Принцип действия, устройство, типы, область применения одноякорных преобразователей. Соотношение напряжений и токов.

Ответ

На современных речных судах широкое применение имеет переменный ток. Однако, на судах используются также различные устройства и установки связи, требующие для работы постоянный ток. В отдельных случаях может быть и обратная необходимость в преобразовании постоянного тока в переменный.

Преобразование одного рода тока в другой возможно при помощи вращающихся преобразователей и статических устройств. К вращающимся преобразователям, относятся двигатель-генераторы и одноякорные преобразователи, к статическим устройствам — ртутные выпрямители, электронные и ионные преобразователи, полупроводниковые выпрямители.

Одноякорный преобразователь конструктивно представляет собой электрическую машину, обмотка якоря которой одновременно присоединяется как к коллектору, так и к контактным кольцам.

Если это машина однофазного тока (рис. 5,а)_,то она имеет два контактных кольца, к которым подводятся выводы от двух диаметрально противоположных точек якорной обмотки. Если это преобразователь трехфазного переменного тока (рис. 5,б), то к трем контактным кольцам подводятся выводы от трех точек якорной обмотки, смещенных по окружности относительно друг друга на 120 эл. градусов. При этом якорную обмотку можно рассматривать как трехфазную обмотку, соединенную в треугольник. Если преобразователь подключить к сети переменного тока, то он будет работать со стороны переменного тока как синхронный двигатель, а со стороны постоянного тока как генератор постоянного тока. И наоборот, если к щеткам коллектора подвести постоянный ток, то в обмотке якоря будет наводиться переменная ЭДС и в сети со стороны контактных колец будет действовать переменное напряжение. Таким образом, одноякорный преобразователь можно рассматривать как электрическую машину, в которой совмещены двигатель и генератор.

Рисунок 5 — Схемы одноякорных преобразователей: а) однофазного; б) трёхфазного

Одноякорные преобразователи могут быть одно-, трех- и шестифазными.

Между напряжениями постоянного и переменного тока в одноякорных преобразователях существует определенная зависимость, определяемая отношением

где — фазное напряжение переменного тока;

— э. д. с. постоянного тока; — число фаз.

Для преобразователей различных систем существуют зависимости:

однофазный преобразователь (m = 2): ;

трехфазный преобразователь (m = 3): ;

шестифазный преобразователь (m = 6): .

Соотношение между переменным и постоянным токами определяется уравнением

;

Фазные и линейные напряжения равны между собой, а линейный ток равен геометрической разности фазных токов, так как для трехфазного переменного тока обмотка якоря представляет собой соединение в треугольник. При числе фаз между фазными и линейными токами существует соотношение:

При трехфазном токе (m = 3): ; при шестифазном (m = 6): .

У одноякорных преобразователей напряжение постоянного тока при изменении нагрузки меняется незначительно. Это объясняется тем, что результирующий ток в обмотке якоря представляет собой разность направленных навстречу друг другу переменного и постоянного токов. Как следствие этого, у одноякорных преобразователей — малая реакция якоря, незначительные потери мощности и падение напряжения, устойчивое напряжение и хороший КПД.

Одноякорные преобразователи могут быть пущены как со стороны переменного тока, так и со стороны постоянного тока. Пуск со стороны переменного тока осуществляется как пуск обычного асинхронного двигателя. При пуске со стороны постоянного тока преобразователь включается как двигатель постоянного тока. После пуска преобразователь синхронизируется со стороны переменного тока и подключается к сети.

Решение задач

Задача № 1

Для машины постоянного тока в рабочем режиме определить:

1) ЭДС при номинальной нагрузке Ен;

2) магнитный поток Фн;

3) ток в параллельной ветви якорной обмотки Iо;

4) число коллекторных пластин К;

5) шаги якорной обмотки У, У₁, У₂, У_К, У_П.

Составить развернутую схему якорной обмотки, расставить полюса и щетки.

Исходные данные:

Тип машины – Д (двигатель);

Номинальная мощность – ;

Номинальное напряжение – ;

Номинальный КПД – ;

Сопротивление цепи якоря – ;

Сопротивление обмотки возбуждения – ;

Число пар полюсов – ;

Число пазов – ;

Число витков в катушке якорной обмотки – ;

Число коллекторных пластин на паз – ;

Частота вращения – ;

Класс изоляции – В.

Решение

Сопротивления обмоток при рабочей температуре:

;

Ток якоря:

ЭДС при номинальной нагрузке:

Постоянная :

Магнитный поток:

Число коллекторных пластин всегда равно числу элементарных пазов

Число секций равно числу элементарных пазов и коллекторных пластин

Полюсное деление определяется числом элементарных пазов, приходящихся на один полюс

Первичный шаг обмотки по якорю приблизительно равен величине полюсного деления

Шаги обмотки обязательно должны быть целыми числами.

Результирующий шаг обмотки по якорю в простой петлевой обмотке принимается ±1, принимаем . Шаг у численно равен шагу по коллектору ;

Вторичный шаг обмотки по якорю

Знак минус показывает, что шаг отсчитывается в обратном направлении.

Ширина полюсной дуги

Угол сдвига эдс соседних пазов

Рисунок 6 — Развернутая схема простой петлевой обмотки со следующими данными:

; ; ; ; ; ; ; ; .

Задача № 2

Генератор постоянного тока параллельного возбуждения с напряжением на выводах Uн, эксплуатируется при номинальной нагрузке Рн, частоте вращения n_н Если генератор использовать в качестве двигателя с напряжением на выводах Uс, то он потребляет от сети мощность Рс = 0,5Рн. Сталь в машине не насыщена и поток изменяется пропорционально току возбуждения. Падение напряжения на щетках ∆Uщ = 2 В. Определить для этого случая частоту вращения двигателя. Реакцию якоря не учитывать.

Исходные данные:

Номинальная мощность – ;