей с равными номинальными частотами, например, между Восточной и Западной Европой. 2. Соединение трехфазных сетей с разными частотами, чаще всего 50-60 Гц (например, Япония, страны Латинской Америки). 3. Соединение несинхронных трехфазных сетей с одно- двухфазными сетями низкой частоты для питания железнодорожных линий: в странах Европы 50 Гц/16 2/3 Гц, в США 60 Гц/25 Гц. 4. Использование вращающихся асинхронных преобразователей для последовательной компенсации при передачи электроэнергии переменного тока на большие расстояния. На сегодняшний день соединения выполняют при помощи мощных электронных средств с промежуточной линией постоянного тока. В вышеупомянутых случаях 2 и 3 соединение может быть выполнено также при помощи матричных преобразователей. В случае синхронных, но различных частот в вышеупомянутых случаях 2 и 3 соединение может быть выполнено также при помощи вращающихся преобразователей, содержащих механически соединенные синхронные машины. В статье Н.И. Блоцкого "Исследование и использование асинхронных машин в энергетических системах". Электротехника в СССР,4,с. 90-99, 1995, ("Investigation and use of asynchronized machines in power systems". Electric Technology USSR,4, pp. 90-99, 1995, N.I. Blocskii) описана асинхронная машина, используемая для соединения энергетических систем или их частей, которые имеют различные номинальные частоты или одинаковые номинальные частоты,точность поддержания которых различна. Структура асинхронной машины раскрыта на фиг. 1. Асинхронная машина содержит электрическую машину 1, которая является машиной с обычным трехфазным статором и либо с неявнополюсным симметричным ротором, либо с явнополюсным или неявнополюсным электрически асимметричным ротором, причем выводы фаз соединены с контактными кольцами; возбудитель 2, который является циклоконвертором или управляемым выпрямителем, блок 3 или 4 питания циклокон 2 вертора, регулятор 5, задающий закон управления для напряжений на кольце ротора, а также величину фазы для ротора главной машины, а также датчики скорости 6, напряжения 7 и тока 9 в статоре и роторе. В статье "Performance Characteristics of aWide Range Induction type Frequency Converter,IEEMA Journal, Vol. 125,9, pp. 21-34, September 1995, G.A. Ghoneem", раскрыт преобразователь частоты асинхронного типа, используемый как источник переменной частоты для приводов,регулирующих частоту вращения асинхронных двигателей. На фиг. 2 показана схема преобразователя частоты асинхронного типа. Преобразователь частоты асинхронного типа состоит из двух механически и электрически соединенных асинхронных машин А, В с фазным ротором. Статорные обмотки одной из них (А) присоединены к трехфазному источнику с напряжением и частотой (Vi, Fi) линии питания, в то время как обмотки статора другой машины (В) являются выходными для напряжения переменной частоты (Vo,Fo). Роторные обмотки 10, 12 двух машин соединены вместе специальным устройством. Преобразователь приводится в действием первичным двигателем 14 с переменной скоростью, может быть использован двигатель постоянного тока. Недостатками статических преобразователей являются относительно низкая эффективность (КПД приблизительно 95%), вследствие потерь в полупроводниках, и гармоники, которые приходится компенсировать с помощью фильтров. Использование промежуточных линий постоянного тока приводит к использованию специальных преобразовательных трансформаторов очень сложной конструкции. Наличие заполнителей обусловливает значительную потребность в пространстве для всей конструкции. Известные вращающиеся преобразователи не рассчитаны на высокие напряжения, поэтому для их соединения с сетью с каждой стороны требуется трансформатор. В результате эффективность становится сравнимой с эффективностью статического преобразователя или даже ниже. Сущность изобретения Целью изобретения является решение вышеупомянутых проблем и создание вращающегося асинхронного преобразователя для соединения сетей переменного тока с равными или различными частотами. Эта цель достигается во вращающемся асинхронном преобразователе,выполненном согласно ограничительной части пп.1, 10 или 19 формулы изобретения с признаками, изложенными в отличительной части пунктов указанной формулы изобретения. В соответствии с этим преобразователь содержит первый статор, соединенный с первой сетью переменного тока с первой частотой f1, и второй статор, соединенный со второй сетью переменного тока со второй частотой f2. Кроме того, преобразователь содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от первой и второй частот f1 и f2. Каждый из статоров содержит, по меньшей мере, одну обмотку, причем каждая обмотка содержит, по меньшей мере,один токонесущий проводник и систему изоляции, которая, с одной стороны, содержит, по меньшей мере, два полупроводящих слоя, причем каждый слой образует по существу эквипотенциальную поверхность, а с другой стороны,между этими слоями имеется твердая изоляция. Согласно другому варианту выполнения изобретения, преобразователь содержит первый статор, соединенный с первой сетью переменного тока с первой частотой f1, и второй статор,соединенный со второй сетью переменного тока со второй частотой f2. Кроме того, преобразователь содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от первой и второй частотf1 и f2. Каждый из статоров содержит, по меньшей мере, одну обмотку, причем каждая обмотка содержит кабель, содержащий, по меньшей мере,один токонесущий проводник из множества жил,а вокруг каждого проводника имеется внутренний полупроводящий слой, вокруг указанного внутреннего полупроводящего слоя имеется изолирующий слой из твердой изоляции, а вокруг указанного изолирующего слоя имеется внешний полупроводящий слой. Согласно еще одному варианту выполнения изобретения, преобразователь содержит первый статор, соединенный с первой сетью переменного тока с первой частотой f1, и второй статор,соединенный со второй сетью переменного тока со второй частотой f2. Кроме того, преобразователь содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от первой и второй частотf1 и f2. Каждый из статоров содержит, по меньшей мере, одну обмотку, причем каждая обмотка содержит, по меньшей мере, один токонесущий проводник. Каждая обмотка имеет, кроме того,систему изоляции, тепловые и электрические характеристики которой допускают в указанном вращающемся асинхронном преобразователе уровень напряжения, превышающий 36 кВ. Очень важным преимуществом настоящего изобретения по пп.1, 10 или 19 формулы изобретения является возможность соединения двух несинхронных сетей без дополнительного использования трансформаторов или любого другого оборудования. Другим преимуществом является высокий КПД, который, как ожидается,составит 99%. За счет создания системы изоляции, которая является достаточно плотной и с точки зрения тепловых и электрических свойств рассчитана на напряжения свыше 36 кВ, система может быть соединена с высоковольтными сетями без использования промежуточных понижающих трансформаторов, в результате чего достигаются вышеупомянутые преимущества. Такая система предпочтительно, но не обязательно, разработана так, что обладает свойствами вращающегося асинхронного преобразователя, выполненного согласно любому пп. 1-19 формулы изобретения. Другой целью настоящего изобретения является решение вышеупомянутых проблем и создание генераторного устройства с переменной скоростью вращения. Эта цель достигается созданием генераторного устройства согласно ограничительной части п.20 или 29 формулы изобретения, с признаками, изложенными в отличительной части указанной формулы изобретения. Соответственно генераторное устройство содержит статор, соединенный с сетью переменного тока с частотой f2, первый цилиндрический ротор, соединенный с турбиной, которая вращается с частотой f1. Кроме того, генераторное устройство содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от частот f1 и f2. Как статор, так и первый цилиндрический ротор содержат, по меньшей мере, одну обмотку, причем каждая обмотка содержит, по меньшей мере,один токонесущий проводник и систему изоляции, которая, с одной стороны, содержит, по меньшей мере, два полупроводящих слоя, причем каждый слой образует по существу эквипотенциальную поверхность, а с другой стороны,между этими слоями имеется твердая изоляция. Согласно другому варианту выполнения изобретения, генераторное устройство содержит статор, соединенный с сетью переменного тока с частотой f2, первый цилиндрический ротор, соединенный с турбиной, которая вращается с частотой f1. Кроме того, генераторное устройство содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от частот f1 и f2. Как статор, так и первый цилиндрический ротор содержат, по меньшей мере, одну обмотку, причем каждая обмотка содержит кабель, содержащий, по меньшей мере, один токонесущий проводник из множества жил, вокруг каждого проводника имеется внутренний полупроводящий слой, вокруг указанного внутреннего полупроводящего слоя имеется изолирующий слой из твердой изоляции, а вокруг указанного изолирующего слоя имеется внешний полупроводящий слой. Вышеупомянутые и другие предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. В одном из своих аспектов настоящее изобретение относится к использованию предлагаемого асинхронного преобразователя в конкретных приложениях, например, определенных в пп.38-41 формулы изобретения, в которых преимущества изобретенного устройства проявляются особенно заметно. Ниже варианты выполнения изобретения будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показана схема известной асинхронной машины, используемой для соединения энергосистем; на фиг. 2 - схема известного преобразователя частоты асинхронного типа, используемого в качестве источника напряжения переменной частоты; на фиг. 3 - части модифицированного кабеля; на фиг. 4 - первый вариант выполнения вращающегося асинхронного преобразователя согласно настоящему изобретению; на фиг. 5 - второй вариант выполнения вращающегося асинхронного преобразователя согласно настоящему изобретению; на фиг. 6 - первый вариант выполнения генераторного устройства согласно настоящему изобретению; и на фиг. 7 - второй вариант выполнения генераторного устройства согласно настоящему изобретению. Подробное описание вариантов выполнения изобретения Предпочтительный вариант выполнения усовершенствованного кабеля показан на фиг. 3. На этом чертеже кабель 20 содержит токонесущий проводник 22, который содержит перекрещенные неизолированные и изолированные жилы. На электромеханически транспонированные жилы нанесена путем экструзии внутренняя полупроводящая оболочка 24, которая, в свою очередь, окружена нанесенным путем экструзии изолирующим слоем 26. Этот слой окружен внешним полупроводящим слоем 28. Кабель, используемый в качестве обмотки, в предпочтительном варианте выполнения изобретения не имеет металлического экрана и внешней оболочки. Предпочтительно чтобы, по меньшей мере,два из этих слоев, а наиболее предпочтительно чтобы все они имели равные коэффициенты теплового расширения. Тем самым достигается решающее преимущество, которое заключается в том, что в случае теплового расширения и сжатия обмотки удается избежать дефектов, трещин и т.п. Кабель может иметь диаметр в интервале приблизительно 20-250 мм, а площадь сечения проводника может лежать в интервале приблизительно 80-3000 мм 2. На фиг. 4 показан первый вариант выполнения вращающегося асинхронного преобразователя 30, выполненного согласно настоящему изобретению. Вращающийся асинхронный преобразователь 30 используется для соединения сетей переменного тока с равными или различными частотами. Преобразователь 30 содержит первый статор 32, соединенный с первой сетью(не показана) переменного тока с первой частотой f1, и второй статор 34, соединенный со второй сетью (не показана) со второй частотой f2. В описываемом варианте выполнения изобретения оба статора 32, 34 являются трехфазными и содержат по три обмотки, причем каждая обмотка содержит, по меньшей мере, один токонесущий проводник и каждая обмотка включает систему изоляции, которая, с одной стороны, содержит,по меньшей мере, два полупроводящих слоя,причем каждый слой образует по существу эквипотенциальную поверхность, а с другой стороны,между ними имеется твердая изоляция. Обмотки могут быть выполнены из кабеля, например, показанного на фиг. 3. Кроме того, преобразователь 30 содержит роторное средство 36, которое вращается в зависимости от первой и второй частотf1 и f2. В рассмотренном варианте выполнения изобретения роторное средство 36 содержит два электрически и механически соединенных трехфазных ротора 361, 362, которые установлены концентрично с указанными статорами 32, 34. Кроме того, преобразователь 30 содержит вспомогательное устройство 38, соединенное с указанными роторами 361, 362, для разгона роторов 361, 362 до подходящей скорости вращения перед подключением указанного преобразователя 30 к указанной сети переменного тока. Каждый ротор 361, 362 содержит низковольтные обмотки (не показаны). Когда первый статор 32 соединен с трехфазной сетью переменного тока с частотойf1, а второй статор 34 соединен с трехфазной сетью переменного тока с частотой f2, роторы 361,362 начнут вращаться с частотой (f1-f2)/2 и ток статора будет иметь частоту (f1+f2)/2. При малых частотах эффективность такого преобразователя будет очень высокой (примерно 99%) вследствие того, что вся мощнoсть передается как в трансформаторе. В предположении, что f1f2, часть(f1 - f2)/f2 мощности передается механически, а остальная мощность f1/f2 передается за счет трансформаторного эффекта. Механическая мощность расходуется только для поддержания вращения. На фиг. 5 показан второй вариант выполнения вращающегося асинхронного преобразователя 40, выполненного согласно настоящему изобретению. Вращающийся асинхронный преобразователь 40 также используется для соединения сетей переменного тока с равными или различными частотами. Преобразователь 40 содержит первый статор 42, соединенный с первой сетью(не показана) переменного тока с первой частотой f1, и второй статор 44, соединенный со второй сетью (не показана) со второй частотой f2. В описываемом варианте выполнения изобретения оба статора 42, 44 являются трехфазными и содержат по три обмотки каждый, причем каждая обмотка может быть выполнена в виде, аналогичном описанному в связи с фиг. 4. Кроме того,преобразователь 40 содержит роторное средство 46, которое вращается в зависимости от первой и второй частот f1 и f2. В этом варианте выполнения изобретения роторное средство 46 содержит только один ротор 46, установленный концентрично с указанными статорами 42, 44. Кроме того, указанный ротор 46 содержит первую петлю 48 из провода и вторую петлю 50 из провода,причем петли 48, 50 провода соединены друг с другом и установлены друг напротив друга на указанном роторе 46. Петли 48, 50 провода разделены двумя секторами 521, 522, причем каждый сектор 521, 522 имеет угловую ширину . Кроме того, преобразователь 40 содержит вспомогательное устройство (не показано), соединенное с указанным ротором 46, для разгона ротора 46 до подходящей скорости вращения перед подключением указанного преобразователя 40 к указанной сети переменного тока. Для компенсации различия f в частотах, необходимо лишь вращать ротор 46 с частотой где f = f1 - f2. Для =/4 это означает, что fR = 3f/16, то есть очень низкую частоту вращения. Главными преимуществами этого варианта выполнения изобретения является низкая частота вращения и использование только одного ротора. На фиг. 6 показан первый вариант выполнения генераторного устройства 60 с переменной частотой вращения, выполненного согласно настоящему изобретению. Генераторное устройство 60 содержит статор 62, соединенный с сетью переменного тока (не показана) с частотой f2, и первый цилиндрический ротор 64, соединенный с турбиной 66, которая вращается с частотой f1. Кроме того, генераторное устройство 60 содержит роторное средство 68, которое вращается в зависимости от частот f1, f2. Как статор 62, так и указанный первый цилиндрический ротор 64 включают, по меньшей мере, одну обмотку (не показана). Каждая обмотка содержит, по меньшей мере, один токонесущий проводник и каждая обмотка имеет систему изоляции, которая, с одной стороны, включает, по меньшей мере, два полупроводящих слоя, причем каждый слой образует, по существу, эквипотенциальную поверхность, а с другой стороны, между ними имеется твердая изоляция. В другом варианте выполнения изобретения каждая обмотка может содержать кабель, например, показанный на фиг. 3. Роторное средство 68 содержит два электрически и механически соединенных ротора 681, 682,которые являются полыми и установлены концентрично вокруг указанного статора 62 и указанного цилиндрического ротора 64. В раскрытом варианте выполнения изобретения статор 62 имеет цилиндрическую форму. Каждый из роторов 681, 682 содержит низковольтную обмотку(не показана) и в работающем генераторном устройстве 60 роторы вращаются с частотой (f1 f2)/2. В работающем генераторном устройстве 60 частота тока в роторе будет равна (f1 + f2)/2. Теперь это генераторное устройство 60 отсоединено от силовой сети с соответствующей частотой и частота может использоваться в качестве оптимизируемого параметра. Это генераторное устройство 60 также обладает лучшей эффективностью и согласованием мощности по сравнению с известным генератором. На фиг. 7 показан второй вариант выполнения генераторного устройства 70 согласно настоящему изобретению. Генераторное устройство 70 содержит статор 72, соединенный с сетью переменного тока (не показана) с частотой f2, и первый цилиндрический ротор 74, соединенный с турбиной 76, которая вращается с частотой f1. Кроме того, генераторное устройство 70 содержит роторное средство 78, которое вращается в зависимости от частот f1, f2. Как статор 72, так и указанный первый цилиндрический ротор 64 включают, по меньшей мере, одну обмотку (не показана). Обмотка может быть, например, аналогичной, описанной в связи с фиг. 6. Роторное средство 78 содержит два электрически и механически соединенных ротора 781, 782. Первый ротор 781 является полым и установлен концентрично вокруг указанного цилиндрического ротора 74, а второй ротор 782 является цилиндрическим и окружен статором 72. Первый и второй роторы 781, 782 указанного роторного средства 78 содержат низковольтные обмотки и в работающем генераторном устройстве 70 вращаются с частотой (f1 - f2)/2. Статор 72 является полым и установлен вокруг указанного второго ротора 782. Это генераторное устройство 70 работает аналогично генераторному устройству 60, описанному в связи с фиг. 6, и обладает теми же преимуществами. В раскрытых вариантах выполнения изобретения показано соединение только трехфазных сетей, но изобретение пригодно также для соединения с трехфазной сетью, когда один статор является одно/двухфазным. Изобретение может также использоваться для соединения трехфазной сети с одно/двухфазной сетью, где один трехфазный статор соединен с одно/двухфазной сетью посредством схемы Скотта или другого симметричного соединения. Изобретение применимо также к более чем двум статорам и частям ротора для соединения более чем двух сетей переменного тока. Единственным условием является то, что соединяются две несинхронные сети. Изобретение не ограничено вышеописанными вариантами выполнения. В рамках формулы изобретения возможно множество различных модификаций. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Вращающийся асинхронный преобразователь для соединения сетей переменного тока с равными или различными частотами, содержащий первый статор, соединенный с первой сетью переменного тока с первой частотой f1, и второй статор, соединенный со второй сетью переменного тока со второй частотой f2, отличающийся тем, что он содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от первой и второй частот f1 и f2, а, по меньшей мере, один из статоров содержит, по меньшей мере, одну обмотку, при 9 чем каждая обмотка включает, по меньшей мере,один токонесущий проводник и систему изоляции, которая содержит, по меньшей мере, два полупроводящих слоя, каждый из которых образует, по существу, эквипотенциальную поверхность, а между этими слоями имеется твердая изоляция. 2. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из указанных полупроводящих слоев имеет в основном тот же коэффициент теплового расширения, что и указанная твердая изоляция. 3. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.2, отличающийся тем, что потенциал внутреннего из указанных слоев, по существу,равен потенциалу проводника. 4. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.2 или 3, отличающийся тем, что внешний из указанных слоев выполнен так, что образует, по существу, эквипотенциальную поверхность, окружающую указанный проводник. 5. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.4, отличающийся тем, что на указанный внешний слой подан определенный потенциал. 6. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.5, отличающийся тем, что указанный определенный потенциал является потенциалом земли. 7. Вращающийся асинхронный преобразователь по любому из пп.1-6, отличающийся тем,что, по меньшей мере, два из указанных слоев имеют, по существу, равные коэффициенты теплового расширения. 8. Вращающийся асинхронный преобразователь по любому из пп.1-7, отличающийся тем,что токонесущий проводник содержит множество жил, лишь меньшая часть которых не изолированы друг от друга. 9. Вращающийся асинхронный преобразователь по любому из пп.1-8, отличающийся тем,что каждый из указанных двух слоев и указанная твердая изоляция неподвижно соединены с соседним слоем или твердой изоляцией, по существу, по всей поверхности соединения. 10. Вращающийся асинхронный преобразователь для соединения сетей переменного тока с равными или различными частотами, содержащий первый статор, соединенный с первой сетью переменного тока с первой частотой f1, и второй статор, соединенный со второй сетью переменного тока со второй частотой f2, отличающийся тем, что он содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от первой и второй частот f1 и f2, а каждый из указанных статоров содержит, по меньшей мере, одну обмотку, каждая из которых содержит кабель, включающий, по меньшей мере, один токонесущий проводник,причем каждый проводник содержит множество жил, вокруг указанного проводника имеется внутренний полупроводящий слой, вокруг ука 10 занного внутреннего полупроводящего слоя имеется изолирующий слой из твердой изоляции, а вокруг указанного изолирующего слоя имеется внешний полупроводящий слой. 11. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.10, отличающийся тем, что указанный кабель содержит металлический экран и оболочку. 12. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.11, отличающийся тем, что кабель имеет диаметр, лежащий в интервале приблизительно 20-250 мм, а площадь сечения проводника лежит в интервале приблизительно 80-3000 мм 2. 13. Вращающийся асинхронный преобразователь по любому из пп.1-12, отличающийся тем,что указанное роторное средство содержит два электрически и механически соединенных ротора, которые установлены концентрично с указанными статорами. 14. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.13, отличающийся тем, что он содержит также вспомогательное устройство, соединенное с указанными роторами, для разгона роторов до надлежащей скорости вращения перед подключением указанного преобразователя. 15. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.14, отличающийся тем, что каждый из указанных роторов содержит низковольтную обмотку, при работе указанного преобразователя указанные роторы вращаются с частотой (f1-f2)/2,а ток в статоре имеет частоту (f1+f2)/2. 16. Вращающийся асинхронный преобразователь по любому из пп.1-11, отличающийся тем,что указанное роторное средство содержит только один ротор, установленный концентрично с указанными статорами. 17. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.16, отличающийся тем, что указанный ротор содержит первую петлю из провода и вторую петлю из провода, причем указанные петли из провода соединены друг с другом, установлены друг напротив друга на указанном роторе и разделены двумя секторами, каждый из которых имеет угловую ширину . 18. Вращающийся асинхронный преобразователь по п.17, отличающийся тем, что он содержит также вспомогательное устройство, соединенное с указанным ротором для разгона ротора до надлежащей скорости вращения перед подключением указанного преобразователя,причем указанный ротор вращается с частотой где f = f1 - f2. 19. Вращающийся асинхронный преобразователь для соединения сетей переменного тока с равными или различными частотами, содержащий первый статор, соединенный с первой сетью переменного тока с первой частотой f1, и второй статор, соединенный со второй сетью переменного тока со второй частотой f2, отличающийся тем, что он содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от первой и второй частот f1 и f2, а каждый из указанных статоров содержит, по меньшей мере, одну обмотку, каждая из которых включает, по меньшей мере, один токонесущий проводник и систему изоляции,тепловые и электрические свойства которой допускают уровень напряжения, превышающий 36 кВ, в указанном вращающемся асинхронном преобразователе. 20. Генераторное устройство с переменной скоростью вращения, содержащее статор, соединенный с сетью переменного тока с частотой f2,и первый цилиндрический ротор, соединенный с турбиной, которая вращается с частотой f1, отличающееся тем, что оно также содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от частот f1 и f2, при этом как статор, так и первый цилиндрический ротор содержит, по меньшей мере, одну обмотку, а каждая обмотка содержит,по меньшей мере, один токонесущий проводник и систему изоляции, которая включает, по меньшей мере, два полупроводящих слоя, каждый из которых образует, по существу, эквипотенциальную поверхность, а между этими слоями имеется твердая изоляция. 21. Генераторное устройство по п.20, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из указанных полупроводящих слоев имеет в основном такой же коэффициент теплового расширения, как и указанная твердая изоляция. 22. Генераторное устройство по п.21, отличающееся тем, что потенциал внутреннего из указанных слоев, по существу, равен потенциалу проводника. 23. Генераторное устройство по п.21 или 22, отличающееся тем, что внешний из указанных слоев выполнен так, что образует, по существу, эквипотенциальную поверхность, окружающую указанный проводник. 24. Генераторное устройство по п.23, отличающееся тем, что на указанный внешний слой подан определенный потенциал. 25. Генераторное устройство по п.24, отличающееся тем, что указанный определенный потенциал является потенциалом земли. 26. Генераторное устройство по любому из пп.20-25, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два из указанных слоев имеют, по существу, равные коэффициенты теплового расширения. 27. Генераторное устройство по любому из пп.20-26, отличающееся тем, что токонесущий проводник содержит множество жил, лишь меньшая часть которых не изолированы друг от друга. 28. Генераторное устройство по любому из пп.20-27, отличающееся тем, что каждый из указанных двух слоев и указанная твердая изоляция неподвижно соединены с соседним слоем или твердой изоляцией, по существу, по всей поверхности соединения. 29. Генераторное устройство с переменной частотой вращения, содержащее статор, соединенный с сетью переменного тока с частотой f2,и первый цилиндрический ротор, соединенный с турбиной, которая вращается с частотой f1, отличающееся тем, что оно также содержит роторное средство, которое вращается в зависимости от частот f1 и f2, при этом как статор, так и первый цилиндрический ротор содержит, по меньшей мере, одну обмотку, причем каждая обмотка содержит кабель, включающий, по меньшей мере,один токонесущий проводник, каждый проводник содержит множество жил, вокруг указанного проводника имеется внутренний полупроводящий слой, вокруг указанного внутреннего полупроводящего слоя имеется изолирующий слой из твердой изоляции, а вокруг указанного изолирующего слоя имеется внешний полупроводящий слой. 30. Генераторное устройство по п.29, отличающееся тем, что указанный кабель содержит также металлический экран и оболочку. 31. Генераторное устройство по п.30, отличающееся тем, что кабель имеет диаметр, лежащий в интервале приблизительно 20-250 мм, а площадь сечения проводника лежит в интервале приблизительно 80-3000 мм 2. 32. Генераторное устройство по любому из пп.20-31, отличающееся тем, что указанное роторное средство содержит два электрически и механически соединенных ротора, которые являются полыми и установлены концентрично вокруг указанного статора и указанного цилиндрического ротора. 33. Генераторное устройство по п.32, отличающееся тем, что каждый из указанных роторов в указанном роторном средстве содержит низковольтную обмотку, а при работе указанного генераторного устройства указанные роторы вращаются с частотой (f1 - f2)/2. 34. Генераторное устройство по п.33, отличающееся тем, что указанный статор имеет цилиндрическую форму. 35. Генераторное устройство по любому из пп.20-31, отличающееся тем, что указанное роторное средство содержит первый и второй роторы, соединенные электрически и механически,причем указанный первый ротор является полым и установлен концентрично вокруг указанного первого цилиндрического ротора, а указанный второй ротор является цилиндрическим. 36. Генераторное устройство по п.35, отличающееся тем, что как первый, так и второй ротор указанного роторного средства содержит низковольтную обмотку, а при работе указанного генераторного устройства указанные первый и второй роторы вращаются с частотой (f1 - f2)/2. 37. Генераторное устройство по п.36, отличающееся тем, что указанный статор является полым и установлен вокруг указанного второго ротора. 38. Применение вращающегося асинхронного преобразователя по любому из пп.1-19 в качестве средства для соединения несинхронных трехфазных сетей с равными номинальными частотами. 39. Применение вращающегося асинхронного преобразователя по любому из пп.1-19 в качестве средства для соединения трехфазных сетей с различными частотами. 40. Применение вращающегося асинхронного преобразователя по любому из пп.1-19 в качестве средства для последовательной компенсации в протяженных линиях передачи переменного тока. 41. Применение вращающегося асинхронного преобразователя по любому из пп.1-19 в качестве средства для компенсации реактивной мощности.

МПК / Метки

МПК: H02K 47/00

Метки: преобразователь, асинхронный, вращающийся, устройство, генераторное

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/8-1465-vrashhayushhijjsya-asinhronnyjj-preobrazovatel-i-generatornoe-ustrojjstvo.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Вращающийся асинхронный преобразователь и генераторное устройство</a>

Похожие патенты