Авиационные бесконтактные генераторы и бесконтактные вентильные электродвигатели, страница 10

Асинхронный возбудитель (Рисунок 18 б) представляет собой обычную асинхронную машину с первичной  и  вторичной распре деленными  многофазными обмотками О1 и 02, уложенными в пазах цилиндрических шихтованных магнитопроводов. Обмотка О1питается переменным током и создает   магнитный поток, вращающийся встречно по отношению к ротору,  так что АВ работает со  скольжениями s>l. Зажимы обмотки О2  соединены с входом ВВ. В обмотке О2 наводится ЭДС, пропор­циональная скольжению s, которая и используется для питанияО В через ВВ. Поскольку на О2 действует тормозящая электро­магнитная сила, компенсируемая моментом на валу БЭМ, АВ не  только обеспечивает трансформаторную передачу энергии от статора к ро­тору, но и преобразует ме­ханическую энергию в элек­трическую, т. е. служит уси­лителем электрической  мощности. Поэтому первич­ная цепь АВ рассчитывает­ся на мощность, меньшую  мощности возбуждения  БЭГ, что является   достоинством АВ.
        В настоящее время наиболее распространены БСМ с синхрон­ным возбудителем СВ, представляющим собой обычный синхрон­ный генератор с полюсами на статоре (Рисунке 19). Полюсы охва­чены обмоткой возбуждения возбудителя ОВВ, питаемой посто­янным током, а многофазная обмотка якоря возбудителя ОЯВ со своим сердечником находится на роторе и подсоединяется к ОВ через ВВ. Очевидно, что СВ, как и обычный синхронный генера­тор, является усилителем электрической мощности, так как мощ­ность статорной обмотки ОВВ составляет лишь незначительную часть (4-8 %) мощности роторной обмотки ОЯВ и соответственно мощности основной ОВ. Разница между мощностями ОЯВ и ОВВ определяется механической мощностью, затрачиваемой на враще­ние ОЯВ. Таким образом, БСМ с СВ имеют наименьшие мощности управляющих и регулирующих цепей, что выгодно отличает их от БСМ с ВТ и АВ. Недостаток СВ — повышенные по сравнению с ВТ и АВ электромагнитные постоянные времени и инерционность регулирования.

 

Рисунок 24

 Во всех схемах БСМ с ВВ рационально иметь в возбудителе (ВТ, АВ, СВ) ненасыщенные  стальные сердечники, чтобы  зависимость тока возбуждения  БСГ от тока  первичной цепи возбуди­теля  (тока управления) была близка к линейной. При сравнении БСГ  с А В и СВ следует иметь в виду, что по массогабаритным  показателям  БСГ  с  СВ рациональны при высоких частотах вращёния  ротора, в  то время как для тихоходных БСГ  предпочтительнее использование АВ. Это связано  с тем, что размеры СВ при заданной мощности определяются скоростью ро­тора   (падают с ростом п), а размеры АВ в значительной мере зависят от скольжения (падают с ростом s), которое может быть сделано большим даже при малых скоростях ротора за счет уве­личения числа полюсов обмотки О1. Во всех случаях схемы с  АВ  превосходят  схемы  с  СВ  по  быстродействию  регулирования,  но имеют     относительно большие  мощности  управления.

В автономных энергоустановках (в авиации, на транспорте и т. п.), характеризуемых высокими частотами вращения элект­ромеханических преобразователей,  в большинстве случаев применяются БСГ и СВ.

Рисунок 25

Мощные современные турбогенераторы (300 МВт и более) также часто вы­полняют бесконтактными с использованием СВ и ВВ. Схема возбуждения с СВ и ВВ принята и в ряде разра­батываемых перспективных мощных  сверхпроводниковых  генераторов. Для синхронных генераторов с  СВ и  ВВ   суще­ственное значение приобретает проблема самовозбуждения. Принципиально самовозбуждение может осуществляться за счет остаточного намаг­ничивания стальных сердечников.

Однако во многих случаях надежность такого вида возбуждения оказывается низкой, а инер­ционность выхода на режим - недопустимо большой. Поэтому в бесконтактных генераторах с СВ вводится дополнительный элемент — подвозбудитель  (ПВ), обеспечивающий быстрое и надеж­ное возбуждение СВ. Подвозбудитель  представляет собой синхрон­ный генератор с постоянными магнитами на роторе, подобный по конструкции машинам. Общий компоно­вочный эскиз генератора с СВ и ПВ приведен на Рисунке 20. На статоре машины находится основная обмотка якоря ОН, обмотка   возбуждения возбудителя ОВВ и обмотка якоря  подвозбудителя ОЯПВ. На роторе располагаются основная обмотка возбужде­ния 0В, обмотка якоря возбудителя ОЯВ, вращающийся выпря­митель ВВ и индуктор подвозбудителя  ИПВ с постоянными маг­нитами.

В наконечниках основных полюсов обычно размещается короткозамкнутая стержневая обмотка КО. Она демпфирует коле­бания магнитного потока и повышает устойчивость синхронной машины. В двигательном режиме КО может обеспечивать асин­хронный пуск машины. Машина может выполняться как с явно-выраженными, так и с неявновыраженными основными полюсами при повышенных частотах вращения. В генераторном режиме БСМ с ВВ работает следующим об­разом. При вращении ротора наводится ЭДС  в ОЯПВ и созда­ется  ток, который выпрямляется  и  питает ОВВ. Последнее    обеспечивает наведение ЭДС в ОЯВ. Ток ОЯВ  выпрямляется с помощью  ВВ  и  питает ОВ, благодаря чему наводится основная ЭДС в ОЯ. Система оснащена автоматическим регулятором воз­буждения АРВ, работа которого рассматривается ниже. Парамет­ры  генератора допускают плавное и  глубокое регулирование за счет изменения тока в ОВВ. Подвозбудитель ПВ — высоконадеж­ное звено, часто используемое не только для начального возбуж­дения генератора, но и для питания ответственных цепей управ­ления  и защиты энергоустановок с  БЭМ. Ток, создаваемый ПВ, обычно имеет повышенную частоту (1000—1600 Гц и более). Вращающийся выпрямитель  выполняется  на  основе  кремниевых   полупроводниковых вентилей с повышенной механической  прочностью  (вентилей таблеточного типа со специальными прочностными гибкими мембранами), называемых роторными вентилями и рассчитанных на работу при центробежных ускорениях 5OOOg и  более.  В  ряде случаев их надежность, измеряемая интенсивно­стью отказов, может быть доведена до уровня надежности  короткозамкпутой  беличьей клетки в асинхронных двигателях, что дает основания считать, что, например, бесконтактные синхронные дви­гатели с ВВ по своей надежности не уступают асинхронным дви­гателям.  Вентили  ВВ соединяются по одной из стандартных выпрямительных   схем. Наибольшее распространение в ВВ  получили трехфазная мостовая схема  выпрямления ( двухполупериодная ), обеспечивающая хорошее   качество   выпрямления тока и малое отличие мощностей на стороне переменного и посто­янного токов, а также однополупериодные схемы выпрямления с нулевым проводом (трех-, шестифазные и др.), которые, несмотря на  ухудшенные  энергетические показатели, позволяют  понизить токовые нагрузки на вентили, сократить их число и повысить надежность ВВ.  Вентили ВВ закрепляются на несущей   скобе  (она   может вы­полнять также  роль теплоотводящего радиатора)   или размеща­ются внутри полого вала  (для высокооборотных конструкций, где   велики центробежные силы). Вращение вентилей способствует их интенсивному охлаждению. При воздушном охлаждении (продуве) ВВ часто размещают в зоне подшипникового щита, через который в генератор подаётся холодный воздух. В  большинстве случаев ВВ выполняются неуправляемыми на базе кремниевых диодов. Для  улучшения динамических показате­лей некоторых типов БСГ могут использоваться управляемые БВ на тиристорах, бесконтактное управление которыми осуществля­ется с помощью вспомогательных вращающихся трансформато­ров. В перспективе для управляемых ВВ возможно использование фототиристоров.