Расщепитель фаз своими руками

Расщепитель фаз своими руками

На э. п. с. переменного тока преобразование однофазного тока в трехфазный для питания асинхронных двигателей привода вспомогательных машин осуществляют с помощью асинхронных расщепителей фаз. Асинхронный расщепитель фаз представляет собой асинхронную машину с трехфазной обмоткой статора и короткозамкнутым ротором.

Принцип действия. В расщепителе фаз преобразование однофазного тока в трехфазный производится посредством вращающегося магнитного поля. Это поле индуцирует в обмотке статора э.д.с, сдвинутые относительно друг друга по фазе на определенные углы, равные углам между осями соответствующих катушек. В расщепителе фаз обмотка статора выполнена в виде несимметричной «звезды» (рис. 276, а). Две фазы ее С1—0 и С2—01 образуют так называемую двигательную обмотку 2. Третья фаза С3—С4 называется генераторной обмоткой 3. Ее используют также для пуска расщепителя фаз. Обмотка ротора 1 выполнена в виде беличьей клетки.

Двигательную обмотку подключают к источнику однофазного тока, т. е. к вторичной обмотке тягового трансформатора. Она служит также для приведения во вращение расщепителя фаз.

Генераторная обмотка 3 сдвинута относительно частей С1—0 и С2—01 двигательной обмотки приблизительно на угол 120°. Ее присоединяют к двигательной обмотке 2 в точке О1, которая выбирается так, чтобы обеспечить наилучшую симметрию линейных напряжений Uл при номинальной нагрузке. Из этого исходят также при выборе числа витков обмоток (генераторная обмотка имеет несколько большее число витков, чем каждая из двух частей двигательной обмотки).

Однофазная двигательная обмотка 2 расщепителя фаз создает пульсирующее магнитное поле, которое, как было показано в § 82, можно представить в виде двух вращающихся в разных направлениях полей, создающих электромагнитные моменты Мпр и Мобр (см. рис. 270,б). По этой причине расщепитель фаз не имеет начального пускового момента.

Для пуска расщепителя используют в качестве вспомогательной фазы генераторную обмотку СЗ—С4, подключаемую к одному из проводов однофазной сети (см. рис. 276, а). В этом случае в машине образуется система из трех фаз, сдвинутых относительно друг друга в пространстве приблизительно на 120°, т. е. так же, как и в трехфазном асинхронном электродвигателе. Для создания

Рис. 276. Схема включения обмоток расщепителя фаз (а) и диаграмма векторов напряжений, индуцируемых в этих обмотках (б)

необходимого сдвига по фазе тока в обмотке СЗ—С4 относительно токов в двух других фазах в цепь генераторной обмотки включают при пуске пусковой резистор 4. В дальнейшем после разгона ротора этот резистор отключается от сети контактом 5. Емкость 6 служит для устранения несимметрии напряжений, возникающих при изменении нагрузки расщепителя фаз. Эту емкость распределяют в виде отдельных конденсаторов по различным двигателям так, чтобы при отключении какого-либо двигателя отключалась и соответствующая часть конденсаторов. При этом автоматически изменяется и общая емкость 6, подключенная к расщепителю фаз.

При вращении ротора обратное поле резко уменьшается, поэтому можно считать, что в машине практически действует лишь прямое поле. Это поле индуцирует в генераторной обмотке э. д. с, которая сдвинута приблизительно на 120° относительно э. д. с, индуцируемых в двух частях двигателей обмотки.

В результате образуется трехфазная система линейных напряжений Uл (рис. 276,б), которые подаются на асинхронные двигатели привода вспомогательных машин. При симметричной нагрузке от генераторной обмотки СЗ—С4 расщепителя подается только 1/3 мощности потребителей. Остальные 2/3 необходимой мощности поступают непосредственно от однофазной сети.

Конструктивное выполнение. Расщепители фаз имеют конструкцию, подобную обычному асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором. Для эффективного ослабления обратного поля беличья клетка ротора выполняется из меди и имеет минимальное активное сопротивление. Чтобы снизить падения напряжения в обмотках статора и уменьшить таким путем несимметрию трехфазных напряжений при изменении нагрузки и напряжения питающей сети, двигательная и генераторная обмотки должны иметь малое реактивное сопротивление. Для этого их выполняют с небольшим числом витков и уменьшенными потоками рассеяния. Это обеспечивают рациональным выбором конфигурации пазов и увеличением воздушного зазора между ротором и статором.

Фазорасщепитель НБ-455А.

Предназначен для вырабатывания фазы с целью преобразования однофазного напряжения контактной сети в 3-х фазное напряжение питания цепей вспом-ных машин.

Состоит из статора, ротора, двух подшипниковых щитов.

Статор – состоит из литой чугунной станины в которую запрессован сердечник, сердечник шихтованный из листов электротехнической стали, имеет 60 пазов в которых уложена трёх фазная обмотка соединённая в не семеричную звезду. Лобовые части обмотки крепятся к станине специальным бандажным кольцом для повышения виброустойчивости.

Ротор – состоит из вала, на который напрессован шихтованный сердечник. Обмотка сердечника короткозамкнутое алюминиевое «беличье» колесо. Сердечник от проворота зафиксирован шпонкой на валу. Ротор вращается в шарикоподшипниках установленных в подшипниковых щитах. Подшипники закрыты внутренними и внешними наружными крышками у которых в месте контакта с валом сделаны выточки исключающие вытекание смазки из спец.

капсул. В капсулы заправляется 300гр. Смазки через отверстие в наружной крышке.

В подшипниковых щитах имеются вентиляционные окна, а внутри корпуса сделаны направляющие воронки. Фазорасщепитель установлен в БСА-1.

Принцип работы.

Для запуска фазорасщепителя необходимо внутри статора создать вращающее магнитное поле. ОСН (обмотка собственных нужд) выдаёт только 2 фазы и при подключении фазорасщепителя к ним внутри возникает переменное магнитное поле, которое наводит в роторе знакопеременные силы, из-за чего ротор не может раскрутится.

Для создания вращающего магнитного поля необходимо подключить третью обмотку к одной из фаз через активное сопротивление. При этом в этой обмотке произойдёт сдвиг фазы т.е. на некоторый угол по сравнению с током в двигательных обмотках МС1, МС2, этого будет достаточно для разгона фазорасщепителя без нагрузки.

Рис. Схема работы фазорасщепителя фаз

При достижении 1380об/мин срабатывает ППРФ-300 (панель пуска расщепителя фаз) которая отключает контактор 119 т.е. в фазорасщепителе продолжают получать питание только двигательные обмотки. Т.к. ротор раскрутился то наводимая ЭДС в нём будет достаточно для поддержания вращения. Ток протекающий по стержням ротора наводит вокруг них своё магнитное поле которое вращается вместе с ротором. Это магнитное поле с вращающимся магнитным полем статора пересекают витки генераторной обмотки наводя в ней ЭДС сдвинутую примерно на 90º по отношению к напряжению ОСН. В результате вспомогательные машины получают питание первая и вторая от ОСН третья фаза от генераторной обмотке фазорасщепителя. Для получения трёхфазной семеричной системы напряжения обмотки фазорасщепителя выполняют с различным количеством витков. В итоге генераторная обмотка выдаёт такое же напряжение как и ОСН.

Любой асинхронный двигатель может работать в роли фазорасщепителя, но только после запуска.

Не семеричное напряжение недостаток фазорасщепителя так как у всех вспомогательных машин одинаковое количество витков в обмотках.

 


Дата добавления: 2017-06-13; просмотров: 2289;


Похожие статьи:

Если в вашем распоряжении есть трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, то получить три фазы из одной совсем несложно, заставив его работать в качестве генератора. Но генератор нужно крутить, чтобы он начал вырабатывать напряжение, а значит, понадобится еще и однофазный двигатель соответствующей мощности и, что самое неприятное, с нужными оборотами.

Но зачем дополнительный двигатель, если можно заставить вращаться наш трехфазный от одной? Для этого нужно выполнить всего два простых условия – подать на одну из обмоток однофазное напряжение и «толкнуть» ротор, поскольку от одной фазы он не запустится. Как толкнуть? Как угодно, хоть руками за вал – без нагрузки это сделать несложно. Но, конечно, руки мы побережем, а будем толкать с помощью самой распространенной схемы – пускового  конденсатора.

Емкость этого конденсатора не обязательно должна быть большой – без нагрузки, как я уже сказал,  генератор несложно запустить даже руками. Как только начнется вращение, наш двигателе-генератор будит весело крутиться от одной фазы, вырабатывая своими «лишними» обмотками недостающие две. Единственный недостаток такой схемы – приличный перекос фаз, который можно устранить включением автотрансформатора (см. схему).

В качестве автотрансформатора автор использовал статор сгоревшего электродвигателя на 17 кВт (один магнитопровод, обмотку надо снять), на котором намотал 400 витков провода сечением 6 мм2с отводом через каждые 40 витков. Отводы используются для точной подгонки напряжения фазы. В качестве генератора использовался двигатель мощностью 4 кВт, мощность нагрузки при этом может достигать 3 кВт. Конденсатор емкостью 39 мкФ, применять можно МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на напряжение не ниже 600В или МБГЧ на напряжение 250 В. Включать генератор нужно без нагрузки, отключать, понятно, тоже.

С. Гуров

16. Расщепитель фаз

Преобразование однофазного тока в трехфазный расщепителем фаз основано на свойстве вращающегося магнитного потока асинхронного электродвигателя наводить в трехфазной статорной обмотке э. д. с, смещенные по времени в соответствии с расположением обмоток на статоре. Для этого используют асинхронные расщепители фаз, которые по своему устройству аналогичны асинхронным трехфазным двигателям с короткозамкнутой обмоткой на роторе.

Если к двум фазам статорной обмотки одного трехфазного асинхронного двигателя подвести однофазное напряжение и ротор его раскрутить каким-либо внешним источником до частоты вращения, примерно равной номинальной, то после этого двигатель будет работать самостоятельно. Если затем подключить две фазы статорной обмотки второго асинхронного двигателя к источнику однофазного напряжения, а третью фазу соединить со свободной фазой статорной обмотки первого двигателя, то по обмоткам второго двигателя будет протекать трехфазный ток и машина будет работать в двигательном режиме. В третьей фазе статорной обмотки первого двигателя, называемого расщепителем фаз, генерируется переменный ток, который вместе с однофазным током источника образует трехфазный переменный ток. Таким образом, трехфазный асинхронный двигатель, будучи подключен двумя фазами своей статорной обмотки к источнику однофазного тока, может преобразовывать однофазный ток в трехфазный, т. е. выполнять функцию расщепителя фаз.

На электропоездах ЭР9М и ЭР9Е две двигательные фазы С1 и СЗ (рис. 74) обмотки статора расщепителя фаз РФ подключают к обмотке тягового трансформатора ВО с напряжением 220 В. Тогда генераторная фаза С2 при вращающемся роторе расщепителя фаз совместно с напряжением питания создают трехфазную систему питания вспомогательных электродвигателей.

При включении контактора КР на фазы С1 и СЗ подается напряжение, и обмотки фаз А н С будут создавать пульсирующее магнитное поле, которое может быть разложено на два вращающихся с одинаковой скоростью, но противоположных по направлению поля.

Токи, индуцируемые в стержнях ротора двумя вращающими полями, взаимодействуя с вращающимися потоками, создают равные по величине и противоположные по направлению магнитные моменты, вследствие чего результирующий вращающий момент будет равен нулю и ротор вращаться не будет.

Если же ротор расщепителя фаз привести во вращение с частотой, меньшей частоты вращения полей, то частота, с которой магнитные поля будут пересекать стержни ротора, будет различной. Поле, направление которого совпадает с направлением вращения ротора, называемое прямым, будет реже пересекать его стержни, чем при неподвижном роторе, а поле с противоположным направлением вращения, называемое обратным, будет пересекать стержни ротора почти с двойной частотой. Токи, наводимые обратным полем, будут демпфировать магнитный поток обратной последовательности, поэтому вращающий момент, создаваемый прямым полем, будет значительно больше тормозящего момента, создаваемого обратным полем, в связи с чем ротор после разгона будет вращаться самостоятельно и даже иметь на своем валу некоторую механическую нагрузку.

Обмотки расщепителя фаз выполнены сдвинутыми в пространстве относительно друг друга. Следовательно, для образования вращающего магнитного поля, необходимого для создания пускового момента, нужно, чтобы и точки в них были сдвинуты во времени. Поэтому при пуске расщепителя фаз (разгоне ротора) точку П генераторной фазы обмотки статора

Рис. 74. Схема включения обмоток статора асинхронного расщепителя фаз на электропоезде переменного тока:

Тр г— тяговый трансформатор: ВО— вспомогательная обмотка; РФ — расщепитель фаз; Д — асинхронный двигатель

Рис. 75. Схема статорной обмотки расщепителя фаз РФ-1Д5

соединяют с началом обмотки другой фазы С/ через пусковой резистор /?„. Для этого замыкают контакторы КПР, что вызывает появление тока в части витков П-0 генераторной обмотки и небольшого вращающего момента на роторе, достаточного для его быстрого разгона до скорости вращения, близкой к номинальной. По мере разгона вращающий момент прямого поля увеличивается и при достижении скорости, близкой к синхронной, пусковое сопротивление отключается через размыкающие контакты контактора КПР.

При вращении в роторе возникает вторичное магнитное поле, которое, вращаясь вместе с ним, пересекает трехфазную обмотку статора, создавая в ней трехфазную э. д. с, которая отличается лишь некоторой несимметрией напряжения, зависящей от величины нагрузки фаз. Поэтому и обмотка статора (рис. 75) выполнена несимметричной.

Конструктивно расщепитель фаз аналогичен асинхронному двигателю с ко-роткозамкнутым ротором с беличьей клеткой.

На электропоездах ЭР9М и ЭР9Е установлен расщепитель фаз РФ-1Д5, в котором использована возможность установки на валу расщепителя фаз дополнительной механической нагрузки рабочего вентиляторного колеса для системы охлаждения выпрямительной установки, расположенной под вагоном, сглаживающего реактора и системы охлаждения трансформатора. Расщепитель фаз РФ-1Д5 питается напряжением 220 В, которое подводится к фазам Л и С (см. рис. 74). При пуске между фазами А и В включается пусковой резистор с сопротивлением 0,42 Ом, отключаемый после разгона. Мощность расщепителя фаз в длительном режиме 18 кВт, частота вращения 1470 об/мин при частоте тока 50 Гц, масса 310 кг.

В круглый литой из стали остов 2 (рис. 76), имеющий четыре выступа для крепления расщепителя фаз под кузовом вагона, запрессовывают сердечник

статора /, шихтованный из лакированных листов стали Э-12 толщиной 0 5 мм Сердечник в станине закрепляют шестью шпонками, которые закладывают в специальную канавку равномерно по окружности и приваривают к корпусу Сердечник имеет 48 полуоткрытых пазов, в которые укладывают трехфазную обмотку расщепителя. ■’

Рис. 76. Расщепитель фаз типа РФ-1Д (а — вид спереди и б — вид сбоку):

/ — сердечник статора; 2 _ остов; 3 — сердечник ротора; 4 — вал: 5, 6 — крышки; 7 — выводы (С/. С2, СЗ, О, П); 8- масленка

Крепят обмотку в пазах текстолитовыми клиньями. Лобовые части переплетают стеклолентой. Катушки между собой изолируют стеклоэскапоновой лако-тканью и электрокартоном, а между фазами — гибким миканитом. Обмотка статора соединена в «звезду» и имеет пять выводов: СІ, С2, СЗ (см. рис. 74), начало фаз А, В, С, О — нулевая точка звезды; П — пусковой отвод от вывода С2 (через 28 витков-фазы В), к которому подключается пусковой резистор в момент пуска.

Статор с обмоткой целиком пропитывают в термореактивном лаке с высокой температурой запечки, поэтому выводные концы С1, СЗ выполняют из провода РКГМ с термоустойчивой изоляцией сечением 16 мм2, Я и С2 — 10 мм2, О — 6 мм".

Вывод из статора производят через специально приваренный патрубок, в который вставляется изолирующая втулка из полисилаксановой резины.

Сердечник ротора набирают из листовой электротехнической стали марки Э-12 толщиной 0,5 мм и закрепляют на валу с обеих сторон нажимными шайбами. В листах имеются круглые отверстия для вентиляции ротора и пазы для стержней.

Ротор расщепителя фаз короткозамкнутый с двойной беличьей клеткой. Стержни беличьей клетки выполняются из меди или алюминия и соединяются между собой кольцами. Сопротивление короткозамкнутой обмотки ничтожно мало. Верхняя беличья клетка пусковая, нижняя — рабочая.

На вал ротора напрессовывают втулку, к которой болтами крепят центробежный вентилятор. Охлаждающий воздух проходит через вентиляционный патрубок, машину и выбрасывается в специальные люки в заднем подшипниковом щите. Ротор вращается в двух подшипниках.

Со стороны вентилятора установлен шариковый подшипник № 312, а со стороны выходного ко«ца вала, на который насаживается рабочее колесо вентилятора,— роликовый подшипник № 2312.

Расщепитель фаз РФ-1Д5 имеет усиленный передний подшипниковый щит. Это вызвано установкой рабочего вентиляторного колеса для систем вентиляции выпрямительной установки и сглаживающего реактора. Конец вала для посадки колеса у РФ-1Д5 — конический со шпонкой и резьбой на конце для затяжки рабочего колеса.

Технические данные расщепителя фаз, его ротора и статора следующие:

Расщепитель фаз

18 кВт

Мощность в длительном режиме

Частота тока

50 Гц

Частота вращения

1470 об/мин

Масса

320 кг

Ротор

Число пазов верхнего ряда

60

» » нижнего »

30

» эффективных проводов в пазу

1

Общее число проводов в пазу

1

Размер верхнего паза

7,2 мм

» нижнего »

10,2 мм

Число параллельных проводов

1

Тип обмотки

стержневая

Размер стержней:

верхних

0 7 мм

нижних

0 10 мм

Размер короткозамкнутого кольца:

верхнего

5X24 мм

нижнего

10X24 мм

Масса

95 кг

100

Статор

Тип обмотки

петлевая

Число пазов

48

Площадь паза в свету

250 мм-‘

Число витков в фазе:

А

40

В

56

С

38

Сопротивление фазы при 20 °С

А

(0,04+6 %) Ом

В

(0,0650+6 %) Ом

С

(0.0395+6 %) Ом

Размеры неизолированного провода

фаз А и С

■0 1,81 мм

То же фазы В

0 1,68 мм

Класс изоляции провода

В

Марка провода

псд

Масса меди статора

16,8 кг

Напряжение испытания

1500 В

Размер воздушного зазора

0,6 мм

Режим работы расщепителя фаз по сравнению с другими вспомогательными машинами наиболее тяжелый. Поэтому при уходе за расщепителем фаз в эксплуатации необходимо выполнять следующие основные требования.

Величина подводимого напряжения должна быть в пределах 175—242 В. Допустимы кратковременные повышения напряжения до 275 В. Сопротивление изоляции должно быть не ниже 0,8 МОм. Если оно ниже, то необходимо произвести сушку изоляции в печи электрическим током или горячим воздухом.

При сушке электрическим током величина тока статора должна быть приблизительно 50 А для генераторной фазы В и 80 А для двигательных Л и С. Необходимо следить, чтобы нагрев статора не превышал 120 °С.

В процессе эксплуатации расщепитель фаз должен подвергаться осмотрам и ремонтам. Во время профилактических осмотров необходимо проверять исправность подвески расщепителя фаз, целостность болтов и их крепление, отсутствие трещин в корпусе и других повреждений.

Расщепитель фаз продувают сухим воздухом, очищают сетки от грязи, а также проверяют его запуск.

При ТР-1 необходимо выполнять объем работ профилактического осмотра и дополнительно проверять сопротивление изоляции расщепителя фаз, производить ревизию выводных концов, а через один ТР-1 добавлять в подшипники смазку 1-ЛЗ по 50 г в каждый. При ТР-2 дополнительно производят ревизию подшипников и заменяют смазку.

⇐ПредыдущаяОглавлениеСледующая⇒

Воздушные ЛЭП с расщепленными фазами

Если каждая фаза выполнена двумя и более проводами, то такая конструкция фазы считается расщепленной. В линиях традиционного исполнения с номинальным напряжением 330 кВ фазы расщеплены на два провода, в линиях 500 кВ – три провода, в линиях 750 кВ – на четыре-пять проводов. В Красноярской энергосистеме эксплуатируется ВЛ 220 кВ Дивногорск – Красноярск с расщеплением фазы на два провода. Существуют экспериментальные ВЛ повышенной пропускной способности с 6 – 8 и более проводами в фазе.

Основными назначениями расщепления фаз является увеличение пропускной способности и снижение (ограничение) коронирования ВЛ до экономически приемлемого уровня. Увеличение пропускной способности достигается при неизменном номинальном напряжении и сечении путем снижения индуктивного сопротивления ЛЭП.

Так, при выполнении фазы n одинаковыми проводами погонное активное сопротивление фазы уменьшается в n раз, т.е.

Однако для ВЛ указанных номинальных напряжений характерны соотношения между параметрами R0 <<X0 . Поэтому увеличение пропускной способности достигается в основном снижением индуктивного сопротивления. При n проводах фазе увеличивается эквивалентный радиус расщепления конструкции фаз (рисунок №1).

(1)

где а- расстояние между проводами в фазе, равное 40-60 см.

Анализ зависимости (№1) показывает, что эквивалентный радиус фазы изменяется в диапазоне от 9,3 см (при n=2) до 65 см (при =10)и мало зависит от сечения провода. Основным фактором, определяющим изменение , является количество проводов в фазе. Так как эквивалентный радиус расщепленной фазы намного большего действительного радиуса провода нерасщепленной фазы (>>), то индуктивное сопротивление такой ВЛ:

(2)

Снижение Х0 достигаемое, в основном, за счет уменьшения внешнего сопротивления , относительно невелико. Например, при расщеплении фазы воздушной линии 500 кВ на три провода – до 0,29 – 0,3 Ом/км, т.е. примерно на треть. Соответственно с уменьшением сопротивления увеличивается пропускная способность (идеальный предел) линии:

(3)

Естественно, что с увеличением эквивалентного радиуса фазы снижается напряженность электрического поля вокруг фазы и, следовательно, потери мощности на коронирование. Тем не менее, суммарные значения этих потерь для ВЛ высокого и сверхвысокого напряжения (220 кВ и более) составляют заметные величины, учет которых необходим при анализе режимов линий указанных классов напряжений.

Расщепление фазы на несколько проводов увеличивается емкость ВЛ и соответственно емкостную проводимость:

(4)

Например, при расщеплении фазы ВЛ 220 кВ два провода проводимость возрастает с 2,7∙10-6 до 3,5∙10-6 См/км. Тогда зарядная мощность ВЛ 220 кВ средней протяженности, например 200 км, составляет

что соизмеримо с передаваемыми мощностями по ВЛ данного класса напряжения, в частности, с натуральной мощностью линии

(5)

Характерные данные и соотношения для параметров ЛЭП различного класса напряжения приведены в таблице №1

Таблица №1 Конструктивные и схемо-режимные параметры воздушных линий

UН,кВ 0,22-0,38 6-10 35 110 150 220 330 500
D,м 0,4-0,5 0,7-0,9 2,5-3 4-4,5 5,5-6 7-7,5 8,5-9 10-12
*nИЗ,шт 1 1 3-4 6-7 9-10 12-14 19-22 31-34
Длинна пролета, м 35-45 60-80 150-200 170-250 200-250 250-300 300-400 350-450
Х0, Ом/км 0,29-0,35 0,33-0,37 0,4-0,41 0,41-0,43 0,42-0,44 0,42-0,44 0,32 0,29
b0 ∙10-6 См/км 2,6-2,8 3,4-3,5 3,6-3,9
QC∙10-2 Мвар/км       3-4 6-7 12-13 40-42 90-95
**∆Р0кВт/км           1-2 4,5 8-10

*nИЗ – количество изоляторов;

**∆Р0 — потери на коронирование при хорошей погоде

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *