Вращающихся электрических

Вращающийся (поворотный) трансформатор — электрическая машина — по устройству подобен асинхронному двигателю с контактными кольцами, предназначен для преобразования угла поворота его ротора в напряжение, пропорциональное некоторой функции этого угла. Вращающиеся трансформаторы подразделяются на синусные, напряжение на выходе которых пропорционально синусу или косинусу угла поворота ротора; линейные, где напряжение на выходе пропорционально углу поворота, и на трансформаторы-построители, напряжение которых пропорционально корню квадратному из суммы квадратов напряжений на входах:

Для получения указанных выше зависимостей выходного напряжения от угла поворота может быть использована одна и та же машина с двумя обмотками на статоре и двумя на роторе при соответствующих схемах их включения. Вращающиеся трансформаторы применяются в системах автоматического управления, в устройствах вычислительной техники для решения геометрических и тригонометрических задач и т. д.

Вращающиеся трансформаторы, .эти машины иизит на статоре одну однофазную обмотку, а на роторе - две, причем обмотки ротора сдвинуты в пространства на 90 электрических градусов (J.16).

§ 11.5. ВРАЩАЮЩИЕСЯ ТРАНСФОРМАТОРЫ

§ 11.5. Вращающиеся трансформаторы.............. 230

Вращающиеся трансформаторы. По устройству вращающийся трансформатор (ВТ) подобен асинхронной машине с фазным

Кроме синусно-косинусного трансформатора применяют линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ), который на выходе дает э.д.с., пропорциональную углу поворота. Вращающиеся трансформаторы применяют в автоматике в качестве преобразователей угловых величин, а также функциональных элементов аналоговых счетно-решающих устройств.

13-4. Вращающиеся трансформаторы

Вращающиеся трансформаторы, подобно сельсинам, служат для получения выходных напряжений переменного тока, пропорциональных гармоническим функциям угла поворота ротора, а также для построения векторов по составляющим.

По конструктивному выполнению вращающиеся трансформаторы подобны асинхронным машинам малой мощности с фазным ротором. Статор и ротор набраны из изолированных листов электротехнической стали. В пазах статора и ротора уложены обычно по две одинаковые фазные обмотки, расположенные под углом 90 электрических градусов друг к другу. Концы обмоток ротора соединены с контактными кольцами. Для двухфазной обмотки ротора число колец обычно равно трем: одно из колец соединено с общей точкой двух обмоток. Если по условиям работы угол поворота ротора меньше 360°, выводы роторной обмотки выполняются в виде гибких проводников с малой жесткостью для уменьшения момента сопротивления при повороте.

Если соединить вращающиеся трансформаторы по схемам 15-16, получим линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ). ЛВТ обеспечивает получение переменного напряжения, примерно пропорционального углу поворота ротора в пределах ±30 , менее точно — до ±60°. Это достигается за счет введения добавочных э. д. с. в выходное напряжение ЛВТ (например, на схеме 15-16, б за счет введения э. д. с. обмотки ротора Р1).

Для защиты РУ от грозовых перенапряжений, набегающих с линии, выполняются мероприятия, обеспечивающие грозозащиту подходов воздушных линий к РУ, определяется место установки вентильных разрядников в РУ и выбирается тип вентильного разрядника. Основные типовые схемные решения по защите подходов воздушных линий к РУ приведены на 7.1. Защита РУ, присоединенных к воздушным линиям, а также защита вращающихся электрических машин от грозовых перенапряжений осуществляются с помощью тросов, трубчатых разрядников и конденсаторов, шунтирующих вентильные разрядники. Место установки в РУ вентильных разрядников зависит от расстояния по токоведущим частям до защищаемого объекта. Наибольшие допустимые расстояния указаны в ПУЭ.

Мощность установленных вращающихся электрических машин (двигателей) Рдв

Значительный интерес для электротехники представляет водород. Это очень легкий газ, обладающий весьма благоприятными свойствами для использования его в качестве охлаждающей среды вместо воздуха (водород характеризуется высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью). При использовании водорода охлаждение вращающихся электрических машин существенно улучшается. Кроме того, при замене воздуха водородом заметно снижаются потери мощности на трение ротора машины о газ и на вентиляцию, так как эти потери приблизительно пропорциональны плотности газа. Ввиду отсутствия окисляющего действия кислорода воздуха замедляется старение органической изоляции обмоток машины и устраняется опасность пожара при коротком замыкании внутри машины. Наконец, в атмосфере водорода улучшаются условия работы щеток. Так как водородное охлаждение позволяет повысить мощность машины и ее КПД, крупные турбогенераторы и синхронные компенсаторы выполняются с водородным охлаждением (еше более эффективное охлаждение достигается циркуляцией жидкости внутри полых проводников обмоток статора и даже - что, конечно, технически сложнее - ротора). Применение циркуляционного водородного охлаждения требует герметизации машины (подшипники уплотняются при помощи масляных затворов). Чтобы избежать попадания внутрь машины воздуха (водород при содержании его в воздухе от 4 до 74% по объему образует взрывчатую смесь - гремучий газ), внутри машины поддерживается некоторое избыточное давление, сверх атмосферного; постепенная утечка водорода восполняется подачей газа из баллонов. При прочих равных условиях электрическая прочность водорода примерно на 40 %, а угольного ангидрида СО2 - на 10% ниже, чем электрическая прочность воздуха. Для заполнения

Хотя процессы преобразования энергии в трансформаторах проще, чем во вращающихся электрических машинах, в области теории трансформаторов остается много вопросов, требующих углубленной проработки. Поэтому в этой книге подробно рассматриваются учет насыщения, схемы и группы соединений, распределение токов в параллельных ветвях многообмоточных трансформаторов и другие сложные вопросы теории электромагнитного преобразования энергии. Много места отводится специальным трансформаторам — стабилизаторам напряжения, трансформаторам, работающим на выпрямители, и измерительным трансформаторам.

Математическое описание электромеханических процессов преобразования энергии во вращающихся электрических машинах.

2.1.1. На 2.1 даны эскизы двух разновидностей вращающихся электрических машин. В чем их отличие? Обозначить основные элементы машин в соответствии с указанными номерами.

С помощью функцией от матриц находятся аналитические решения уравнений состояния нестационарных электрических цепей. Рассматриваются особенности аналитических решений уравнений состояния вращающихся электрических машин переменного тока. Определяются аналитические решения уравнений состояния вентильных цепей.

При оценке состояния увлажненности и решении вопроса о необходимости сушки компаундированной, термореактивной и гильзовой изоляции обмотки статора генератора руководствуются указаниями «Инструкции по определению возможности включения вращающихся электрических машин переменного тока без сушки» (Нормы, приложение 2). Для генераторов с бумажно-масляной изоляцией необходимость сушки определяется инструкцией завода-изготовителя.

В электрической машине при преобразовании одного вида энергии в другой часть энергии теряется в виде теплоты, рассеиваемой в различных частях машины. Во вращающихся электрических машинах имеются потери энергии трех видов: потери в обмотках, потери в стали и механические потери. Кроме того, имеются незначительные добавочные потери.

Магнитопровод машины, по которому замыкается переменный магнитный поток, выполняют шихтованным — из листов электротехнической стали, как и у трансформатора. Если поток постоянный, то магнитопровод можно выполнять массивным; в этом случае он может осуществлять и конструктивные функции, т. е. служить элементом, обеспечивающим прочность данной части машины (статора или ротора). Так как электротехническая сталь о высоким содержанием кремния (3,8—4,8%) имеет значительную хрупкость, то для изготовления магнитопроводов вращающихся машин, у которых на роторе и статоре должны быть выштампованы пазы сравнительно сложной конфигурации, применяют сталь с содержанием кремния 1—3%. По тем же причинам холоднокатаная сталь находит ограниченное применение во вращающихся электрических машинах (только в очень мощных машинах). В микромашинах широко применяют также магнитопроводы, соб- с' ранные из листов железони- ,_„„,„„, г_обмотка1 ,_воздущ„Ый ,аэоР.

Принципы расчета. Расчет магнитной цепи вращающихся электрических машин основан на тех же принципах, что и расчет магнитной цепи трансформатора; его цель — найти связь между величинами магнитного потока "и тока обмотки, которая создает этот поток.