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

пуса 1 и сердечника 2, из листов электротехнической стали, изоли­ рованных друг от друга. В пазах статора располагается обмотка 3. Внутренний сердечник 4 также собирается из листов электротехни­ ческой стали и закрепляется на выступе одного из подшипниковых щитов. Он служит для уменьшения сопротивления пути основного магнитного потока. Полый ротор 5 выполняется в виде тонкостен­ ного цилиндра из немагнитного металла, чаще всего из сплавов алюминия; толщина стенок цилиндра 0,2—1 мм в зависимости от мощности двигателя. Ротор закрепляется на валу 6; между стенками ротора и неподвижными частями имеется зазор 0,15—0,25 мм.

Вдвигателях мощностью меньше 1,5 вт обмотки располагаются

впазах внутреннего сердечника, и тогда внешний статор .является только магнитопроводом. Это облегчает выполнение обмоток, но увеличивает размеры диаметра ротора, приводит к увеличению вращающего момента и момента инерции.

Иногда одна из обмоток помещается на внешнем статоре, а вто­

рая — на сердечнике.

Характерной особенностью двигателя с полым немагнитным ротором является большой Немагнитный участок на пути основного магнитного потока. Вследствие этого двигатель имеет большой намагничивающий ток, низкий коэффициент мощности и низкий к. и. д. Полый немагнитный ротор обладает незначительным индук­ тивным сопротивлением; это улучшает механические и регулировоч­ ные характеристики двигателя.

В зависимости от способа регулирования напряжения в обмотке управления — по амплитуде или по фазе — характеристики дви­ гателя получаются различными.

Наибольшее распространение получила схема включения с кон­ денсатором в обмотке возбуждения и регулированием напряжения на обмотке управления, включенной в ту же сеть. Одновременно с изменением амплитуды напряжения при регулировании и тока при нагрузке происходит изменение угла между векторами напряжений на обмотках; таким образом, здесь имеет место амплитудно-фазовое управление.

Механические характеристики М2 — / (п) при Uy = const яв­ ляются одними из основных характеристик двигателя. На основании этих характеристик можно судить об устойчивости работы двигателя при различных нагрузках. На рис. 31-13 представлено семейство механических характеристик управляемого двигателя с полым немагнитным ротором.

Регулировочные характеристики п = / (С7У) при М2 = const дают представление о регулировочных качествах двигателя. В автомати­ ческих устройствах предпочтение отдается двигателям с линейной зависимостью скорости вращения ротора от напряжения управления. На рис. 31-14 представлены регулировочные характеристики двига­ теля с полым немагнитным ротором. Регулировочные характеристики могут быть построены по данным опыта или же по семейству механи­ ческих характеристик. Так как регулировочные характеристики ближе всего подходят к прямой при малых скоростях вращения и

367

небольших напряжениях управления, то для расширения пределов линейной части характеристики следует применять двигатели с боль­ шой синхронной скоростью вращения и достаточной мощностью.

Напряжение, при котором ротор двигателя преодолевает нагру­ зочный момент и начинает вращаться, называется напряжением трогания. Даже при отсутствии нагрузочного момента на валу напря­ жение трогания не равно нулю вследствие наличия трения в под­ шипниках.

31-3. Вращающиеся трансформаторы и автотрансформаторы

Вращающиеся трансформаторы предназначены для получения напряжения, пропорционального тригонометрической или линейной функции угла поворота ротора. Устройство вращающегося транс­ форматора не отличается от устройства асинхронной машины с фаз­ ным ротором, на статоре и роторе которой уложены по две обмотки

свзаимно перпендикулярными осями.

Всеть включается одна из обмоток статора (А на рис. 31-15, а). Магнитный поток Фг, создаваемый синусоидальным током, является пульсирующим. При совпадении осей обмоток действующее значение

с, обмоткой ротора С, изменяется пропорционально косинусу угла поворота, и э. д. с., наводимая этим потоком, будет Е2с = Е2т cos ß.

Для обмотки ротора D величина э. д. с. Е2п — Е2т sin ß.

При наличии тока в обмотке ротора напряжение U2 не будет следовать полученным закономерностям для э. д. с. главным образом вследствие значительного влияния потока обмотки ротора. Намагни­ чивающая сила Е2 обмотки ротора, обусловленная током нагрузки / 3,

368

направлена по оси обмотки и ее можно разложить на две составляю­ щие так, что одна из них F2 cos ß совпадает c ocbfo обмотки статора А, а вторая F2 sin ß перпендикулярна к ней (рис. 31-15, б).

Первая составляющая уравновешивается намагничивающей силой обмотки статора Fx и приводит к увеличению тока статора І х. Вторая составляющая вызывает магнитный поток Ф2 sin ß, где Ф2 — маг­ нитный поток, обусловленный намагничивающей силой обмотки ротора F2- Поперечный поток Ф2 sin ß вызывает э. д. с. самоиндук­ ции E2l в обмотке ротора, пропорциональную проекции площади витка обмотки на плоскость, перпендикулярную направлению

мотка. Вторая обмотка В на статоре замыкается накоротко и под влиянием поперечного потока в ней наводится э. д. с. Ек, протекает ток / к и намагничивающая сила FK= wKkwKIv почти полностью ком­

Такое использование компенсационной обмотки статора назы­ вается первичным симметрированием.

Рассмотренный вращающийся трансформатор является синуснокосинусным, так как он дает возможность получить одновременно два напряжения, пропорциональных указанным тригонометриче­ ским функциям угла поворота ротора. Если полные сопротивления нагрузки в обеих вторичных обмотках одинаковы, то одна из обмоток является компенсационной для второй и точность работы вращаю­ щегося трансформатора значительно повышается. Такая взаимная компенсация поперечных намагничивающих сил обмоток ротора на зывается вторичным симметрированием.

369

При непрерывном вращении ротора с постоянной угловой ско­ ростью Q мгновенные значения напряжения обмотки D будут

T . e. вторичное напряжение имеет форму синусоидальных импульсов, амплитуда которых изменяется также по синусоидальному закону

(рис. 31-16).

В линейном вращающемся трансформаторе вторичное напряжение должно изменяться пропорционально углу поворота ротора. Для этой цели может быть использован синусный трансформатор, у кото­

Можно преобразовать схему синусно-косинусного трансформа­ тора так, чтобы получить зависимость выходного напряжения в виде функции sin ß/(l -j-т cos ß). Эта зависимость при т = 0,5 -р- 0,6 отличается от линейной до 1% при изменении угла ß в пределах от 0 до 65°. В этом случае синусная обмотка D соединяется с компен­ сационной обмоткой В. В косинусную обмотку С включается балласт­ ное сопротивление zc (рис. 31-17). При такой схеме получается линейный трансформатор с вторичным симметрированием. Наиболее благоприятный режим работы этой схемы будет при постоянстве сопротивления нагрузки zH.

При непрерывном вращении ротора мгновенное значение вторич­

T . e. вторичное напряжение имеет форму синусоидальных импульсов, амплитуда которых периодически изменяется (рис. 31-18); в началь­ ной части каждого периода это изменение происходит по линейному закону.

Вращающиеся автотрансформаторы применяются для плавного регулирования напряжения однофазных сетей. Первичная обмотка

370

включается в сеть и последовательно с ней соединяется вторичная обмотка (рис. 31-19). Вторичное напряжение зависит от угла пово­ рота ротора

= -j£- (К + cos ß)-

щ

На статоре укладывается компенсационная обмотка, замкнутая накоротко для уменьшения поперечного потока вторичной обмотки.

система синхронной передачи, которая в простейшем случае состоит из трех элементов: датчика, приемника и связывающей их сети. Устройство датчика и приемника одинаково и напоминает асин­ хронный двигатель с трехфазной обмоткой на статоре и однофазной на роторе. Однофазная обмотка включается в сеть переменного тока, а трехфазные обмотки соединяются между собой (рис. 31-20).

Однофазный пульсирующий поток, создаваемый первичными обмотками, наводит во вторичных обмотках э. д. с., совпадающие по фазе, но отличающиеся друг от друга по амплитуде, в зависимости от положения каждой из трех вторичных обмоток относительно оси первичной обмотки. При одинаковом положении роторов датчика и приемника вторичные э. д. с. обеих машин уравновешивают друг друга, и во вторичной цепи ток отсутствует.

При повороте ротора сельсина-датчика на угол д нарушается равновесие между вторичными э. д. с. сельсина-датчика и сельсинаприемника; вследствие этого возникает уравнительный ток, вызы­ вающий появление вращающего момента, стремящегося привести роторы в одинаковое положение по отношению к оси обмоток статора. Но так как ротор датчика обычно связан с задающим механизмом и не может свободно поворачиваться, то происходит поворот сельсина приемника.

371