Индукционный регулятор

Схема подключения индукционного регулятора. Источник питания подключается к клеммам ротора RST. Выходное напряжение составляет N+1-2-3 клеммы.

Схема электрических векторов индукционного регулятора

Индукционный регулятор — это электрическая машина переменного тока , чем-то похожая на асинхронный двигатель , которая может обеспечивать бесступенчатое выходное напряжение . Индукционный регулятор был одним из первых устройств, использовавшихся для регулирования напряжения электрических сетей. С 1930-х годов в распределительных сетях его заменил отводной трансформатор . В настоящее время его использование в основном ограничивается электротехническими лабораториями, электрохимическими процессами и дуговой сваркой . С небольшими изменениями его установку можно использовать в качестве фазосдвигающего силового трансформатора .

Строительство

Однофазный индукционный стабилизатор имеет (первичную) обмотку возбуждения, подключенную к питающему напряжению, намотанную на вращающийся магнитный сердечник. Неподвижная вторичная обмотка включается последовательно с регулируемой цепью. Когда обмотка возбуждения поворачивается на 180 градусов, напряжение, индуцируемое в последовательной обмотке, изменяется от прибавляющего к напряжению питания до противоположного ему. Подбором соотношений числа витков на обмотках возбуждения и последовательных обмотках можно регулировать диапазон напряжения, скажем, плюс-минус 20% напряжения питания, например.

Трехфазный индукционный регулятор можно рассматривать как асинхронный двигатель . Ротор не может свободно вращаться и может перемещаться механически с помощью червячной передачи . Остальная конструкция регулятора повторяет конструкцию асинхронного двигателя с фазным ротором, трехфазным статором с пазами и трехфазным ротором с обмоткой. Поскольку ротор не может поворачиваться более чем на 180 градусов, механически выводы ротора можно подключить к внешней цепи с помощью гибких кабелей. Если обмотка статора является двухполюсной, перемещение ротора на 180 градусов физически изменит фазу индуцированного напряжения на 180 градусов. Четырехполюсная обмотка требует физического перемещения всего на 90 градусов для создания фазового сдвига на 180 градусов.

Поскольку крутящий момент создается за счет взаимодействия магнитных полей, подвижный элемент удерживается таким механизмом, как червячная передача . Ротор можно вращать с помощью маховика, прикрепленного к машине, или можно использовать электродвигатель для дистанционной или автоматической регулировки положения ротора.

В зависимости от применения соотношение количества витков ротора и статора может меняться.

Работающий

Поскольку однофазный регулятор изменяет только поток, соединяющий обмотки возбуждения и последовательные обмотки, он не вносит фазового сдвига между напряжением питания и напряжением нагрузки. Однако изменяющееся положение подвижного элемента в трехфазном регуляторе действительно создает фазовый сдвиг. Это может стать проблемой, если цепь нагрузки может быть подключена к более чем одному источнику питания, поскольку из-за фазового сдвига будут протекать циркулирующие токи.

Если клеммы ротора подключены к трехфазной электрической сети, вращающееся магнитное поле будет направлено в магнитный сердечник . Результирующий поток будет создавать ЭДС на обмотках статора с той особенностью, что если ротор и статор физически сдвинуты на угол α, то электрический сдвиг фазы обеих обмоток также равен α. Если рассматривать только основную гармонику и игнорировать сдвиг, то правилом является следующее уравнение:

${\frac {U_{stator}}{U_{rotor}}}={\frac {\xi _{stator}N_{stator}}{\xi _{rotor}N_{rotor}}}$

Где ξ — коэффициент намотки , константа, связанная с конструкцией обмоток.

Если обмотка статора подключена к первичной фазе, общее напряжение, наблюдаемое от нейтрали (N), будет суммой напряжений на обеих обмотках ротора и статора. Если перевести это на электрические векторы , то оба вектора соединены. Между ними происходит угловое смещение α. Поскольку α можно свободно выбирать между [0, π], оба вектора можно складывать или вычитать, поэтому все значения между ними достижимы. Первичное и вторичное не изолированы. Кроме того, соотношение величин напряжений между ротором и статором постоянно; результирующее напряжение изменяется из-за углового смещения индуцированного напряжения последовательной обмотки.

Преимущества

Выходное напряжение можно плавно регулировать в пределах номинального диапазона. Это явное преимущество по сравнению с ступенчатыми трансформаторами, у которых выходное напряжение принимает дискретные значения. Также напряжение можно легко регулировать в рабочих условиях.

Недостатки

По сравнению с отводными трансформаторами, индукционные регуляторы дороги, имеют более низкий КПД, высокие токи холостого хода (из-за воздушного зазора) и ограничены по напряжению менее 20 кВ.

Приложения

Индукционный стабилизатор для электрических сетей обычно рассчитан на номинальное напряжение 14 кВ и ±(10–15)% регулирования, но его использование сократилось. В настоящее время его основное применение — электротехнические лаборатории и дуговая сварка .

См. также

• Трансформатор переменной частоты

Библиография

• Арнольд, Арчибальд (1946). Современный инженер-электрик, том II, четвертое издание . Издательская компания Кэкстон, Лимитед. стр. 163–166.
• Хьюстон, Эдвин Дж. (1902). Современные виды динамо-электрических машин . П. Ф. Коллиер и сын. стр. 564–567.

• Финк, Дональд Г. (1978). Стандартный справочник для инженеров-электриков, одиннадцатое издание . МакГроу-Хилл . стр. 10.94–10.95. ISBN  0-07-020974-Х .