Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974

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

Для возможности самосинхронизации сельсины всегда выпол­ няются двухполюсными.

Точность работы синхронной передачи в значительной степени определяется крутизной зависимости синхронизирующего момента

Мс от угла рассогласования Ѳ роторов обеих машин (рис. 31-21). Для увеличения крутизны этой характеристики, особенно в началь­ ной части, первичную обмотку располагают на явно выраженных полюсах, а при неявнополюсном роторе применяется поперечная короткозамкнутая обмотка.

31-5. Асинхронные тахогенераторы

Асинхронные тахогенераторы, так же как и тахогенераторы постоянного тока, применяются для получения электрического сигнала, пропорционального скорости вращения.

Наибольшее распространение получили асинхронные тахогене­ раторы с полым ротором (рис. 31-22), хотя для этой цели могут быть использованы и другие двухфазные асинхронные машины.

Основными частями являются наружный 1 и внутренний 2 ста­ торы и полый ротор 3. В пазах наружного статора располагается обмотка 5 возбуждения, приключаемая к сети. На внутреннем статоре размещается обмотка б, с которой снимается напряжение. Для возможности регулирования угла между осями обмоток преду­ сматривается специальное устройство 4, с помощью которого внутрен­ ний статор может быть повернут относительно наружного и закреп­ лен в определенном положении. Ротор обычно выполняется из мате­ риала с высоким и мало зависящим от температуры сопротивлением, например бронзы или манганина.

Принцип действия тахогенератора поясняется на рис. 31-23. При включении обмотки возбуждения в сеть возникает пульсирующий

372

магнитный поток Фв. Амплитуда этого потока зависит от приложен­ ного к обмотке напряжения.

Если ротор неподвижен, то этот поток будет наводить в роторе только трансформаторную э. д. с., иод влиянием которой возникнут токи, замыкающиеся но образующим цилиндра ротора и торцевым частям. Э. д. с. и токи в левой половине ротора направлены в одну сторону, а в правой — в противоположную (рис. 31-23). Эти токи создают магнитный поток Фй, направленный навстречу потоку Фв. В генераторной обмотке э. д. с. наводиться не будет, так как ось этой обмотки перпендикулярна направлению магнитных потоков Фв И Фгг.

При вращении ротора в нем будет наводиться э. д. с. вращения вследствие пересечения линий магнитного потока Фв, которая может

1 г з

Рис. 31-22. Асинхронный тахогенератор с полым немагнитным ротором

быть определена по правилу правой руки. Величина этой э. д. с. будет пропорциональна магнитному потоку и скорости вращения, а частота равна частоте тока в обмотке возбуждения. Токи в роторе от этой э. д. с. будут замыкаться по образующим цилиндра и по краям его.

Направления э. д. с. и токов будут совпадать вследствие малого индуктивного сопротивления ротора. В верхней половине ротора токи направлены в одну сторону, в нижней — в противоположную. Эта вторая система токов создает магнитный поток Фд, совпадающий по направлению с осью генераторной обмотки. Величина потока Фч при ненасыщенной магнитной цепи будет пропорциональна току от э. д. с. вращения, т. е. току обмотки возбуждения и скорости вращения ротора. В результате при постоянстве тока возбуждения в генераторной обмотке будет наводиться э. д. с. потоком Ф5, про­ порциональная по величине скорости вращения ротора, а частота этой э. д. с. равна частоте тока возбуждения.

Основная характеристика тахогенератора — зависимость напря­ жения генераторной обмотки от скорости вращения (рис. 31-24) — напоминает характеристику тахогенератора постоянного тока.

373

Под влиянием активного сопротивления обмоток статора и индук­ тивного сопротивления обмоток статора и ротора наблюдается откло-

нение характеристик от линейной зависимости. Кроме того, фаза напряжения генераторной обмотки зависит от характера и величины нагрузки и скорости вращения.

Гл а в а т р и д ц а т ь в то р а я АСИНХРОННЫЕ КОЛЛЕКТОРНЫЕ МАШИНЫ

32-1. Основные сведения

Асинхронные бесколлекторные двигатели имеют два существен­ ных недостатка: сравнительно низкий cos ср, в особенности в тихоход­ ных двигателях, и малоудовлетворительные регулировочные харак­ теристики. В отношении cos ф асинхронный бесколлекторный дви­ гатель уступает синхронному, а в отношении регулировочных харак­ теристик — двигателю постоянного тока. Но если асинхронной машине придать коллектор, то она приобретает особые свойства, которые позволяют использовать ее для работы в режиме двигателя, имеющего разнообразные и гибкие регулировочные характеристики; в режиме компенсатора, предназначаемого для улучшения cos ф асинхронного бесколлекторного двигателя; в режиме генератора, включаемого в каскад с асинхронным бесколлекторным двигателем и служащего чаще всего как для регулирования скорости вращения последнего, так и улучшения его cos ф.

Асинхронные коллекторные машины получили значительное раз­ витие в 1900—1914 гг. как двигатели однофазного тока и как машины трехфазного тока, используемые в самых различных установках и для самых различных целей. Однако эксплуатация коллекторных машин переменного тока показала, что они относительно тяжелы

374

и дороги, требуют внимательного ухода, имеют менее благоприятные рабочие характеристики, чем машины нормального исполнения, и, главное, менее надежды в работе из-за тяжелых условий коммута­ ции.

. Этим и объясняется то, что коллекторная машина переменного тока относится к числу машин специального типа и не получила сколько-нибудь широкого распространения. Поэтому ниже описы­ ваются лишь однофазный и трехфазный асинхронные коллекторные двигатели, как наиболее типичные машины этого рода.

32-2. Однофазный коллекторный двигатель последовательного возбуждения

Схема этого двигателя изображена на рис. 32-1. Здесь 1 — якорь с обмоткой и коллектором; 2 — обмотка возбуждения; 3 — компенса­ ционная обмотка, служащая для улучшения соэф путем компенсации реакции якоря; 4 — добавочные полюсы, шунтированные активным сопротивлением 5 и служащие, так же как и в машинах постоянного

«— Рис. 32-1. Схема однофазного коллектор­ L _ J ного двигателя последо­ вательного возбуждения

Рис. 32-2. Вращающий момент однофазного кол­ лекторного двигателя —*

тока, для улучшения коммутации. Для регулирования скорости вращения применяется секционированный трансформатор 6. Вся магнитная система двигателя выполнена из листовой стали, чтобы уменьшить потери от вихревых токов. Щетки устанавливают так,

чтобы переключаемые секции располагались на линии геометрической нейтрали.

Так как в двигателе последовательного возбуждения одновременно изменяются ток в якоре і и поток индуктора ф8, то вращающий момент тш двигателя имеет все время одно направление (рис. 32-2), пульсируя с частотой 2/, где / — частота тока I. Обычно под моментом однофазного двигателя понимают его среднее значение Мш, равное половине наибольшего момента.

Пульсирующий магнитный поток наводит в обмотке якоря в общем случае две разного рода э. д. с.: трансформаторную э. д. с. етр, поскольку обмотки возбуждения и якоря можно рассматривать как первичную и вторичную обмотки трансформатора и э. д. с. вращения евр — наводимую в обмотке якоря при пересечении потока <р8.

Действие етр выясняется на схеме рис. 32-3, б при неподвижном якоре, т. е. п = 0. Так как плоскость секции 1—1' параллельна

375