16.2. Трифазні синхронні передачі

Трифазні сельсини конструктивно такі ж, як і звичайні асинхронні двигуни з фазним ротором та розподіленими обмотками. Статорна обмотка, тобто обмотка збудження, приєднується до трифазної мережі з постійною частотою напруги. Роторна обмотка є обмоткою синхронізації, яка через контактні кільця та щітки з’єднується з лінією зв’язку.

Схема трифазної синхронної передачі подана на рис.16.1. Обмотки синхронізації сельсина вмикаються зустрічно з додержанням послідовності чергування фаз (як і при вмиканні на паралельну роботу синхронних генераторів).

Рис. 16.1. Схема вмикання трифазної синхронної передачі

Якщо обмотки роторів обох машин будуть розташовані у просторі однаково відносно своїх статорних обмоток, тобто кут непогодження θ=0, то ЕРС роторних обмоток, які виникають під дією обертових магнітних полів статорів, будуть рівними за величинами й протилежні за знаками.

а) б)

Рис. 16.2. Векторна діаграма для трифазних сельсинів

Тому зрівняльні струми в ланцюгах роторів проходити не будуть. Для цього випадку векторна діаграма наведена на рис.16.2, а.

У зв’язку з відсутністю струму ротора машини не створюють обертових моментів, тому ротори залишаються в спокої при будь-якому положенні обмоток роторів по відношенню до обмоток статорів при θ=0. при цьому по обмотках статорів проходять струми холостого ходу, які вміщують реактивну (намагнічуючу) та активну (яка визначається втратами холостого ходу) складові.

З появою кута непогодження θ ЕРС Е_2I та Е_2II зсовуються між собою за фазою на кут рθ (р – число пар полюсів машини).

Векторна діаграма для цього випадку подана на рис.16.2, б. Вона побудована за рівняннями:

1 . ;

2. , (16.5)

де

z_2І, z_2ІІ – опори вторинних ланцюгів машин І, ІІ в режимі короткого замкнення;

İ₂ – зрівняльний стум, виникаючий в роторному ланцюзі під дією ΔĖ.

Якщо машини однакові, то z_2І = z_2ІІ = z₂; Е_2І = Е_2ІІ = Е₂. Тому

. (16.6)

Струм первинного ланцюга:

. (16.7)

Нехтуючи спадом напруги в первинній обмотці від струму намагнічування І_m, тобто вважаючи , та враховуючи, що , одержимо:

. (16.7)

Оскільки в машинах середньої й великої потужності r₂<<x₂, можливо вважати в цих випадках z₂≈x₂, тобто з рівняння 2 системи (16.5) одержимо:

. (16.8)

Тому вектор струму İ₂ відстає від ΔĖ на 90º.

Якщо активна складова струму İ_2а співпадає за фазою з вектором Ė₂ якоїсь з машин, то ця машина працює в генераторному режимі (датчика). Якщо ж İ_2а та Ė₂ у протифазі (-İ_2а та Ė₂), то машина працює в двигуновому режимі (приймач). В залежності від кута θ (поворот за чи проти поля статора) будь-яка з машин може бути як датчиком, так і приймачем.

У зв’язку з тим, що активна складова струму для машин має різні знаки, машини створюють моменти різних знаків, які намагаються звести кут θ до нуля поворотом обох роторів у протилежних напрямах.

Якщо ротор датчика буде безперервно обертатись, то ротор приймача буде рухатися за ним синхронно й синфазно з деякою погрішністю, яка визначається кутом θ.

Суттєвим недоліком трифазної системи синхронної передачі є неоднакова залежність М(θ) при обертанні приймача за та проти напряму обертання поля статора.

З рис.16.1 на рис. 16.3 подана енергетична діаграма при повороті ротора приймача на кут θ по (суцільні стрілки) та проти (штрихові стрілки) поля статора.

Припустимо, що машина ІІ є приймачем. Тоді при повороті ротора приймача за полем статора передача потужності здійснюється від машини І до машини ІІ.

Рис. 16.3. Енергетична діаграма трифазних сельсинів

Електромагнітна потужність приймача Р_еІІ для цього випадку:

, (16.9)

де

Р_І – потужність, споживана машиною І від мережі;

Р_сІ – втрати потужності в статорі машини І;

Р_рІ, Р_рІІ - втрати потужності в роторі відповідно І та ІІ машин.

При повороті ротора приймача проти поля статора:

, (16.10)

де

Р_ІІ – потужність, споживана машиною ІІ від мережі;

Р_сІІ – втрати потужності в статорі машини ІІ

Віднімаємо (16.9) з (16.10). Тоді:

, (16.11)

тобто

>

на подвоєну величину втрат в роторах та в сталі статора датчика. Тому електромагнітні моменти

> ,

тобто при повороті ротора приймача проти поля він створює більший момент, ніж за полем.

Визначаючи аналогічно електромагнітні моменти, з урахуванням рис.16.3, можливо довести, що при повороті ротора машини І за полем, а ротора машини ІІ – проти поля (компенсація θ) М_І<М_ІІ. При поворотах роторів у інших напрямах М_І>М_ІІ.

При повороті ротора датчика в будь-який бік він буде відчувати момент проти напряму повороту, а ротор приймача – за напрямом повороту. Не однаковість моментів, які створюються датчиком та приймачем при різних напрямах обертання, обумовлює різну точність синхронної передачі кута при одному й тому ж навантажувальному моменті. Як це витікає з кривої М(θ) (рис.16.4), при обертанні ротора проти поля діапазон можливих кутів непогодження ширший, ніж за полем.

Рис. 16.4. Кутові характеристики трифазних сельсинів