Электромашинные преобразователи

3. Двухъякорные преобразователи

Наряду со статическими преобразователями, не содержащими вращающихся частей (трансформаторами и полупровод­никовыми преобразователями), для преобразования электрической энергии одного вида в другой применяются электромашинные преобразователи тока. С их помощью могут быть преобразованы частота тока, напряжение, число фаз и др. Электромашинные пре­образователи тока встречаются в двух исполнениях: двухъякорном и одноякорном.

Двухъякорный преобразователь состоит из двух машин, соеди­ненных механически, но электрически не связанных между собой. Встречаются также исполнения, в которых обе машины размещены в одном корпусе, а их роторы укреплены на общем валу. Поскольку при преобразовании одна из машин, потребляющая энергию из первичной сети, работает в режиме двигателя, а вторая — в режиме генератора, двухъякорный преобразователь называют также дви­гателем-генератором. Наибольшее распространение получили двухъякорные преобразователи переменного тока в постоянный. В таком преобразователе в качестве двигателя используется асинхронная или синхронная машина.

Если требуется получить неизменное постоянное напряжение, генератор постоянного тока можно выполнить с параллельным или смешанным возбуждением. При необходимости плавного регулиро­вания напряжения в широких пределах применяется независимое возбуждение генератора.

Электромашинный преобразователь обратим и при питании от сети постоянного тока он может служить источником переменного тока с плавным регулированием частоты за счет изменения частоты вращения машины постоянного тока, работающей в режиме двига­теля.

Двигатели-генераторы как источники постоянного тока с плавно регулируемым напряжением находят применение в самых различ­ных областях, конкурируя с полупроводниковыми преобразова­телями. Они применяются в так называемых агрегатах Леонарда для питания двигателей с якорным управлением. С помощью двухъ­якорного преобразователя с генератором постоянного тока в обыч­ном или униполярном исполнении могут быть получены весьма большие токи, необходимые для целей электролиза.

Однако наряду с положительными качествами (широкие пределы регулирования напряжения, надежность в работе, возможность сборки преобразователя из серийных машин) двухъякорные пре­образователи обладают некоторыми недостатками. По сравнению с одноякорными преобразователями они имеют более низкий КПД (общий КПД равен произведению КПД двигателя и генератора), большую стоимость и большие габаритные размеры

4. Одноякорные преобразователи постоянного тока

Одноякорный преобразователь этого типа предназначен для преобразова­ния напряжения постоянного тока. Благодаря более высокому КПД, меньшим габаритным размерам и стоимости его применение вместо соответствующего двухъякорного преобразователя дает существенный экономический эффект. От обычной машины постоянного тока одноякорный преобразователь отлича­ется только тем, что на его якоре размещаются две электрически несвя­занные обмотки 1 и 2, присоединенные к двум коллекторам (рис.2). Щетки первичной обмотки 1 присоединяются к сети постоянного тока с напряжени­ем , и со стороны этой обмотки пре­образователь работает как двигатель, потребляя из сети ток . При этом якорь приходит во вращение с угловой скоростью, равной

.

Со стороны вторичной обмотки 2 пре­образователь работает как генератор, питая током сопротивление нагрузки присоединенное к щеткам этой обмотки. Продольный поток Ф образуется в преобразователе обмоткой возбуждения, включенной обычно на напряжение .

Ток в этой обмотке регулируется с помощью реостата. Поскольку ЭДС и наводятся одним и тем же потоком, их отношение, на­зываемое коэффициентом преобразования ЭДС, зависит только от обмоточных данных

,

где

; .

Разность электромагнитных моментов, соответствующих токам первичной и вторичной обмоток, очень невелика и равняется моменту, определяемому маг­нитными и механическими потерями. Пренебрегая этими потерями, можно считать и найти приближенное соотношение между токами .

Рис. 2. Одноякорный преобразователь постоянного тока.

При таком соотношении между токами их линейные нагрузки оказываются одинаковыми.

В связи с этим почти полностью компенсируются поперечные МДС встречно направленных токов и , и магнитный поток Ф при нагрузке получается таким же, как при холостом ходе.

Из приведенных формул следует, что, изменяя ток возбуждения (поток Ф), невозможно регулировать ЭДС или напряжение. Это объясняется тем, что, например, при увеличении Ф уменьшается частота вращения и в резуль­тате ЭДС остается неизменной. Одноякорные преобразователи (умформеры), применявшиеся в передвиж­ных радиоустановках для повышения напряжения аккумуляторной батареи с 12—24 до 750—1500 В, в настоящее время почти повсеместно вытесняются полупроводниковыми преобразователями.