9.3.1. Синхронні розщіплювачі фаз
Синхронний РФ – це синхронна машина з двома обмотками на статорі, які зсунуті між собою на 90° ( рис.9.4, а ).
а) б)
Рис. 9.4. Схема (а) та векторна діаграма (б) синхронного розщіплювача фаз
Двигунова обмотка 1 увімкнена до затискачів обмотки власних потреб тягового трансформатора, а генераторна обмотка 2 – до середньої точки a. Звичайно вважають співвідношення між числами витків обмоток
.
Ротор
має полюсну систему й демпферну клітку.
Обмотка полюсів ротора живиться від
джерела постійного струму. При обертанні
ротора в обмотках 1 та 2 виникають ЕРС
,
зсунуті між собою на 90°, що залежить від
розташування статорних обмоток
;
(9.1)
,
(9.2)
де обмоткові коефіцієнти обмоток 1 та 2
,
.
Коефіцієнти скорочення кроку обмоток 1 та 2 відповідно:
;
,
де
τ – полюсна поділка;
-
кроки обмоток 1 та 2.
Коефіцієнти розподілу обмоток 1 та 2 відповідно:
;
,
де
-
числа пазів на полюс і фазу обмоток 1 та
2 ;
;
,
-
повне число пазів статора під одним
полюсом обмоток 1 та 2.
По
генераторній обмотці 2 тече лінійний
струм
,
який споживається трифазними асинхронними
двигунами. При цьому зсув фаз між напругою
генераторної фази
та її струмом
залежить від параметрів і режимів роботи
цих двигунів ( рис. 9.4, б ). Для цієї обмотки
.
Струм генераторний, тому двигунова обмотка споживає від трансформатора двигуновий струм ', який компенсує гальмівний момент, створюваний струмом .
Двигуновий
струм, зведений до обмотки 2, при
:
,
(9.3)
Струм
повинен випереджувати за фазою струм
на 90°, оскільки тільки за цієї умови
.
Крім
струму
, розщіплювач фаз споживає від
трансформатора активний струм
,
компенсуючий втрати в сталі, механічні
втрати, а також навантаження на валу
машини:
,
(9.4)
де
-
потужність холостого ходу (Вт), яка
визначається втратами в сталі, механічними
втратами, втратами демпферної клітки;
звичайно
-
3-5% від номінальної потужності машини;
-
механічна потужність на валу (Вт).
Вектор знаходиться в фазі з напругою двигунової обмотки 1.
Для
компенсації кута зсуву фаз між струмом
та напругою двигунова обмотка повинна
споживати реактивний струм
,
а для компенсації реактивного відстаючого
струму асинхронних двигунів, який
протікає мимо генераторної обмотки 2,
– струм
.
Обидва ці струми випереджають напругу
на 90°. Тоді
.
.
Паралельним
переміщенням вектора
в точку a
не векторі
будуємо трикутник оbс, котрий характеризує
напругу трифазної системи. Розташування
точки а
трансформатора й число витків генераторної
фази 2 вибирають таким чином, щоб одержати
найбільш симетричну систему трифазних
напруг при деякому навантаженні. Оскільки
зі зміною навантаження умови симетрії
порушуються, для підтримання симетрії
часто передбачають можливість змінення
положення точки а.
Побудувавши трикутник напруги оbс,
можливо визначити складові прямої та
зворотної послідовностей напруг і вплив
порушення симетрії. Оскільки в обмотках
1 і 2 РФ протікають різні струми зі зсувом
фаз, який дорівнює 90°, в машині поряд із
синхронним полем реакції якоря виникає
інверсне поле.
Синхронна МРС реакції якоря на полюс
(9.5)
Визначаючи
за потоком Ф, одержимо МРС збудження
.
МРС інверсного поля
(9.6)
Ця МРС практично повністю гаситься демпферною кліткою ротора. Активна потужність двигунів, підключених до РФ
а реактивна
Напруга генераторної обмотки
.
Таким чином
.
Через
генераторну обмотку передається
наближено половина потужності, споживаної
асинхронними машинами. Друга половина
потужності споживається безпосередньо
від трансформатора поза РФ. Позитивна
якість синхронних РФ – у можливості
компенсувати фазний кут
,
змінюючи напругу збудження ротора
.
Цим суттєво покращуються енергетичні
показники установки. Синхронні РФ
конструктивно складніші, ніж асинхронні.
Тому частіше застосовують асинхронні
РФ.