Kaskadkoppling av elektriska maskiner
Kaskadkoppling av elektriska maskiner är ett system för att smidigt reglera rotationshastigheten för en induktionsmotor genom att införa en extern emk i dess rotorkrets, riktad i linje med eller motsatt rotorns emk och med en frekvens lika med rotorfrekvensen.
Sådan maskinkoppling användes ofta tidigare för att styra hastigheten hos asynkronmotorer med medelstor och stor effekt av irreversibla elektriska drivningar, till exempel för irreversibla valsverk, stora fläktar, gruvfläktar, centrifugalpumpar, etc.
Alla kaskadkopplingar av elektriska maskiner kan delas in i 2 huvudkategorier: anläggningar med konstant effekt P = const och anläggningar med konstant vridmoment M = const.
Installationer med konstant effekt kännetecknas av det faktum att en av maskinerna som ingår i kaskaden med den asynkrona huvudmotorn är mekaniskt ledad med axeln på denna motor (fig. 1, a). Vid stolpinstallationer finns ingen sådan mekanisk anslutning, och istället för en extra maskin måste minst två maskiner användas (bild 1, b). En av dessa maskiner är en DC- eller AC-kollektor.
Ris. 1. Schematiska diagram av kaskadinstallationer: a — konstant effekt (P = const), b — konstant vridmoment (M = const).
För att skapa en kaskadinstallation av en induktionsmotor med en DC-maskin är det nödvändigt att inkludera en slip-till-DC-energiomvandlare mellan induktionsmotorns rotor och DC-maskinens ankare.
Kaskaden ändras också beroende på typ av omvandlare. I princip kan varje modifiering av kaskaden utföras både enligt schemat P = const och enligt schemat M = const.
I en omvandlarkaskad med en ankare (fig. 2) är hastighetsregleringen enligt omvandlarens driftsförhållanden begränsad till intervallet 5 till 45 %.
Ris. 2. Schematiskt diagram av en induktionsmotorkaskad- och likströmsmaskin med en enarmaturomvandlare (P = const).
Riktningen för energiflödena i fig. 1, a och b och i fig. 1, a och b. 2 visas för fallet med reglering av hastigheten för en induktionsmotor i den subsynkrona zonen när hjälpkollektormaskinen arbetar i motorläge. Glidenergin överförs till axeln eller till banan.
Driften av en justerbar asynkronmotor med en hastighet högre än den synkrona är endast möjlig med en dubbel strömförsörjning: på sidan av statorn och på sidan av rotorn (fig. 1, b). I detta fall fungerar omvandlaren i generatorläge.
Vindtunnelfläktar är bland de mest kraftfulla mekanismerna som kräver elektriska drivningar med ett brett utbud av hastighetskontroll. Vissa vindtunnlar kräver elektriska fläktdrifter på 20 000, 40 000 kW med hastighetsreglering i området 1:8 till 1:10 och bibehållande av den inställda hastigheten med en noggrannhet på bråkdelar av %.En av lösningarna på detta problem var användningen av kaskadkoppling av elektriska maskiner.
Den stora kraften hos den styrda enheten och det breda variationsområdet för rotorfrekvensen hos induktionsmotorn gjorde det omöjligt att använda en enkelarmaturomvandlare eller att använda ett generator-motorsystem, eftersom en likströmsmaskin inte kan fyllas med kraft i en enda armatur med -högre än 7000 kW. I sådana installationer används en tvåmaskinsenhet bestående av en synkronmotor och en DC-generator som omvandlare (fig. 3).
Ett kaskaddiagram över en induktionsmotor och en DC-maskin med en motor-generatoromvandlare
Kaskaden består av en huvudinduktionsmotor med variabel hastighet med en lindad rotor, en enhet med variabel hastighet, en enhet med konstant hastighet. Hastighetsreglering görs genom att ändra excitationen.