Каскадно свързване на електрически машини

Каскадно свързване на електрически машини е система за плавно регулиране на скоростта на въртене на асинхронен двигател чрез въвеждане на външна ЕРС в неговата роторна верига, насочена в съответствие с или противоположна на ЕРС на ротора и с честота, равна на честотата на ротора.

Подобно свързване на машини често се използва по-рано за контрол на скоростта на асинхронни двигатели със средна и голяма мощност на необратими електрически задвижвания, например за необратими валцови мелници, големи вентилатори, минни вентилатори, центробежни помпи и др.

Всички каскадни връзки на електрически машини могат да бъдат разделени на 2 основни категории: инсталации с постоянна мощност P = const и инсталации с постоянен въртящ момент M = const.

Инсталациите с постоянна мощност се характеризират с факта, че една от машините, включени в каскадата с главния асинхронен двигател, е механично съчленена с вала на този двигател (фиг. 1, а). При постовите инсталации няма такава механична връзка и вместо една допълнителна машина трябва да се използват поне две машини (фиг. 1, б). Една от тези машини е DC или AC колектор.

Ориз. 1. Схематични схеми на каскадни инсталации: а — постоянна мощност (P = const), b — постоянен въртящ момент (M = const).

За да се създаде каскадна инсталация на асинхронен двигател с DC машина, е необходимо да се включи преобразувател на енергия при плъзгане в DC енергия между ротора на асинхронния двигател и котвата на DC машината.

Каскадата също се променя в зависимост от типа на преобразувателя. По принцип всяка модификация на каскадата може да се извърши както по схемата P = const, така и по схемата M = const.

В каскада с преобразувател с една арматура (фиг. 2), регулирането на скоростта според условията на работа на преобразувателя е ограничено до диапазона от 5 до 45%.

Ориз. 2. Схематична диаграма на каскада на асинхронен двигател и DC машина с преобразувател с една котва (P = const).

Посоката на енергийните потоци на фиг. 1, a и b и на фиг. 2 е показан за случая на регулиране на скоростта на асинхронен двигател в зоната под синхронната, когато спомагателната колекторна машина работи в моторен режим. Енергията на плъзгане се предава към вала или към мрежата.

Работата на регулируем асинхронен двигател със скорост по -висока от синхронната е възможна само с двойно захранване: от страната на статора и от страната на ротора (фиг. 1, б). В този случай преобразувателят работи в режим генератор.

Вентилаторите на аеродинамични тунели са сред най -мощните механизми, изискващи електрически задвижвания с широк диапазон на контрол на скоростта. Някои аеродинамични тунели изискват електрически задвижвания за вентилатори от 20 000, 40 000 kW с регулиране на скоростта в диапазона от 1: 8 до 1:10 и поддържане на зададената скорост с точност на части от%. Едно от решенията на този проблем беше използването на каскадна връзка на електрически машини.

Голямата мощност на управляваното устройство и широкият диапазон на изменение на честотата на ротора на асинхронния двигател направиха невъзможно използването на преобразувател с една котва или използването на система генератор-двигател, тъй като машината с постоянен ток не може да бъде изпълнена с мощност в една арматура по -висока от 7000 kW. В такива инсталации като преобразувател се използва двумашинен агрегат, състоящ се от синхронен двигател и DC генератор (фиг. 3).

Схема на каскада от асинхронен двигател и DC машина с преобразувател мотор-генератор

Каскадата се състои от основен асинхронен двигател с променлива скорост с навит ротор, единица с променлива скорост, единица с постоянна скорост. Регулирането на скоростта се извършва чрез промяна на възбуждането.