Индукционный регулятор принцип работы - ELSTROIKOMPLEKT.RU

Индукционный регулятор принцип работы

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКЦИОННОГО РЕГУЛЯТОРА

Цель работы: изучить конструкцию и принцип действия индукционного регулятора

Индукционный регулятор представляет собой асинхронную машину с заторможенным ротором, регулирующую напряжение в широких пределах.

В роторе регулятора помещается фазная обмотка. Напряжение регулируется поворотом ротора. При этом изменяется сдвиг фаз между ЭДС, которые создаются вращающимся магнитным полем в фазах обмоток статора и ротора.

Для поворота и торможения ротора служит червячная передача с самоторможением (в такой передаче тангенс угла наклона винтовой линии червяка меньше коэффициента, трения).

Схема трехфазного индукционного регулятора показана на рисунке 30.1.

Схема соединения индуктивного регулятора

Рисунок 30.1 – Схема трехфазного индукционного регулятора

Обмотки статора началами фаз подключены к трем проводам сети источника энергии с напряжением . К той же сети через скользящие контакты щеток и колец подключена трехфазная обмотка ротора, соединенная звездой. Обмотки статора концами фаз соединены с сетью приемника энергии, напряжение которой может изменяться в широких пределах с помощью индукционного регулятора,

Возможна схема регулятора, при которой обмотки статора соединены звездой (или треугольником), а обмотки ротора включены между сетями источника и приемника энергии. Недостаток такой схемы – наличие двух комплектов контактных колец. Для устранения скользящих контактов обмотки ротора соединяют гибкими проводниками с сетями приемника и источника энергии, а на роторе ставят ограничитель» не позволяющий повернуть ротор на 360°.

При включении регулятора в сеть U трехфазная обмотка ротора создает вращающееся магнитное ноле, которое индуктирует ЭДС в фазах обмоток статора ( ) и ротора ( ). Если пренебречь падением напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях обмотки ротора, то для фазных значений приложенного напряжения и ЭДС ротора можно записать, что

(справедливо для любого положения ротора).

Таким образом, вектор ЭДС равен и противоположен вектору при любом положении ротора в пространстве.

Если ротор занимает такое положение, при котором оси катушек статора и ротора совпадают, то и ЭДС, индуктируемые вращающимся магнитным полем: в обмотках статора и ротора, также, совпадают по фазе, то есть вектор совпадает с вектором и направлен противоположно вектору .

Если повернуть ротор на какой-либо угол по направлению вращения магнитного поля, то силовые линии вращающегося поля пересекают витки катушек статора раньше, чем витки катушек ротора. Тогда ЭДС статора опережает по фазе ЭДС ротора, то есть вектор ЭДС статора неизменный по величине, окажется повернутым на угол , относительно неизменного вектора , равного вектору с обратным знаком.

При повороте ротора против поля ЭДС статора будет отставать по фазе от ЭДС ротора. Изменяя угол поворота ротора, мы будем менять угол между векторами фазных ЭДС статора и ротора, и если непрерывно поворачивать ротор, то вектор ЭДС статора будет изменять свое положение так, что конец этого вектора опишет окружность радиусом из точки А, являющейся концом вектора , как это показано на векторной диаграмме (рисунок 30.3),

Рисунок 30. 3 – Векторная диаграмма для одной фазы индукционного регулятора

построенной для одной фазы регулятора.

Напряжение зависит не только от приложенного напряжения но также и от ЭДС статора так что оно определится как геометрическая сумма и то есть = + .

Численное значение напряжения:

При повороте ротора от 0 до 180° может быть получено любое напряжение на выходе в пределах от , (при — 0°) до (при = 180).

Если выполнить регулятор с коэффициентом трансформации равным единице, то есть то и и, следовательно, такой регулятор дает возможность регулировать напряжение на выходе в пределах от нуля до двойного напряжения сети.

Возможность равномерного изменения напряжения в широких пределах — очень ценное свойство, благодаря которому этот регулятор широко применяют. Однако регулятор обладает рядом недостатков, которые выражаются в следующем:

1) регулируемое напряжение изменяется не только по величине, но и по фазе, что не позволяет включать этот регулятор параллельно с каким-либо другим регулятором;

2) на валу регулятора создаются большие вращающие моменты, вызывающие необходимость в громоздкой механической передаче с самоторможением;

3) обмотки регулятора имеют большие индуктивные сопротивления, которые приводят к значительному изменению напряжения при колебаниях нагрузки;

4) за счет наличия воздушного зазора между статором и ротором в регуляторе, так же как и в любой асинхронной машине, оказывается большим реактивный намагничивающий ток, и регулятор имеет низкий .

Первые два недостатка — изменение фазы напряжения и механические силы на валу регулятора — в устройствах большой мощности устраняются сдвоенными регуляторами, векторы ЭДС статорных обмоток которых поворачиваются в противоположных направлениях при повороте ротора.

Характер изменения вторичного напряжения при повороте ротора показан на рисунок 30.4.

Рисунок 30.4 – Изменения вторичного напряжения при повороте ротора регулятора

Векторная диаграмма напряжений регулятора при заданном угле поворота ротора, приведена на рисунок 30.5.

Рисунок 30.5 – Векторная диаграмма напряжений регулятора при заданном угле поворота ротора

Индукционный регулятор может быть использован и для регулировки угла сдвига фаз между двумя напряжениями. Достаточно переключить обмотки регулятора, как это показано на рисунке 30.6.

Рисунок 30.6 – Трехфазный поворотный трансформатор регулятор фаз

Векторная диаграмма напряжений регулятора, соответствующая такой схеме включения, приведена на рисунке 30.7.

Рисунок 30.7 — Векторная диаграмма напряжений регулятора фаз при заданном угле поворота ротора

Следует иметь в виду, что регулятор используют при автотрансформаторной схеме и, следовательно, его регулируемая или выходная мощность , отдаваемая приемникам энергии, не равна номинальной или габаритной мощности .

Между этими мощностями так же, как в автотрансформаторе, имеет место следующее соотношение:

или

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Где применяются индукционные регуляторы?

2. Как могут быть включены обмотки регулятора и к чему это приводит?

3. Для чего необходима в конструкции индукционного регулятора червячная передача с самоторможением?

4. Чем отличается схема включения обмоток регулятора для изменения фазы, от схемы для изменения напряжения?

5. Чем определяется номинальная мощность на выходе индукционного регулятора?

Индукционный регулятор напряжения и фазорегулятор

Асинхронные машины специального назначения

Индукционный регулятор напряжения (ИР) представляет собой асинхронную машину с фазным ротором, предназначенную для плавного регулиро­вания напряжения. Рассмотрим работу трехфазного ИР, получившего преимущественное применение. Ротор ИР заторможен посредством червячной пере­дачи, которая не только удерживает его в заданном положении, но и позволяет плавно поворачивать его относительно статора. Обмотки статора и ротора в ИР имеют автотрансформаторную связь (рис. 17.1, а), поэтому ИР иногда называют поворотным авто­трансформатором.

Напряжение сети U1подводится к обмотке ротора, при этом ротор создает вращающееся магнитное поле, наводящее в обмотке ротора ЭДС = — , а в об­мотке статора — ЭДС (рис. 17.2, а).

Фазовый сдвиг этих ЭДС относительно друг друга зависит от взаимного пространственного по­ложения осей обмоток статора и ротора, определяе­мого углом α. При α = 0 оси обмоток совпадают, вращающееся поле одновременно сцепляется с обеими обмотками и ЭДС и совпадают по фазе (при этом и находятся в противофазе). При α = 180 эл. град ЭДС и окажутся в про­тивофазе ( и совпадают по фазе). Если пре­небречь внутренними падениями напряжения, то напряжение на выходе ИР определяется геометриче­ской суммой:

= ­­+ (17.1)

При повороте ротора концы векторов и описывают окружность (рис. 17.2, б), при этом изменяется от = при α = 0 до = + при α = 180 эл. град (рис. 17.2, в). Поворот ротора осуществляется либо вручную штурвалом, либо дистанционно включением исполнительного двигателя.

ИР применяются во всех случаях, где необходима плавная ре­гулировка напряжения, например в лабораторных исследованиях.

Фазорегулятор (ФР). Предназначен для изменения фазы вто­ричного напряжения относительно первичного при неизменном вторичном напряжении. В отличие от ИР об­мотки ротора и статора ФР электрически не соединены друг с дру­гом, т. е. имеют транс­форматорную связь (см. рис. 17.1, б),поэтому ФР иногда называют поворотным транс­форматором.

Изменение фазы вторичного напряже­ния осуществляется поворотом ротора от­носительно статора. Первичной обмоткой в ФР обычно является обмотка статора. Фазорегуляторы приме­няются в устройствах автоматики (для фазового управления) и измерительной технике

( для проверки ваттметров и счетчиков).

Рис. 17.1. Схемы соединения индукционного

регулятора напряжения (а) и фазорегулятора (б)

Индукционный регулятор

К вольтодобавочным устройствам регулируемого напряжения могут быть отнесены индукционные регуляторы, автотрансформаторы плавно регулируемого напряжения, вольтодобавочные трансформаторы и линейные регуляторы, являющиеся наиболее приемлемыми аппаратами для регулирования напряжения в распределительных сетях потребителей.

Читайте также  Кабель одножильный медный гибкий

Индукционный регулятор, или потециалрегулятор, является механически заторможенным асинхронным двигателем с фазным ротором. Торможение осуществляется червячной передачей, позволяющей производить плавны поворот обмотки ротора относительно обмотки статора. Трехфазная обмотка статора расчленяется на отдельные фазы и включается в сеть последовательно с потребителем. Обмотка фазного ротора замыкается наглухо на кольцо, а началами подключается параллельно обмотке статора в сеть. При такой схеме обмотка ротора оказывается первичной и трехфазный намагничивающий ток создает в ней вращающееся магнитное поле.

Обмотка статора через воздушный зазор оказывается магнитосвязанной с вращающимся полем, и в обеих обмотках наводится ЭДС Е1 и Е2, совпадающие по фазе. Одна из этих ЭДС Е1 всегда направлена встречно фазному напряжению сети, а вторая Е2, наводимая в обмотке статора, складывается с напряжением потребителя.

Управление индукционным регулятором осуществляется вручную или дистанционно от вспомогательного электродвигателя. таким образом, результирующее напряжение у потребителя можно плавно регулировать. Величина фазного напряжения у потребителя может меняться в пределах U2ф=U1ф±Е2, где Е2 соответствует добавочному напряжению. Индукционные регуляторы могут быть применены в линиях напряжением 0,38-6 кВ, питающих отдельный приемник или группу приемников, требующих по режиму своей работы стабилизированного или меняющегося в широких пределах напряжения.

К основным недостаткам индукционных регуляторов следует отнести возможность их эксплуатации только в кратковременных или повторно-кратковременных режимах, большие потери мощности 3,5-4 %, низкий коэффициент мощности 0,55-0,65.

Необходимая мощность трехфазного индукционного регулятора, используемого для повышения напряжения, определяется зависимостью:

Uн.макс — напряжение на стороне нагрузки, В;

Uс — подводимое напряжение сети, В;

Iн — ток нагрузки, А.

Регулируемые автотрансформаторы. Промышленностью выпускаются автотрансформаторы в однофазном и трехфазном исполнениях с подвижной катушкой для плавного регулирования напряжения. Принцип действия автотрансформаторов основан на изменении относительного положения обмоток или перемещении подвижной короткозамкнутой катушки, благодаря чему изменяется степень индуктивной связи между обмотками. Перемещение обмоток или катушки производится ручным или моторным приводом. Регулирование напряжения производится в широких пределах в разных вариантах, например от 10 до 100 % или от 280 до 50 % и др. под нагрузкой. Относительно небольшая мощность, от 16 до 400 кВА, а также широкие пределы регулирования затрудняют применение указанных автотрансформаторов в распределительных сетях. Наибольшее применение они могут найти там. где регулирование напряжения производится не с целью поддержания его на заданном уровне, а обусловлено режимом работы самого потребителя, например в испытательных установках, в пусковых устройствах и т.д.

Вольтодобавочные трансформаторы. В настоящее время термин «вольтодобавочный трансформатор» сохранился только за серией специальных регулировочных трансформаторов типа ВРТДНУ, предназначенных для включения в нейтраль автотрансформаторов старых типов, не имеющих встречного РПН в нейтрали или на стороне среднего напряжения. Указанная серия автотрансформаторов выпускается на мощность 120-750 МВА и используется поэтому только на подстанциях систем.

Устройство состоит из двух самостоятельных аппаратов — последовательного трансформатора, первичная обмотка которого включается в рассечку линии с помощью шести линейных вводов, и специального регулировочного трансформатора или автотрансформатора. Напряжение на регулируемой стороне за последовательным трансформатором отличается от напряжения со стороны питания на величину добавочной ЭДС в первичной обмотке последовательного трансформатора. Добавочная ЭДС может совпадать с основным напряжением по фазе или быть сдвинутой относительно его по фазе. Угол сдвига при этом зависит от схемы включения регулировочного трансформатора, питающего вторичную обмотку последовательного трансформатора. Регулирование с совпадением напряжений по фазе называют продольным, а со сдвигом — поперечным. Вольтодобавочный трансформатор принято характеризовать проходной мощностью, то есть мощностью, передаваемой по линии, в которую включена последовательная обмотка, и собственной мощности самого подпиточного устройства.

Собственная мощность Sm связана с проходной S соотношением:

n — число ступеней регулирования питающего трансформатора;

— процентное изменений напряжения каждой ступени.

Потери холостого хода в таком устройстве невелики, ввиду того что в настоящее время бустер-трансформаторы не выпускаются промышленностью, их заменяют более совершенными линейными регуляторами.

Линейные регуляторы напряжения. Одним из типов трехфазных вольтодобавочных устройств, позволяющих осуществлять регулирование напряжение в радиальных линиях, являются линейные регуляторы типа ЛТМ. Линейные регуляторы работают по автотрансформаторной схеме и представляют собой маслонаполненную конструкцию, имеющую шесть линейных выводов для включения регулятора в рассечку линии в любой ее точке. Линейные регуляторы проектируются на проходную мощность 400-630 кВА, РПН±10 %, на шесть регулировочных ступеней 6-36 кВ, на 1600-6300 кВА, РПН±10 %, восемь ступеней 6-10 кВ и на 16-10 МВА, РПН±15 %, напряжением 6,3-36,75 кВ.

Конструктивно переключатель ответвлений РНТ располагается внутри бака, приводной механизм — снаружи бака на корпусе, а устройство автоматического регулирования находится в отдельном шкафу, удаленном на 5 м от регулятора. Линейные выводы регулятора А1-А2, И1-И2 и С1-С2 расположены на крышке. Питание шкафа автоматического регулирования и привода осуществляется от специальной обмотки автотрансформатора.

Индукционный регулятор принцип работы

Фазорегуляторы и индукционные регуляторы напряжения

Индукционные регуляторы напряжения и фазорегуляторы (фазовращатели) представляют собой асинхронные машины с заторможенным фазным ротором, в которых с помощью поворотного устройства можно изменять положение ротора относительно статора. Намагничивающий ток соединенной с сетью обмотки создает магнитный поток, который наводит ЭДС во вторичной обмотке. Фаза ЭДС меняется в зависимости от

взаимного положения осей первичной и вторичной обмоток.

В фазорегуляторах на нагрузку подается напряжение от вторичной обмотки, неизменное по амплитуде и меняющееся по фазе в зависимости от угла поворота ротора.

В индукционных регуляторах происходит суммирование первичного и вторичного напряжений, при этом изменение фазы ЭДС вторичной обмотки, происходящее при повороте ротора, вызывает изменение напряжения на нагрузке регулятора (см. § 9.1).

Индукционные регуляторы напряжения серии ИР

Регуляторы напряжения серии ИР (табл. 9.83, 9.84) предназначены для плавного регулирования напряжения на нагрузке в широких пределах при неизменном напряжении питающей сети.

В условном обозначении регуляторов после наименования серии — букв ИР — следуют двухзначные цифры, определяющие над чертой диаметр сердечника статора (габарит) в сантиметрах и под чертой — длину сердечника статора в сантиметрах; далее следует обозначение климатического исполнения и категории размещения по ГОСТ 15150-69.

Регуляторы имеют вертикальное исполнение. Обмотки статора и ротора выполнены из прямоугольного провода; пазы открытые; в сердечниках имеются вентиляционные аксиальные каналы; лобовые части обмоток прикреплены к бандажным кольцам. В регуляторах ИР 99 и ИР 118 в пазы статора заложены термометры сопротивлений.

Подшипники ротора располагаются в подшипниковых щитах. На нижнем щите находится фланец для крепления регуляторов к фундаментной плите. Ограничение угла поворота ротора достигается упором роговой втулки, насаженной на его вал, в приливы с резиновыми амортизаторами, расположенными на верхнем подшипниковом щите.

Таблица 9.83. Технические данные индукционных регуляторов напряжения ИР климатического исполнения УЗ

Механизм дистанционного управления приводится в движение АД. Вращающий момент от АД передается на вал ротора регулятора через понижающий редуктор и зубчатые (ИР 99 и ИР 118) или червячные (ИР 59, ИР 74) секторы, которые соединены с роговой втулкой предохранительными шпильками. При аварийных режимах шпильки срезаются, предотвращая поломку зубьев привода.

Внутри корпуса размещены конечные выключатели двигателя привода, положением которых устанавливают предельные углы поворота ротора регулятора, необходимые для достижения заданного напряжения на нагрузке.

Технические данные регуляторов ИР

указаны при работе с коэффициентом мощности нагрузки, равным 0,8. При работе с коэффициентом мощности нагрузки, меньшим 0,8, номинальный ток снижается в соответствии с данными, приведенными ниже:

Отношение тока нагрузки

к номинальному току 0,93 0,88 0,85

Продолжение Коэффициенты мощности нагрузки регуляторов

менее Отношение тока нагрузки

к номинальному току 0,82 0,81 0,8

Таблица 9.84. Технические данные индукционных регуляторов напряжения серии ИР

климатического исполнения Т4

Габаритные, установочные и присоединительные размеры регуляторов серии ИР приведены в табл. 9.85.

Схемы соединения обмоток статора и ротора показаны на рис. 9.18:

схема 1 — однофазная нормальная трансформаторная; применяется для преобразования высшего напряжения в низшее и регулирования в заданных пределах;

схема 2 — однофазная нормальная автотрансформаторная; применяется для регулирования напряжения на нагрузке в пределах от 0 до 2С/С (где UQ напряжение сети);

схема 3 — однофазная специальная автотрансформаторная; применяется для регулирования напряжения на нагрузке в пределах от 0 до 1,5Uc;

Читайте также  СИП кабель как правильно выбрать?

схема 4 — трехфазная нормальная автотрансформаторная; применяется для регули-

рования напряжения на нагрузке в пределах от 0 до 2UC;

схема 5 — трехфазная специальная автотрансформаторная; применяется для регулирования напряжения на нагрузке в пределах от 0 до 1,5Uc;

схема 6 — трехфазная специальная автотрансформаторная; применяется для регулирования напряжения на нагрузке в пределах от 0 до (2 + 3)£/с;

схема 7 — трехфазная специальная трансформаторная; применяется для преобразования высшего напряжения в низшее и регулирования в заданных пределах;

схема 8 — трехфазная специальная с соединением обмоток статора и ротора в двойной треугольник; применяется для регулирования напряжения на нагрузке в пределах от О до С/с.

Таблица 9.85. Габаритные, установочные и присоединительные размеры индукционных

pei.1Ятрон ИР

Рис. 9.18. Схемы соединения обмоток статора и ротора индукционных регуляторов серии ИР:

/ — сторона сети; //—сторона нагрузки

9.12.2. Индукционные регуляторы напряжения серии ИР-6

Индукционные регуляторы серии ИР-6 подразделяются на две группы: для плавного регулирования напряжения на нагрузке при неизменяющемся напряжении питающей сети (ИР-60, ИР-61, ИР-62) и для стабилизации напряжения на нагрузке при изменяющемся в пределах 10% напряжении питающей сети (ИР-60С, ИР-61С).

В обозначении регуляторов первая цифра после букв ИР определяет условный номер габарита — 6; вторая — условную длину сердечника статора — 0, 1 или 2; буква С после цифры указывает, что регулятор предназначен для стабилизации напряжения при нагрузке. Регуляторы выпускаются в клима-

тическом исполнении У4 или Т4. Обмотки статора и ротора двухслойные, выполнены из круглого провода. Корпус и подшипниковые щиты литые. Система вентиляции аксиальная, принудительная. Вентилятор с приводом от АД установлен в верхней части регулятора. На верхнем подшипниковом щите расположен механизм управления. При дистанционном управлении момент на вал ротора индукционного регулятора передается от приводного АД через двухступенчатый червячный редуктор. Для быстрой остановки приводного АД поворотного механизма применяется тормоз, состоящий из шкива и тормозной ленты.

Переход от дистанционного управления к ручному осуществляется при помощи специальной муфты.

Рис. 9.19. Схемы соединения обмоток статора и ротора индукционных регуляторов ИР6:

/ — сторона сети; II — сторона нагрузки

Рис. 9.20. Габаритные и установочные размеры индукционных регуляторов типа ИР6

Основные технические данные регуляторов серии ИР-6 (табл. 9.86) приведены для нагрузки при коэффициенте мощности 0,8. При эксплуатации регуляторов в режиме S1 с коэффициентом мощности нагрузки, меньшим 0,8, допустимый ток нагрузки снижается по сравнению с номинальным согласно данным, приведенным ниже:

Отношение тока нагрузки

к номинальному . . . 0,93 0,88 0,85

Продолжение

менее Отношение тока нагрузки

к номинальному . . . 0,82 0,81 0,8

Обмотки статора и ротора регуляторов соединяются по схемам рис. 9.19 в зависимости от диапазона регулирования напряжения:

схема / применяется для диапазона регулирования напряжения на нагрузке от 20 до 400 В и от 20 до 680 В;

схема 2 применяется для диапазона регулирования напряжения на нагрузке от 20 до 380 В;

схема 3 применяется для стабилизации напряжения на нагрузке.

Габаритные и установочные размеры индукционных регуляторов напряжения ИР 6 приведены на рис. 9.20.

9.12.3. Фазорегуляторы типов ФР, ФРО

Фазорегуляторы предназначаются для плавного изменения фазы напряжения без изменения его амплитуды.

В условном обозначении фазорегуляторов: ФР — название серии: О — обдуваемый; первая цифра — габарит (по внешнему диаметру сердечника статора); вторая цифра (1 или 2) — условная длина сердечника; буква Р после цифр обозначает, что привод меха-

Рис. 9.21. Габаритные и установочные размеры фазорегуляторов типа ФР4

низма поворота только ручной; далее следуют условные обозначения климатического исполнения и категории размещения.

Обмотка статора фазорегуляторов серии ФР, ФРО (табл. 9.87) двухслойная, всыпная. Обмотка ротора фазорегуляторов 4-го и 5-го габаритов — однослойная, 6-го и 7-го габаритов — двухслойная, всыпная. Исполнение вертикальное. В верхнем и нижнем подшипниковых щитах установлены подшипники вала ротора. На нижнем щите имеется фланец с отверстиями для установки и крепления фазорегулятора. На верхнем подшипниковом щите установлен поворотный механизм.

Фазорегуляторы типа ФР4 и ФР5 имеют закрытое исполнение с естественным охлаждением; ФРО6 и ФРО7 — защищенное исполнение с принудительной вентиляцией от встроенного АД. Привод механизма поворота у ФР4 ручной, у остальных типоразмеров — от АД через понижающий редуктор. Угол поворота ротора — 120° в обе стороны от основного положения, ограничивается положением конечных выключателей, которые устанавливают перемещением по пазу в верхнем торцевом щите.

В фазорегуляторах ФР4 — две коробки выводов по 6 клемм в каждой: одна — для обмотки статора, вторая — для обмотки ротора. В фазорегуляторах ФР5 — одна коробка выводов с 18 клеммами: 6 — для обмотки статора, 6 — для обмотки ротора и 6 — для подключения конечных выключателей.

В фазорегуляторах ФРО6 и ФРО7 — две коробки выводов. В коробке для первичной стороны — 6 клемм для обмотки статора, к которым подключается также двигатель вентилятора, и 6 клемм для конечных выключателей. В коробке для вторичной стороны — шесть клемм для обмотки ротора и три клеммы для дополнительного вывода каждой фазы обмотки.

Установочные, присоединительные и габаритные размеры фазорегуляторов ФР, ФРО приведены на рис. 9.21—9.23.

Рис. 9.22. Габаритные и установочные раз- Рис. 9.23. Габаритные и установочные размеры фазорегуляторов типа ФР5 меры фазорегуляторов типа ФР06 и ФР07:

Индукционный регулятор принцип работы

Название: ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА — Мищенко А.В.

Жанр: Физика

Просмотров: 498

Исследование работы фазорегулятора и индукционного регулятора напряжения

Ц е л ь р а б о т ы : изучить принцип действия, устройство и работу фазорегулятора и индукционного регулятора напряжения.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ [2]

Фазорегуляторами называют электрические машины переменного тока, преобразующие угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное этому углу или некоторым его функциям. В зависимости от закона изменения напряжения на выходе их подразделяют на следующие типы:

а) синусно-косинусный, позволяющий получать на выходе два напряжения, одно из которых пропорционально sin , а другое – cos ;

б) линейный фазорегулятор, выходное напряжение которого пропорционально углу ;

в) вращающийся фазорегулятор, выходное напряжение которого имеет связь с подаваемыми первичными напряжениями U1 и U2 в виде закона

где С – постоянная фазорегулятора.

Устройство фазорегуляторов. Эти машины выполняют так же, как асинхронный двигатель с фазным ротором (в данной лабораторной работе используется именно АД с фазным ротором). На статоре и роторе размещают по две одинаковые однофазные распределённые обмотки, сдвинутые между собой в пространстве на 90 . Магнитопровод изготавливают из листов электротехнической стали или пермаллоя, изолированных друг от друга.

Принцип действия. При подключении обмотки возбуждения В (рис. 9.1) к сети переменного тока в машине возникает

продольный магнитный поток Фd (рис. 9.2, а), пульсирующий во времени с частотой сети. При холостом ходе в обмотке неподвижного ротора S и С этот поток индуцирует ЭДС ES0 и EC0, частота которых равна частоте сети f1, а действующее значение зависит от положения ротора относительно статора.

Допустим, что магнитный поток Фd распределён в пространстве синусоидально (рис. 9.2, б); в этом случае индукция в воздушном зазоре изменяется вдоль окружности статора и ротора по закону

где Bx – индукция в воздушном зазоре по оси обмотки В.

Рис. 9.1. Принципиальная схема черырёхобмоточного фазорегулятора

а) б)

Рис. 9.2. Схематический разрез фазорегулятора (а) и

график распределения индукции вдоль окружности его статора и ротора (б)

В обмотке статора поток Фd индуцирует ЭДС

EВ 4,44 f1w1kоб1Фdm , (9.3)

где w1 и kоб1 – число витков и обмоточный коэффициент обмотки статора; Фdm – максимальное значение потока.

Предположим, что ось обмотки С ротора сдвинута относительно оси обмотки статора на некоторый угол φ = x0 / (рис. 9.2, а). В этом случае максимальное значение потока, сцеплённого с обмоткой С,

а ЭДС, индуцированная в этой обмотке,

где w2 и kоб2 – число витков и обмоточный коэффициент обмотки ротора.

4,44 f1w2 kоб 2Фdm cos

w2kоб 2 /(w1kоб1 ) cos

выходное напряжение косинусной обмотки при холостом ходе

Обмотка S ротора сдвинута относительно обмотки С на угол / 2, следовательно, выходное напряжение в этой обмотке

4,44w2 kоб 2Фdm cos(

Обмотка статора K с потоком Фd не связана, а следовательно, он не индуцирует в ней ЭДС. Эту обмотку используют для компенсации поперечных потоков, создаваемых обмотками ротора при нагрузке фазорегулятора. Таким образом, в обмотках ротора при холостом ходе индуцируются ЭДС, пропорциональные синусу или косинусу угла поворота ротора относительно соответствующего потока. Применяя различные схемы включения обмоток статора и ротора, можно получить и другие функциональные зависимости, а также уменьшить погрешности, вызываемые током нагрузки.

Читайте также  Телевидение без антенны кабеля и приставки

Индукционный регулятор напряжения (ИР) представляет собой машину с фазным ротором, предназначенную для плавного регулирования напряжения. Рассмотрим работу трёхфазного ИР, получившего наибольшее применение. Ротор ИР заторможен посредством червячной передачи, которая не только удерживает его в заданном положении, но и позволяет плавно поворачивать его относительно статора. Обмотки статора и ротора в ИР имеют автотрансформаторную связь (рис.

9.3), поэтому ИР иногда называют поворотным автотрансформатором.

Напряжение сети U1 подводится к обмотке статора, при этом статор создаёт вращающееся магнитное поле, наводящее в обмотке статора ЭДС E1 = –U1, а в обмотке ротора – ЭДС E2 (рис. 9.4, а).

Фазовый сдвиг этих ЭДС относительно друг друга зависит от взаимного пространственного положения осей обмоток статора и ротора, определяемого углом . При = 0 оси обмоток совпадают, вращающееся поле одновременно сцепляется с обеими обмотками, и ЭДС E1 и E2 совпадают по фазе (при этом E2 и U1 находятся в противофазе). При = 180 эл. град. ЭДС

E1 и E2 окажутся в противофазе (E2 и U1 совпадают по фазе). Если пренебречь внутренними падениями напряжения, то напряжение на выходе ИР определяется геометрической суммой:

U& 2

а) б) в)

Рис. 9.3 Рис. 9.4. Векторные диаграммы индукционного регулятора напряжения

При повороте ротора концы векторов E2 и U2 описывают окружность (рис. 9.4, б), при этом U2 изменяется от U2min = U1 – E2 при = 0 до U2max = U1 + E2 при = 180 эл. град (рис. 9.4, в). Поворот ротора осуществляется либо вручную штурвалом, либо дистанционно включением исполнительного двигателя.

Индукционный регулятор применяется во всех случаях, где необходима плавная регулировка напряжения, например в лабораторных исследованиях.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать схему для исследования фазорегулятора (рис. 9.5)

2. Подать напряжение на ЛАТР. Его движком установить номинальное напряжение на первичной обмотки фазорегулятора (U1ном = 220 В), контролируя его по вольтметру V1.

3. Измерить напряжение на выходе фазорегулятора, между клеммами Р1, Р2 и Р3 (UP1P2; UP2P3; UP1P3) вольтметром V2,

полученные значения напряжений занести в табл. 9.1.

Индукционные регуляторы

б) индукционные преобразователи, в которых измеряемая механическая величина преобразуется в индуктированную ЭДС;

Индукционные преобразователи. В практике применяют несколько типов индукционных преобразователей. Особенность одного из них состоит в том, что действие контролируемой неэлектрической величины направлено на изменение взаимоиндуктивности двух обмоток. Одна из них (первичная) включена к источнику переменного напряжения, во вторичной (выходной) обмотке наводится э.д.с., величина которой изменяется при изменении взаимоиндуктивности, т. е. при изменении потокосцепления вторичной обмотки. Изменение взаимоиндуктивности связано с изменением воздушного зазора, площади полюсов, магнито-упругих свойств сердечника или положения вторичной обмотки, если она подвижная.

Схемы индукционного преобразователя с переменной площадью полюсов показаны на 10.9, б, с поворотной катушкой — на 10.9, в. Индукционные преобразователи такого типа, как и индуктивные, чаще всего используют в сочетании с равновесными и неравновесными мостовыми схемами, а также компенсационной схемой, для измерения перемещений и других неэлектрических величин (усилие, момент, давление, угол поворота и т. д.), действием которых можно изменять длину воздушного зазора или положение поворота якоря, вторичной обмотки.

б) индукционные преобразователи — измеряемая величина в генераторе преобразуется в э. д. с.; например, для измерения частоты вращения применяются тахогенераторы — магнитоэлектрические генераторы;

7. Индукционные преобразователи. Принцип действия индукционных преобразователей основан на законе электромагнитной индукции.

Индукционные преобразователи, как это следует из принципа действия, являются преобразователями, в которых наводимая в измерительной обмотке э. д. с. является функцией скорости изменения по-токосцепления fy магнитного потока и витков измерительной обмотки:

Индукционные преобразователи скорости перемещения обладают относительно высокой чувствительностью, что позволяет измерять малые перемещения, скорости, ускорения и другие величины, изменяющиеся с частотой до 15. 30 кГц. Погрешность преобразователей с постоянным магнитом и подвижной рамкой может быть сведена до 0,15. 0,2%.

11.2. ИНДУКЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН

Глава 11. Индукционные преобразователи . 200

11.2. Индукционные преобразователи магнитных величии . *U

Следующий метод регулирования основан на использовании индукционного регулятора ( 5-8, г). Простейшим индукционным регулятором может служить заторможенный асинхронный двигатель с фазным ротором, устроенный таким образом, чтобы ротор можно было плавно поворачивать на 180°. К трехфазной сети присоединяются три фазные обмотки либо ротора, либо статора, создающие вращающееся магнитное поле. Если к сети присоединен ротор, то в каждой фазной обмотке статора благодаря вращающемуся магнитному полю индуктируется переменное напряжение. При повороте ротора амплитуда этого напряжения остается одной и той же, а фаза будет изменяться. Первичная обмотка испытательного трансформатора присоединяется к сети последовательно с одной из указанных выше фазных обмоток. Вследствие этого к трансформатору прикладывается геометрическая сумма напряжения сети (/! и напряжения фазной обмотки U2. В зависимости от положения ротора сдвиг фаз между напряжениями t/, и t/2 имеет различное значение. Таким образом, напряжение на первичной обмотке трансформатора UT при повороте ротора будет плавно изменяться от минимума (Uх —1/2) до максимума ((/!+ и»). Индукционные регуляторы обеспечивают плавное регулирование напряжения, но вызывают искажение кривой напряжения.

Для работы асинхронных машин со скольжениями, близкими к единице, в трансформаторном или тормозном режимах их рассчитывают с пониженными электромагнитными нагрузками. Примером использования асинхронных машин, номинальным режимом для которых является трансформаторный, могут служить индукционные регуляторы или фазовращатели [12].

При этом фаза напряжения ?/вых, как видно из векторной диаграммы ( 5.11, б), остается неизменной. Индукционные регуляторы выполняют мощностью до 500 кВт.

Для плавной регулировки напряжения со стороны переменного тока иногда используют такие однофазные и трехфазные индукционные регуляторы. Однако у них имеется воздушный зазор между статором и ротором, что уменьшает cos ф. Также неблагоприятно сказываются переходные контакты щеток с кольцами. Кроме того, индукционные регуляторы громоздкие. Все это не позволяет последним конкурировать в настоящее время с управляемыми выпрямителями.

а) Принцип работы индукционного регулятора. Индукционный регулятор представляет собой по существу асинхронную машину с заторможенным ротором и применяется для регулирования напряжения сетей. Главное значение имеют трехфазные индукционные регуляторы, тогда как однофазные встречаются значительно реже. Поэтому мы рассмотрим ‘работу только первых.

Трехфазные индукционные регуляторы для распределительных сетей выполняются с регулированием напряжения в пределах ±(10-4-15)%. По сравнению с так называемыми регулировочными трансформаторами индукционный регулятор имеет больший вес, больший намагничивающий ток- и большие потери. Однако в последнее время удалось облегчить индукционный регулятор примерно на 25—30%, перейдя с четырехполюсного исполнения на двухполюсное, применив лучшие марки стали и несколько увеличив электромагнитные нагрузки регулятора.

156. Г. Ш а и т, Индукционные регуляторы трехфазного тока, J. Springer, Berlin, 1927, русск. перев., ОНТИ, 1933.

Наряду с асинхронными двигателями и генераторами в ряде отраслей техники применяют специальные асинхронные машины. К ним относятся асинхронные преобразователи частоты, фазорегуляторы, индукционные регуляторы напряжения, вращающиеся трансформаторы, сельсины, линейные и дуговые двигатели. С помощью этих машин можно регулировать частоту, фазу и величину напряжения; преобразовывать угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное этому углу или некоторым его функциям; обеспечивать синхронный и синфазный повороты или вращение двух или нескольких осей, механически «е связанных между собой; осуществлять линейное или дуговое перемещение механических объектов.

9.2. Фазорегуляторы и индукционные регуляторы напряжения

При этом фаза напряжения ?7Вых, как видно из векторной диаграммы ( 9.4, б), остается неизменной. Индукционные регуляторы строятся на мощность до 500 кВт.

2. Для каких целей служат фазорегуляторы и индукционные регуляторы напряжения?

Похожие определения:
Информация заносится
Информации качественного
Информации получаемой
Информации происходит
Информационных электрических
Информационно измерительных
Информацию поступающую

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: