Каскады АД с машиной постоянного тока и вентильным преобразователем

В этом типе каскадов добавочная ЭДС вводится в цепь выпрямленного тока ротора от вспомогательной машины постоянного тока. Выпрямленный ток цепи ротора, пропорциональный фазному току ротора АД, определяется выражением

, где

Ф – магнитный поток МПТ;

K_СX – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления (для трехфазной мостовой схемы K_СX=1,35);

R_Э - эквивалентное сопротивление роторной цепи;

, где

w₀ – скорость идеального холостого хода каскада;

- индуктивное сопротивление двигателя;

r₂ - активное сопротивление фазы ротора;

r₁¢ - активное сопротивление фазы статора, приведенное к цепи выпрямленного тока ротора;

r_др – сопротивление сглаживающего дросселя;

R_я∑ – сопротивление якорной обмотки МПТ ( );

DU_в – падение напряжения на вентилях выпрямителя;

m – число пульсаций выпрямленной ЭДС ротора (m=6).

Электромагнитный момент АД в каскадной схеме º I_d

, где

Е_2н – линейная ЭДС между кольцах ротора при S=1.

Е_dp=1,35 Е₂·S=1,35 Е_2н (при S=1) – средняя выпрямленная ЭДС на выходе выпрямителя роторной группы вентилей при разомкнутой цепи постоянного тока и S=1.

Принципиальная схема электромеханического каскада приведена на рис. 5.15.1. Пуск этого каскада осуществляется при помощи пускового реостата R_П и невозбужденной МПТ (замыкаются контакты К при разомкнутых контактах К1). По окончании пуска ротор АД переключается к выпрямителю замыканием контактов К1 (контакты К при этом размыкаются). Двигатель при этом будет работать с наибольшей скоростью. Возбуждая МПТ и увеличивая ее ток возбуждения, можно снизить скорость АД. Таким образом, регулирование скорости АД осуществляется изменением тока возбуждения МПТ, которое ведет к изменению противо ЭДС МПТ. При отсутствии возбуждения МПТ противо ЭДС ее равна 0 и в цепь выпрямленного тока она не введена. Ток ротора в этом случае максимален, максимальна и скорость ротора АД (близка к ω_Н) Момент создается только АД. По мере увеличения тока возбуждения МПТ скорость привода будет снижаться, а момент, развиваемый МПТ – возрастать. Асинхронный двигатель при этом будет разгружаться, т.к. часть нагрузки механизма будет преодолеваться машиной постоянного тока. Момент каскада определяется суммой М_КАС =М_АД + М_МПТ.

Если противо ЭДС МПТ будет равна выпрямленной ЭДС ротора, тока в роторной цепи АД не будет, и момент привода станет равным 0. Двигатель вращаться не будет.

Нагрузка между АД и МПТ при пренебрежениями потерями в этом каскаде распределяется следующим образом:

.

Мощность МПТ зависит от требуемой глубины регулирования скорости

.

При Р_МПТ =Р_АД, а при w < Р_МПТ > Р_АД.

Таким образом, рациональный диапазон регулирования этого каскада в разомкнутой схеме не превосходит 2:1, ибо при Д>2 мощность МПТ должна быть больше мощности АД.

Механические характеристики только одного АД, включенного в схему каскада, изображены на рис. 5.15.2.

Критический момент на всех регулировочных характеристиках одинаков. Пусковой момент АД также одинаков и не зависит от тока возбуждения МПТ. Это объясняется тем, что при w=0 ЭДС МПТ также равна 0 и ток I_d, а значит, и момент АД не зависят от тока возбуждения МПТ.

Уравнение статических механических характеристик данного каскада имеет вид:

, где

- скольжение, соответствующее скорости идеального холостого хода ω₀ каскада. Механические характеристики этого каскада (см. рис. 5.15.3) характеризуются нарастанием М_кр при увеличении тока возбуждения МПТ, поскольку критический момент АД постоянен, а момент МПТ при увеличении ее тока возбуждения растет.

Критический (максимальный) момент каскада можно найти, взяв производную .

Приближенно момент этого каскада можно определить по формуле:

; где w₀(1-S)= w_МПТ.

В том случае, если роторная группа вентилей управляемая:

.

При пуске электрического вентильно-машинного каскада, схема которого приведена на рис. 5.15.4, вначале со стороны переменного тока разгоняется агрегат постоянной скорости ВАМ–МПТ, затем посредством реостата R_П пускается АД (как и в электромеханическом каскаде) и в конце разгона он работает на естественной характеристике. При токе возбуждения МПТ, равном 0, якорная цепь МПТ подключается к выпрямителю В, после чего пусковой реостат R_П отключается. Далее изменением тока возбуждения МПТ добиваются нужной скорости АД. Практически регулирование скорости АД осуществляется так же, как и в случае электромеханического каскада. При ЭДС МПТ=0, скорость АД при номинальной нагрузке составляет (85¸95)%, от синхронной. Относительно большое скольжение АД в этом каскаде объясняется явлением коммутации вентилей выпрямителя, которое приводит к уменьшению критического момента на искусственных характеристиках по сравнению с естественной на (5-15)% и влиянием сопротивлений выпрямителя и якоря МПТ.

Уравнение статической механической характеристики электрического вентильно-машинного каскада имеет вид:

, где .

Семейство механических характеристик этого каскада при разных I_в приведено на рис. 5.15.5. Нижняя характеристика соответствует I_вн.

Диапазон регулирования скорости электрического каскада в разомкнутой системе не превосходит (2¸3):1. Основной недостаток вентильно-машинных каскадов – необходимость применения коллекторной МПТ.

Для увеличения диапазона регулирования неуправляемый В можно заменить управляемым. Это позволит в то же время отказаться от пускового реостата т.к. ограничение броска тока будет достигнуто регулированием угла α.