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 .