5. Одноякорные преобразователи переменного тока в постоянный

Одноякорный преобразователь этого типа предназначен для преобразова­ния переменного тока в постоянный. Благодаря меньшим потерям, габаритным размерам, массе и стоимости его применение вместо соответствующего двухъякорного преобразователя экономически выгодно. От обычной машины постоянного тока он отличается тем (рис.3), что симметрично расположенные точки замк­нутой коллекторной обмотки его якоря выведены на контактные кольца, число которых т совпадает с числом фаз преобразователя (при ). К сети пере­менного тока контактные кольца присоединяются через трансформатор, кото­рый служит для преобразования напряжения и числа фаз. Обмотка якоря обычно выполняется петлевой с числом параллельных ветвей 2а = 2р (для постоянного тока). К каждому кольцу присоединяют а равнопотенциальных точек обмотки якоря и по отношению к источнику переменного тока (вторичной обмотке трансформатора) обмотка якоря оказывается соединенной многоугольником с числом фаз m и с числом параллельных ветвей на фазу, равным а. При этом кольца одно временно выполняют роль уравнительных соединений первого рода для постоян­ного тока, протекающего по обмотке. В установившемся режиме преобразователь возбуждается постоянным током к его контактным кольцам подводится напряжение являющееся фазным напряжением для обмотки, соединенной многоугольником, и со стороны переменного тока преобразователь работает как обращенный синхронный дви­гатель, потребляя фазный ток и линейный ток . Якорь пре­образователя вращается с синхронной угловой скоростью , пропор­циональной частоте сети . Co стороны постоянного тока преобразователь работает как генератор, питая током , вы­прямленным с помощью коллектора и щеток, сопротивление нагрузки . Пренебрегая слабо выраженным поперечным полем и считая распреде­ление продольного поля в зазоре си­нусоидальным, можно установить со­отношение между напряжениями на коллекторе и щетках с помощью мно­гоугольника ЭДС обмотки, который при большом числе секций превращается в окружность. Поскольку ЭДС Е₂ на щетках коллек­тора равна диаметру этой окружности, а амплитуда ЭДС на кольцах — хорде, на которую опирается централь­ный угол , напряжения находят­ся в соотношении , (практически встре­чающаяся несинусоидальность поля может изменить это соотношение при­мерно на +5%). Исходя из баланса мощностей, можно найти со­отношение между токами. Как видно, это соотношение сущест­венно зависит от угла между напряжением и током, который связан (так же как в обычной синхронной ма­шине) с током возбуждения. При перевозбуждении или недовозбуждении по отношению к току, при котором и ток минимален, коэффициент мощности уменьшается , а ток увеличивается. У одноякорного преобразователя КПД заметно выше, чем у соответствую­щего двухъякорного, особенно в режиме работы, когда , и встречно направленные токи в секциях обмотки с наибольшей полнотой компенсируют друг друга. В этом случае электрические потери в обмотке якоря трехфазного преобразователя (m = 3) составляют 0,56 потерь при работе машины генерато­ром постоянного тока (в шестифазном преобразователе это отношение равно 0,27). Кроме того, в одноякорном преобразователе примерно в 2 раза уменьшены меха­нические и магнитные потери, а также потери на возбуждение.

Одноякорный преобразователь обычно пускается в ход по способу асин­хронного пуска (так же как синхронный двигатель). Для осуществления такого пуска в наконечниках его полюсов размещается демпферная (пусковая) обмотка (рис. 3). Если в сети постоянного тока имеется напряжение, преобразователь можно пустить в ход как двигатель постоянного тока, а затем включить на па­раллельную работу с сетью переменного тока способом точной синхронизации. Для улучшения коммутации в одноякорном преобразователе используются дополнительные полюсы (на рис. 66-2 показан один полюс с МДС ). Поскольку большая часть поперечной МДС оказывается в значительной мере скомпен­сированной встречно направленной поперечной МДС от тока

МДС дополнительных полюсов может быть выбрана заметно меньшей, чем в обычной машине постоянного тока.

Рис. 3.Одноякорный преобразова­тель переменного тока в постоянный.

В свое время одноякорные преобразователи повсеместно применялись для генерирования постоянного напряжения, необходимого для трамваев, троллей­бусов и электрифицированного железнодорожного транспорта.

Они вытеснены сначала ртутными, а затем полупроводниковыми (тиристорными) выпрямите­лями и используются лишь в специальных случаях. Одноякорный преобразо­ватель применяется также в режиме обратного преобразования в качестве источ­ника переменного тока с регулируемой частотой (например, для питания группо­вого электропривода).

На небольших судах одноякорный преобразователь, приводимый во вра­щение посторонним двигателем, служит генератором переменного и постоян­ного тока. При этом для получения стандартных напряжений на якоре поме­щают отдельные обмотки для переменного и постоянного тока. Наконец, нашли применение небольшие синхронные генераторы переменного тока, в которых обмотка возбуждения питается через щетки от коллектора, присоединенного к обмотке якоря