2 0.3 Одноякорные преобразователи

В одноякорном преобразователе двигатель и генератор совмещены в одной машине, где имеется общий якорь (ротор) и общая обмотка возбуждения. Рассмотрим работу одноякорного преобразователя постоянно-переменного тока.

Обмотка якоря этого преобразователя с одной стороны якоря присоединена к коллектору, а с другой стороны — к контактным кольцам (рис. 20.3).

Рис. 20.3. Схема одноякорного преобразователя постоянно-переменного тока

Число контактных колец определяется числом фаз преобразуемого переменного тока: для однофазного тока — два кольца, для трехфазного — три и т. д. На статоре преобразователя размещены главные полюсы с обмоткой возбуждения. При работе одноякорного преобразователя для преобразования переменного тока в постоянный на контактные кольца подается напряжение из сети переменного тока. Трехфазный ток, поступив в обмотку якоря, создает вращающееся магнитное поле. В результате якорь преобразователя приходит во вращение. Таким образом, со стороны переменного тока одноякорный преобразователь работает как синхронный двигатель. Одновременно в обмотке якоря наводится ЭДС, создающая на выходе преобразователя постоянное напряжение. Следовательно, со стороны коллектора преобразователь работает в режиме генератора постоянного тока параллельного возбуждения. В результате электрической связи цепей постоянного и переменного токов величина напряжения на стороне постоянного тока U_поcт находится в определенном соотношении с напряжением со стороны переменного тока U_пер, которое определяется выражением

(20.1)

где m — число контактных колец в преобразователе.

Так, если для однофазного преобразователя m = 2, то U_пер=0,707U_пост; для трехфазного m=3, то U_пер=0,623U_пост.

Одноякорный преобразователь по сравнению с преобразователем двигатель-генераторного типа имеет меньшие габариты и более высокий КПД. Кроме того, при перевозбуждении в цепи преобразователя появляется опережающий ток, способствующий повышению коэффициента мощности (см. АЭМ, л.№ 13). Однако жесткая зависимость напряжения постоянного тока от напряжения переменного тока затрудняет регулирование напряжения на выходе одноякорного преобразователя. Регулирование напряжения возможно лишь при изменении напряжения на входе преобразователя. Часто осуществляется это регулирование посредством автотрансформатора, включенного между сетью переменного тока и контактными кольцами. Однако глубина регулирования напряжения получается недостаточной и обычно не превышает 10% от номинального значения. Указанный недостаток одноякорных преобразователей ограничивает их применение.

Одноякорные преобразователи постоянного тока, служащие для изменения напряжения постоянного тока, имеют две рабочие обмотки, уложенные в пазах одного якоря. Каждая обмотка присоединена к своему коллектору. Одна из обмоток якоря рассчитана на низкое напряжение, а другая — на высокое. Обычно преобразователи используются для повышения напряжения постоянного тока. В этом случае к коллектору обмотки якоря низшего напряжения подводят напряжение, т. е. обмотка используется в качестве двигательной, а с коллектора обмотки высшего напряжения снимают напряжение, т. е. обмотка используется в качестве генераторной.

Одноякорный преобразователь имеет одну магнитную цепь, поэтому ЭДС как в двигательной, так и в генераторной обмотках наводятся одним магнитным потоком. Причем ЭДС двигательной обмотки E_д находится в определенном соотношении с ЭДС генераторной обмотки Е_г, определяемом отношением чисел активных проводников в двигательной N_д и в генераторной N_г обмотках:

(20.2)

ЭДС генераторной и двигательной обмоток определяются выражениями

; (20.3)

, (20.4)

здесь U_г и U_д — напряжения на щетках генераторной и двигательной обмоток; I_аг и I_ад — токи в генераторной и двигательной обмотках; Σr_г и Σr_д — сопротивления в цепи генераторной и двигательной обмоток.

Используя выражения (20.2)÷(20.4), получим формулу напряжения на выходе одноякорного преобразователя переменного тока:

. (16.5)

Из этого уравнения видно, что величина напряжения на выходе одноякорного преобразователя постоянного тока зависит от напряжения на входе, а, следовательно, регулирование напряжения U_г возможно лишь посредством изменения напряжения U_д. Изменение же тока в обмотке возбуждения преобразователя практически не влияет на U_г. Объясняется это тем, что с увеличением тока возбуждения возрастает основной магнитный поток, что способствует увеличению U_г, но в то же время с возрастанием потока уменьшается частота вращения якоря, что способствует уменьшению U_г. В результате напряжение на выходе преобразователя практически остается неизменным.

Одноякорные преобразователи постоянного тока, выпускаемые для схем автоматики, изготавливаются на мощности 10÷5000 Вт при напряжениях: на входе — 6; 12 и 24 В; на выходе — 220; 450; 750; 1000 и 1500 В и частоте вращения 4000÷10000 об/мин.