14.19. Индукционный регулятор и фазорегулятор

Асинхронная машина с фазной обмоткой ротора применяется для самых различных целей. В частности, заторможенная машина может служить автотрансформатором с плавно регулируемым коэффициентом трансформации.

Схема замещения такого индукционного регулятора (называемого также поворотным автотрансформатором) показана на рис. 14.39. Обмотки статора и ротора во всех трех фазах соединены между собой

последовательно, а на выводы обмотки ротора подано напряжение U._вх питающей сети. Сопоставив эту схему индукционного регулятора со схемой трехфазного автотрансформатора, легко убедиться в их принципиальной тождественности. Обмотка ротора служит первичной обмоткой автотрансформатора, а три свободных вывода обмотки статора являются вторичными выходными выводами устройства. Но в автотрансформаторе отношение первичного и вторичного напряжений постоянно и определяется отношением чисел витков обмоток, а в индукционном регуляторе отношение напряжений U._вх/U._вых зависит также от относительного пространственного положения обмоток статора и ротора. Если оси этих обмоток совпадают, то совпадают по фазе и индуктируемые в них ЭДС. Если же вращающееся магнитное поле пересекает обмотку статора не одновременно с обмоткой заторможенного ротора, то пространственный сдвиг между осями обмоток b обусловит пропорциональный сдвиг фаз а (см. § 14.6) между ЭДС статора и ротора, а следовательно, и между напряжениями на обмотках статора U._ст и ротора U._р.

Фазное напряжение на вторичной стороне индукционного регулятора равно сумме напряжения статора и ротора:

U.₂ = U._р + U._ст.

Ротор заторможен, но посредством червячной передачи его можно поворачивать и таким образом изменять угол сдвига фаз между U._р и U._ст в пределах от 0 до 360° (рис. 14.40). Это дает возможность изменять вторичное напряжение в пределах от U₂ = U_р + U_ст до U₂ = U_р – U_ст. Фазное напряжение ротора равно фазному напряжению сети U_р = U_ф, а обмотка статора индукционного регулятора обычно имеет число витков, равное числу витков фазной обмотки ротора, поэтому U_ст = U_р = U_ф. Следовательно, пределы регулирования вторичного напряжения индукционного регулятора, т. е. напряжения между выводами обмотки статора U_вых = ????????, составляют от 0 до 2U_вх = 2U_л — двойного значения линейного напряжения сети. При значительных мощностях очень ценно, что регулирование в таких широких пределах осуществляется без замыкания или размыкания контактов. Это существенно увеличивает надежность устройства.

Взаимодействие токов ротора с магнитным полем может создавать в индукционном регуляторе значительный вращающий момент, что связано с усложнением поворотного устройства (обычно это самотормозящая червячная передача) и затрудняет управление положением ротора. Чтобы разгрузить установку от этого нежелательного электромагнитного момента, регуляторы большой мощности изготовляются в виде двух соединенных общим валом асинхронных машин, причем электромагнитные моменты, воздействующие на их роторы, имеют противоположные направления и полностью взаимно компенсируются. Обмотки роторов двух машин в таком регуляторе соединяются параллельно, а обмотки статора — последовательно.

По сравнению с трансформатором КПД индукционного регулятора значительно ниже из-за наличия воздушного зазора в магнитной цепи. По сравнению с двигателем в индукционном регуляторе кроме потерь в сердечнике статора имеют место значительные потери в сердечнике ротора. Условия охлаждения в регуляторе существенно хуже, чем в двигателе, из-за отсутствия вращения. Для улучшения теплоотдачи индукционных регуляторов средней и большой мощности применяют масляное охлаждение.

То обстоятельство, что посредством поворота заторможенного ротора можно плавно изменять фазу ЭДС, индуктируемых в обмотках ротора, используется в фазорегуляторах. Трехфазная обмотка статора такого фазорегулятора (j на рис. 14.41) включается в сеть, а обмотка заторможенного ротора служит вторичной обмоткой поворотного трансформатора. Действующее значение ЭДС, индуктируемых в обмотках ротора, не зависит от положения ротора, так как вращающееся магнитное поле машины, возбуждаемое токами обмоток статора, постоянно по значению. Но сдвиг фаз между ЭДС в обмотках статора и ротора зависит от положения ротора, и, поворачивая последний, можно изменять этот сдвиг в пределах 0–360°. Фазорегуляторы применяются при проверке счетчиков энергии и ваттметров переменного тока (рис. 14.41), для управления работой выпрямителей с тиристорами и т. д.

14.20. АСИНХРОННЫЙ ТАХОГЕНЕРАТОР

Асинхронный тахогеператор применяется в устройствах автоматики, телемеханики и электроприводе как датчик угловой скорости вращения вала какого-либо механизма.

Одна из схем однофазного асинхронного тахогенератора с полым ротором приведена на рис. 14.42. Если ротор тахогенератора неподвижен (w_р = 0), то переменный магнитный поток F_t, возбуждаемый током в катушке w_воз, подключенной к сети, индуктирует в стенках полого ротора как в короткозамкнутой вторичной обмотке трансформатора переменные токи i_тп. Эти токи создают переменный магнитный поток F_y, но в измерительной катушке w_из, ось которой расположена под углом 90° к оси катушки возбуждения w_воз, ЭДС не индуктируется.

Если ротор тахогенератора вращается с угловой скоростью w_p, то в стенках полого ротора, пересекающих магнитные линии потока возбуждения F_t, будут индуктироваться кроме переменных токов i_тр еще и переменные токи i_вр, обусловленные вращением ротора. Создаваемый переменными токами i_вр переменный магнитный поток F_x будет направлен вдоль оси измерительной катушки и будет индуктировать в ней переменную ЭДС, амплитуде которой пропорциональна угловой скорости вращения ротора.

Благодаря простоте и надежности асинхронных тахогенераторов они широко применяются в системах регулирования и управления.

ГЛАВА ПЯТНАДЦАТАЯ СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ