Индукционный регулятор и фазорегулятор
Асинхронная машина с фазной обмоткой ротора применяется для самых различных целей. В частности, заторможенная машина может служить автотрансформатором с плавно регулируемым коэффициентом трансформации.
Схема замещения такого индукционного регулятора (называемого также поворотным автотрансформатором) показана на рис. 14.39. Обмотки статора и ротора во всех трех фазах соединены между собой последовательно, а на выводы обмотки ротора подано напряжение Unxпитающей сети. Сопоставив эту схему индукционного регулятора со схемой трехфазного автотрансформатора, легко убедиться в их принципиальной тождественности. Обмотка ротора служит первичной обмоткой автотрансформатора, а три свободных вывода обмотки статора являются вторичными выходными выводами устройства. Но в автотрансформаторе отношение первичного и вторичного напряжений постоянно и определяется отношением чисел витков обмоток, а в индукционном регуляторе отношение напряжений Unx/ UBhlxзависит также от относительного пространственного положения обмоток статора и ротора. Если оси этих обмоток совпадают, то совпадают по фазе и индуктируемые в них ЭДС. Если же вращающееся магнитное поле пересекает обмотку статора не одновременно с обмоткой заторможенного ротора, то пространственный сдвиг между осями обмоток (3 обусловит пропорциональный сдвиг фаз а (см. 14.6) между ЭДС статора и ротора, а следовательно, и между напряжениями на обмотках статораUCTи ротораUp.
|
|
Фазное напряжение на вторичной стороне индукционного регулятора равно сумме напряжения статора и ротора:
и2= ир + йСТ.
Ротор заторможен, но посредством червячной передачи его можно поворачивать и таким образом изменять угол сдвига фаз между С/р иUCTв пределах от 0 до 360° (рис. 14.40). Это дает возможность изменять вторичное напряжение в пределах отU2= Up+ UCTдо
U2=up- ucr
. ^ rt~X. Ротор . СтаторСБА U, |
Фазное напряжение ротора равно фазному напряжению сети Up— С/ф, а обмотка статора индукционного регулятора обычно имеет число витков, равное числу витков фазной обмотки ротора, поэтомуUCT= Up= = Щ. Следовательно, пределы регулирования вторичного напряжения индукционного регулятора, т. е. напряжения между выводами обмотки статора ^вых = U2, составляют от 0 до 2UBX= = 2 £/,, — двойного значения линейного
напряжения сети. При значительных мощностях очень ценно, что регулирование в таких широких пределах осуществляется без замыкания или размыкания контактов. Это существенно увеличивает надежность устройства.
Взаимодействие токов ротора с магнитным полем может создавать в индукционном регуляторе значительный вращающий момент, что связано с усложнением поворотного устройства (обычно это самотормозящая червячная передача) и затрудняет управление положением ротора. Чтобы разгрузить установку от этого нежелательного электромагнитного момента, регуляторы большой мощности изготовляются в виде двух соединенных общим валом асинхронных машин, причем электромагнитные моменты, воздействующие на их роторы, имеют противоположные направления и полностью взаимно компенсируются. Обмотки роторов двух машин в таком регуляторе соединяются параллельно, а обмотки статора — последовательно.
|
|
По сравнению с трансформатором КПД индукционного регулятора значительно ниже из-за наличия воздушного зазора в магнитной цепи. По сравнению с двигателем в индукционном регуляторе кроме потерь в сердечнике статора имеют место значительные потери в сердечнике ротора. Условия охлаждения в регуляторе существенно хуже, чем в двигателе, из-за отсутствия вращения. Для улучшения теплоотдачи индукционных регуляторов средней и большой мощности применяют масляное охлаждение.
Рис. 14.40 |
То обстоятельство, что посредством поворота заторможенного ротора можно плавно изменять фазу ЭДС, индуктируемых в обмотках ротора, используется в фазорегуляторах. Трехфазная обмотка ста-
|
|
тора такого фазорегулятора (ф на рис. 14.41) включается в сеть, а обмотка заторможенного ротора служит вторичной обмоткой поворотного трансформатора. Действующее значение ЭДС, индуктируемых в обмотках ротора, не зависит от положения ротора, так как вращающееся магнитное поле машины, возбуждаемое токами обмоток статора, постоянно по значению. Но сдвиг фаз между ЭДС в обмотках статора и ротора зависит от положения ротора, и, поворачивая последний, можно изменять этот сдвиг в пределах 0 — 360°. Фазорегуляторы применяются при проверке счетчиков энергии и ваттметров переменного тока (рис. 14.41), для управления работой выпрямителей с тиристорами и т.д.
Асинхронный тахогенератор
Асинхронный тахогенератор применяется в устройствах автоматики, телемеханики и электроприводе как датчик угловой скорости вращения вала какого-либо механизма.
Одна из схем однофазного асинхронного тахогенератора с полым ротором приведена на рис. 14.42. Если ротор тахогенератора неподвижен (ojp= 0), то переменный магнитный поток Ф*, возбуждаемый током в катушкеwB03,подключенной к сети, индуктирует в стенках полого ротора как в короткозамкнутой вторичной обмотке трансформатора переменные токи гтр. Эти токи создают переменный маг- литный поток Ф^, но в измерительной катушке гииз, ось которой расположена под углом 90° к оси катушки возбужденияwBQ3,ЭДС не индуктируется.
|
|
Если ротор тахогенератора вращается с угловой скоростью шр, то в стенках полого ротора, пересекающих магнитные линии потока возбуждения Ф^, будут индуктироваться кроме переменных токов гтр еще и переменные токи гвр, обусловленные вращением ротора. Создаваемый переменными токами гвр переменный магнитный поток Фх будет направлен вдоль оси измерительной катушки и будет индуктировать в ней переменную ЭДС, амплитуда которой пропорциональна угловой скорости вращения ротора.
Рис. 14.42 |
Благодаря простоте и надежности асинхронных тахогенераторов они широко применяются в системах регулирования и управления.
ГЛАВА 15 СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
Общие сведения
У синхронных электрических машин ротор в установившемся режиме вращается с угловой скоростью вращающегося магнитного поля, создаваемого токами в фазных обмотках статора, подобного статору асинхронной машины. Это достигается тем, что ротор синхронной машины представляет собой обычно электромагнит или реже постоянный магнит с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов вращающегося магнитного поля. Взаимодействие полюсов вращающегося магнитного поля и полюсов ротора обеспечивает постоянную частоту вращения последнего независимо от момента на валу. Это свойство синхронных машин позволяет применять их в качестве двигателей для привода механизмов с постоянной частотой вращения. Распространенность синхронных двигателей не столь ши-. рока, как асинхронных, но в ряде случаев, например в металлургии для главных приводов непрерывной прокатки, они необходимы. Единичная мощность синхронного двигателя в приводах большой мощности достигает нескольких десятков мегаватт.
Основной областью применения синхронных машин является их работа в качестве промышленных генераторов для выработки электрической энергии на электростанциях.
Единичная мощность современных электрогенераторов достигает 1500 MB А.
Устройство синхронной машины
Основными частями синхронной машины являются статор и ротор, причем статор не отличается от статора асинхронной машины (см. рис. 14.1). Сердечник статора собран из изолированных друг от друга пластин электротехнической стали и укреплен внутри массивного корпуса. В пазах с внутренней стороны статора размещена в большинстве случаев трехфазная обмотка.
Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит — явнополюсный (рис. 15.1, где 1 — полюсы; 2 — полюсные катушки;
3 — сердечник ротора; 4 — контактные кольца) или неявнополюсный (рис. 15.2, где 1 — сердечник ротора; 2 — пазы с обмоткой; 3 — контактные кольца). Ток в обмотку ротора поступает через контактные кольца и щетки от внешнего источника постоянного тока — возбудителя.
Для получения синусоидальной ЭДС в проводах фазных обмоток статора необходимо, чтобы индукция в воздушном зазоре, создаваемая магнитным полем тока ротора, распределялась по синусоидальному закону вдоль окружности ротора. В явнополюсной машине это достигается увеличением ширины воздушного зазора от середины полюса к краям. В быстроходных машинах с неявными полюсами используется соответствующее распределение обмотки возбуждения вдоль окружности ротора.
У многополюсной синхронной машины ротор имеет р пар полюсов, а токи в обмотке статора образуют тоже р пар полюсов вращающегося магнитного поля (как у асинхронной машины, см. рис. 14.10). Ротор должен вращаться с частотой вращения поля, следовательно, его синхронная частота вращения
п = 60f/p. (15.1)
При стандартной промышленной частоте 50 Гц максимальная частота вращения, соответствующая двухполюсной (р = 1) машине, будет 3000 мин"1. Это частота вращения современного турбоагрегата, состоящего из первичного двигателя — паровой турбины и не- явнополюсного синхронного генератора (турбогенератора).
У гидроагрегата гидравлическая турбина вращается относительно медленно. Это вынуждает изготовлять гидрогенераторы многополюсными, с явными полюсами и в большинстве случаев — с вертикальным валом. Частота вращения роторов этих генераторов — от 60 до нескольких сотен оборотов в минуту, чему соответствует несколько десятков пар полюсов. Вследствие относительно малых частот вращения генераторы к гидравлическим турбинам имеют значительно большую массу на единицу мощности — свыше 8 кг/(кВ • А), чем генераторы к паровым турбинам — менее 2,5 кгДкВ- А).
Рис. 15.1 |
Ограничимся в дальнейшем анализом неявнополюсных машин.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 1275; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!