Вибратор Каппа

в

ВИБРАТОР КАППА, установка для компенсирования сдвига фаз у асинхронных двигателей. Вибратор Каппа состоит из трех машин постоянного тока, соединенных, как показано на схеме (фиг. 1), где S и R - статор и ротор асинхронного двигателя, С - пусковой реостат, К - якоря упомянутых машин, М - обмотки возбуждения, питаемые постоянным током от постороннего источника. Ток ротора I2 частоты скольжения (малой частоты f2), проходя по якорям вибратора (компенсатора), находящимся в постоянном магнитном поле, образует вращающий момент, все время изменяющий свое направление в такт с пульсациями питающего тока I2, вследствие чего якоря начинают вращаться то в одну, то в другую сторону (отсюда название «вибратор»).

Вибратор Каппа

Вследствие таких маятникообразных качаний якорей в них индуктируется противодействующая ЭДС Е3 с частотой, равной частоте питающего тока. Так как все три якоря не совершают никакой работы на валу, то произведение E3·I2·cos ϕ3 = 0. Здесь ϕ3 - сдвиг фаз между ЭДС Е3 и силой тока I2. Поэтому каждый из якорей потребляет почти только реактивный ток (cos ϕ3 = 0). Индуктирующаяся при движении в постоянном магнитном поле в каждом якоре вибратора ЭДС Е3, опережает по фазе питающий ток. Действительно, если М - момент вращения, образуемый взаимодействием постоянного магнитного потока Ф с переменным током I2, и D - момент инерции якоря, то, по уравнению моментов количества движения M·dt = D·dw, где w - угловая (механическая) скорость якоря.

Т. к.

vibrator kappa 2

то

vibrator kappa 3

где

vibrator kappa 4

Отсюда

vibrator kappa 5

или

vibrator kappa 6

где e3 - мгновенное значение ЭДС E3. T. o. видно, что противодействующая ЭДС опережает по фазе силу тока, питающего вибратор. По отношению к напряжению на кольцах ротора асинхронного двигателя, рассматриваемый ток будет опережающим.

Вибратор Каппа действует как некоторая емкость, включенная в цепь ротора; величина ее равна

vibrator kappa 7

Благодаря получившемуся от действия вибратора опережению ток ротора будет намагничивать магнитную систему двигателя, вследствие чего сдвиг фазы силы тока I1 в статоре, по отношению к напряжению V1, уменьшится и может стать отрицательным (фиг. 2). На диаграмме пунктиром показано положение вектора силы тока в роторе I2 (приведенного к числу витков статора) в обыкновенном некомпенсированном двигателе.

Вибратор Каппа

Компенсирующее действие вибратора зависит от величины роторного тока. Поэтому при слабых нагрузках (небольших скольжениях) оно невелико. При скольжениях выше нормальных вибратор не успевает работать в такт с изменениями тока ротора. Вследствие этого для недогруженных двигателей, а также и для двигателей, работающих с большим скольжением, вибратор Каппа уже не может быть применен.

Вибратор Каппа

На фиг. 3 и 4 представлены кривые cos ϕ, КПД η и скольжения S трехфазного мотора 420 kW, 482 оборотов, 50 периодов в зависимости от нагрузки, без вибратора и с вибратором. Компенсирование сдвига фаз, производимое со стороны ротора асинхронных двигателей, имеет то преимущество, что оно совершается при частоте скольжения, которое для больших двигателей не выше 2%.

Вибратор Каппа

При этом реактивная мощность, которая развивается различного рода компенсаторами вообще и вибратором Каппа в частности, будучи пропорциональна частоте, составляет также около 2% от реактивной мощности, поступающей через статор и идущей на создание переменного магнитного поля. Вследствие этого размеры вибратора Каппа получаются относительно небольшие. Вибратор Каппа работает без искрения, так как то время, когда сила тока достигает максимального значения, скорость движения якоря равна нулю, так что среднее значение реактивного напряжения в коммутирующихся секциях очень невелико.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 - 1928 г.