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 С1 через пусковой резистор 1?„. 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 1, 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):

1 - 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.

Общие сведения | Электропоезда переменного тока | Мотор-компрессоры