Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

При одинаковом фазном напряжении магнитный поток при парал­ лельном соединении будет в 2,5 раза больше, чем при последователь­ ном (в два раза за счет половинного числа последовательно соединен­ ных витков и в 1,25 раза за счет меньшего обмоточного коэффициента). При переходе от удвоенного числа полюсов к меньшему полюсное деление увеличивается в два раза. Таким образом, индукция в зазоре Въ и, следовательно, вращающий момент при переходе к большей скорости вращения возрастает в 1,25 раза. Соединение фазных обмоток при высшей скорости вращения в этом случае выполняется звездой с двумя параллельными ветвями (YY), а при низшей —

Рис. 29-3. Регулирование скорости вращения изменением числа пар полюсов двигателя

звездой (Y). Эта схема переключения обмоток пригодна для двига­ телей привода вентиляторов.

Для получения приблизительно одинакового вращающего момента при обеих скоростях вращения, например, у двигателя для привода компрессора, применяется схема соединения обмоток ѵу/А. В этом случае фазное напряжение при переходе к высшей скорости вращения

уменьшается в |/3 ; следовательно, магнитный поток увеличивается только в 1,45 раза. Вследствие увеличения полюсного деления в два раза индукция в зазоре и вращающий момент при высшей скорости вращения составляют 0,7 индукции и момента при низшей скорости. Увеличение вращающего момента может быть достигнуто за счет соответствующего выбора шага обмотки и повышения плотности тока при высшей скорости вращения.

При необходимости сохранения одинаковой' мощности на обеих ступенях скорости вращения (для привода металлорежущих станков) применяется схема переключения обмотки Д /у Y.

29-4. Изменение частоты питающей сети

Этот способ применяется в тех случаях, когда требуется регули­ ровать скорость вращения одного или нескольких двигателей одно­ временно или получить скорость вращения более 3000 об/мин.

347

В качестве примера можно привести привод гребных винтов на судах, привод двигателей в деревообделочной промышленности со скоростью вращения 12 000 об/мин, привод электрошшшделей для шлифовки со скоростью вращения до 150 000 об/мин.

При питании двигателей от синхронного генератора изменение частоты достигается изменением скорости приводного двигателя. Это возможно только в сравнительно узких пределах. Существуют специальные схемы, которые позволяют регулировать частоту тока без изменения скорости приводного двигателя.

С изменением частоты тока будут изменяться в общем случае все величины, характеризующие работу двигателя: напряжение на за­ жимах, поток, ток холостого хода, вращающий момент, мощность, перегрузочная способность, скорость вращения. Анализ этого спо­ соба регулирования скорости отличается значительной сложностью. Поэтому приводятся только конечные результаты без вывода их.

Пусть поставлено условие, чтобы двигатель работал при перемен­ ной частоте, но с практически постоянными значениями к. п. д., cos ср, перегрузочной способности М т^ и постоянным абсолютным скольжением s. Если двигатель не насыщен, то поставленные условия соблюдаются при следующем соотношении между напряжением, частотой и вращающим моментом:

где !7і и М т — напряжение и вращающий момент при частоте / І; Uh и М и — те же величины при частоте fn .

димое к двигателю, должно изменяться пропорционально частоте. При использовании в качестве источника электроэнергии син­ хронного генератора изменение частоты и напряжения получается при постоянном возбуждении и изменяющейся скорости вращения. Если двигатель работает на центробежный вентилятор или на

f l \а

-т— , т. е. напряжение

'п /

на зажимах должно изменяться пропорционально частоте во второй

Иногда подобное регулирование частоты применяется для пуска крупных асинхронных двигателей.

29-5. Каскадные соединения асинхронных двигателей

При каскадном соединении двух асинхронных двигателей I и II (рис. 29-4) с числом пар полюсов р г и ри их роторы соединяются муф­ той или через редуктор. Обмотки обоих роторов соединяются между собой таким образом, чтобы вращающие моменты были направлены

348

в одну сторону. Обмотка статора одного из двигателей присоединя­ ется к сети, а второго двигателя — к пусковому реостату 1.

Скорость вращения поля первого двигателя пхі = 60/,/рі. Частота э. д. с. и тока в цепи ротора зависит от скорости вра-

Рі

щения общего вала каскада, т. е. /2 = -6() (ни — н е ­

магнитное поле второго двигателя вращается относительно ро­ тора со скоростью

Так как при выведенном пусковом реостате 1 второй двигатель может устойчиво работать только при малом скольжении, то скорость вращения пк будет близкой к п2ц, т. е.

цели служит пусковой реостат 2. При использовании в каскаде двухскоростных электродвигателей могут

быть получены еще четыре дополнительные ступени скорости враще­ ния.

Мощность Рэм, передаваемая через зазор ротору первой машины, частично преобразуется в механическую мощность первого ротора Р2і = Рэшпк/пи и частично передается второму ротору. Эта вторая часть Р2п = Рэм (пи — Пк)/пц в основном преобразуется в механичес­ кую мощность в результате взаимодействия вращающегося поля рото­ ра и тока статора. Если пренебречь потерями, то отношение мощностей и вращающих моментов, передаваемых каждым двигателем общему валу, будет:

Намагничивающая мощность, потребляемая из сети, расходуется на создание магнитных полей двух машин, поэтому ток холостого хода каскада значительно превышает ток холостого хода одного дви­ гателя. Это приводит к тому, что коэффициент мощности и перегру­ зочная способность каскада имеют пониженные значения.

349

Для получения скоростей вращения свыше 3000 об/мин и до 6000 об/мин при частоте сети 50 гц применяются двигатели с двумя роторами. Скорость вращения промежуточного ротора пп опреде­ ляется частотой сети f1 и числом пар полюсов обмотки статора рѵ Если на этом роторе поместить обмотку трехфазиого тока и включить ее в сеть, то скорость вращения поля относительно ротора будет п2 — Wf1/p2, а относительно неподвижного статора пп -f п2 (при оди­ наковом направлении вращения поля и ротора). Второй ротор будет вращаться в результате взаимодействия тока в проводниках его об­ мотки с вращающимся полем промежуточного ротора, и скорость его будет близкой к скорости

пп+ пг 60/t , 60/1

Pi Pi

Кроме описанных, имеется большое число каскадов разных типов с применением коллекторных машин переменного и постоянного тока, характеристики которых рассматриваются в соответствующих учебных пособиях.

Г л а в а т р и д ц а т а я

ОСОБЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ

30-1. Поворотный трансформатор и автотрансформатор

Асинхронная машина может быть использована при заторможенном роторе как поворотный трансформатор (фазорегулятор). Для этой цели машина должна иметь ротор с фазной обмоткой. Одна пз обмоток (рнс. 30-1, а) предназначена для создания вращающегося магнитного потока и включается в трехфазную сеть. При постоянстве напряжения сети U1и частоты fx будут также постоянными величины Егф, Фе и Е2ф (предполагается отсутствие нагрузки). Величина вто­ ричной э. д. с. Е2ф будет определяться коэффициентом трансформации э. д. с. [формула (23-6)]. Если оси рассматриваемых фаз обмоток статора и ротора совпадают в пространстве, то наводимые магнитным потоком э. д. с. в обмотке статора ЕХф н в обмотке ротора £'2ф достигают амплитудного значения одновре­ менно, т. е. совпадают по фазе (рнс. 30-1, б). Если повернуть ротор но вращению магнитного потока на геометрический угол ß (рис. 30-1, в), то величина э. д. с.

Ехф и Е2ф в пределах от нуля до 360°, т. е. получить трансформатор' с плавно изменяющейся группой соединения обмоток (§ 12-2). Геометрическим местом концов вектора э. д. с. Егф будет окружность с центром, совпадающим с началом вектора £^ф (рис. 30-1, г).

При включении нагрузки в цепь статора ток нагрузки создает активные и индуктивные падения напряжения в первичной и во вторичной цепях, которые будут -изменять величину и фазу вторичного напряжения, как указано в § 23-5.

Поворотный трансформатор применяется для регулирования фазы сеточ­ ного напряжения ртутных выпрямителей и тиратронов, в измерительной технике главным образом для проверки ваттметров и счетчиков.

350