Что положено в основу работы индукционного регулятора
Опубликовано: 07.05.2025
К вольтодобавочным устройствам регулируемого напряжения могут быть отнесены индукционные регуляторы, автотрансформаторы плавно регулируемого напряжения, вольтодобавочные трансформаторы и линейные регуляторы, являющиеся наиболее приемлемыми аппаратами для регулирования напряжения в распределительных сетях потребителей.
Индукционный регулятор, или потециалрегулятор, является механически заторможенным асинхронным двигателем с фазным ротором. Торможение осуществляется червячной передачей, позволяющей производить плавны поворот обмотки ротора относительно обмотки статора. Трехфазная обмотка статора расчленяется на отдельные фазы и включается в сеть последовательно с потребителем. Обмотка фазного ротора замыкается наглухо на кольцо, а началами подключается параллельно обмотке статора в сеть. При такой схеме обмотка ротора оказывается первичной и трехфазный намагничивающий ток создает в ней вращающееся магнитное поле.
Обмотка статора через воздушный зазор оказывается магнитосвязанной с вращающимся полем, и в обеих обмотках наводится ЭДС Е1 и Е2, совпадающие по фазе. Одна из этих ЭДС Е1 всегда направлена встречно фазному напряжению сети, а вторая Е2, наводимая в обмотке статора, складывается с напряжением потребителя.
Управление индукционным регулятором осуществляется вручную или дистанционно от вспомогательного электродвигателя. таким образом, результирующее напряжение у потребителя можно плавно регулировать. Величина фазного напряжения у потребителя может меняться в пределах U2ф=U1ф±Е2, где Е2 соответствует добавочному напряжению. Индукционные регуляторы могут быть применены в линиях напряжением 0,38-6 кВ, питающих отдельный приемник или группу приемников, требующих по режиму своей работы стабилизированного или меняющегося в широких пределах напряжения.
К основным недостаткам индукционных регуляторов следует отнести возможность их эксплуатации только в кратковременных или повторно-кратковременных режимах, большие потери мощности 3,5-4 %, низкий коэффициент мощности 0,55-0,65.
Необходимая мощность трехфазного индукционного регулятора, используемого для повышения напряжения, определяется зависимостью:
Регулируемые автотрансформаторы. Промышленностью выпускаются автотрансформаторы в однофазном и трехфазном исполнениях с подвижной катушкой для плавного регулирования напряжения. Принцип действия автотрансформаторов основан на изменении относительного положения обмоток или перемещении подвижной короткозамкнутой катушки, благодаря чему изменяется степень индуктивной связи между обмотками. Перемещение обмоток или катушки производится ручным или моторным приводом. Регулирование напряжения производится в широких пределах в разных вариантах, например от 10 до 100 % или от 280 до 50 % и др. под нагрузкой. Относительно небольшая мощность, от 16 до 400 кВА, а также широкие пределы регулирования затрудняют применение указанных автотрансформаторов в распределительных сетях. Наибольшее применение они могут найти там. где регулирование напряжения производится не с целью поддержания его на заданном уровне, а обусловлено режимом работы самого потребителя, например в испытательных установках, в пусковых устройствах и т.д.
Собственная мощность Sm связана с проходной S соотношением:
Потери холостого хода в таком устройстве невелики, ввиду того что в настоящее время бустер-трансформаторы не выпускаются промышленностью, их заменяют более совершенными линейными регуляторами.
Линейные регуляторы напряжения. Одним из типов трехфазных вольтодобавочных устройств, позволяющих осуществлять регулирование напряжение в радиальных линиях, являются линейные регуляторы типа ЛТМ. Линейные регуляторы работают по автотрансформаторной схеме и представляют собой маслонаполненную конструкцию, имеющую шесть линейных выводов для включения регулятора в рассечку линии в любой ее точке. Линейные регуляторы проектируются на проходную мощность 400-630 кВА, РПН±10 %, на шесть регулировочных ступеней 6-36 кВ, на 1600-6300 кВА, РПН±10 %, восемь ступеней 6-10 кВ и на 16-10 МВА, РПН±15 %, напряжением 6,3-36,75 кВ.
Асинхронная машина с фазным ротором, помимо двигательного и генераторного режимов, может быть использована. Во многих случаях специально рассчитана и сконструирована, для работы в качестве индукционного регулятора (поворотного автотрансформатора), фазорегулятора (поворотного трансформатора) и регулируемой реактивной (дроссельной) катушки.
Индукционные регуляторы позволяют плавно и в сравнительно широких пределах регулировать вторичное напряжение. Поэтому они применяются в отдельных линиях станций и подстанций, для широкого регулирования напряжения отдельных приемников, например электродвигателей, электропечей, и главным образом в лабораторной практике.
Фазорегуляторы позволяют плавно поворачивать фазу вторичного напряжения (не изменяя его по величине) относительно первичного в пределах угла а = 0°÷360° эл. Они применяются для регулирования угла зажигания ионных выпрямителей, в автоматике, в измерительной технике и особенно в лабораторной практике.
Регулируемые реактивные катушки позволяют плавно изменять реактивное сопротивление, что дает возможность применять их для создания практически чисто индуктивной нагрузки генераторам переменного тока. Используются они преимущественно в лабораторной практике.
Во всех выше указанных режимах асинхронная машина работает при неподвижном роторе, и поэтому вопрос ее охлаждения имеет большое значение.
При малой мощности и небольшом напряжении они выполняются с воздушным охлаждением, а при средних и больших мощностях они имеют преимущественно масляное охлаждение и вертикальное исполнение.
Целью данной работы является исследование работы асинхронной машины с фазным ротором в режимах индукционного регулятора, фазорегулятора и регулируемой реактивной катушки.
Индукционный регулятор
Индукционный регулятор представляет собой трехфазную асинхронную машину с фазным ротором, обмотки статора ротора которой электрически соединены, а ротор заторможен при помощи червячной передачи. Последняя при необходимости используется для изменения расположения ротора относительно статора.
Электрическая схема трехфазного индукционного регулятора представлена на рис.9.1.
Рисунок 9.1 – Схема индукционного регулятора
Обмотка, которая присоединяется к сети параллельно, называется первичной, или питающей. Она обычно соединена звездой, изредка встречается соединение её треугольником. Другая обмотка, называемая вторичной, или проходной, имеет разомкнутые фазы. Она присоединяется к сети последовательно, т. е. между сетью и потребителем, требующим регулирования напряжения.
В специально изготовленных заводами индукционных регуляторах первичной обмоткой, как правило, является обмотка ротора, а вторичной — обмотка статора.
Если же в качестве индукционного регулятора используется асинхронный двигатель с фазным ротором, то первичной обмоткой преимущественно является обмотка статора, а вторичной — обмотка ротора.
Принцип работы индукционного регулятора заключается в следующем. Ток I1 протекающий по первичной обмотке, создает вращающееся магнитное поле, которое наводит в обмотках индукционного регулятора электродвижущие силы Е1Ф и Е2Ф: в первичной Е1Ф = сФW1 и во вторичной Е2Ф = сФW2 , где Ф — поток вращающегося магнитного поля; W1 и W2 — число витков первичной и вторичной обмоток (на одну фазу); с — постоянный коэффициент.
Электродвижущая сила первичной обмотки Е1Ф при отсутствии нагрузки индукционного регулятора практически равна напряжению сети U1Ф и находится с ним в противофазе.
Электродвижущая сила вторичной обмотки Е2Ф, определяемая неизменным по величине магнитным потоком Ф и количеством витков W2, имеет конкретное, неизменное по величине, значение. Направление ее по отношению к напряжению сети может быть различным в зависимости от взаимного расположения первичной и вторичной обмоток, которое можно изменить при помощи червячной передачи.
Вторичное напряжение (напряжение на выходе) индукционного регулятора U2 представляет собой геометрическую сумму напряжения сети U1Ф, подводимого к первичной обмотке, и э. д. с. Е2Ф, индуктируемой во вторичной обмотке, т. е.
Из этого выражения видно, что при плавном изменении угла между осями обмоток соответствующих фаз ротора и статора от 0° до ±180° эл. (электрических градусов) вторичное напряжение индукционного регулятора будет плавно изменяться от своего наибольшего значения до наименьшего .
При одинаковом количестве витков первичной и вторичной обмоток индукционный регулятор, работающий без загрузки, позволяет изменять вторичное напряжение в пределах от 0 до 2 . Верхний предел регулирования напряжения при нагрузке регулятора заметно снижается.
Первичную обмотку индукционного регулятора включают на сеть (рубильник П1). Затем определяют напряжение U1Ф= , подводимое к первичной обмотке, э. д. с. Е2Ф, индуктируемую во вторичной обмотке, и проверяют симметрию вторичного напряжения U2.
Значение напряжения U1Ф, и э. д. с. Е2Ф записывают в табл.9.1.
Линейные напряжения U2 при симметричном напряжении U1 должны быть одинаковыми. Если они значительно отличаются друг от друга, то это указывает на несоответствие присоединения первичной и вторичной обмоток в схеме индукционного регулятора. Несимметрия вторичного напряжения при этом получается за счет различных углов между обмотками соответствующих фаз ротора и статора. Чтобы получить симметричное вторичное напряжение, необходимо на зажимах сети поменять местами два провода, с помощью которых подводится напряжение к обмотке статора или ротора.
Результаты измерений и вычислений заносят в табл. 9.1.
Таблица 9.1 – Зависимости напряжений от угла поворота ротора
Рисунок 9.2 – Зависимость выходного напряжения индукционного регулятора от угла поворота
Векторная диаграмма напряжений. Векторную диаграмму напряжений для одной фазы индукционного регулятора строят на основании полученных из опыта значений напряжения U1Ф, подводимого к первичной обмотке, и э. д. с. Е2Ф, индуктируемой во вторичной обмотке.
Рисунок 9.3 – Векторная диаграмма индукционного регулятора для одной фазы
Схема для снятия рабочих характеристик индукционного регулятора представлена на рис. 9.4.
Результаты измерений и вычислений заносят в табл. 9.2.
Вычисляем потребляемую из сети активную мощность по формуле:
где Р1 — потребляемая из сети активная мощность; U1 — линейное напряжение, подводимое к первичной обмотке; I1 — ток первичной цепи.
Рисунок 9.4 – Схема включения индукционного регулятора для снятия рабочих характеристик
Таблица 9.2 – Рабочие характеристики
Коэффициент полезного действия индукционного регулятора рассчитаем по формуле:
где Р2 - активная мощность потребляемая нагрузкой.
Рисунок 9.5 – Рабочие характеристики индукционного регулятора
По данным табл. 9.2 строят рабочие характеристики, примерный вид которых представлен на рис. 9.5.
Уменьшение вторичного напряжения U2 с увеличением тока нагрузки I2 объясняется увеличением падения напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях первичной и вторичной обмоток индукционного регулятора.
Характер изменения тока первичной цепи I1 с увеличением тока нагрузки I2 объясняется следующим. При токе I2=0 ток I1 в основном реактивный, создающий вращающееся магнитное поле. Значение его из-за большого магнитного сопротивления воздушного зазора сравнительно велико и примерно равно току холостого хода асинхронной машины в режиме двигателя. При небольших значениях активного тока нагрузки, когда реактивная составляющая тока первичной цепи превышает его активную составляющую, изменение общего тока первичной цепи незначительно. Дальнейшее увеличение тока нагрузки приводит к более интенсивному изменению тока в первичной цепи. Это обуславливается в значительной степени увеличением его активной составляющей (внешней нагрузкой) и некоторым увеличением его реактивной составляющей (потоками рассеяния обмоток). Поэтому зависимость I1=f(I2) на графике изображается кривой, несколько выпуклой в сторону оси абсцисс.
Зависимость Р1= f(I2) на графике имеет вид кривой, несколько выпуклой в сторону оси абсцисс. Это объясняется увеличением потерь в обмотках индукционного регулятора при увеличении тока нагрузки.
где I1а и I1р —активная и реактивная составляющие тока в первичной цепи.
Фазорегулятор
Фазорегулятор, или поворотный трансформатор, представляет собой, как правило, трехфазную асинхронную машину с фазным ротором, обмотки которой электрически не связаны (разъединены), а ротор заторможен при помощи червячной передачи. Обмотка статора, которая обычно является первичной, включается в трехфазную сеть (рис. 9.6). При постоянном напряжении сети U1, неизменной частоте f1 и отсутствии нагрузки поток вращающегося магнитного поля статора Ф, а, следовательно, индуктируемые э. д. с. первичной обмотки Е1 и вторичной обмотки Е2, также будут постоянными. Значение э. д. с. вторичной обмотки Е2 определяется коэффициентом трансформации э. д. с, а направление вектора ее относительно вектора э. д. с. первичной обмотки Е1 зависит от пространственного расположения осей первичной и вторичной обмоток (рис.9.6). Так как при помощи червячной передачи ротор можно поворачивать относительно статора на различные углы, то сдвиг фаз между векторами первичной и вторичной э. д. с. может быть плавно изменен в пределах от нуля до 360° эл. Следовательно, такой трансформатор может иметь группу соединений не только ряда целых чисел от 1 до 12, как в обычных трансформаторах, но и любых промежуточных значений.
Для исследования фазорегулятора собирают схему, представленную на рис.9.6. Так как токовая обмотка фазометра включена во вторичную цепь
фазорегулятора, а обмотки напряжения — в первичную, то при повороте ротора относительно статора на различные углы фазометр покажет косинус угла сдвига между векторами первичного и вторичного напряжений.
Рисунок 9.6 - Схема соединения фазорегулятора
Результаты измерений заносят в табл. 9.3.
Таблица 9.3 – Зависимость косинуса угла сдвига между векторами первичного и вторичного напряжений от угла поворота ротора
Рисунок 9.7 – Зависимость косинуса угла сдвига э.д.с. первичной и вторичной обмоток от угла поворота ротора
Регулируемая реактивная катушка
Регулируемая реактивная катушка представляет собой трехфазную асинхронную машину с фазным ротором, у которой обмотки статора и ротора соединены последовательно или параллельно, а ротор заторможен при помощи червячной передачи. При конкретном номинальном напряжении сети выбор схемы соединения определяется номинальными напряжениями обмоток статора и ротора, а также диапазоном регулирования индуктивного сопротивления.
Рисунок 9.8 – Схема нагрузочного ротора
Схема последовательного соединения обмоток ротора и статора, обеспечивающая более широкий диапазон регулирования индуктивного сопротивления, представлена на рис. 9.8.
При этом соединении обмоток индуктивность одной фазы реактивной катушки.
где L 1 и L 2 - индуктивность одной фазы обмотки статора и ротора;
L 12М – максимальное значение взаимной индуктивности обмоток статора и ротора;
Рисунок 9.9 – Зависимость тока регулируемой реактивной катушки от угла поворота ротора
Таблица 9.4 – Зависимость тока катушки I от угла поворота ротора
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что представляет собой индукционный регулятор, где он применяется и в чем заключается принцип его работы?
2. К чему приводит несоответствие присоединения первичной и вторичной обмоток в схеме индукционного регулятора?
3. Как строят векторную диаграмму напряжений индукционного регулятора?
4. Что называют рабочими характеристиками индукционного регулятора и как их снимают?
5. Какой вид имеют рабочие характеристики индукционного регулятора? Почему они имеют такой вид?
6. Что представляет собой фазорегулятор и где он применяется?
8. Что представляет собой регулируемая реактивная катушка, как и почему изменяется ее сопротивление?
Индукционный регулятор представляет собой асинхронную машину с заторможенным ротором, регулирующую напряжение в широких пределах.
В роторе регулятора помещается фазная обмотка. Напряжение регулируется поворотом ротора. При этом изменяется сдвиг фаз между ЭДС, которые создаются вращающимся магнитным полем в фазах обмоток статора и ротора.
Для поворота и торможения ротора служит червячная передача с самоторможением (в такой передаче тангенс угла наклона винтовой линии червяка меньше коэффициента, трения).
Схема трехфазного индукционного регулятора показана на рисунке 30.1.
 Схема соединения индуктивного регулятора |  |
Рисунок 30.1 – Схема трехфазного индукционного регулятора
Обмотки статора началами фаз подключены к трем проводам сети источника энергии с напряжением . К той же сети через скользящие контакты щеток и колец подключена трехфазная обмотка ротора, соединенная звездой. Обмотки статора концами фаз соединены с сетью приемника энергии, напряжение которой может изменяться в широких пределах с помощью индукционного регулятора,
Возможна схема регулятора, при которой обмотки статора соединены звездой (или треугольником), а обмотки ротора включены между сетями источника и приемника энергии. Недостаток такой схемы – наличие двух комплектов контактных колец. Для устранения скользящих контактов обмотки ротора соединяют гибкими проводниками с сетями приемника и источника энергии, а на роторе ставят ограничитель» не позволяющий повернуть ротор на 360°.
При включении регулятора в сеть U\ трехфазная обмотка ротора создает вращающееся магнитное ноле, которое индуктирует ЭДС в фазах обмоток статора ( ) и ротора ( ). Если пренебречь падением напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях обмотки ротора, то для фазных значений приложенного напряжения и ЭДС ротора можно записать, что
(справедливо для любого положения ротора).
Таким образом, вектор ЭДС равен и противоположен вектору при любом положении ротора в пространстве.
Если ротор занимает такое положение, при котором оси катушек статора и ротора совпадают, то и ЭДС, индуктируемые вращающимся магнитным полем: в обмотках статора и ротора, также, совпадают по фазе, то есть вектор совпадает с вектором и направлен противоположно вектору .
Если повернуть ротор на какой-либо угол по направлению вращения магнитного поля, то силовые линии вращающегося поля пересекают витки катушек статора раньше, чем витки катушек ротора. Тогда ЭДС статора опережает по фазе ЭДС ротора, то есть вектор ЭДС статора неизменный по величине, окажется повернутым на угол , относительно неизменного вектора , равного вектору с обратным знаком.
При повороте ротора против поля ЭДС статора будет отставать по фазе от ЭДС ротора. Изменяя угол поворота ротора, мы будем менять угол между векторами фазных ЭДС статора и ротора, и если непрерывно поворачивать ротор, то вектор ЭДС статора будет изменять свое положение так, что конец этого вектора опишет окружность радиусом из точки А, являющейся концом вектора , как это показано на векторной диаграмме (рисунок 30.3),
Рисунок 30. 3 – Векторная диаграмма для одной фазы индукционного регулятора
построенной для одной фазы регулятора.
Напряжение зависит не только от приложенного напряжения но также и от ЭДС статора так что оно определится как геометрическая сумма и то есть = + .
Численное значение напряжения:
При повороте ротора от 0 до 180° может быть получено любое напряжение на выходе в пределах от , (при - 0°) до (при = 180).
Если выполнить регулятор с коэффициентом трансформации равным единице, то есть то и и, следовательно, такой регулятор дает возможность регулировать напряжение на выходе в пределах от нуля до двойного напряжения сети.
Возможность равномерного изменения напряжения в широких пределах - очень ценное свойство, благодаря которому этот регулятор широко применяют. Однако регулятор обладает рядом недостатков, которые выражаются в следующем:
1) регулируемое напряжение изменяется не только по величине, но и по фазе, что не позволяет включать этот регулятор параллельно с каким-либо другим регулятором;
2) на валу регулятора создаются большие вращающие моменты, вызывающие необходимость в громоздкой механической передаче с самоторможением;
3) обмотки регулятора имеют большие индуктивные сопротивления, которые приводят к значительному изменению напряжения при колебаниях нагрузки;
4) за счет наличия воздушного зазора между статором и ротором в регуляторе, так же как и в любой асинхронной машине, оказывается большим реактивный намагничивающий ток, и регулятор имеет низкий .
Первые два недостатка - изменение фазы напряжения и механические силы на валу регулятора - в устройствах большой мощности устраняются сдвоенными регуляторами, векторы ЭДС статорных обмоток которых поворачиваются в противоположных направлениях при повороте ротора.
Характер изменения вторичного напряжения при повороте ротора показан на рисунок 30.4.
Рисунок 30.4 – Изменения вторичного напряжения при повороте ротора регулятора
Векторная диаграмма напряжений регулятора при заданном угле поворота ротора, приведена на рисунок 30.5.
Рисунок 30.5 – Векторная диаграмма напряжений регулятора при заданном угле поворота ротора
Индукционный регулятор может быть использован и для регулировки угла сдвига фаз между двумя напряжениями. Достаточно переключить обмотки регулятора, как это показано на рисунке 30.6.
Рисунок 30.6 – Трехфазный поворотный трансформатор регулятор фаз
Векторная диаграмма напряжений регулятора, соответствующая такой схеме включения, приведена на рисунке 30.7.
Рисунок 30.7 - Векторная диаграмма напряжений регулятора фаз при заданном угле поворота ротора
Следует иметь в виду, что регулятор используют при автотрансформаторной схеме и, следовательно, его регулируемая или выходная мощность , отдаваемая приемникам энергии, не равна номинальной или габаритной мощности .
Между этими мощностями так же, как в автотрансформаторе, имеет место следующее соотношение:
или
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Где применяются индукционные регуляторы?
2. Как могут быть включены обмотки регулятора и к чему это приводит?
3. Для чего необходима в конструкции индукционного регулятора червячная передача с самоторможением?
4. Чем отличается схема включения обмоток регулятора для изменения фазы, от схемы для изменения напряжения?
5. Чем определяется номинальная мощность на выходе индукционного регулятора?
Индукционные преобразователи. В практике применяют несколько типов индукционных преобразователей. Особенность одного из них состоит в том, что действие контролируемой неэлектрической величины направлено на изменение взаимоиндуктивности двух обмоток. Одна из них (первичная) включена к источнику переменного напряжения, во вторичной (выходной) обмотке наводится э.д.с., величина которой изменяется при изменении взаимоиндуктивности, т. е. при изменении потокосцепления вторичной обмотки. Изменение взаимоиндуктивности связано с изменением воздушного зазора, площади полюсов, магнито-упругих свойств сердечника или положения вторичной обмотки, если она подвижная.
Схемы индукционного преобразователя с переменной площадью полюсов показаны на 10.9, б, с поворотной катушкой — на 10.9, в. Индукционные преобразователи такого типа, как и индуктивные, чаще всего используют в сочетании с равновесными и неравновесными мостовыми схемами, а также компенсационной схемой, для измерения перемещений и других неэлектрических величин (усилие, момент, давление, угол поворота и т. д.), действием которых можно изменять длину воздушного зазора или положение поворота якоря, вторичной обмотки.
б) индукционные преобразователи — измеряемая величина в генераторе преобразуется в э. д. с.; например, для измерения частоты вращения применяются тахогенераторы — магнитоэлектрические генераторы;
7. Индукционные преобразователи. Принцип действия индукционных преобразователей основан на законе электромагнитной индукции.
Индукционные преобразователи, как это следует из принципа действия, являются преобразователями, в которых наводимая в измерительной обмотке э. д. с. является функцией скорости изменения по-токосцепления fy магнитного потока и витков измерительной обмотки:
Индукционные преобразователи скорости перемещения обладают относительно высокой чувствительностью, что позволяет измерять малые перемещения, скорости, ускорения и другие величины, изменяющиеся с частотой до 15. 30 кГц. Погрешность преобразователей с постоянным магнитом и подвижной рамкой может быть сведена до 0,15. 0,2%.
11.2. ИНДУКЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН
Глава 11. Индукционные преобразователи . 200
11.2. Индукционные преобразователи магнитных величии . *U
Следующий метод регулирования основан на использовании индукционного регулятора ( 5-8, г). Простейшим индукционным регулятором может служить заторможенный асинхронный двигатель с фазным ротором, устроенный таким образом, чтобы ротор можно было плавно поворачивать на 180°. К трехфазной сети присоединяются три фазные обмотки либо ротора, либо статора, создающие вращающееся магнитное поле. Если к сети присоединен ротор, то в каждой фазной обмотке статора благодаря вращающемуся магнитному полю индуктируется переменное напряжение. При повороте ротора амплитуда этого напряжения остается одной и той же, а фаза будет изменяться. Первичная обмотка испытательного трансформатора присоединяется к сети последовательно с одной из указанных выше фазных обмоток. Вследствие этого к трансформатору прикладывается геометрическая сумма напряжения сети (/! и напряжения фазной обмотки U2. В зависимости от положения ротора сдвиг фаз между напряжениями t/, и t/2 имеет различное значение. Таким образом, напряжение на первичной обмотке трансформатора UT при повороте ротора будет плавно изменяться от минимума (Uх —1/2) до максимума ((/!+ и»). Индукционные регуляторы обеспечивают плавное регулирование напряжения, но вызывают искажение кривой напряжения.
Для работы асинхронных машин со скольжениями, близкими к единице, в трансформаторном или тормозном режимах их рассчитывают с пониженными электромагнитными нагрузками. Примером использования асинхронных машин, номинальным режимом для которых является трансформаторный, могут служить индукционные регуляторы или фазовращатели [12].
При этом фаза напряжения ?/вых, как видно из векторной диаграммы ( 5.11, б), остается неизменной. Индукционные регуляторы выполняют мощностью до 500 кВт.
Для плавной регулировки напряжения со стороны переменного тока иногда используют такие однофазные и трехфазные индукционные регуляторы. Однако у них имеется воздушный зазор между статором и ротором, что уменьшает cos ф. Также неблагоприятно сказываются переходные контакты щеток с кольцами. Кроме того, индукционные регуляторы громоздкие. Все это не позволяет последним конкурировать в настоящее время с управляемыми выпрямителями.
а) Принцип работы индукционного регулятора. Индукционный регулятор представляет собой по существу асинхронную машину с заторможенным ротором и применяется для регулирования напряжения сетей. Главное значение имеют трехфазные индукционные регуляторы, тогда как однофазные встречаются значительно реже. Поэтому мы рассмотрим 'работу только первых.
Трехфазные индукционные регуляторы для распределительных сетей выполняются с регулированием напряжения в пределах ±(10-4-15)%. По сравнению с так называемыми регулировочными трансформаторами индукционный регулятор имеет больший вес, больший намагничивающий ток- и большие потери. Однако в последнее время удалось облегчить индукционный регулятор примерно на 25—30%, перейдя с четырехполюсного исполнения на двухполюсное, применив лучшие марки стали и несколько увеличив электромагнитные нагрузки регулятора.
156. Г. Ш а и т, Индукционные регуляторы трехфазного тока, J. Springer, Berlin, 1927, русск. перев., ОНТИ, 1933.
Наряду с асинхронными двигателями и генераторами в ряде отраслей техники применяют специальные асинхронные машины. К ним относятся асинхронные преобразователи частоты, фазорегуляторы, индукционные регуляторы напряжения, вращающиеся трансформаторы, сельсины, линейные и дуговые двигатели. С помощью этих машин можно регулировать частоту, фазу и величину напряжения; преобразовывать угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное этому углу или некоторым его функциям; обеспечивать синхронный и синфазный повороты или вращение двух или нескольких осей, механически «е связанных между собой; осуществлять линейное или дуговое перемещение механических объектов.
9.2. Фазорегуляторы и индукционные регуляторы напряжения
При этом фаза напряжения ?7Вых, как видно из векторной диаграммы ( 9.4, б), остается неизменной. Индукционные регуляторы строятся на мощность до 500 кВт.
2. Для каких целей служат фазорегуляторы и индукционные регуляторы напряжения?
Асинхронный преобразователь частоты.
Асинхронный преобразователь частоты (АПЧ) представляет собой асинхронную машину с фазным ротором АМ, к ротору которой присоединен приводной двигатель Д. Одна из обмоток асинхронной машины, например, статора, подключена к первичной сети с частотой f1, а вторичное выходное напряжение с частотой f2 снимается с контактных колец фазного ротора, вращающегося от приводного двигателя.
Обычно АПЧ применяют для получения переменного тока частотой f2 = 200 или 100 Гц. Ток такой частоты используется для питания электроинструмента.
Магнитное поле, ось которого вращается в пространстве с постоянной угловой частотой, называется вращающимся магнитным полем. Если при этом величина индукции в любой точке оси магнитного поля остается постоянной, то такое поле называется круговым вращающимся магнитным полем. Это связано с тем, что его можно изобразить вращающимся в пространстве вектором постоянной длины, конец которого при вращении описывает окружность. Формирование кругового вращающегося магнитного поля является необходимым условием работы асинхронных и синхронных машин, всех 3-х фазных машин, включая электрические генераторы и двигатели.
Чтобы получить вращающееся магнитное поле, необходимо выполнить два условия.
2. Пропусканием по этим обмоткам равных по величине и форме синусоидальных гармоник токов, которые сдвинуты по времени на треть периода (по угловой частоте на 120°).
Прямой пуск применяется для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины. Однако при прямом пуске двигателей большой мощности, особенно при подключении их к недостаточно мощным электрическим сетям, могут возникать чрезмерно большие падения напряжения (свыше 10—15%). В этом случае прямой пуск для двигателей с короткозамкнутым ротором не применяют и пускают их при пониженном напряжении.
Прямой пуск асинхронного двигателя широко применяют в технике. Недостатками его являются большой пусковой ток и сравнительно небольшой пусковой момент.
Пуск при пониженном напряжении применяется для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения осуществляется следующими способами:
переключением обмотки статора при пуске с рабочей схемы «треугольник» на пусковую схему «звезда». В этом случае фазное напряжение, подаваемое на обмотку статора, уменьшается в З раз, что обусловливает уменьшение фазных токов в З раз и линейных токов в 3 раза. По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальной частоты вращения обмотку статора переключают обратно на схему «треугольник»;
включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных резисторов или реакторов. При этом на указанных аппаратах создаются некоторые падения напряжения U, пропорциональные пусковому току, вследствие чего к обмотке статора будет приложено пониженное напряжение. По мере увеличения частоты вращения ротора двигателя уменьшается э. д. с, индуцированная в обмотке ротора, а, следовательно, и пусковой ток. В результате этого уменьшается падение напряжения U и автоматически возрастает приложенное к двигателю напряжение;
подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор.
Реакторный пуск осуществляется следующим образом:
а) включается выключатель Q1, в результате чего АД подключается к сети через реактор и АД приходит во вращение;
б) по мере разбега АД до определенной частоты вращения, включается выключатель Q2. В результате чего реактор шунтируется и АД подключается непосредственно к сети.
Недостатком всех указанных способов является значительное уменьшение пускового и наибольшего моментов двигателя, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения. Поэтому они могут применяться только при пуске двигателя без нагрузки.
Пуск двигателя с фазным ротором с помощью пускового реостата.Двигатели с фазным ротором применяются значительно реже двигателей с короткозамкнутым ротором. Они используются в следующих случаях: 1) когда двигатели с короткозамкнутым ротором неприемлемы по условиям регулирования их скорости вращения, когда статический момент сопротивления на валу при пуске Мст велик и поэтому асинхронный двигатель скоротко-замкнутым ротором с пуском при пониженном напряжении неприемлем, а прямой пуск такого двигателя недопустим по условиям воздействия больших пусковых токов на сеть; 3) когда приводимые в движение массы настолько велики, что выделяемая во вторичной цепи двигателя тепловая энергия вызывает недопустимый нагрев обмотки ротора в виде беличьей клетки.
Пуск двигателей с фазным ротором производится с помощью пускового реостата в цепи ротора Применяются проволочные, с литыми чугунными элементами, а также жидкостные реостаты.
Подразумевает подключение намоток статора к электросети без «посредников». Подходит моторам с короткозамкнутым ротором. Это двигатели небольшой мощности, у которых при подключении напрямую к электросети статорных обмоток, образующимися пусковыми токами не вызывается перегрев, способный вывести технику из строя. Прямой пуск применяется для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины. Однако при прямом пуске двигателей большой мощности, особенно при подключении их к недостаточно мощным электрическим сетям, могут возникать чрезмерно большие падения напряжения (свыше 10—15%). В этом случае прямой пуск для двигателей с короткозамкнутым ротором не применяют и пускают их при пониженном напряжении.
Прямой пуск асинхронного двигателя широко применяют в технике. Недостатками его являются большой пусковой ток и сравнительно небольшой пусковой момент.
Прямой запуск двигателя обладает преимуществами: Дешевизна;Простота;Минимальный нагрев обмоток при запуске.
Реакторный пуск осуществляется следующим образом. Сначала двигатель получает питание через трехфазный реактор (реактивную или индуктивную катушку), сопротивление которого ограничивает величину пускового тока. При этом ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы, на которых происходит падение напряжения за счет индуктивного сопротивление реактора. В результате на обмотку статора подается пониженное напряжение. По достижении нормальной частоты вращения включается выключатель, который шунтирует реактор, в результате чего на двигатель подается нормальное напряжение сети.
Недостаток этого способа пуска состоит в том, что уменьшение напряжения сопровождается существенным уменьшением пускового момента.
Автотрансформаторный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется в следующем порядке. Сначала через автотрансформатор на статор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором подается пониженное напряжение. При этом пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в К раз, где К — коэффициент трансформации автотрансформатора. Что же касается тока на входе автотрансформатора, то он уменьшается в К 2 раз по сравнению с пусковым током при прямом включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток меньше вторичного в К раз и поэтому уменьшение пускового тока при автотрансформаторном пуске составляет К 2 раз. Таким образом, при автотрансформаторном пуске момент и ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором уменьшаются в одинаковое число раз. Пусковые автотрансформаторы рассчитываются на кратковременную работу.
Дата добавления: 2018-06-01 ; просмотров: 510 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Читайте также: