Регулирование скорости АД в каскадных схемах. Принцип регулирования и понятие об электрическом и электромеханическом каскадах

Идея регулирования скорости АД в каскадной установке основана на введении в цепь его ротора добавочной ЭДС от постороннего источника, направленной встречно, согласно, или со сдвигом по фазе относительно основной ЭДС ротора и имеющей частоту этой ЭДС. Возможность такого регулирования вытекает из следующего: если АД с фазным ротором работает при U₁=const, f₁=const, M_c=const, то Ф также постоянен. Момент двигателя M=C_M·Ф·I₂·cosy₂=M_c=const. Ток в роторе

,

если принять во внимание, что при малых S r₂²«(x₂·S)².

При введении в цепь ротора добавочной ЭДС E_доб, направленной встречно основной ЭДС E_2S, то в первый момент, пока w еще не успела измениться в силу инерции вращающихся частей электропривода, ЭДС роторной цепи уменьшится до значения E₂·S – E_доб, соответственно чему уменьшится ток I₂, а значит и момент М. Скорость начнет снижаться, что приведет к увеличению скольжения S. Будет увеличиваться и основная ЭДС ротора. Это будет продолжаться до тех пор, пока ток I₂, а, следовательно, и момент М не достигнут своего прежнего значения.

Пусть S¢ и E₂·S¢ – новые значения скольжения и основной ЭДС ротора, при которой двигатель работает в новом установившемся режиме. Пренебрегая по-прежнему величиной (x₂·S¢)², получим

.

Отсюда , что означает: основная ЭДС увеличивается, а скорость двигателя уменьшается. Аналогично при введении E_доб, направленной согласно с E_2S скольжение уменьшается, а скорость двигателя возрастет.

Если Е_доб ввести со сдвигом по фазе относительно основной ЭДС E_2S, появится реактивная составляющая ЭДС, что позволяет регулировать реактивную мощность роторной цепи и всего двигателя, а не только его скорость. Активная составляющая в этом случае будет влиять только на скорость двигателя.

В каскадных установках энергия скольжения АД не теряется в роторной цепи, как в обычной схеме включения АД, а возвращается после соответствующего преобразования в сеть в так называемых электрических каскадах, либо передается на вал регулируемого двигателя в так называемых электромеханических каскадах.

Принципиальные схемы электрического и электромеханического каскадов изображены на рис. 5.13.1“а” и “б”.

В электрическом каскаде энергия скольжения с частотой f₂=f₁·S через преобразователь и за вычетом потерь в обмотках ротора и элементах преобразователя возвращается в питающую сеть. Между АД и преобразователем имеется только электрическое соединение. Поэтому он и называется электрическим. В электромеханическом каскаде энергия скольжения с частотой f₂=f₁·S передается вспомогательной машине постоянного тока, сидящей на валу АД и далее через АД рабочей машине.

В зависимости от типа преобразовательного устройства различают электромашинные, вентильно-машинные и вентильные каскады. В электромашинных каскадах источником добавочной ЭДС, вводимой в роторную цепь регулируемого АД, является синхронная машина. Примером такого каскада является асинхронно-синхронный каскад, применяемый для привода вентиляторов аэродинамических труб. В вентильно-машинных каскадах добавочная ЭДС вводится в цепь выпрямленной тока ротора, а ее источником служит машина постоянного тока. В вентильных каскадах источником добавочной ЭДС является преобразователь частоты (инвертор).

Рассмотрим распределение мощности, подводимой к АД в каскадной установке.

При любой скорости АД он длительно потребляет из сети мощность Р₁ (при номинальной нагрузке Р_Н)

, где

P₁·(1-S) - полезная мощность, отдаваемая АД непосредственно рабочей машине, а P₁·S – мощность скольжения. В электромеханических каскадах машина ВМ, включенная в каскад, получая мощность P₁·S и работая двигателем, преобразует эту мощность в механическую, а т.к. она находится на одном валу с АД, то мощность P₁·S поступает на этот же вал и далее рабочей машине. Поскольку с вала АД рабочей машине передается основная мощность P₁·(1-S), то на всем пределе регулирования рабочая машина получает мощность (за вычетом потерь)

.

Это значит, что АД независимо от скорости каскада может отдавать рабочей машине механическую мощность P₁=P_н не перегреваясь сверх допустимой нормы. Такой каскад иначе называется каскадом постоянной мощности.

В электрическом каскаде мощность скольжения P₁·S возвращается в сеть, а момент на валу РМ

.

Поэтому такой каскад является каскадом постоянного момента.