> Техника, страница 73 > Преобразователь

Преобразователь

Преобразователь, вращающаяся элек-трическ. машина, преобразующая электрич-энергию одного рода в электрич. же энергию другого рода. П. делятся на следующие· группы: 1) П. для преобразования переменного тока в постоянный и обратно, 2) П. для изменения напряжения постоянного тока,.

3) П. для изменения частоты переменного“ тока, 4) П. для изменения числа фаз переменного тока, 5) П. для одновременного изменения частоты и числа фаз. В П. последних трех групп происходит обычно и изменение напряжения переменного тока. Специально для этой цели П. не изготовляются, эту задачу выполняют трансформаторы (см·)· Преобразование переменного тока в постоянный и обратно осуществляется П. или двумя спаренными, но электрически несвязанными машинами. Во втором случае-при преобразовании переменного тока в" постоянный одна машина—асинхронный или синхронный двигатель, а вторая—динамопостоянно го тока; при преобразовании постоянного тока в переменный, шунтовой или компаундный двигатель вращает генератор переменного тока (смотрите). Система двух отдельных машин называется «двигатель-генератор» и не относится к П. Для преобразования перемен, тока в постоянный без возможности обратного преобразования служат ртутные выпрямители (смотрите), успешно конкурирующие с П. и двигатель-генераторами."

Одноякорный П. (умформер, конвертер). Принцип действия. ОдноякорныйП. переменного тока в постоянный представляет собой совмещение в одной машине синхронного двигателя и генератора постоянного тока. По конструкции П. является машиной постоянного тока с основным отличием: на якоре, со стороны, противоположной коллектору, добавлены то ко подводящие кольца, связанные с его обмоткой. Число колец т равно числу фаз переменного тока (для однофазного тока два кольца). Переменный ток, подведенный к кольцам, создает момент вращения с неподвижными, возбуждаемыми постоянным током, полюсами индуктора совершенно так же, как в-

синхронном двигателе, и якорь машины вращается с синхронным числом оборотов п== Вследствие вращения обмотки якоря в магнитном поле в ней индуктируеуся эдс той же частоты, что и частота подведенного переменного тока. Эта эдс обусловливает напряжение на коллекторе и, так как последний вращается с синхронной скоростью, выпрямляется им аналогично выпрямлению в генераторе постоянного тока. В результате на щетках коллектора получается напряжение, постоянное по величине и направлению. Приключив нагрузку, можно получить от коллектора постоянный ток; последний создает тормозной момент с полем индуктора. Из-за потерь в машине тормозной момент постоянного тока меньше момента вращения, так как мощность постоянного тока меньше подведенной мощности переменного тока.

Соотношение напряженийв П. Во время холостого хода напряжение на кольцах немногим отличается от противоэдс, индуктированной в обмотке якоря. Между напряжением на кольцах и на щетках в П. существует определенное соотношение. Действительно напряжение на щетках постоянного тока равно максимальной сумме отдельных, различных по величине и фазе, напряжений, индуктированных в последовательно соединенных витках, составляющих определенную часть обмотки якоря. Противоэдс является переменной по величине и направлению суммой эдс, индуктированных в тех же витках, но составляющих иную часть обмотки. Соотношение эдс не зависит от числа полюсов, но зависит от числа фаз П. Векторный мн-к напряжений для одной какой-либо пары ветвей обмотки якоря обращается при большом числе проводов в окружность (окружность Осанна). Максимально е значение суммы напряжений одной ветви (напряжение на щетках коллектора) выражается диам. окружности. Амплитудным значением противоэдс является сторона вписанного мн-ка с числом сторон, равным числу фаз. Для любого числа фаз соотношение между стороной и диаметром определяется ф-лой:

эдс пер ем. тока _ л эдс пост, тока ^— т

ИЛИ

л эдс дерем, тока _^sln ~т эдс пост, тока ~ j у ’

если брать эффективное, а не амплитудное значение эдс переменного тока. На фигуре 1 приведена диаграмма для трехфазного и шестифазного П. Приведенная формула верна при синусоидальном распределении ма гнит-ного потока. В противном случае получается несколько иное соотношение. В табл. 1 даны соотношения между противоэдс переменного тока и эдс постоянного тока при разных чи слах фаз для разных отношений длины по- -люсной дуги к полюсному делению.

Таблица 1, — Соотношение между эдс в П.

полюсн. дуга	0,75	0,7	Сину соид. поле	0,65	0,6
полюсн. деление
Однофазный П.	0,69	0,71	0,707	0,73	0,75
Трехфазный ».	0,60	0,62	0,612	0,64	0,66
Шестифазный ».	0,847	0,354	0,354	0,367	0,377
Двенадцатифазн. П.	0,182	0,185	0,185	0,192	0,197

Пренебрегая падением напряжения в обмотке, можно считать, что данные табл. 1 относятся и к напряжениям на кольцах и щет— ках коллектора. Наличие связи между величинами напряжений часто вызывает необходимость во включении трансформатора между кольцами и се-тью,т.к. при заданном напряжении постоянного тока напряжение на кольцах может отличаться от напряжения сети. При применении П. с отдельными обмотками на якоре для переменного и постоянного тока можно· избежать включения трансформатора. В некоторых П. применяют комбинированную обмотку: часть ее обтекается только переменным током, а часть обоими токами. На фигуре 2 приведена схема обмотки подобного трехфазного П. Линейное напряжение переменного тока связано в данном случае е напряжением постоянного тока ф-лой

Ει=0,612E -f- 2Е_г · Cos 30°.

В виду худшего кпд по сравнению с обычными П. и трудностями в размещении на одном якоре высоковольтной и низковольтной обмоток эти П. строятся редко и только для малых добавочных напряжений — Е_г.

Пределы напряжения постоянного тока. Из-за конструктивных причин П. могут изготовляться только для напряжения на коллекторе, не превышающего определенного значения. Последнее тем выше, чем меньше частота переменного тока П. Действительно напряжение постоянного тока и частота связаны ф-лой‘

т/_ Aft-ек

^У а ·/·/»*’

где &_к—линейная скорость коллектора, е_к— среднее напряжение между двумя соседними пластинами коллектора, β_κ—ширина коллекторной пластины (с изоляцией), /—частота переменного тока.

Принимая современные максимально допустимые величины для скорости дилиндрич. коллектора — 30 м/ск и для среднего напряжения е_к—17 V, получают, приняв β_]ί равным 5 миллиметров, следующие данные зависимости наибольшего напряжения на коллекторе от частоты:

Частота (пер/ск.). 15 25 33 40 SO 60

Напряжение (V). 3 500 2 000 1 500 1 300 1 000 850 В новейших П. с радиальным коллектором, где допущена скорость порядка 50 м/ск, возможно иметь при 50 периодах 1 650 V постоянного тока. Предел напряжения на коллекторе заставляет иногда прибегать к

последовательному соединению П. Такие случаи встречаются в электрич. тяге.

Соотношение между величинами переменного и постоянного тока. При отсутствии потерь в П. мощность переменного тока равна отдаваемой мощности—мощности постоянного тока. Отсюда следует зависимость при синусоидальном поле между линейными токами:

, 2J/2 1

¹пер. т. ^хнос. т. _т ц_{03 φ}

Из ф-лы ясно влияние числа фаз. В действительности однако из-за потерь мощность переменного тока больше отдаваемой. В табл. 2 даны соотношения между токами при cos9?=l—теоретические (без учета потерь) и приблизительные действительные.

Таблица 2,—С 0 о т н о ш е н и я между линейными токами.

Преобразователь	Теорет. соотношение			Дейст вит.*
	а=0,75	сину соид. поле	а=0,65
Трехфазяый. Шестпфазный ·. Двенадцатифазный	0,97 0,48 0,24	0,943 0,472 0,24	0,915 0,46 0,23	1,0 0,5 0,3

* Приближенные значения.

Ток в якоре П. В обмотке якоря протекает результирующий ток—разность между переменным и постоянным. Результирующий ток меняется за один оборот якоря в "каждом витке фазы по другому закону. Это следует из того, что витки проходят в разное время под щетками—один коммутируется при амплитудном значении переменного тока, другой—при нулевом и т. д. Результирующий ток в витке зависит и от сдвига фаз переменного тока; действительно амплитудное значение перемен. тока имеет Фигура з. место для cos φ=1

при прохождении среднего витка под срединой полюса, а при cos φ.< 1 в иных положениях. Общее ур-ие для результирующего тока имеет вид:

г_г= +

У 21sin(cui - φ — а),

где а—угол между средним и данным витком фазы. Угол а может меняться в пределах

Фигура 4.

Фигура 5.

+ На фигуре 3 видна кривая результирующего тока при cos φ=1 для среднего вит ка. На фигуре 4 приведены кривые тока при том же cos φ для разных витков. На фигуре 5 даны кривые тока при сдвиге фаз на 30°.

Потери в обмотке якоря. Потери в разных витках якоря, пропорциональные в каждый момент квадрату силы тока, различны. Из кривых тока для различных витков видно, что наименьшие потери должен быть при cos φ=1 в среднем витке обмотки фазы, а наибольшие—в крайних витках, соединенных с кольцами.

Потери в обмотке якоря определяются следующей ф-лой:

Рпреобр. — Ra I¹ (1 Н--------If V

т². sin² — · cos² φ J

В виду того что потери в этом же якоре при постоянном токе той же силы равны R_a I* следует, что отношение к потерь якоря П. и генератора постоянного тока той же мощности определяется выражением:

т² · sin² — · cos²?) ^π" т

В табл. 3 дано значение для к при cos φ=1 и при реактивном токе г_р, составляющем 30 и 50% от тока.

Таблица 3.—Значения для ft.

Преобразователь	(в %)
	0	30	50
Трехфазный. Шестифазный. Двенадцатифазный.	0,567 0,267 0,207	0,680 0,345 0,285	0,870 0,435 0,420

Из табл. 3 следует, что чем больше г», тем больше потери, и что в П. с ростом числа фаз потери уменьшаются. Трехфазные П. изготовляют мощностью до 500 kW; для мощностей порядка 500—1 000 kW пользуются шестифазными П.; для больших мощностей П. делают 12-фазные. Отметим значительно ухудшающее влияние сдвига фаз на потери.

Ток возбуждения. П. работает со стороны переменного тока как синхронный двигатель, поэтому на его режим существенное влияние оказывает величина тока возбужде- ния. При уменьшении его, эдс, индуктированная в якоре,уменьшается, при увеличении — увеличи

вается. Изменение эдс вызывает появление отстающего тока в первом случае и опережающего тока—во втором. Реактивный ток создает продольное магнитное поле и в результате сложения его с главным полем последнее остается неизменным. На фигуре 6 приведен характер зависимости величины переменного тока I и cos φ от тока возбуждения г_т при постоянной нагрузке. Следует отметить, что из-за наличия высших гармоник, иногда при наименьшей силе тока cos φ не равен единице. Из графика видно, что чем больше ток возбуждения, тем больше опережающий ток. Указанное позволяет применять перевозбужденный П. для улучшения cos φ питающей сети. Необходимо заметить однако, что использование П. в качестве син-

		У

0.5

отст.

/О

cos<p-Фигура 7.

хронного конденсатора из-за роста тока сопровождается значительным увеличением в нем потерь. На фигуре 7 приведены значения _п кпд при постоян ной нагрузке, в за -

ВИСИМОСТИ ОТ COS φ

(так называемым—нормальная нагрузка). Обычно ток возбуждения берется такой величины, чтобы при 75 % нагрузки протекал переменный ток, наименее сдвинутый по фазе. При питании П. от трансформатора устанавливают такой ток возбуждения, что он компенсирует сдвиг фаз в трансформаторе.

Реакция якоря, коммутация, короткое замыкание, качания. В П. при установившемся режиме существует почти что равенство между мдс постоянного тока и активной составляющей переменного тока. Ось магнитного поля постоянного тока якоря направлена по щеткам; по той же оси, но в противоположном направлении, направлено и поле от активной составляющей переменного тока. Полной компенсации поперечных полей однако не происходит, так как поле постоянного тока имеет треугольное распределение, а поле переменного тока теоретически синусоидально. На фигуре 8, А изображено поле постоянного тока, синусоидальное поле переменного тока и результирующее поле по щеткам. Поперечное поле имеет пульсирующий характер, так как поле переменного тока периодически меняет свою форму из трапецевидной в остроконечную.

У трехфазного П. поперечное поле пульсирует в пределах 6,7Д-19%, У шестифазного 9-У21% и у двенадцатифазного 154-18% от поля постоянного тока. При наличии реактивной составляющей в переменном токе П. ось магнитного поля якоря от переменного тока сдвигается относительно оси щеток. Магнитное поле в этом случае можно рассматривать как результирующее двух полей—одного, созданного активным током и направленного по оси щеток, и второго, образованного реактивным током, направленного по оси полюсов. Первое компенсируется полем постоянного тока якоря; второе ослабляет основное поле при опережающем токе и увеличивает его при отстающем. Однако в виду того, что сдвиг фаз переменного тока П. зависит от силы тока возбуждения, продольное поле не изменяет величину поля индуктора. Как видим, при установившемся режиме в преобразователе можно пренебречь реакцией якоря.

Коммутация протекает при нормальном режиме вполне благоприятно, т. к. в коммутируемых витках поперечное поле якоря наводит небольшие эдс. Для уничтожения в витках так называемым реактивного напряжения применяют дополнительные полюсы. Однако из-за пульсаций поперечного поля реакции якоря компенсация реактивного напряжения в коммутируемых витках происходит не непрерывно, а лишь в отдельные моменты. Значительно хуже протекает коммутация при внезапных изменениях реяшма—сбрасывании нагрузки и коротких замыканиях в цепи постоянного тока. В первом случае энергия переменного тока не успевает уменьшиться, ротор приобретает ускорение" и поперечное поле переменного тока, большее чем поле постоянного тока, сдвигается вперед; во втором случае происходит обратное явление—добавочная энергия постоянного тока покрывается за счет живой силы ротора, и поле переменного тока, меньшее чем поле постоянного, сдвигается назад—против вращения. Эти явления вызываются тем, что переменный ток не успевает изменяться соответственно изменению режима в цепи постоянного тока. В результате нарушения равновесия между ампер-витками реакции якоря, при одновременном сдвиге ротора, получается значительное поперечное поле, вызывающее искрение под щетками. На фигуре 8, В видно результирующее поле при смещении ротора на 60° и при величине поля постоянного тока, превышающей поле переменного тока в I¹/, раза. Ротор до достижения правильного смещения совершает ряд качаний, вредно отражающихся на коммутации. Для борьбы с качаниями делается большой зазор и в полюсных наконечниках главных полюсов П. устраиваются успокоители, клетки Леблана, которые представляют собой соединенные с торцов медные стержни. Успокоители препятствуют качаниям, так как в них возникают при этом тормозящие токи.П. тем чувствительнее к качаниям, чем больше частота переменного тока. Успокоители выполняют еще две роли·— уменьшают пульсации главного магнитного потока, происходящие из-за пульсаций продольного поля реакции якоря от переменного тока, и служат пусковой обмоткой при асинхронном пуске. Для избежания кругового. огня на коллекторе при коротком замыкании применяется ряд мер: добавочные полюсы делают с большим магнитным сопротивлением, чем устраняется возможность неправильного направления их поля, между щетками вдоль коллектора устраивают огнеупорные барьеры, разделяют коллектор на два отдельных, причем на каждом помещают щетки только одной полярности, и т. д. При принятии специальных мер в современных П. удается избежать кругового огня на коллекторе и получить хорошую коммутацию при перегрузке на 200%.

Значительную опасность для П. представляет короткое замыкание в сети переменного тока. При наличии в сети постоянного тока других источников электрич. энергии в якорь П. устремляется постоянный ток и П. работает как П. постоянного тока в переменный. Переменный ток короткого замыкания реактивный и размагничивает главные полюсы, почему П. может разнести. Для избежания этого необходим автомат обратного тока и специальный ограничитель скорости. Последний представляет собой центробежный автомат, замыкающий при превышении скорости на 10% цепь автоматического выключателя.

Падение напряжения, пульсации, cos ψ и кпд при нагрузке. В П. падение напряжения при переходе от холостого хода к полной нагрузке очень мало—не превышает 4%. Это происходит по следующим причинам: 1) из-за взаимной компенсации токов в обмотке активное падение мало; 2) магнитный поток в машине почти постоянен; 3) реактивное падение напряжения в П. мало в виду его конструктивных особенностей и малой величины тока в якоре. Указанные обстоятельства позволяют пренебречь реактивным падением напряжения и считать, что напряжение постоянного тока в шунтовом П. уменьшается при нагрузке и cos ψ=1 только на величину падения в обмотке в переходном контакте щеток:

F=F₀ -(I-r-U + IR+bV), где г—омич, сопротивление якоря, R—сопротивление дополнительных полюсов, к==0,618 для трехфазного, 0,267—для шестифазного и 0,127—для двенадцатифазного П., AV—падение напряжения в контакте щеток, равное при угольных щетках 2 V. Падение напряжения в обмотке якоря в % от полного напряжения составляет обычно для П. мощностью до 300 kW 0,6—1%, для П. мощностью 300-т-1 000 kW 0,3—0,5% и для П. мощностью 1000-^5 000 kW 0,1—0,4%. Активные потери напряжения в якоре не являются постоянной величиной, они меняются в течение одного оборота якоря и вызывают легкую пульсацию напряжения постоянного тока. Пульсации происходят потому, что путь тока в обмотке меняет свое значение в течение одного оборота от наименьшей величины до наибольшей. Наименьшее падение напряжения в многофазном П. в те моменты, когда под серединой какого-нибудь полюса находится виток, соединенный с одним из колец. Для трехфазного и шестифазного П. число пульсаций в шесть раз больше числа периодов сети. Практически однако колебания очень малы. Действительно величина колебания падения напряжения постоянного тока выражается в У следующей ф-лой:

ϊ-1-R-

где 1—сила постоянного тока, R—омич, сопротивление обмотки якоря, %—соотношение между удвоенной величиной активного фазового переменного тока и постоянного тока. Для трехфазного П. величина колебания составляет 97%, для шестифазно го— 42% и для двенадцатифазного—20% от падения напряжения при работе П. генератором с той же нагрузкой. Пульсации напряжения постоянного тока происходят также и вследствие относительного вращения высших гармоник магнитных полей обмотки якоря; для их заглушения служат успокоительн. обмотки. Следует отметить еще вредное влияние пазов якоря. Для избежания появления от них пульсаций в напряжении постоянного тока располагают иногда пазы не вдоль оси якоря, а под углом—т. н. косые пазы. В П. с надлежаще установлен ной силой тока возбуждения cos φ мало меняется и в пределах 50-1-100 % нагрузки близок к единице. На фигуре 9 приведены рабочие характеристики П.

Кпд П. весьма высок и колеблется в пределах 93-1-97 %.

В П. со специальными устройствами для регулирования напряжения кпд приблизительно на 0,5% ниже.

Соединения П. с сетью. П. обычно приключается к сети через трансформатор, для того чтобы иметь напряжение на кольцах соответствующим величине напряжения постоянного тока. Для питания трехфазных П. применяют обычные трансформаторы с соединением обмоток по схемам «звезда—звезда», «треугольник—звезда» и др.; при работе на трехпроводную сеть постоянноготока уравнительный проводпри-соединяется к нулевой точке трансформатора; последний имеет обычно вторичную обмотку, соединенную «в зигзаг». Этой схемой избегается магнитная неуравновешенность при несимметричной нагрузке. При включении трехфазногоП. в двухфазную сеть пользуются однофазными трансформаторами, соединенными по схемам Скотта и др. Шестифазные П. питаются от трехфазной сети помощью трехфазных транс

фигура 9.

? 9 L ‘WW^ K/VW|		Каал/^
^ν ΑΛ/| клААл< k/vw-
|WW	r	ww
	D
Фигура 10.

Фигура 11.

форматоров, у которых вторичная обмотка на каждом стержне разбита на две части. Вторичные обмотки соединяют в двойную звезду или в двойной треугольник. На фигуре 10 приведена схема питания П. от трансформатора с соединением «звезда—двойная звезда», на фигуре 11—«звезда—двойной треугольник». При питании шестифазного П. от двухфазной сети пользуются обычно двойной схемой Скотта. Соединение П. с сетью постоянного тока подобно включению генератора постоянного тока. Для получения высокого напряжения два П. соединяются последовательно. Питание их производится при этом от общего трансформатора с двумя вторичными обмотками. В редких случаях при электропередачах пользуются последовательным соединением нескольких П. Для защиты П. от коротких замыканий в сети постоянного тока устанавливают быстродей-

ствующие автоматич. выключатели; для защиты от разноса П. при коротких замыканиях в сети переменного тока и при прекращении питания компаундного П. употребляются автоматы для выключения обратного тока и ограничители скорости.

ПусквходП. Существуют два метода пуска в ход П.: со стороны переменного тока и со стороны постоянно-г о тока. При пуске со стороны переменного тока пользуются несколькими способами. 1) Асинхронный пуск. П., пускаемые в ход этим способом, имеютв главных полюсах пусковую обмотку—беличью «летку, представляющую собой продольные медные стержни, соединенные между собой с торцов машины. При пуске якорь П. включается на пониженное напряжение и от взаимодействия вращающегося поля с пусковой обмоткой начинает вращаться, работая как индукционныйдвигатель,питаемый с ротора. Пусковая обмотка играет при этом роль вторичной короткозамкнутой обмотки индукционного двигателя. Под дополнительными полюсами пусковую обмотку не располагают, т. к. наличие ее дурно отзывалось бы на коммутации: она задерживала бы при перемене нагрузки изменение поля. Отсутствие пусковой обмотки под дополнительными полюсами компенсируется тем, что они при пуске шунтируются и служат т. о. пусковой обмоткой. Шунтирование дополнительных полюсов необходимо, т. к. иначе пусковая обмотка создаст пульсирующее, ^ а не вращающееся поле и П. сможет устойчиво работать при скорости, близкой к половине синхронной. Для избежания индуктирования при пуске вращающимся полем, якоря высокого напряжения в шунтовой обмотке возбуждения ее шунтируют. Обмотку нужно замыкать не накоротко, а на сопротивление, чтобы не получить пульсирующий характер поля и не создать возможности работы при половинной скорости. В нек-рых П. обмотка возбуждения при пуске делится на части. Компаундная обмотка при пуске шунтируется. П. пускается в ход вхолостую, поэтому незначительная величина момента вращения, образованного полем якоря с пусковой обмоткой, оказывается достаточной, чтобы довести П. до скорости, близкой к синхронной. При этой скорости П. входит в синхронизм. Это происходит потому, что магнитное поле якоря стремится идти по пути с наименьшим сопротивлением, то есть вдоль, через полюсы индуктора. Асинхронный пуск производится обычно при напряжении, составляющем 25—30% номинального. Для мощных П. применяют две ступени пониженного напряжения—первую 25— 35%, вторую—60—ТО % номинального. Переключение якоря на вторую ступень напряжения производится при скорости, близкой к 7з синхронной. В случае впадения П. в синхронизм с правильной полярностью устанавливают нормальную величину сопротивления нгунтового реостата, приключают цепь возбуждения к щеткам и переключают П. на полное напряжение. Полярность щеток при вхождении в синхронизм м. б. и различной, т. к. она зависит от того, какой полярности полюсы вращающегося поля останавливаются под неподвижными полюсами индуктора. Получить правильную по лярность щеток можно несколькими путями; а) обмотку возбуждения приключают до достижения синхронизма в тот момент, когда двухсторонний вольтметр, приключенный к щеткам, показывает наибольшее правильное отклонение; б) П. по достижении синхронизма отключается от сети и немедленно снова включается (при этом есть вероятность, что он затормозится как-раз на полюсный шаг и установится правильная полярность); в) в П. с не слишком сильным полем применяют переключение обмотки возбуждения при питании П. пониженным напряжением; П. выходит из синхронизма и обмотку включают еще раз—в момент наибольшего правильного показания вольтметра. Существенным недостатком асинхронного пуска является искрение на коллекторе, к-рое происходит из-за того, что в короткозамкнутой щеткой секции якоря вращающееся поле индуктирует значительную эдс. Для избежания искрения в нек-рых П. щетки во время пуска

поднимают кверху; для измерения напряжения и полярности на коллекторе оставляют при этом две щетки или устраивают две добавочные. Недостатком подъема щеток при пуске является трудность надлежащей их установки при нормальной работе. В П. без подъема щеток включение на полное напряжение производится через добавочное сопротивление, шунтируемое при нормальной работе. На фигуре 12 дана схема шестифазного преобразователя с асинхронным пуском (1— первое пусковое положение, 2—второе пусковое положение, 3—буферное сопротивление, 4—добавочное сопротивление, 5—реостат возбуждения, 6—обмотка добавочных полюсов, 7—ограничитель скорости). При первом пусковом положении переключателя П. приключен к отводам трансформатора, то есть к пониженному напряжению; при втором положении П. через буферное сопротивление присоединен к полному напряже-

ншо. На схеме виден переключатель для обмотки возбуждения. П. небольшой мощности пускается через дроссельную катушку при полном напряжении. Иногда шунтовал обмотка при пуске не шунтируется, и через нее пропускают от постороннего источника небольшой ток возбуждения. Этим достигается впадение в синхронизм при правильной полярности. Продолжительность асинхронного пуска 25-Р60 ск. Существуют установки, в которых все включения производятся автоматически.

2) Пуск вспомогательным двигателем. При этом способе якорь П. доводится до синхронной скорости жестко связанным с ним ротором пускового индукционного двигателя. Последний делается с фазовым ротором и имеет на 2 полюса мень-

. ше, чем П., то есть синхронная скорость двигателя выше скорости П. Мощность пускового двигателя обыкновенно не превышает 10% от мощности П. Для пускового двигателя иногда устанавливают особый трансформатор. В начале пуска двигатель вращает П. со сверхсинхронной скоростью, затем,вводя сопротивление в ротор двигателя, понижают скорость преобразователяисинхронизируют его с сетью. П. небольшой мощности иногда пускают в ход без синхронизирования: их приключают через индукционную катушку к сети при скорости, близкой к синхронной; при работе П. катушка шунтируется. Вспомогательный двигатель берется в этом случае короткозамкнутый и может иметь то же число полюсов, что и П. Способ пуска вспомогательным двигателем был особенно распространен до разработки асинхронного пуска. Недостатком способа следует считать также и его продолжительность—до 5 мин.

3) Способ Розенберга. Якорь П., пускаемого в ход по способу Розенберга, жестко связан с короткозамкнутым ротором вспомогательного индукционного двигателя. Число полюсов последнего делается на два меньше, чем у П. При пуске приключенный к сети статор двигателя соединяется последовательно с якорем П. Ротор двигателя вращает якорь т. о., что он возбуждается с правильной полярностью. При последовательном соединении на долю П. приходится всего 5—10 % от полного напряжения, и пусковой ток составляет 30—40% от нормального. Этот ток не может уничтожить остаточный магнетизм и при надлежащем сопротивлении реостата возбуждения П. быстро возбуждается и автоматически плавно входит в синхронизм с правильной полярностью. После впадения в синхронизм соотношение напряжений между статором и якорем моя-сно изменять, регулируя ток возбуждения. Получив нормальное напряя-сение на кольцах преобразователя, включают главный рубильник, шунтирующий обмотки статора пускового двигателя. При включении П. на сеть происходит «бросок» тока, т. к. из-за последовательного соединения якоря со статором нельзя иметь напряжение П., равным напряжению сети по величине и фазе. При неравенстве напряжений, но совпадении их по фазе, происходит «бросок» реактивного тока; при равенстве напряжений, по сдвиге их по фазе—«бросок» активного тока. Включение лучше всего производить при первом случае, т. к. реактивный ток создает магнит ный поток по осиполюсов, а не щеткам и следовательно не вызывает искрения. На фигуре 13 приведена схема для пуска шестифазного преобразователя по способу Розенберга (5— пусковой двигатель, остальные цифры соответствуют фигура 12).

Пуск со стороны постоянного тока. Этим методом пользуются для преобразования постоянного тока в переменный, при преобразовании же переменного тока в постоянный ток—в том случае, когда 1) несколько П. работает на общую сеть,

2) на станции имеется аккумуляторная батарея, 3) если установлен специальный пусковой двигатель-генератор. Мощность последнего обычно ок. 10% мощности П. К установке пускового агрегата прибегают лишь при работе на станции нескольких П. При пуске П. отсоединяется от сети переменного тока и пускается в ход при питании от батареи или сети как шунтовой мотор. Компаунд-ная обмотка П. при этом шунтируется, т. к. в противном случае по ней проходил бы ток, направленный противоположно нормальному. Синхронизация с сетью производится регулированием числа оборотов П. путем изменения силы тока возбуждения. Для избежания толчков тока от случайных колебаний напряжения иногда П. включают в сеть при неполностью выведенном сопротивлении пускового реостата. Рекомендуется также на одно мгновение раньше включения П. на сеть отсоединить его от сети постоянного тока. Обычно П. при пуске отсоединен от сети переменного тока со стороны высокого напряжения трансформатора. Кольца П. остаются при пуске соединенными с низков ольт-

ной обмоткой трансформатора; этим избегается громоздкая аппаратура. Однако соединение П. с трансформатором обладает существенным недостатком—обмотки трансформатора в зависимости от начального положения коллектора полностью или частично шунтируют щетки и П., беря большой пусковой ток, развивает малый момент, зависящий притом от положения коллектора при пуске. На фигуре 14—пусковое положение коллектора шестифазного П., при котором трансформатор полностью шунтирует якорь. В двухполюсном П. пусков ой момент изменяется в зависимости от начального положения коллектора в пределах 16,7 + 58,3% от величины момента при отсоединенном трансформаторе. Есть еще одно вредное влияние трансформатора: намагничивающий ток, посылаемый П. в трансформатор, размагничивает полюсы П., что вызывает добавочное увеличение пускового тока. Пусковой ток для трехфазного П. м. б. при включенном трансформаторе в 2,4 раза больше, а для шестифазного—в 3,5 раза больше, чем при отключенном трансформаторе. Пусковой ток при отсоединенном трансформаторе е 15% нормальной силы тока П. При пуске помощью специального двигателя-генератора пользуются схемой Леонарда: П. приключают к сети невозбужденного пускового генератора и пуск осуществляют увеличением тока возбуждения генератора; этим способом устраняется необходимость в пусковом реостате для П.

Регулирование напряжения. Для регулирования напряжения применяют в зависимости от требуемых пределов регулирования и мощности П. различные методы. 1) Регулирование помощью трансформатора и генератора. В П.малой мощности изменение напряжения на кольцах осуществляется тем,что трансформатор, питающий П., делается с несколькими ступенями напряжения и для регулирования П. переключается на ту или иную ступень. Регулирование осуществляется иногда путем включения вольтодобавочного трансформатора.

При питании П. от специального генератора регулирование можно производить путем изменения тока возбуждения генератора или П. В последнем случае реактивный ток П. уменьшает или увеличивает напряжение генератора.

2) Регулирование помощью потенциал-регулятора. Одна часть

Фигура 15.

потенциал-регулятора приключается к сети, а другая—соединяется последовательно с П. (фигура 15, где Т—главный трансформатор, Р_г—потенциал-регулятор). Напряжение на кольцах II. равно геометрич. сумме напряжений: сети V_e. и индуктированного в потенциал-регуляторе Vр_г. В зависимости от поворота ротора оно принимает значение в пределах от (V_c—Vp_r) до (V_c,+Vp_r). На фигуре 16 приведена векторная диаграмма напряжений для разных углов поворота. Как

видно из векторной диаграммы, для всех углов поворота кроме двух напряжение сети и напряжение на кольцах не совпадают по фазе. Для получения cos ψ равным единице нужно отрегулировать ток возбуждения. Легко осуществляются наивыгоднейшие условия при включении двойных потенциал-регуляторов. Поворот ротора производится при малых мощностях от руки, а при больших—помощью серво-моторов. Включение потенциал-регулятора позволяет осуществлять плавное регулирование напряжения постоянного тока на +30%. Регулирование потенциал-регулятором широко распространено в США.

3) Регулирование изменением тока возбуждения. Этот способ регулирования возможен при включении последовательно с кольцами П. дроссельной катушки или при питании от трансформатора с большим рассеянием. При перевозбуждении П. по его цепи протекает ток,

опережающий напряжение сети; принедо-возбуждении П.—от-стающийток.Ток,лро-. текающий через дроссельную катушку, индуктирует в ней эдс.

Геометрич. сумма этой эдс и напряжения сети составляет напряжение на кольцах П. Как видно из векторной диаграммы (фигура 17), при опережающем токе напряжение на кольцах Е_к_ больше напряжения сети Е_е,; при отстающем токе—меньше. Соответственно напряжению на кольцах при изменении тока возбуждения меняется и напряжение постоянного тока. Величина изменения напряжения на кольцах определяется падением напряжения в дроссельной катушке. Одинаковое изменение м. б. достигнуто при большом реактивном токе и малой самоиндукции катушки, и наоборот. Большие значения реактивного тока не выгодны из-за роста омич, потерь в П.; с другой стороны, значительная самоиндукция дроссельной катушки ухудшает параллельную работу и перегрузку П. Обычно подбирают такую величину самоиндукции, что при регулировании на +10% падение напряжения в катуш

ке не превышает 20—30 % напряжения в сети. Дроссельные катушки применяются для регулирования в пределах ±10+15%. Включение самоиндукции дает возможность автоматически изменять напряжение П.—поддерживать его постоянным или увеличивать при изменении нагрузки. П. делается для этого с компаундным возбуждением. Надо заметить однако, что это связано с отличием cos φ от единицы при всех нагрузках кроме номинальной.

4) Регулирование вольтодоба-вочной машинойпеременного то-«к а. Осуществляется изменением напряжения многофазной машины переменного тока, включенной последовательно между сетью и кольцами П. Для синхронного хода обеих машин якорь (реже индуктор) вольтодо-•бавочной машины насаживается на вал П.; при соответствующем взаимном расположении в якорях индуктируются эдс, совпадающие по фазе. При изменении величины и направления тока возбуждения в индукторе вольтодобавочной машины напряжение на кольцах П. принимает значения от (F_c — ~ν_β._Μ.) До (V_c_+V_e._M). Соответственно с этим изменяется и напряжение постоянного тока. Вольтодобавочная машина работает генератором при повышении напряжения на кольцах П. и синхронным двигателем—при понижении. В первом случае механич. энергия передается валу вольтодобавочной машины валом П.; во втором случае происходит обратное явление. Механическое соединение вольтодобавочной машины с П. вызывает нарушение равновесия между ампер-витками реакции якоря от переменного и постоянного токов и следовательно дурно отзывается на коммутации. Вредное влияние механич. соединения сказывается при регулировании свыше +7,5%. Сильное ухудшение коммутации происходит при соединении с вольтодобавочной машиной в П. с дополнительными полюсами. Поле дополнительных полюсов, направленное так же как поперечное поле реакции якоря от переменного тока, оказывается при повышении напряжения слишком сильным; при понижении— слишком слабым. Действительно в первом случае ампер-витки реакции от переменного тока из-за двигательной нагрузки П. больше ампер-витковпостоянноготока; во втором случае они меньше их. Для получения хорошей коммутации при регулировании до 45 % устраивают добавочные обмотки на дополнительных полюсах П. Добавочные обмотки включаются последовательно с индуктором вольтодобавочной машины и уменьшают поле дополнительных полюсов при увеличении напряжения и увеличивают его при уменьшении. Разное действие обмотки при увеличении и уменьшении напряжения происходит от того, что ток в цепи индуктора вольтодобавочной машины имеет при этом противоположные направления. Вольтодобавочную машину применяют и для автома-тич. регулирования напряжения постоянного тока—для увеличения его с ростом нагрузки или для поддержания постоянства напряжения на зажимах. В этом случае вольтодобавочная машина имеет шунтовое и компаундное возбуждение. Для уменьшения ее размеров она конструируется на половинное добавочное напряжение. При сред ней нагрузке поле шунтовой и сериесной обмоток равны и направлены обратно друг другу и следовательно взаимно уничтожаются; при холостом ходе поле шунтовой обмотки вызывает эдс, уменьшающую напряжение П.; при полной нагрузке сериесная обмотка вольтодобавочной машины сильнее шунтовой и напряжение машины прибавляется к напряжению П. Вольтодобавочную машину чаще всего применяют с шунтовым П. в осветительных сетях.

5) Регулирование вольтодобавочной машиной постоянногото-к а. Производится изменением величины напряжения и полярности на щетках якоря вольтодобавочной машины, соединенной последовательно с коллекторомП. Напряжение вольтодобавочной машины меняют помощью реостата в цепи возбуждения; перемена полярности достигается переключением обмотки. Чтобы не ухудшать условия коммутации П., обычно его не механически связывают с вольтодобавочной машиной, а вращают последнюю добавочным двигателем. Этот способ регулирования имеет существенный недостаток по сравнению с применением вольтодобавочной машины переменного тока: коллектор вольтодобавочн. машины должен быть рассчитан на полный ток П. и получается дорогим и громоздким. Вольтодобавочная машина постоянного тока находит себе применение в установках для зарядки аккумуляторных батарей, где требуется увеличение напряжения на 40% сверх нормального. Иногда регулирование производится тем, что П. соединяется со стороны коллектора последовательно с добавочным П. Кольца последнего приключаются через понизительный трансформатор с кольцами главного П.

Параллельная работа П. на общую сеть постоянного тока подобна параллельной работе генераторов: распределение нагрузок зависит от величины эдс и падений напряжения в П. Для правильного распределения нагрузок нужно, чтобы при холостом ходе напряжения П. были бы равными и чтобы падения напряжения в их обмотках и соединительных проводах были обратно пропорциональны мощностям. При параллельной работе П. одной мощности необходимо чтобы падения напряжения в обмотках и в дроссельных катушках были одинаковы при всех нагрузках. Равенство падений напряжения в катушках достигается соответствующим шунтированием сериесной обмотки П. или изменением тока возбуждения. Изменение распределения нагрузки между П. производится регулированием напряжения на кольцах или сдвигом щеток. Параллельно работающие П. не имеют обычно электрич. связи со стороны переменного тока: они питаются от отдельных трансформаторов или генераторов, причем их нулевые точки между собой не соединяются. Вместо отдельных машин иногда пользуются трансформатором или генератором с двумя или несколькими независимыми обмотками. Электрич. связь между П. избегается потому, что малейшее несоответствие сопротивлений обмоток, контактов или положений щеток вызывает сильный уравнительный ток, перегрузку щеток одной полярности и влечет за собой искрение. Необходимость иметь при параллельной работе от дельные трансформаторы делает удобным регулирование напряжения путем" изменения тока возбуждения; в этом случае применяются трансформаторы с большим рассеянием. Отметим, что есть способ, позволяющий питать два П. от одного источника энергии. Способ заключается во включении между П. и генератором (или трансформатором) особого уравнительного трансформатора. При параллельной работе компаундных П. между зажимами якорей, от которых отходят сериесные обмотки, включают, так же как и при работе компаундных генераторов, уравнительный провод. При включении ком-паундногоП. напараллельнуюработу иногда сериесная обмотка замыкается накоротко. Во время работы П. и генераторов на общую сеть первые находятся в значительно худших условиях, чем генераторы. Действительно в виду незначительного падения напряжения в П. все толчки нагрузки сети и короткие замыкания испытываются гл. обр. П. Толчки нагрузки могут вызвать качания П. Для предохранения П. от перегрузки включают в цепь переменного тока дроссельные катушки, создающие падение напряжения, или пользуются П. с диференциальной сериесной обмоткой на полюсах.

Преобразователи постоянного тока в переменный распространены значительно меньше, чем преобразователи переменного тока в постоянный; они применяются в электрической тяге на установках с рекуперацией энергии и на электростанциях с буферной аккумуляторной батареей. П. постоянного тока в переменный представляет собой совмещение шунтового двигатеся с синхронным генератором. Очевидно соотношения между напряжениями и токами, имеющие место в П. переменного тока в постоянный, справедливы и для обращенного П. Особенностью обращенного П. является то, что величина полезного магнитного потока меняется в нем с нагрузкой и м. б. регулируема путем изменения тока возбуждения. В обращенном П. сила и сдвиг фаз переменного тока не зависят от тока возбуждения; поэтому продольная составляющая поля реакции якоря может изменять поток. При индуктивной нагрузке П. продольное поле размагничивает полюсы, при емкостной—намагничивает. Поперечное поле, также как в П. переменного тока в постоянный, очень мало и почти не влияет на поток. В виду влияния нагрузки на величину потока число оборотов П. зависит от режима в сети. Действительно со стороны постоянного тока П. работает как шунтовой двигатель и следовательно скорость его обратно пропорциональна величине магнитного потока. При индуктивной нагрузке число оборотов П. увеличивается. Разнос П. может быть при протекании через якорь реактивного тока большой силы или коротком замыкании в сети переменного тока. Из-за опасной роли индуктивной нагрузки П. не следует применять в сетях с большим числом двигателей и трансформаторов. Для предохранения от разноса пользуются ограничителем скорости. Зависимость скорости П. от его нагрузки представляет собой крупный недостаток, т. к. частота сети переменного тока получается непостоянной. Для получения неизменной скорости П. прибегают к специальной мере—·

возбуждают его от шунтового генератора, насаженного на вал или вращаемого индукционным мотором, приключенным к кольцам П. Возбудитель конструируется ненасыщенным, и изменения числа оборотов вызывают резкое увеличение тока возбуждения, а следовательно и потока в П. Этим способом достигается постоянство частоты в пределах до 1%. Иногда пользуются иным способом—П. делается с двумя обмотками возбуждения (фигура 18), одна из них N„ приключается к щеткам П., а вторая С„—к коллектору возбудителя специальной конструкции. Особенностью возбудителя является то, что напряжение на его коллекторе пропорционально реактивному току П. Это свойство достигается тем,что магнитное поле

в индукторе возбудителя создается помещен-. ной на его якоре добавочной обмоткой переменного тока А_1г включенной последовательно с кольцами П. Якорь возбудителя вращается с синхронной скоростью, поэтому на щетках коллектора К обмотки А_г получается постоянный ток. Напряжение последнего зависит от величины магнитного поля, созданного реактивной составляющей переменного тока П. Подобное устройство обладает нек-рыми преимуществами по сравнению с ненасыщенным шунтовым возбудителем. При работе обращенного П. в качестве П. переменного тока в постоянный возбудитель может служить вольтодобавочной машиной переменного тока. Для этого нужно отсоединить коллектор возбудителя и питать обмотки его индуктора постоянным током. Пуск в ход обращенного преобразователя производится со стороны постоянного тока; при этом П. пускается как обыкновенный двигатель или же при наличии специального двигатель-генератора по методу Леонарда. При включении к сети переменного тока для параллельной работы с синхронными машинами производится синхронизация; возможен впрочем и асинхронный пуск. Напряжение переменного тока при нагрузке уменьшается вследствие потерь в обмотках и уменьшения полезного потока (при индукционной нагрузке). Регулирование напряжения осуществляется обычно вольтодобавочной машиной или потенциал-регулятором.

Конструкция П. Конструктивно П. немногим отличается от генератора постоянного тока. Существенными особенностями являются: токоподводящие кольца на якоре и успокоительные обмотки под полюсами индуктора. В нек-рых П. имеется особое приспособление для сообщения валу продольных колебаний, так как при них улучшается использование поверхности коллектора. Колебания достигаются тем, что торец конца вала П. касается в подшипнике шарика, подпертого снаружи косой пластинкой. При вращении вал увлекает шарик вдоль канавки в его торце и продольно перемещается. К особенностям конструкции следует отнести механизм для подъема щеток в нек-рых П. и устройство для секционирования обмотки возбуждения.

Преобразователи с расщепленными полюсами преимущественно конструируются для возможности регулирования напряжения постоянноготока в широких пределах до ± 20%. Главные полюсы этих П. отличаются от обычных полюсов одноякорного П. тем, что они разбиты на три или две части. У П., изображенного на фигуре 19, весь

полюс окружен основной обмоткой возбу-жденияГО; средняя часть его снабжена кроме того вспомогательной обмоткой ВО. Регулирование напряжения П. производится изменением величины и направления тока во вспомогательной обмотке; оно основано на том, что величина напряжения постоянного тока зависит исключительно от величины магнитного потока, а напряжение переменного тока зависит кроме того и от характера его распределения. При одновременном изменении величины и распределения потока можно менять напряжение на щетках коллектора, оставляя постоянным напряжение на кольцах. Наибольшие изменения величины магнитного потока вносят высшие гармоники малого порядка; например напряжение постоянного тока при добавлении к основной синусоидальной кривой поля слагающей третьей гармоники с амплитудой в 30% от основной теоретически меняется на ± 10%. На фигуре 20 приведены кривые магнитного потока при отсутствии тока во вспомогательной обмотке и при разных его направлениях в ней. Напряжение постоянного тока при согласном действии обмоток получается наибольшим. При конструировании полюсов стремятся получить третью гармонику в кривой поля, т. к. индуктированные ей в якоре токи не протекают в сети, если соединить обмотки трансформатора звездой. Индуктированные при вращении в несинусоидальном поле токи высших гармоник оказывают на поле демпферное действие; поэтому для регулирования напряжения необходимо сильно искажать основной поток. Несколько иная конструкция П. изображена на фигуре 21. Регулирование напряжения П. производится также путем изменения силы и направления тока во вспомогательной обмотке. Однако в этом П. напряжение постоянного тока меняется при регулировании возбуждения не только вследствие измене-, ния величины потока, но и из-за происходящего при этом сдвига оси поля относительно щеток коллектора. Коммутация в П. данной системы протекает лучше, чем в П. с полюсами, расщепленными на три части.

Каскадное соединение П.е индукционным двигателем. Одноякорный П. применяется в каскадных схемах для регулирования скорости индукционного двигателя. В этих схемах кольца якоря П. соединены с кольцами ротора двигателя, и П. питается таким образом переменным током из обмотки ротора. Ток, полученный из коллектора П. U. поступает в двигатель постоянного тока М_й, жестко связанный с валом индукционного двигателя M_t (фигура 22), или вращающий асинхронный генератор, приключенный к основной сети переменного тока. В последнем случае энергия, извлеченная из ротора, возвращается за вычетом потерь назад в сеть. Регулирование скорости индукционного двигателя про-изводитсяизменениемтокавозбуждения.Уве-личение его силы влечет за собой увеличение напряжения на кольцах П. и следовательно индукционного двигателя. Следствием увеличения напряжения на кольцах является уменьшение скорости двигателя и рост частоты переменного тока ротора (смотрите Индукционные машины), почему число оборотов П. увеличивается. При уменьшении тока возбуждения происходят обратные явления. В нормальном режиме каскада сумма чисел оборотов двигателя и П. равна постоянному числу; при равенстве чисел полюсов она равна числу оборотов поля ста-

ыах отлична от обычной лишь тем, что он приключен к первичной сети—кольцам ротора,—имеющей в разное время различную частоту и напрязкение. Однако в любой момент существуют те же самые соотношения между напряжениями на коллекторе и кольцах, что и при нормальной работе. Отметим, что, как показали опыты автора, для каскадного соединения П. с индукционным двигателем возможен асинхронный режим, при к-ром работа машин резко отличается от нормальной: сумма чисел оборотов не равна постоянному числу, скорость П. не соответствует частоте токов, индуктированных статором двигателя в роторе, и т. д.

Специальные типы Π. 1) П. б е з возбуждения постоянным током. К этой группе П. относятся: а) П. с вра-

щающимся якорем, б) П. с неподвижной якорной обмоткой и вращающимися щетками и в) трансвертер. а) П. с в р а щ а ю щ и м с я я к о р е м. Одноякорный П. обычной конструкции может работать при отключенной обмотке возбуждения. В этом случае роль тока возбуждения играет реактивная составляющая переменного тока якоря. Реактивный ток создает магнитный поток, стремящийся протекать через полюсы, почему вал II. впадает в синхронизм. Действительно только в этом случае поле якоря неподвижно в пространстве. При синхронном вращении в магнитном поле реактивного тока на щетках коллектора получается постоянное напряжение. В виду дурной коммутации· и потребления большого реактивного тока этот способ получения постоянного напряжения не применяется. Большое практическое применение нашел П. с вращающимся якорем, имеющий индуктор без выступающих полюсов. Этот П. приводится во "вращение посторонним синхронным двигателем, так как магнитное поле якоря не стремится остановиться в пространстве в определенном положении и нет следовательно момента вращения. Мощность вспомогательного двигателя должен быть достаточной лишь для преодоления моментов трения и магнитных потерь. В П. без обмотки возбуждения есть возможность широко регулировать напряжение постоянного тока. "Регулирование производится поворотом статора вспомогательного синхронного двигателя; при этом меняется взаимное положение оси поля и щеток. Поворотом статора достигается регулирование в пределах ±Ю0%. Для получения синусоидального распределения магнитного поля постоянного тока в П. устроена специальная компенсационная обмотка. П., основанный на таком же принципе, но иной конструкции, применен на австрийских электровозах. В них установлен П. числа фаз, преобразующий однофазный ток в многофазный, и П. переменного тока в постоянный. Последний приводится во вращение П. числа фаз и им же питается. Регулирование напряжения нужно для тяговых двигателей.

"б) П. с вращающимися щетxta-м и. В виду значительных трудностей получения хорошей коммутации в П. с вращающимися щетками они редко изготовляются. Принцип действия таких П. состоит в том, что в неподвижной обмотке якоря, соединенной с коллектором, вращающееся магнитное поле индуктирует переменную эдс; последняя выпрямляется помощью щеток, синхронно вращающихся вокруг коллектора. Вращающееся магнитное поле создается переменным током, подводимым к специальной многофазной обмотке, или же непосредственно к обмотке, соединенной с коллектором. В первом случае отпадает надобность в трансформаторе, т. к. первичная обмотка может быть приключена к высокому напряжению. Интересное устройство имеет П. с вращающимися щетками, сконструированный для широкой регулировки напряжения постоянного тока. У этого П. якорная обмотка состоит из двух последовательно соединенных половин. В каждой из них индуктируется эдс вращающимся полем, созданным половиной первичной обмотки, находя щейся над этой частью якоря. Обе половины первичных обмоток соединены параллельно и могут поворачиваться одна относительно другой. При повороте половины обмотки меняется величина результирующей эдс, индуктированной в якоре, и следовательно напряжение постоянного тока. в) Трансвертер, электромагнитный механизм, преобразующий трехфазный переменный ток любого напряжения и частоты в постоянный высокого напряжения, и обратно. Трансвертер основан на возможности получения постоянного тока помощью синхронного вращения щеток относительно коллектора, к пластинам которого подведен многофазный ток. В трансвертере постоянный ток высокого напряжения снимается с нескольких отдельных неподвижных коллекторов при помощи последовательно соединенных, вращающихся щеток. Переменный ток подводится к первичным обмоткам последовательно включенных трансформаторов. Назначение их заключается в преобразовании трехфазного тока в многофазный и в зависимости от величины напряжения сети в увеличении или уменьшении его. Обычно применяют 6 трехфазных или 3 шестифазных трансформатора. В первом случае один из шести трансформаторов представляет собой обыкновенный трансформатор трехфазного тока в шести фазный; остальные 5 имеют на каждом стержне магнитопровода 2 первичных обмотки, питаемых током от двух разных фаз. Вторичные обмотки их такие же как и у обычного трансформатора. Благодаря такому устройству шестифазные вторичные напряжения каждого из трансформаторов сдвинуты по фазе относительно напряжений другого трансформатора. При трех трансформаторах соответствующим подбором числа витков двух первичных обмоток достигается сдвиг напряжений на 10°; т. о. 6 трансформаторов трехфазного тока в шестифазный дают возможность получить 36-фазный ток. Столь большое число фаз нужно для того, чтобы пульсации в выпрямленном коллектором напряжении были невелики. Вторичные обмотки трансформаторов соединены в замкнутый мн-к; при этом начало каждой, обмотки связывается с концом обмотки, напряжение которой сдвинуто на 10°. Векторная диаграмма напряжений получается такой же, как многоугольник Осанна для обмотки машины постоянного тока с 36 сторонами. Концы каждой вторичной обмотки присоединены к коллектору. В результате его пластины оказываются связанными со всеми узловыми точками мн-ка обмоток. Величина и знак потенциала на пластинах коллектора периодически меняются, т. к. он соединен с многофазными обмотками, в которых индуктируется переменная эдс. Т. о. на коллекторе происходит то же явление, как если бы вокруг него вращалось магнитное поле. Для того чтобы выпрямить напряжение в трансвертере, снимают постоянный ток с коллектора синхронно вращающимися щетками. Последние при вращении касаются как раз тех пластин, между к-рыми в данный момент наибольшее напряжение. В трансвертере щетки вращаются синхронным двигателем; последний одновременно служит и для компенсации сдвига фаз в сети, вызванного токами трансвертера, или же работает синхронным конденсатором для всей сети. Двигатель пускается в ход как асинхронный. Изменение взаимного положения нейтральной линии коллектора и щеток производится путем поворота статора синхронного двигателя. Этим способом устанавливается синхронное вращение щеток вместе с нейтралью. В трансвертере, для возможности уменьшения скорости вращения щеток вдвое, коллектор делается с удвоенным числом пластин: каждый конец обмотки

приключается к двум диаметральным пластинам. При устройстве трансформаторов с несколькими, например восемью, отдельными вторичными обмотками в трансвертере получается столько же независимых систем 36-фазного тока. В этом случае каждый мн-к вторичных обмоток присоединяется к отдельному коллектору. Путем последовательного соединения отдельных коллекторов получается постоянный ток высокого напряжения. В виду синусоидального распределения напряжения по коллектору в трансвертере допустима значительная разность потенциалов между соседними коллекторными пластинами. Благодаря этому обстоятельству напряжение в 100 000 V получается при последовательном соединении всего восьми коллекторов. На фигуре 23 приведен чертеж трансвертера 2 000 kW, 100 000 V; слева на фигуре видны неподвижные коллекторы и щетки, справа—трансформаторы. Кпд трансвертера ~96%.

2) Каскадный П.;принцип действия; соединение с сетью. Каскадный П. состоит из механически и электрически соединенных индукционного двигателя с многофазным ротором и одноякорного П. Статор S двигателя приключается к сети переменного тока; постоянный ток снимается с коллектора одноякорного П. (фигура 24, где R—обмотки ротора, Р_г— главные полюса, Р₂—добавочные полюса). Энергия переменного тока передается полем статора двигателя на ротор; здесь часть ее превращается в потери, другая—в механич. энергию и третья переходит в виде электрич. энергии переменного тока пониженной частоты в якорь П. В понижении частоты тока,

поступающего в П., и заключается цель каскадного соединения. П. преобразует притекающую из ротора электрич. энергию в постоянный ток и одновременно превращает в него полезную механич. энергию. В каскадном П. индукционный двигатель работает частью как трансформатор частоты и напряжения и частью как двигатель; одноякорный П. работает как П. и как генератор постоянного тока. Для подобной работы машин каскада необходимо, чтобы частота эдс, индуктированной в роторе индукционного двигателя, равнялась частоте эдс, полученной при вращении в одноякорном П, Это условие необходимо для того, чтобы эдс ротора могла компенсировать приблизительно равную ей по величине эдс якоря П., т. к. только при компенсации эдс может совершаться переход энергии из ротора в якорь. Равенство частот происходит при вполне определенном числе оборотов агрегата:

60/ι

п=—

Pi + ϊ>2

где f₁—частота сети статора, р_х—число пар полюсов двигателя, р₂—число пар полюсов одноякорного П. При этом числе оборотов и работает каскадный П. Соответственно синхронной скорости агрегата индукцион-

р i

мощности

Ра ный двигатель в части _{Pl + P2}

работает как двигатель, а в части ₊ ^

как трансформатор; в зависимости от распределения мощности одноякорный П. в части - работает генератором, а в части

Pi

_{р +р}--как П. При увеличении нагрузки в сети постоянного тока агрегат тормозится, почему эдс, индуктированная в роторе, опережает эдс якоря; следствием сдвига является увеличение силы тока, поступающего из ротора в якорь. Увеличение силы тока ротора нарушает равновесие между магнитными по

Фигура 24

лями статора и ротора индукционного двигателя. Для восстановления его в статор начинает поступать добавочная мощность; при уменьшении нагрузки происходят обратные явления. Т. о. при изменении нагрузки в сети постоянного тока меняется мощность, потребляемая каскадным П. Для устройства трехпроводной сети постоянного тока соединяют нулевой провод с нулевой точкой звезды обмотки ротора. Обыкновенно приключают провод к трем короткозамкнутым во время работы пусковым кольцам; этим устраняется необходимость в специальном кольце. Величина напряжения сети переменного тока связана в каскадном П. с величиной напряжения сети постоянного тока. Соотношение напряжений зависит от чисел витков обмоток индукционного двигателя и не заставляет прибегать к включению трансформатора для того, чтобы иметь определенное напряжение в статоре. П. может быть изготовлен для различных напряжений переменного тока при одинаковом напряжении на коллекторе. Возможность при соответствующей конструкции приключать каскадный П. непосредственно к сети высокого напряжения до 15 000 V является его несомненным достоинством.

Ток и потери в обмотке якоря. В обмотке якоря протекает так же как и в одноякорном П. равнодействующий ток переменного и постоянного токов. Средние потери в обмотке якоря выражаются ф-лой:

Р=2^,й[1+(^-)

16

Р2

sin² —cos²?) η>2

π² Ρι + Рг

COS φ

Из выражения для потерь следует, что чем больше число фаз, cos φ и отношение числа полюсов П. к сумме полюсов, тем меньше потери при том же токе. Ниже приведены при разных отношениях чисел полюсов значения для отношения потерь в двенадцатифазном П., при cos 9>=0,95, к потерям в генераторе постоянного тока той же мощности.

0,4 0,5 0,6 0,67

0,497 0,42 0,363 0,33

Обычно каскадные П. изготовляются двенадцатифазными. Большое число фаз не связано с конструктивными трудностями как в одноякорном П., т. к. обмотки связываются непосредственно без колец; при наличии подшипника между якорем и ротором соединительные провода пропускаются внутри вала агрегата.

Пуск в ход каскадного П. При обычном способе пуска индукционный двигатель доводится до синхронной скорости каскада регулированием сопротивления реостата, приключенного к кольцам его ротора. У последнего одни концы фазовых обмоток соединены наглухо с якорем П., а другие выведены на кольца. По достижении при определенном сопротивлении реостата синхронизма устанавливают нормальное напряжение на коллекторе и замыкают кольца накоротко. В наиболее распространенном— двенадцатифазном П.—обычно концы только трех фаз ротора присоединены к кольцам для пускового реостата; остальные девять фаз при пуске разомкнуты. Концы всех фаз после синхронизации замыкаются особым приспособлением накоротко. Пуск в ход без пускового реостата при соединенных между собой роторе и якоре недопустим в виду слишком большого пускового тока и возможности перехода агрегата через синхронную скорость. Для уменьшения пускового тока необходимо вводить сопротивление в обмотку возбуждения П. При скорости, близкой к синхронной, это сопротивление постепенно выводится и устанавливается нормальное напряжение на коллекторе; одновременно замедляются колебания стрелок амперметра в цепи статора. Колебания стрелок происходят потому, что частота эдс,

Р2

Pl + I>2 ft.

вызванной в роторе вращающимся полем статора, не совпадает с частотой эдс, индуктированной при вращении в якоре П. Замыкание колец накоротко следует производить, при медленных колебаниях в момент наименьшего показания прибора. Момент синхронизма иногда узнается по показанию-вольтметра, включенного на зажимах реостата. Включение производится во время его-наименьшего показания. Величина пускового тока равна обычно 30—35% от нормальной продолжительности пуска до 3 минут. Отметим, что при слишком малом сопротивлении пускового реостата агрегат может-дойти до скорости, близкой к синхронной, скорости индукционного двигателя. Последний будет работать при этом как простой двигатель со включенным сопротивлением в-, ротор или, если полюса П. успеют возбудиться, может иметь место асинхронный режим каскада.

Автоматический пуск. При этом-способе одна из трех фаз ротора автоматически отключается при приближении агрегата к синхронной скорости. По отключении фазы ротор становится однофазным и индукционный двигатель приобретает свойство устойчиво работать при скорости около половины синхронной. Эта скорость при обычном равенстве чисел полюсов машины близка к нормальной скорости каскада, и агрегат втягивается в синхронизм из-за стремления поля якоря проходить через полюса индуктора преобразователя. Аналогично· асинхронному пуску одноякорного П., полярность щеток получается после пуска случайной; для получения ее правильной пользуются теми же способами, что и в одноякорных преобразователях.

Пуск со стороны постоянного тока. Способ этот применяется при, наличии источника постоянного тока и при, параллельной работе нескольких каскадных П. на общую сеть постоянного тока. При, пуске агрегата одноякорный П. работает как нгунтовой двигатель постоянного тока; индукционный двигатель работает при этом как трансформатор напряжения и частоты. Синхронизация производится на высоком напряжении между сетью и статором индукционного двигателя. При колеблющемся напряжении сети постоянного или переменного тока нужно включать статор при буферном сопротивлении в цепи якоря П.

Падение напряжения иГре-гулирование. Падение напряжения в каскадном П. больше чем в одноякорном, вследствие падения напряжения в обмотках индукционного двигателя и также от того, что машина постоянного тока только частью· работает как П. Для пгунтового каскадного-П. падение напряжения при нагрузке составляет не менее 5%; cos φ при³/₄ нагрузки равен обычно единице, при полной нагрузке и холостом ходе бывает сдвиг фаз. Регулирование напряжения каскадного П. в пределах + 15% осуществляется обычно изменением силы тока возбуждения; обмотки индукционного двигателя играют при этом роль дроссельной катушки. Совершенно так же, как в одноякорном П., с изменением силы тока возбуждения меняются cos φ и сила переменного тока. График зависимости-силы переменного тока от тока возбуждения имеет и-образный характер. На фигуре 25 приведена для разных нагрузок зависимость напряжения от силы тока возбуждения. При больших пределах регулирования пользуются вольтодобавочной машиной переменного тока, включаемой между обмотками ротора индукцион. двигателя и якорем П. Иногда регулирование производится отключением и добавлением витков в обмотке статора двигателя. Для автоматич. регулировки напряжения применяется ком-паундный каскадный П.; он работает при полной нагрузке обычно с опережающим током при */₄ нагрузки с cos φ =1.

Сравнение каскад ногой одноякорного П. Каскадный П. имеет на 1—2% худший кпд, чем одноякорный П. с трансформатором и на 3—4% меньший кпд, чем П. без трансформатора. Однако каскадный П. обладает рядом преимуществ: 1) он м. б. включен к сети переменного тока без трансформатора и занимает следовательно меньше места; 2) коммутация у него лучше, чем в одноякорном II.; 3) каскадный П. меньше склонен к качаниям и менее чувствителен к форме кривой напряжения сети переменного тока; 4) шире пределы регулирования (изменением тока возбуждения) дроссельной катушкой; 5) проще пуск в ход; 6) в виду отсутствия колец переменного тока легче уход за П. Стоимость каскадного П. приблизительно та же, что у одноякорного П. вместе с трансформатором.

Асинхронный режим каскадного П. Для каскадного П. возможен асинхронный режим, при к-ром обе его машины работают совершенно иначе, чем при нормальных условиях. При скорости агрегата, отличной от синхронной, якорь П., работающего при этом генератором постоянного и переменного токов, создает в обмотке ротора вращающееся магнитное поле. Последнее вызывает в статоре индукционного двигателя и его сети вторичные токи; в то же время в роторе, а следовательно и в якоре П., протекают вторичные токи статора. Т. обр. индукционный двигатель является совмещением двух индукционных машин—простой Asr с первичной обмоткой на статоре и обращенной Ars—с первичной обмоткой на роторе. Индукционный двигатель Asr, вращая одноякорный П., доставляет ему энергию, нужную для отдачи в сеть постоянного тока и для питания машины Ars. В виду того, что поле, вызванное напряжением якоря в роторе, вращается в ту же сторону, что и вал, машина Ars работает тормозом со скольжением

100 %.

При асинхронном режиме в статоре протекает вторичный ток большой частоты, вызывающий сильное искажение кривой основного тока. Число оборотов агрегата зависит от нагрузки сети и близко к синхронному для индукционного двигателя, то есть значи тельно больше нормального. Асинхронный режим очень невыгоден, т. к. сопровождается значительными добавочными потерями из-за электрич. связи машины и не обладает никакими преимуществами по сравнению с простым двигатель-генератором. Очень интересное видоизменение асинхронного режима происходит при переключении фаз ротора.

3) Комбинированный двига-т е л ь-г енератор. Этот тип П. относится в сущности к двигатель-генераторам, но представляет собой в механич. отношении одну машину. П. состоит из статора, аналогичного статору индукционной машины, и ротора с обмоткой, приключенной к коллектору. На статоре находятся две обмотки с разными чи полюсов—одна из них питается постоянным током от сидящего на одном валу с П. возбудителя, другая—многофазная обмотка—приключена к сети переменного тока. Обмотка ротора играет роль вторичной обмотки статора, почему П. вращается, как обычный индукционный двигатель. Роторная обмотка является однако в то же время и обмоткой генератора постоянного тока, т. к. магнитное поле постоянного тока возбуждения статора индуктирует в ней эдс, выпрямляемую коллектором. Очевидно П. представляет собой совмещение индукционного двигателя с генератором. Пуск в ход П. производится так же, как у короткозамкнутого индукционного двигателя: переключением со звезды на треугольник обмоток статора или помощью автотрансформатора. Достоинствами П. являются возможность широкой регулировки напряжения в пределах +100%, лучший кпд, чем у двигатель-генератора, и меньшие размеры и вес. Следует отметить, что колебания напряжения постоянного тока, вызванные тем, что в обмотках якоря протекают вторичные токи, не превышают ¹/₂%. Комбинированный двигатель-генератор применяется в Англии для систем Леонарда. Первые экземпляры 1926 года имеют небольшую мощность—50 kW.

П. напряжения постоянного тока. Преобразование напряжения постоянного тока производится двигатель-генератором или специальным преобразователем. Двигатель-генератор представляет собой механич. соединение двух электрически не связанных машин постоянного тока: двигателя, приключенного к первичной сети, и генератора, переключенного ко вторичной. При малых мощностях обе машины делаются для большей компактности с общей станиной, то есть всего с двумя подшипниковыми щитами. Система двигатель-генератор дает возможность широко регулировать напряжение вторичной сети путем изменения тока возбуждения генератора и помощью изменения скорости агрегата. П. напряжения отличается по конструкции от обычной машины постоянного тока лишь тем, что имеет на якоре 2 независимые обмотки, приключенные каждая к своему коллектору; одна из обмоток якоря П. приключается к первичной сети и образует момент вращения с магнитным полем полюсов. Вследствие вращения якоря индуктируется напряжение во второй обмотке; при включении нагрузки она создает тормозной момент, преодолеваемый моментом первой обмотки. Легко ви-

деть, что П. является двигателем и генератором, которые имеют общую магнитную цепь—полюсы, железо ярма и якорь. Вследствие равенства мдс первичной и вторичной обмоток в П. отсутствует реакция якоря. Это явление и взаимное уменьшение реактивных эдс в коммутируемых витках благоприятно влияют на коммутацию в П. и делают их пригодными для получения больших токов низкого напряжения. П. применяется также для преобразования низкого напряжения, например 12 V, в высокое напряжение, например 1 500—2 500 V. Недостатком П. является трудность регулирования вторичного напряжения. Изменение тока возбуждения меняет скорость П. и напряжение остается почти постоянным; для регулирования в больших пределах пользуются «специальными мерами, например включают нагрузку через вольтодобавочную машину или вводят реостат в цепь двигателя. Кпд у П. близок ,по величине к кпд двигатель-генератора.

П. частоты. Для преобразования электрической энергии одной частоты в энергию .другой частоты служат различного рода машины и агрегаты: трансформаторы частоты, двигатель-генератор, каскадные соединения, коллекторный П., индукционный П., асинхронный одноякорный П., агрегат из двух одноякорных П. и др. П. частоты употребляются для соединения между собой элек-•трич. сетей с различными частотами, для питания приемников, сконструированных .для иной частоты, чем частота сети, в системах с переключением приводных двигателей на сети с разными частотами, в каскадных схемах и еще для некоторых специальных целей. Трансформаторы частоты представляют собою видоизменение обычных силовых трансформаторов (смотрите Трансформатор).

1) Двигатель-генератор представляет собой механическое соединение синхронного двигателя и синхронного генератора; первый приключается к одной сети, а второй—к другой. Эта система является наиболее распространенной для соединения сетей между собой. Числа периодов сетей относятся как числа полюсов обеих машин; ,в виду этого двигатель-генератор не может преобразовывать энергию любой частоты в любую. Возбуждение каждой машины производится обычно от отдельного генератора постоянного тока. Агрегат доводится до синхронной скорости, необходимой для приключения двигателя к его сети, небольшим вспомогательным двигателем или, в новых установках, пользуются асинхронным пуском. В этом случае синхронный двигатель имеет соответствующую конструкцию. Для возможности регулирования непосредствен-ио агрегатом распределения мощности, при параллельной работе с другими асинхронными машинами, статор двигателя делается поворотным. Сдвигая его относительно статора генератора, можно изменить режим работы. Синхронный двигатель обыкновенно играет и роль синхронного конденсатора— улучшает cos <р своей сети. Отметим, что минимальная мощность агрегата при параллельной работе ’станций должен быть не менее 10— 15% мощности меньшей из них; при гидроустановках не менее 15—20%. Вместо синхронного двигателя иногда применяют ин

дукционный. Он устанавливается в агрегатах с мощностью меньшей, чем 10—20% от мощности станции, и еще в тех случаях, когда желательно производить регулирование нагрузок сетей путем изменения скорости агрегата. Недостатками агрегата по сравнению с синхронным являются: худший кпд и бблыние размеры.

2) Каскадный П. частоты. Каскадный П. частоты применяется гл. образом для соединения сетей разной частоты. П. представляет собой электрич. и механич. со. единение индукционного двигателя А -I и синхронной ма-шиный¹. Статор двигателя приключается к первичной сети, а ротор соединяется последовательно с синхронной машиной. Вторичная сеть включается параллельно якорю синхронной машины(фигура 26);агрегат синхронно вращается с числом оборотов п, выражаемым ф-лой:

п—

Pi + Pa

где Р]_—число пар полюсов двигателя, р_г — число пар полюсов синхронной машины. Соответственно числу оборотов частота сети ротора f₂ связана с частотой сети статора fx ф-лой:

u-f.

^{П 11} Pl + Pz

Для понижения частоты первичная сеть приключается к статору. Двигатель часть поступающей в него мощности передает трансформаторным путем во вторичную сеть, а остальная часть, за вычетом потерь, идет на вращение синхронного генератора. Последний отдает электрич. энергию в ту же вторичную сеть. Индукционная машина в части _Ρι^Τ+,_ρ2 мощности работает трансформатором, а в части —как двигатель.

Очевидно синхронная машина должен быть рассчитана только на вторую часть мощности; в виду этого агрегат имеет меньшие размеры, чем двигатель-генератор. Для повышения частоты первичная сеть присоединяется к ротору. В этом случае часть ^ мощности поступает во вторичную сеть трансформаторным путем, а остальная часть получается вследствие вращения индукционной машины—синхронной машиной. Последняя работает при этом как синхронный двигатель. Пуск П. частоты производится так же, как у каскадного П.—агрегат доводится до синхронной скорости помощью регулирования реостата, приключенного к кольцам ротора. Для агрегата возможен асинхронный режим, при к-ром работа обеих машин совершенно отличается от нормальной.

Преобразование частоты может производиться также помощью каскадных соединений индукционного двигателя. При каскадном соединении двух двигателей ротор второго двигателя соединен с кольцами ротора первого, причем статор его.замкнут накоротко. Одна из сетей приключается к статору первого двигателя, а другая—к кольцам

20

Ж. э. то. XVII.

его ротора. Недостатком системы является то, что необходимо иметь синхронный генератор во вторичной сети; в противном случае частота вторичной сети не будет постоянна. При параллельном соединении статора и ротора второй индукционной машины (каскад И. Черданцева) можно обойтись без синхронной машины, так как каскад вращается с постоянной скоростью.

3) КоллекторныйП. частоты. Коллекторный П. частоты применяется в регулирования скоро-двигателя; он преобразует частоту сети в частоту скольжения двигателя. П. частоты представляет собою якорь, вращаемый посторонним двигателем внутри статора из листового железа. Статор выполняется обычно без всякой обмотки; назначение его — служить магнитной цепью для поля якоря. На якоре П. находится обмотка, приключенная, как и в одноякорном П., к кольцам и коллектору (фигура 27). Переменный ток сети через трансформатор Т подводится к кольцам. Для получения трехфазного тока на коллекторе помещены 3 щетки, расположенные под углом в 120°. Переменный ток частоты сети создает магнитное поле, вращающееся относительно обмотки якоря; число оборотов поля выражается ф-лой:

где U—частота сети, р—число пар полюсов обмотки. При вращении самого якоря посторонним двигателем скорость магнитного поля в пространстве отлична от скорости относительно обмотки. Скорость в пространстве, а следовательно и относительно неподвижных щеток равна алгебраич. сумме скоростей поля и вала. Соответственно скорости поля частота напряжения на щетках отлична от частоты на кольцах: она зависит от абсолютной скорости поля и выражается формулой:

i Р ("0±")

² “ 60 ’

где η—число оборотов вала. Как следует из ф-лы, при одинаковом направлении вращений поля и якоря частота /₂ больше частоты f _г; при противоположных направлениях вращения частота f₂ меньше частоты сети. Обычно пользуются П. для уменьшения частоты.

Величина эдс на щетках коллектора в П. ’частоты не зависит от скорости вала, т. к. величина поля (пренебрегая сопротивлением обмотки) и скорость его относительно якоря неизменны. П. частоты, соединенный с ротором индукционного двигателя, часто применяется и для компенсации сдвига фаз в нем. Для компенсации поворачивают щетки на коллекторе П., т. к. при этом эдс смещаются по фазе. Вращение якоря П.

производится в зависимости от способа регулирования скорости индукционного двигателя или непосредственно им или же вспомогательным двигателем.

4) Индукционный П. часто· т ы. Индукционные П. употребляются в системах с переключением приводных двигателей на различные сети для изменения, их скорости, для электросварки переменным током и на испытательных станциях электромашиностроительных заводов. Индукционный И. по своей конструкции сходен с обыкновенным индукционным двигателем с многофазным ротором. Он применяется обычно для увеличения числа пер йодов, например· для преобразования энергии 50 периодов в энергию с частотой в 100 периодов. Статор· П. приключается к первичной сети, а ротор—ко вторичной. Увеличение числа периодов происходит вследствие того, что ротор вращают посторонним двигателем в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля статора. Последнее вращается относительно обмотки ротора с суммарной скоростью самого поля и вала и индуктирует да его обмотке эдс с частотой

, 60 (по + п)

h--р >

где п₀—число оооротов поля, «--число оборотов ротора, р—число пар полюсов. Индукционный П. при повышении частоты обладает бблыним кпд, чем двигатель-генератор; при понижении частоты он выгоден в пределах от f₂=f_x до f₂=0,6f₁. Крупным недостатком является необходимость связывать одну из сетей с вращающимися кольцами. В П. для сварки вторичный токсчасто-той в 150 пер/ск. получают из статора; первичный ток 50 периодов подводят к ротору., В этом П. ротор вращают по направлению вращения магнитного поля.

5) Одноякорный асинхронный П. частоты. Для преобразования энергии большей частоты в энергию меньшей, например 50 периодов в 42у₂, можно-воспользоваться индукционной машиной с многофазным ротором. Для этого статор ее приключается к одной сети, а ротор—к другой. Необходимым условием работы является наличие во вторичной сети синхронной машины. Индукционная машина, приключенная к сетям, имеет двойное питание: обе· сети посылают в ее обмотки намагничивающий ток. В отличие от синхронного режима, индукционного П. частоты величины напряжений сетей не находятся в какой-либо· зависимости друг от друга. П. можно рассматривать как совмещение в одном корпусе· двух индукционных машин: простой, с первичной обмоткой на статоре, и обращенной, с первичной обмоткой на роторе. В каждой обмотке протекают первичный ток и индуктированный другой обмоткой вторичный ток. Обмотки П. приключаются к сетям так, что поля статора и ротора вращаются в разные· стороны. При таком включении индукционная машина работает как совмещение двигателя, питаемого током большей частоты, и асинхронного генератора, дающего ток меньшей частоты. Обмотка, приключенная к первичной сети, создает момент вращения с индуктированными ей токами в другой обмотке; этот момент преодолевает тормозной момент вторичной обмотки, образованный:

различных системах сти индукционного

с индуктированными ей токами. Число оборотов П. ниже синхронного для обмотки, приключенной к сети большей частоты, и выше синхронного—для другой обмотки. При параллельной работе П. с генераторами, приключенными ко вторичной сети, П. отдает все время одну и ту же мощность. На изменения нагрузки реагируют только синхронные генераторы. Регулирование величины отдаваемой мощности м. б. произведено специальными мерами, например включением П. через потенциал-регулятор. При получении намагничивающего тока из вторичной сети от синхронных двигателей, а не генераторов, частота вторичной сети получается в небольших пределах переменной; пуск П. производится очень просто: он пускается в ход как обыкновенный индукционный двигатель, а затем по достижении скорости вторичная обмотка отключается от реостата и приключается к своей сети. Кпд синхронного П.близок по величине к кпд двигатель-генератора.

6) Каскад двух одноякорных П. Для преобразования частоты иногда пользуются электрич. и механич. соединениями двух одноякорных П. Переменный ток первичной сети подводят к кольцам якоря первого П.; здесь он преобразуется в постоянный ток и идет через щетки в коллектор второго П. На кольцах последнего получается переменное напряжение измененной частоты. Числа периодов относятся как числа полюсов обоих одноякорных П. Достоинством этой системы является больший кпд, чем у двигатель-генератора; к числу недостатков следует отнести зависимость напряжений сетей друг от друга и наличие двух коллекторов.

П. числа фаз. Преобразование электрич. энергии сети с одним числом фаз в энергию с другим числом фаз производится стационар-нымитрансформаторами и специальными машинами. П. числа фаз употребляют гл. обр. в электрич. тяге. Они устанавливаются на электровозе и преобразуют однофазный ток линии в трехфазный ток, питающий тяговые двигатели или П. переменного тока в постоянный. Эти системы, принятые в Австрии и Венгрии, дают возможность применять трехфазные двигатели и двигатели постоянного тока при однолинейной воздушной подводке переменного тока. П. числа фаз употребляется и для питания мощной однофазной установки, например электропечи от трехфазной сети; назначение П. в этом случае создавать равномерную нагрузку фаз.

Синхронный фазный Π. П. состоит из статора и ротора. На статоре находятся однофазная и трехфазная обмотки. Последняя располагается в пазах, выштам-пованных в статорном железе, концентрично с пазами для однофазной обмотки. Ротор П. представляет собой индуктор—он несет на себе обмотку, питаемую постоянным током от возбудителя. Этот П. является механич. совмещением однофазного двигателя и трехфазного синхронного генератора. Величина напряжения трехфазного тока зависит от силы тока возбуждения; последний регулируется помощью реостатов. При пуске П. доводится до скорости, близкой к синхронной, вспомогательным двигателем; роль его часто играет возбудитель, к-рый питается при этом от батареи и работает шунтовым двигателем. П., употребляемый на электровозе, имеет специальную конструкцию—статор его погружен в бак с маслом; для изолирования ротора от масла в междужелезное пространство помещен бакелитовый цилиндр, заделанный с торцов /в стенки бака. При преобразовании трехфазного тока в однофазный многофазная обмотка приключается к первичной сети, однофазная—ко вторичной. П. работает при этом как совмещение трехфазного синхронного двигателя с однофазным генератором.

Сериесный индукционный фазный П. представляет собой двухфазную индукционную машину. П. приключается к однофазной сети через трансформатор. Начало и конец первой фазы статора П. присоединяются к концам вторичной обмотки трансформатора; начало второй фазы соединяется с серединой вторичной обмотки (фигура 28). Трехфазная сеть подводится к концам вторичной обмотки трансформатора и концу второй фазы. Преобразование числа фаз основано на том, что при вращении ротора во второй фазе обмотки статора индуктируется эдс, сдвинутая на 90° от напряжения обмотки трансформатора и составляющая 86,6% от нее по величине. Двухфазное напряжение обмотки трансформатора и фаза статора позволяют получить трехфазное напряжение. Действительно напряжения между точками присоединения трехфазной сети равны и сдвинуты на 120°. Преобразование двухфазного напряжения в трехфазное производится т. о. по схеме Скотта (смотрите Трансформатор). При пуске П. разворачивается вспомогательным однофазным коллекторным двигателем. Недостатком П. является низкий cos φ в первичной сети. Для улучшения его иногда П. делается синхронным; ротор его возбуждается постоянным током от специального генератора. Последний служит при пуске пусковым двигателем. Сериесные фазные П. употребляют на америк. электровозах.

Преобразователи числа фаз и периодов. Эти преобразователи представляют собой статор, снабженный двумя обмотками, и два концентричных ротора. На промежуточном роторе находится короткозамкнутая обмотка, которая питается постоянным током от батареи. Внутренний ротор несет обмотку, соединенную с коллектором и кольцами. На фигуре 29 видно взаимное расположение обмоток. Статорнап обмотка S питается однофазным током; промежуточный ротор с коротко-замкнутой обмоткой R вращается. Вследствие этого в машине образуется вращающееся магнитное поле. Последнее индуктирует в обмотке А внутреннего ротора многофазное напряжение. С колец обмотки берут трехфазный ток. Частота напряжения, индуктированного в обмотке, равна при неподвижном роторе частоте сети. Для изменения частоты необходимо вращение внутреннего ротора. Оно осуществляется вслед-

ммттмштмг

ствие присоединения обмотки D статора к щеткам коллектора обмотки Л. Регулирование частоты производится сдвигом щеток по коллектору, т. к. от

cos φ в первичной сети служит питаемаядю-стоянным током обмотка G на промежуточном роторе. П. частоты и числа фаз применяется на электровозах. Регулирование частоты .производится для изменения скорости тяговых двигателей.

i Лит.: Холуянов Ф., Альтернаторы и преобразователи переменно-постоянного тока, 2 изд., Л., 1925; Пиотровский Л. М. и Попов В. К., Испытание машин переменного тока, вып. 2, Л., 1927; Фауль Ф., Справочник по электротехнике, вып. 2, М., 1928; Arnold Е. u. la С о иг J., Die Weehselstromtechmk, В. 4—5, Т. 1, В.,1923; Hill Е., Rotary Converters, Their Principles, Construction a. Operation, London, 1927; Whitaker F., Rotary Converters, London, 1927; Manduit A., Machines Olectriques (ThOorie, essais et construction), .Paris, 1922. А. Бамдас.