каскадні схеми

Цікаві перспективи відкриває включення в роторну ланцюг активних елементів, при f1 = const з'являється можливість не втратити, а витратити корисно потужність ковзання, віддавши її або в мережу, або на вал двигуна. Електроприводи такого типу називають каскадами або каскадних схемами.

Найпростіша схема машино - вентильного каскаду, що ілюструє загальну ідею, показана на рис. 4.11, а. ЕРС машини постійного струму Е повинна бути спрямована зустрічно ЕРС роторного випрямляча Е d. що досягається відповідною полярністю машини. тоді

де Rе - еквівалентний активний опір контуру випрямляч - якір машини.

Мал. 4.11. Схема (а), характеристики (б) і (в) і енергетична діаграма (г) машино-вентильного каскаду

Оскільки Ed = kE1 s. а Е1 »U1 = const. то до деякого ковзання s ¢. визначається рівнем ЕРС машини постійного струму Е ¢ (рис. 4.11, б), струм Id = 0. а отже, I2 = 0. і машина М1 не розвиває моменту. При s> s ¢ ток почне рости відповідно до наведеного вище рівнянням, викликаючи збільшення моменту (рис. 4.11, в). Потужність повернеться в мережу (рис. 4.11, г); знаки наближеного рівності показують, що ми не враховуємо електричних втрат в опорах контуру випрямляч - якір і механічних в машинах М2 і М3.

Змінюючи струм збудження машини М2. а отже величину Е. можна змінювати ковзання, при якому починається ріст струму Id. і, отже, регулювати швидкість (рис. 4.11, в).

Іноді замість двох додаткових електричних машин, які повертають енергію ковзання в мережу, використовується один статичний перетворювач-інвертор, ведений мережею.

Енергія ковзання не обов'язково повинна повертатися в мережу, є каскади, в яких вона віддається машиною М2 на вал головного асинхронного двигуна.

Каскадні схеми використовуються при дуже великих потужностях (тисячі кіловат) і малих діапазонах регулювання - (1,1-1,2): 1.

Електропривод з машиною подвійного живлення.

Каскадні схеми припускали управління координатами в ланцюзі випрямленого струму ротора. Разом з тим існує й інша можливість - включення в ланцюг ротора перетворювача частоти (рис. 4.12, а). Структури такого типу називають електроприводами з машинами подвійного живлення.

Мал. 4.12. Схема (а) і характеристики (б) машини подвійного живлення

Оскільки при перетворенні енергії поля повинні бути нерухомі відносно один одного, повинні витримуватися наступні співвідношення швидкостей і частот:

де - кутові швидкості поля статора і поля ротора щодо відповідно статора і ротора; f1. f2 - частоти напруги статора і ротора; f - частота, відповідна кутової швидкості ротора.

З (4.19) і (4.20) випливають багаті можливості керування швидкістю ротора: дійсно, фіксуючи f1. тобто , І керуючи, можна отримувати будь-які f і теоретично в необмеженій діапазоні (рис. 4.12, б); знаком "-" для f2 і позначено зміна чергування фаз, чому відповідає зміна напрямку обертання поля.

Якщо частота f2 задається незалежно від, механічні характеристики представляються горизонтальними лініями (рис. 4.12, б), і в цьому сенсі машина подібна синхронної, яку ми розглянемо далі. При зміні моменту навантаження змінюється кут q між осями полів статора і ротора - як би по-різному розтягується "магнітна пружина". Найбільший момент Мmax визначається граничною силою магнітного зв'язку статора і ротора - при перевищенні моментом навантаження цієї величини порушуються умови (4.19), "магнітна пружина" рветься, поля перестають бути нерухомими відносно один одного, машина не розвиває середнього моменту і або зупиняється при реактивному М с. або обертається зі швидкістю, яка визначається активним Мс; це, зрозуміло, аварійний режим.

Можливе й інше побудова системи: частота f2 може бути пов'язана зі швидкістю ротора. У цьому випадку характеристики будуть схожі на характеристики машини постійного струму - матимуть нахил, який можна трактувати як ковзання; видом зв'язку можна формувати характеристики будь-якого виду.

У даній системі дуже різноманітні енергетичні режими - вони визначаються співвідношенням частот f1 і f2. відносним напрямком обертання полів, напрямком дії (знаком) моменту опору. На рис. 4.12, б як приклад приведена діаграма, що ілюструє режими на одній з характеристик в припущенні, що втрати малі і не враховуються.