Одноякорные преобразователи

В обмотке якоря машины постоянного тока протекает переменный ток. Если соединить эту обмотку также с контактными кольцами (рис. 41-1, а), то на них получим напряжение переменного тока U ^. Такая машина называется о д н о я -хорным преобразователем. Питание ее обмотки возбуждения постоянным током производится обычно со стороны коллектора, так же как в машинах постоянного тока с параллельным возбуждением. Поэтому в конструктивном отношении одноякорный преобразователь предетавляет собой машину постоянного тока, снабженную контактными кольцами. Кольца помещают на валу со стороны, противоположной коллектору. ' Для улучшения коммутации машина имеет добавочные полюсы.

Одноякорный преобразователь обычно используется для преобразования переменного тока в постоянный. При этом по отношению к сети переменного тока он работает как синхронный двигатель, а по отношению к сети постоянного тона — как генератор постоянного тока. На валу эта машина развивает лишь небольшой вращающий момент для покрытия механических, магнитных и добавочных потерь. Разность Р„ — Р_ равна потерям в машине. Машина может также преобразовывать постоянный ток в переменный.

Одноякорный преобразователь

Рис. "41-1. Принцип устройства (а) и схема (б) обыкновенного одноякорного преобразователя

обычно пускается в ход по способу асинхронного пуска синхронного двигатели, для чего в его полюсных наконечниках помещается пусковая обмотка. При наличии напряжения в сети постоянного тока его можно пустить в ход так же, как двигатель постоянного тока, и затем синхронизировать с сетью переменного тока.

Как известно, в режиме генератора активная составляющая тока якоря совпадает по фазе с э. д. с, а в режиме двигателя она направлена встречно э. д. с. Так как одноякорный преобразователь работает одновременно в режиме генератора и двигателя, то в обмотке якоря протекает разность токов /, и /.. Поэтому потери в обмотке якоря меньше, чем у обычных машин переменного тока. Поскольку формы кривых переменного и постоянного тока в секциях обмотки различны и в разных секциях кривые сдвинуты по фазе во времени на различные углы, то токи секций изменяются во времени по кривым сложной формы.

Так как напряжения U„ и U_ действуют в одной и той же обмотке якоря, то их величины жестко связаны друг с другом. Если предположить, что поле возбуждения индуктирует в обмотке якоря чисто синусоидальные э. д. с, пренебречь сопротивлениями обмотки и принять, что количество секций обмотки

очень велико, то векторная диаграмма э. д с. секции якоря будет иметь вид окружности (рис. 41-2). При этом напряжение U_ равно диаметру окружности, а амплитуда Um~ = \'W~ равна стороне т-угольника, вписанного в окружность, где т —• число фаз (на рис. 41-2 яг =6). На основании рис. 41-2

Например, при т= 3 и т= 6 соответственно U_m~= 0,612 £/_ и и„ — 0,354 U_.

Из сказанного следует, что если величина £/_. будет стандартной, то величина £У„ будет нестандартной, и наоборот. Поэтому обычно одноякорный преобразователь включается в сеть через трансформатор Тр, а часто дополнительно также через индуктивную катушку ИК (рис. 41-3). Путем изменения тока возбуждения машину можно нагружать индуктивным или емкостным током и тем самым за счет падения напряжения в индуктивной катушке регулировать в некоторых пределах напряжение £/_.

Раньше одноякорные преобразователи широко применялись для питания контактных сетей трамвая и железных дорог и в других случаях. В настоящее

Рис. 41-2. Векторная диаграмма э. д. с. и напряжений обмотки якоря одно-якорного преобразователя

Рис. 41-3. Шестифазный одноякорный преобразователь с трансформатором и индуктивной катушкой

время они в этих областях вытеснены ртутными и полупроводниковыми выпрямителями и используются в специальных случаях, притом также с раздельными обмотками переменного и постоянного тока. Одноякорный преобразователь можно использовать также в качестве генератора двух родов тока — постоянного и переменного, если вращать его с помощью какого-либо первичного двигателя. Такие генераторы в ряде случаев применяются на небольших судах и т д. При этом для получения напряжений необходимой величины на якоре помещают отдельные обмотки переменного и постоянного тока. Если обмотку постоянного тока использовать только для питания обмотки возбуждения, то получим своеобразный синхронный генератор с самовозбуждением. Такие генераторы мощностью до 5—10 кв-а также находят некоторое применение.

§ 41-2. Машины двойного питания

Двигатель двойного питания по своей конструкции представляет собой асинхронную машину с фазным ротором, обе обмотки которой питаются переменным током обычно от общей сети, с параллельным или последовательным включением обмоток статора и ротора (рис. 41-4, а). Токи статора I_t и ротора /₂ создают н. с. Fj, F₂ и потоки Ф₁₍ Ф₂, которые вращаются соответственно относительно статора и ротора со скоростями п_г = fjp. Эти н. с. и потоки вращаются синхронно, если

где п — скорость вращения ротора и знак плюс относится к случаю, когда н. с. ротора вращается относительно ротора в сторону его вращения, а знак минус — когда это вращение происходит в обратном направлении. Согласно этому соотношению, в первом случае п = О, что не представляет практического интереса, и во втором случае

т. е. скорость ротора равна двойной скорости обычной синхронной машины. При этом синхронно вращающиеся поля статора и ротора создают вращающий момент М, машина может работать в режимах двигателя и генератора и в сущности представляет собой синхронную машину. Момент М создается, когда пространственный угол 6 между J^ и F₂ (рис. 41-4, б) отличен от нуля или 180°, так как в противном случае оси полюсов магнитных полей статора и ротора совпадают и тангенциальных усилий не создается.

Машины двойного питания находят некоторое применение в специальных случаях в качестве двигателей. Их недостатком является то, что при пуске их нужно привести во вращение при помощи вспомогательного двигателя. Кроме того, их успокоительные моменты малы и эти машины подвержены качаниям. В общем случае возможно питание статора и ротора токами разных частот.

Асинхронизированная синхронная машина, предложенная Л А. Горевым, отличается от обычной

синхронной машины тем, что она имеет две обмотки возбуждения — одну по продольной и другую по поперечной оси. Поэтому ее ротор имеет в сущности двухфазную обмотку. В нормальном режиме работы обмотки возбуждения питаются постоянным током, и этот режим ничем не отличается от режима работы обычной синхронной машины. Однако в аварийных режимах, когда синхронное вращение ротора с полем статора нарушается (короткие замыкания в сети, качания ротора и пр.), обмотки возбуждения питаются переменными токами частоты скольжения, сдвинутыми по фазе на 90°, вследствие чего получается поле возбуждения, вращающееся относительно ротора. Частота токов возбуждения s/_x регулируется автоматически и непрерывно таким образом, что поля возбуждения и якоря вращаются синхронно, благодаря чему они создают вращающий момент постоянного знака. В результате машина не выпадает из синхронизма и устойчивость ее работы повышается, что и составляет преимущество данной машины.

По своей природе рассмотренная машина аналогична машине двойного питания. Для реализации указанного преимущества этой машины кратность

Рис. 41-4. Схема (а) и векторная диаграмма н. с. и потоков (б) машины двойного питания

(потолок) напряжения возбуждения должна быть высокой (fy_m Э= 4 -*■ 5) и надо применять регуляторы сильного действия. Питание обмоток возбуждения целесообразно осуществлять от ионных или полупроводниковых преобразователей частоты. В настоящее время изготовлены опытные образцы асинхронизирован-ных синхронных машин.

Дата добавления: 2015-07-18