Глава X вращающиеся преобразователи

§ 10.1. Общие сведения

На современных речных судах широкое применение имеет пере­менный ток. Однако на судах используются также различные ус­тройства и установки связи, требующие для работы постоянный ток. В отдельных случаях может быть и обратная необходимость в преобразовании постоянного тока в переменный.

Преобразование одного рода тока в другой возможно при по­мощи вращающихся преобразователей и статических устройств. К вращающимся преобразователям, относятся двигатель-генера­торы и одноякорные преобразователи, к статическим устройствам — ртутные выпрямители, электронные и ионные преобразователи, полупроводниковые выпрямители.

Ниже рассматриваются вращающиеся преобразователи.

§ 10.2. Двигатель-генератор

Двигатель-генератор (рис. 10.1) представляет собой агрегат, состоящий из двух электрических машин, двигателя и генератора,

соединенных между собой механически посредством муфты. В ка­честве двигателя обычно используются трехфазные асинхронные двигатели или при значительной мощности агрегата—синхронные двигатели, обладающие более высоким коэффициентом мощности и к. п. д. В качестве генератора применяются генераторы постоян­ного тока с параллельным или смешанным возбуждением. Обе ма­шины электрически независимы друг от друга, что позволяет в ши­роких пределах регулировать напряжение во вторичной цепи и менять напряжение тока в ней.

Это свойство двигатель-генератора широко используется в су­довых электрических приводах в схемах генератор — двигатель. При комплектовании установки необходимо, чтобы полезная мощность двигателя была несколько больше полезной мощности гене­ратора.

Достоинством двигатель-генератора является надежность в работе и простота обслуживания, недостатком — сравнительно низкий к. п. д. и значительная стоимость.

Если обозначить полную мощность двигателя Р_Я1; мощность, развиваемую на его валу, Р_д2; мощность, развиваемую генерато­ром, Р_г, то к. п. д. двигателя

к. п. д. генератора

к. п. д. двигатель-генератора

Таким образом, к. п. д. агрегата равен произведению к. п. д. дви­гателя и к. п. д. генератора. Если, например, к. п. д. двигателя равен 0,85, а генератора 0,83, общий к. п. д. агрегата будет 0,71

Двигатель-генераторы применяются не только для преобразо­вания переменного тока в постоянный и наоборот, но и для преоб­разования постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения, например для питания анодных цепей радио­станций. В этом случае в качестве двигателя применяется двигатель постоянного тока.

§ 10.3. Одноякорный преобразователь

Одноякорный преобразователь конструктивно представляет со­бой электрическую машину, обмотка якоря которой одновременно присоединяется как к коллектору, так и к контактным кольцам.

Если это машина однофазного тока (рис. 10.2, а)_, то она имеет два контактных кольца, к которым подводятся выводы от двух диаме­трально противоположных точек якорной обмотки. Если это преоб­разователь трехфазного переменного тока (рис. 10.2, б), то к трем контактным кольцам подводятся выводы от трех точек якорной об­мотки, смещенных по окружности относительно друг друга на 120 эл.град. При этом якорную обмотку можно рассматривать как трехфазную обмотку, соединенную в треугольник. Если преобра­зователь подключить к сети переменного тока, то он будет работать со стороны переменного тока как синхронный двигатель, а со сто­роны постоянного тока как генератор постоянного тока. И наоборот, если к щеткам коллектора подвести постоянный ток, то в обмотке якоря будет наводиться переменная э. д. с. и в сети со стороны кон­тактных колец будет действовать переменное напряжение. Таким образом, одноякорный преобразователь можно рассматривать как электрическую машину, в которой совмещены двигатель и генератор.

Однофазные преобразователи могут быть одно-, трех- и шести-фазными.

Между напряжениями постоянного и переменного тока в одноякорных преобразователях существует определенная зависимость, определяемая отношением

где U_ф— фазное напряжение переменного тока; Е_п— э. д. с. постоянного тока; т — число фаз.

Для преобразователей различных систем существуют зависи­мости:

однофазный преобразователь (m=2) U_ф=0,707 Е_п,

трехфазный преобразователь (m=3) U_ф=0,613 Е_п.

шестифазный преобразователь (m=6) U_ф=0,354 Е_п

Соотношение между переменным и постоянным токами опре­деляется уравнением

Фазные и линейные напряжения равны между собой, а линейныйток равен геометрической разности фазных токов, так как для трех­фазного переменного тока обмотка якоря представляет собой соеди­нение в треугольник. При числе фаз т между фазными и линейными токами существует соотношение

При трехфазном токе (т=3) I_л=0,943I_п, при шестифазном (m=6) — -I_л=0,472I_п.

Рабочие характеристики одноякорного преобразователя даны на рис. 10.3. Они представляют собой зависимости напряжения

постоянного тока U_п, линейного пере­менного тока I_л, коэффициента мощ­ности и к. п. д. от тока в якоре I_п при U_пер=const и n=const. Как видно из характеристик, нап­ряжение постоянного тока при из­менении нагрузки меняется незначи­тельно. Это объясняется тем, что результирующий ток в обмотке якоря представляет собой разность направ­ленных навстречу друг другу пере­менного и постоянного токов. Как следствие этого, у одноякорных . преобразователей — малая реакция якоря, незначительные потери мощ­ности и падение напряжения, устой­чивое напряжение и хороший к.п.д.

Одноякорные преобразователи могут быть пущены как со сто­роны переменного тока, так и со стороны постоянного тока. Пуск со стороны переменного тока осуществляется как пуск обычного асин­хронного двигателя. При пуске со стороны постоянного тока преоб­разователь включается как двигатель постоянного тока. После пуска преобразователь синхронизируется со стороны переменного тока и подключается к сети.