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!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!