Аппаратура для регулирования угла между током и напряжением

Наиболее просто угол сдвига по фазе тока и напряжения можно изменять с помощью переключательного фазорегулятора, переключающего фазы напряжения питания трехфазной системы. Подавая на одну из цепей одно междуфазное напряжение, а на вторую другое, в зависимости от их сочетания можно получить шесть разных значений углов сдвига по фазе от 0 до 360° через 60° (таблице 1). Тем же способом, используя дополнительно фазные напряжения, можно изменять углы ступенями через каждые 30°, как показано в таблице 2 (всего 12 значений углов от 0 до 360°).

Таблица 1 – Значения углов сдвига

Для того чтобы не ошибиться при переключении фаз напряжения и выполнять их быстро, целесообразно использовать специальный переключатель с заранее выполненным монтажом. Недостатком переключательного фазорегулятора является ступенчатое регулирование, что, как правило, не позволяет точно определить угол срабатывания проверяемого реле.

Таблица 2 – Значения углов сдвига

Для плавного регулирования угла переключательный фазорегулятор дополняется потенциометром, с помощью которого можно изменять угол в пределах 0—60°. Таким образом, переключая коммутатором междуфазные напряжения, изменяют угол ступенями через 60°, а перемещая движок потенциометра, осуществляют плавное регулирование угла в пределах каждой ступени.
Регулирование угла плавно потенциометром в пределах 0—60° производится следующим образом (рисунок 7). К токовой обмотке реле подводится ток 1ВС, совпадающий с направлением вектора междуфазного напряжения UBC. К одному зажиму обмотки напряжения реле подключается фаза С, а к другому — движок потенциометра, включенного между фазами А и В.
Если установить движок потенциометра в крайнее нижнее положение, то на реле будет подано напряжение UBC, а угол между током и напряжением fi будет равен нулю. При перемещении движка потенциометра в крайнее верхнее положение к обмотке напряжения реле будет подведено напряжение UAC, при, этом угол между напряжением и током в токовой обмотке реле будет равен 60° (рисунок 7, б). Очевидно, что промежуточным положениям движка потенциометра будут соответствовать промежуточные значения угла от нуля до 60°. Переключая фазы напряжения в соответствии с таблица 1 и перемещая движок потенциометра, можно плавно изменять угол от нуля до 360°. Вместо потенциометра в схеме на рисунке 7 можно использовать автотрансформатор.
Недостатком рассмотренного способа плавного регулирования угла является то, что величина напряжения, снимаемого с потенциометра, изменяется при перемещении движка.- В крайних положениях движка напряжение на выходе равно междуфазному напряжению, а в среднем положении в 1,15 раза меньше.

Рисунок 7 – Плавное регулирование угла между током и напряжением с помощью потенциометра:
а — схема проверки реле направления мощности; б — диаграмма, поясняющая принцип работы фазорегулятора.

Переключательный фазорегулятор с регулировочными автотрансформаторами типа ЛАТР-2 ЦЛЭМ Мосэнерго, который состоит из переключателя и двух автотрансформаторов, лишен недостатка, отмеченного выше. Он позволяет поддерживать постоянное напряжение на выходе фазорегулятора при изменении угла и изменять напряжение при постоянном значении угла.
Изменение угла ступенями через 60° производится с помощью переключателя, подающего на вход устройства разные сочетания напряжений (рисунок 8). Плавное регулирование угла в пределах каждой ступени осуществляется автотрансформатором «регулятор угла» (РУ на рисунке 8), включенным так же, как и потенциометр на рисунке 7.
На выход регулятора угла (между его щеткой Щ и третьей фазой цепей напряжения) подключен второй автотрансформатор «регулятор напряжения» (РН на рисунке 8), с помощью которого поддерживается постоянное по величине напряжение на выходе фазорегулятора при изменении угла.
С помощью регулятора напряжения можно также регулировать величину напряжения на выходе фазорегулятора при постоянном угле.

Рисунок 8 – Схема переключательного фазорегулятора с регулировочными автотрансформаторами типа ЛАТР-2.

Фазорегулятор имеет специальное устройство для компенсации изменения величины напряжения при регулировании угла, выполненное с помощью дополнительной щетки ДЩ, установленной на регуляторе напряжения. Дополнительная щетка связана с щеткой регулятора угла системой рычагов и при повороте щетки регулятора угла перемещается в таком направлений, чтобы изменением числа витков первичной обмотки компенсировать изменение напряжения, подводимого от регулятора угла к регулятору напряжения.
Конструкция регулятора угла выполнена так, что одновременно с переключением фаз переключателем П осуществляется переключение концов обмотки регулятора угла, после чего отсчет углов ведется по обратной шкале, нанесенной под головкой регулятора угла.
Особенностью данного фазорегулятора является также-то, что напряжение с переключателя подается не на выводы обмотки регулятора угла, а только на часть обмотки (точки а и б на рисунке 8). Благодаря такому включению обеспечивается удобство отсчета пограничных углов, так как зона регулирования расширяется на 5—7° от 60° на каждой ступени.

Рисунок 9 – Регулирование угла между током и напряжением с помощью индукционного фазорегулятора.

Для того чтобы при переключении переключателя с одной ступени на другую не нужно было возвращать щетку регулятора угла в исходное положение, одновременно с переключением фаз переключателем переключаются концы обмотки регулятора угла, и отсчет углов ведется по обратной шкале, нанесенной под головкой регулятора угла.
Индукционный фазорегулятор. Для регулирования угла применяется также индукционный фазорегулятор (рисунок 9), представляющий собой асинхронный двигатель с заторможенным фазным ротором. Такой электродвигатель работает как трансформатор, у которого обмотка статора является первичной, а ротора — вторичной. Особенность этого трансформатора состоит в том, что при изменении угла поворота обмотки ротора относительно обмотки статора от нуля до 360° в таких же пределах изменяется угол между первичным и вторичным напряжениями. Поэтому такое устройство называют поворотным трансформатором или фазорегулятором.