Книги / элмех2000

182 Асинхронные машины Ч. IV

условии создаваемая током iт намагничивающая сила ротора

Fd2 будет действовать по продольной оси машины. Поскольку для обмотки возбуждения справедливо условие Uв Eв 0 , то при возникновении н.с. роторов Fd2 в обмотке возбуждения появляется компенсирующий ток (аналогично тому, как в трансформаторе), н.с. Fвd которого компенсирует действие н.с. Fd2 .

При вращении ротора каким-либо посторонним механизмом

где B - индукция в воздушном зазоре в рассматриваемой точке в данное мгновение;

l- длина ротора в магнитном поле;

- окружная скорость ротора.

Поскольку поток Фd пульсирует во времени с частотой сети f , то и индуктируемые им э.д.с. eв также будут пульсировать с этой же частотой. При синусоидальном распределении индукции B вдоль окружности ротора максимальное значение э.д.с. eв в

любой момент времени будет иметь место в элементарном проводнике, расположенном по продольной оси машины.

При любой скорости вращения направление э.д.с. в элементах ротора, расположенного по обе стороны от поперечной оси, будет противоположным. Если пренебречь индуктивным сопротивлением полого ротора, то направление тока iв в каждом

элементе будет совпадать с направлением э.д.с. eв . При этом условии токи ротора iв будут создавать намагничивающую силу

Fq2 и пульсирующий магнитный поток Фq , которые будут направ-

лены по поперечной оси. Поток не сцеплен непосредственно с обмоткой возбуждения; в выходной обмотке Г он индуктирует э.д.с.

где Wг и Kобг - число витков и обмоточный коэффициент выход-

ной обмотки.

Очевидно, что частота э.д.с. в выходной обмотке не зависит от скорости вращения ротора и при любых условиях равна частоте изменения э.д.с. eв в роторе, т.е. частоте сети f1, питающей

обмотку возбуждения. Неизменность частоты выходного напряжения является ценным свойством асинхронного генератора.

5.9Поворотные трансформаторы

Поворотными трансформаторами называют электриче-

ские микромашины переменного тока, преобразующие угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное некоторым функциям этого угла или самому углу. В зависимости от закона изменения напряжения на выходе машины они подразделяются на следующие типы:

- синусно-косинусный трансформатор, позволяющий получать на выходе два напряжения, одно из которых пропорционально sin , а другое cos ;

-линейный поворотный трансформатор, выходное напряжение которого пропорционально углу ;

-трансформатор-построитель, выходное напряжение которого связано с подаваемыми напряжениями U1 и U2 формулой

где C - постоянная.

Для получения поворотных трансформаторов различных типов может быть использована одна и та же машина с двумя обмотками на статоре и двумя на роторе при различных способах включения обмоток.

Поворотные трансформаторы широко применяются в автоматических и вычислительных устройствах, предназначенных для решения геометрических и тригонометрических задач, связанных с выполнением различных математических операций, построением треугольников, преобразованием координат, разложением и построением векторов и пр. В системах автоматического регулирования они используются в качестве измерителей рассогласования, фиксирующих отклонение системы от некоторого заданного положения. Конструктивно поворотный трансформатор выполняется также как асинхронный двигатель с фазным ротором. На статоре и роторе размещаются по две одинаковые однофазные распределенные обмотки, сдвинутых между собой в пространстве на 90 . Магнитопровод изготовляют из листов электротехнической стали или пермаллоя, изолированных друг от друга.

Синусно-косинусный поворотный трансформатор.

выходная характеристика может с достаточной точностью считаться линейной, можно получить, если выходное напряжение представить в виде функции

зависимости составляет примерно 0,1% в диапазоне изменения угла от -55 до +55. Для получения указанной зависимости могут быть применены две схемы соединения обмоток поворотного трансформатора: с первичным симметрированием (на статоре) и со вторичным симметрированием (на роторе).

Трансформатор-построитель.

Трансформатор-построитель может быть использован для определения гипотенузы прямоугольного треугольника по двум заданным катетам. В этом трансформаторе обмотки статора B и K присоединяются к одной и той же однофазной сети через потенциометры, посредством которых на них подаются различной величины Uв и Uk . Одна из роторных обмоток, например, S яв-

ляется выходной.

На статоре в пазах уложены две обмотки, сдвинутые в пространстве на

900 . Одна из обмоток В (возбуждения) постоянно включена в сеть, другая обмотка Г (генераторная) присоединяется к нагрузке, т.е. является выходной.

По обмотке возбуждения В , подключенной к сети, проходит переменный ток, благодаря чему создается магнитный поток Фd , пульсирующий с частотой

сети f . Этот поток распределен в пространстве практически синусоидально и ось его совпадает с осью обмотки возбуждения, называемой продольной осью; поэтому поток, создаваемый обмоткой возбуждения называется продольным. Рассмотрим, какие э.д.с. и токи при взаимодействии этого потока с ротором и обмотками статора при неподвижном и вращающемся роторе.

При неподвижном роторе магнитный поток Фd пересекает

где Wв Kоб.в - число витков и обмоточный коэффициент обмотки возбуждения.

Пренебрегая активным сопротивлением, обусловленным потоками рассеяния, для обмотки возбуждения можно написать обычное уравнение

Uв Eв 0

Поскольку выходная обмотка Г расположена со сдвигом на 90 по отношению к обмотке возбуждения, продольный магнитный поток непосредственно индуктировать э.д.с. в выходной обмотке не может, так как он не сцеплен с ней. Следовательно, будет равно нулю и напряжение на нагрузке. Однако практически точной магнитной симметрии осей указанных обмоток достигнуть невозможно. Поэтому часть потока оказывается трансформаторно связанной с выходной обмоткой Г и индуктирует в ней э.д.с., называемую остаточной.

В каждом элементарном проводнике полого ротора пульсирующий поток индуктирует э.д.с. eт , называемую трансформаторной и присоединяется к измерительному прибору V , а другая C – к управляющей обмотке исполнительного двигателя ИД.

Обмотки статора В и К создают в трансформаторе результирующий магнитный поток.

Если машина не насыщена, то величина результирующего потока

В выходной обмотке S результирующий поток индуктирует

э.д.с.

Es 4,44fW2Kоб2Фрезm sin

При неподвижном роторе ( 900 ) имеем

Uвых Esm 4,44fW2Kоб2Фрезm KUв2 U2k .

Таким образом, измерительный прибор, присоединенный к обмотке S , при неподвижном роторе показывает напряжение, пропорциональное гипотенузе прямоугольного треугольника, катеты которого пропорциональны.

5.10Сельсины

Электрические машины синхронной связи служат для синхронного и синфазного поворота или вращения двух или нескольких осей, механически не связанных между собой. В простейшем случае синхронная передача угла (синхронная связь) осуществляется с помощью двух одинаковых электрически соединенных между собой индукционных машин, называемых сельсинами (от слов self synchronizing - самосинхронизирующийся). Одна из этих машин механически соединяется с ведущей осью и называется приемником.

Сельсины имеют две обмотки: первичную, или обмотку возбуждения, и вторичную, или обмотку синхронизации. В зависимости от числа фаз обмотки возбуждения различают однофазные и трехфазные сельсины; обмотка синхронизации в обоих типах сельсинов обычно выполняется по типу трехфазной. В системах автоматики преимущественно применяются однофазные сельсины.

Однофазные сельсины могут быть выполнены контактными и бесконтактными. В контактных сельсинах одна из обмоток расположена на статоре, а другая - на роторе. Принцип действия сельсина не зависит от места расположения каждой из обмоток. Однако чаще всего применяют сельсины, у которых обмотка возбуждения расположена на роторе, а обмотка синхронизации - на статоре. Такие сельсины более надежны в работе и имеют большую точность.

Однофазный сельсин представляет собой асинхронную машину, в которой обмотка возбуждения создает пульсирующий магнитный поток. Этот поток индуктирует в трех фазах обмотки

датчика и приемника соединены между собой линией связи, то по ним будет протекать ток, вследствие чего в сельсине-приемнике создается свой пульсирующий магнитный поток. Направление оси этого потока зависит от углового положения ротора.

Если при этом в сельсине-приемнике возникает продольная составляющая потока, то она индуктирует в его обмотки возбуждения некоторую э.д.с., т.е. на зажимах этой обмотки возникает некоторое выходное напряжение. Это напряжение подается через усилитель на обмотку управления исполнительного двигателя, который поворачивает ведомую ось О совместно с ротором сельсина-приемника. Когда ось магнитного потока, создаваемого ротором сельсина-приемника, будет перпендикулярна к оси обмотки возбуждения, выходное напряжение станет равным нулю и вращение ведомой оси прекратится.

Таким образом, для работы рассмотренной системы необходимо, чтобы ток в роторе сельсина-приемника создавал продольную составляющую магнитного потока. В согласованном положении роторов продольная составляющая потока должна отсутствовать.

Индикаторный режим работы однофазных сельсинов.

При индикаторном режиме на валу сельсина-приемника имеется незначительный момент сопротивления, поэтому для поворота ротора приемника вслед за поворотом ротора датчика требуется небольшой вращающий момент, который может быть получен от самого сельсина-приемника без дополнительных устройств. При работе сельсинов в рассматриваемом режиме обмотки возбуждения В сельсина-датчика СД и сельсина-приемника СП включены в общую сеть переменного тока, а обмотки синхронизации соединены между собой линией связи ЛС. Пульсирующие магнитные потоки, создаваемые обмотками возбуждения датчика и приемника, индуктируют в трех фазах обмоток синхронизации э.д.с. Если между ротором датчика и приемника имеется некоторый угол рассогласования , то по обмоткам синхронизации будут протекать токи, которые, взаимодействуя с потоком возбуждения, создают в датчике и приемнике синхронизирующие моменты. Эти моменты имеют противоположные направления и стремятся свести к нулю угол рассогласования. Обычно ротор датчика заторможен, поэтому его синхронизирующий момент воспринимается механизмом, поворачивающим ведущую ось; синхронизирующий же момент приемника поворачивает его ротор

в ту же сторону и на тот же угол, на который поворачивается ротор датчика.

Рисунок IV-5.14

6.Специализированные асинхронные машины

6.1Индукционный регулятор и фазорегулятор

Индукционный регулятор (ИР). Представляет собой асинхронную машину с фазным ротором, предназначенную для плавного регулирования напряжения. Ротор ИР заторможен обычно посредством червячной передачи, которая не только удерживает его в заданном положении, но и позволяет плавно поворачивать относительно статора. Обмотки ротора и статора в ИР имеют автотрансформаторную связь, поэтому ИР иногда называют пово-

ротным автотрансформатором.

Напряжение сети U1 подводится к обмотке ротора, которая

может быть соединена в звезду или треугольник. При этом ротор создает вращающееся магнитное поле, наводящее в обмотке ротора э.д.с.

E1 U1

а в обмотке статора - э.д.с. E2

Фазовый сдвиг этих э.д.с. относительно друг друга зависит от взаимного пространственного положения осей обмоток ротора и статора, определяемого углом . При 0 оси обмоток совпадают, вращающееся поле одновременно сцепляется с обеими обмотками и э.д.с. E1 и E2 совпадают по фазе (E2 и U1 находят-

ся в противофазе). При 180 эл. град э.д.с. E1 и E2 окажутся в противофазе (E2 и U1 совпадают по фазе).

Если пренебречь внутренними падениями напряжения, то напряжение на выходе ИР определяется геометрической суммой:

180 эл. град. Поворот ротора осуществляется либо вручную штурвалом, либо дистанционно исполнительным электродвигателем.

Индукционный регулятор применяют во всех случаях, где необходимо при неизменном напряжении сети получить различные вторичные напряжения (лабораторные исследования), а также для преобразования высокого напряже-

ния (3 или 6 кВ) в низкое или, наоборот, с одновременным регулированием напряжения на выходе.

Фазорегулятор.

Предназначен для изменения фазы вторичного напряжения относительно первичного при неизменной величине вторичного напряжения. В отличие от ИР обмотки ротора и статора ФР электрически не соединены друг с другом, т.е. имеют трансформаторную связь. Поэтому ФР иногда называют поворотным транс-

форматором.

Изменение фазы вторичного напряжения осуществляется поворотом ротора относительно статора. В ФР первичной обмотки обычно является обмотка статора. Фазорегуляторы применяют в автоматике (для фазового управления устройства) и измерительной технике (для поверки ваттметров и счетчиков).

6.2Асинхронный преобразователь частоты

Как известно, частота тока в цепи ротора асинхронной машины зависит от скольжения, т.е. определяется разностью частот вращающегося поля и ротора, т.е. f2 f1S. Указанное свойство

позволяет использовать асинхронную машину в качестве асинхронного преобразователя частоты (АПЧ).

Обмотку статора АПЧ подключают к трехфазной сети с частотой f , а ротор приводным двигателем ПД приводят во вращение против поля статора. В этом случае в обмотке ротора наво-