Глава 7. Фазокомпенсатор

Фазокомпенсатор служит для повышения коэффициента мощности асинхронных двигателей с контактными кольцами. Фазокомпенсатор (ФК) имеет статор 1 без обмотки, который является только магнитопроводом машины, и ротор 2 с обмоткой и коллектором. На коллекторе 3 расположены три неподвижные щетки под углом 120° относительно друг друга (см. рис. 7.1). Подведенный от обмотки ротора асинхронного двигателя (АД) ток I₂ (см. рис. 7.2) создает в ФК вращающийся магнитный поток , частота вра­щения которого зависит от частоты тока в роторе I₂. Посредством вспомогатель­ного двигателя (ВД) ротор фазокомпен­сатора вращают с частотой вращения в направ­лении вращения потока . При этом в роторной обмотке ФК индуктируется ЭДС

где – частота вращения ротора фазокомпенсатора.

При ЭДС отстает по фазе от потока на 90°, а при  ЭДС опе­режает на 90°. Если вспомогательный двигатель имеет такое же число полюсов, что и главный двигатель, то благодаря тому, что АД работает практически без нагрузки, частота вращения его ротора будет больше, чем у главного двигателя, , а следовательно, .

Рис. 7.1. Устройство фазокомпенсатора

Рис. 7.2. Схема включения асинхронного двигателя с фазокомпенсатором

Таким образом, ЭДС компенсатора опережает по фазе поток на угол 90°. Но так как поток создается током I₂ и совпадает с ним по фазе, то ЭДС является опережающей по отношению к току ротора I₂. ЭДС вводится в обмотку ротора асинхронного двигателя, т. е. является добавочной ЭДС в цепи ротора. Известно, что введение в цепь ротора асинхронного двигателя добавочной ЭДС, опережающей по фазе ток I₂, вызывает увеличение двигателя. Фазокомпен­сатор повышает главного двигателя только при его нагрузке, так как при холостом ходе , а частота вращения ротора асинхронного двига­теля становится такой же, что и частота вращения компенсатора ( ).

В результате частоты и оказываются одинаковыми, а ЭДС = 0, т. е. компенсатор бездействует. На рис. 7.3 представлены кривые изменения при работе асинхронного двигателя с фазокомпенсатором (кривая 1) и без него (кривая 2), из которых видно, что начиная с нагрузки 30% от номинальной двигателя с компенсатором значительно повыша­ется. При нагрузке свыше 60% от номинальной двигатель с фазоком­пенсатором работает при = l.

Рис. 7.3. Кривые асинхронного двигателя

с фазокомпенсатором

Следует отметить, что КПД асинхронного двигателя, работающе­го с фазокомпенсатором, при некоторых нагрузках может быть даже вы­ше, чем у асинхронного двигателя без фазокомпенсатора. Что же касается мощности вспомогательного двигателя, то ее активная составляющая чрезвычайно мала и определяется лишь величиной механических потерь в фазокомпенсаторе, так как он отдает в цепь ротора асинхронного двигателя чисто реактивную мощность.

Глава 8. Синхронные параметрические (реактивные) двигатели (срд)

Явнополюсная СМ при отсутствии возбуждения способна развивать в соответствии с угловой характеристикой добавочный электромагнитный момент и добавочную электромагнитную мощность. Невозбужденная явнополюс­ная СМ применяется в режиме син­хронного параметрического реактив­ного двигателя, электромагнитный мо­мент в котором возникает лишь при неравенстве его параметров, т.е. .

Простота конструкции и высокая надежность, связанные с отсутствием скользящих контактов – главные преимущества СРД по сравнению с СД с электромагнитным возбуждением классического исполнения. Основным недостатком СРД является потребление из сети значительной реактивной мощности, что снижает энергетические показатели (КПД и ). Электродвигатели этого типа применяются в схемах синхронной связи, звукозаписи, аппаратуре документальной связи, радиолокации и других устройствах.

При прочих равных условиях максимум мощности СРД будет при . Поэтому конструкцию ротора стремятся выполнить таким образом, чтобы полу­чить максимальную степень явнополюсности . Явнополюсный ро­тор обычной конструкции (см. рис. 8.1, а) для этой цели выполняют с . Более высокую степень явнополюсности имеет слоистый ротор (см. рис. 8.1, б). Слои пластин электротехнической стали с высокой магнитной про­ницаемостью, ориентированные по продольной оси ротора, разделены слоями алюминия, образующими короткозамкнутую клетку, которая выполняет роль демпферной и пусковой обмотки. Такая конструкция существенно увеличивает магнитное сопротивление для магнитного потока по поперечной оси, что приво­дит к снижению X_q и повышению степени явнополюсности. Для пуска СРД, так же как и для возбужденных СД, может применяться частотный и асинхрон­ный способы пуска.

а б

Рис. 8.1. Роторы реактивного синхронного двигателя:

а – традиционной конструкции; б – слоистой (с повышенным отношением )

Рабочие статические характеристики в функции полезной мощности Р₂ определяют свойства СРД в установившемся синхронном режиме и аналогичны рабочим характеристикам СД с возбуждением. Однако значения и для СРД значительно ниже, чем СД с возбуждением. Кривая монотонно возрастает, так как СРД является предельным случаем недовозбужденного СД ( ), и при холостом ходе потребляемый ток является практически реактивным намагничивающим током. Активная составляющая тока лишь компенсирует потери холостого хода. При номинальной нагрузке СРД тем больше, чем больше степень явнополюсности .