Регулювання швидкості пекло в каскадних схемах
Регулювання швидкості АД в каскадних схемах. Електричний каскад.
У каскадних схемах регулювання швидкості ведеться за рахунок введення в роторну ланцюг АД додаткової ЕРС. Додаткова ЕРС може мати змінну величину і фазу. Величина додаткової ЕРС визначає рівень швидкості АД, а фаза дозволяє регулювати коефіцієнт потужності. При цьому енергія ковзання в залежності від виду каскаду (електричного, електромеханічного) з роторної ланцюга передається або назад в мережу живлення (ел. Каскад), або на вал двигуна (ел.механіч. Каскад).
- змінюючи Едоб.акт. можна регулювати швидкість.
Регулювання фази дозволить регулювати коефіцієнт потужності, введення додаткової ЕРС під певним кутом дозволяє регулювати і КМ.
Основний недолік полягає в підтримці введеної Едоб з частотою рівною робочої (f = fр), в практичній реалізації найбільшого поширення набули схеми введення Едоб в випрямлену ланцюг ротора.
У схемі випрямлення при введенні Едоб. Струм в роторі буде завжди відставати від Е2 і буде пропорційний половині кута комутації вентилів і залежить від навантаження:
У цій схемі струм завжди відстає і КМ не можна. Принцип регулювання швидкості: нехай протівоедс дорівнює нулю, ланцюг замкнута на коротко і двигун працює на природній характеристиці. При введенні Едоб.> Е2ротора випрямленний міст закривається і струм в роторі стає рівним нулю: МАД = 0 - двигун починає гальмується при цьому збільшується S і збільшується Е2. коли Евипр.> Едоб. по роторному ланцюзі знову починає протікати струм і двигун буде працювати на новій хутро. характеристиці з новим меншим значенням швидкості.
Едоб. створюється інвертором за допомогою зміни кута инвертирования (бета).
При Едоб. характеристика має більшу Sк через підвищений опору роторної ланцюга за рахунок випрямляча, інвертора, і РС. Зменшення Мк пов'язано з наявністю випрямного моста, при наявності якого струм не може одночасно протікати за трьома фазами (тільки по двох фаз). Введення Едоб. ефективно введення реактивного опору в роторну ланцюг. Потужність, що передається з роторної ланцюга АД назад в живильну ланцюг, пропорційна потужності ковзання:
wmin- мінімальна швидкість в заданому діапазоні регулювання.
Потужність ковзання Рs визначає величину потужності інвертора при заданому діапазоні регулювання швидкості.
Величину моменту, що розвивається АТ, статорна ланцюг якого живиться від мережі постійної напруги, виражається:
таким чином каскад - регулювання швидкості з постійним моментом.
1) Д = 8 (розімкнена система)
2) Плавність висока
3) ККД високий, через повернення енергії ковзання назад в мережу
4) Коефіцієнт потужності високий
Застосовується на компресорних станціях, водопостачанні.
Управління швидкісним режимом за допомогою каскадних схем регулювання швидкості АД
Принцип регулювання швидкості асинхронного двигуна в каскадних схемах полягає у введенні в роторну ланцюг додаткової ЕРС. Струм ротора в цьому випадку визначається різницею векторів ЕРС ротора і додаткової: змінюючи величину додаткової ЕРС можна регулювати струм ротора, а, отже, і момент двигуна, і в кінцевому підсумку, швидкість.
Виходячи з зручності практичної реалізації, найбільш доцільно в ланцюзі ротора підсумувати НЕ трифазну змінну ЕРС, а ЕРС постійного струму. З цією метою в ланцюг ротора двигуна включається випрямляч. Джерелом додаткової ЕРС може служити або машина постійного струму (машинно-вентильний каскад), або статичний перетворювач, підключений до мережі живлення (вентильний каскад).
В АВК енергія ковзання спочатку перетвориться в енергію постійного струму, а потім інвертором АІ1 в енергію змінного струму фіксованої частоти. Трансформатор ТV1 призначений для узгодження вихідної напруги інвертора з напругою мережі. Для регулювання швидкості АВК необхідно змінювати величину ЕРС інвертора на стороні постійного струму за рахунок зміни кута відкривання тиристорів β.
Малюнок 3.2 - Схема підключення та механічні характеристики асинхронного двигуна (М1) з фазним ротором при регулюванні кутової швидкості схемою асинхронного вентильного каскаду [11].
Таким чином, каскадні способи дозволяють регулювати величину кутової швидкості асинхронного двигуна в широкому діапазоні, підтримувати досить високу жорсткість механічних характеристик і відрізняються можливістю повернення частини енергії ковзання ротора в мережу живлення.
Регулювання частоти обертання асинхронного двигуна з фазним ротором шляхом включення реостата в ланцюг ротора супроводжується втратою енергії в реостате, що може істотно знизити енергетичні показники електроприводу. Однак є можливість регулювати частоту обертання таких двигунів без втрат енергії в реостате. Для цього електричну енергію, що виділяється в ланцюзі ротора при ковзанні (енергію ковзання), за допомогою перетворювальної установки передають назад в мережу живлення змінного струму або до допоміжного двигуну, який повідомляє додаткову механічну енергію валу основного асинхронного двигуна. Поєднання асинхронного двигуна з перетворювальної установкою або з перетворювальної установкою і допоміжним двигуном називають асинхронним каскадом. В даний час в асинхронних каскадах застосовують головним чином напівпровідникові перетворювачі, тому їх часто називають вентильними каскадами.
Схеми асинхронних каскадів. На рис. 4.53 показана електрична схема вентильного каскаду, в якому до ротора асинхронного двигуна 2 підключені два напівпровідникових перетворювача - 3 і 4. Вже згадана схема дозволяє регулювати частоту обертання електродвигуна вниз і вгору від синхронної частоти обертання (s = 0). При s> 0 перетворювач 4 працює в випрямному режимі, а перетворювач 3 - в інверторному. При цьому електрична потужність ковзання Ps від ротора асинхронного двигуна передається через перетворювач 4 на перетворювач 3, який перетворює постійний струм в змінний і повертає енергію ковзання в мережу живлення. При регулюванні вгору від синхронної частоти (s <0) к ротору асинхронного двигателя через преобразователи 3 и 4 подается из сети дополнительная электрическая энергия; при этом двигатель начинает работать с частотой выше синхронной. Частота в рассматриваемом каскаде регулируется путем изменения режима работы преобразователя 3, т. е. изменения его входного сопротивления. Выходная мощность Р2 двигателя передается рабочей машине 1. При этом, пренебрегая потерями в двигателе и принимая Рэм≈ Р1 . получаем, что мощность, передаваемая рабочей машине,
а розвивається на її валу крутний момент при P1 = Рном = const
У промисловості знаходить застосування привід з неглибоким діапазоном регулювання частоти обертання (3: 2: 1), т. Е. Так званий вентильний каскад, побудований на базі асинхронного електродвигуна і представляє собою систему регульованого електроприводу змінного струму.
На відміну від дросельного і частотного управління при каскадному з'єднанні асинхронний електродвигун підключається до мережі живлення змінного трифазного струму. Це є великою гідністю даної системи приводу перед першими двома. Вона також має більш високий ККД у порівнянні з усіма іншими системами. Ця перевага можна пояснити тим, що в каскадних системах перетворюється тільки енергія ковзання, в той час як в приводах постійного струму і системах з частотним регулюванням перетворенню підлягає вся кількість енергії, яка споживається двигуном.
У порівнянні з приводами дроссельного і реостатного управління, а також з муфтами ковзання, в яких енергія ковзання втрачається ними в опорах, гідності вентильного каскаду в енергетичному відношенні ще більш високі. Перетворювачі в роторному ланцюзі цих систем служать лише для регулювання частоти обертання. Привід, побудований із застосуванням асинхронного двигуна, дозволяє створити високошвидкісні регульовані системи великої потужності. Такі системи забезпечують плавне регулювання частоти обертання і моменту, не вимагають великої кількості силовий і контактної апаратури.
Мал. 1. Схеми каскадів: а - вентильного, б - вентильно-машинного, в - однокорпусного вентильно-машинного
Вентильний каскад має також малу потужність управління, легко піддається автоматизації, володіє хорошими динамічними властивостями.
Необхідно відзначити, що в вентильному каскаді перетворювач частоти роторному ланцюзі не забезпечує циркуляції реактивної потужності для створення обертового магнітного потоку асинхронного двигуна, так як цей потік створюється реактивною потужністю, що надходить в статорних ланцюг.
Крім того, перетворювач, який використовується в вентильному каскаді, розрахований лише на потужність, пропорційну даному діапазону регулювання. У той же час в системах з частотним регулюванням перетворювач бере участь в створенні магнітного потоку і при проектуванні його необхідно враховувати повну потужність приводу. Найпростішою схемою вентильного каскаду є схема з проміжною ланцюгом постійного струму і вентильним перетворювачем ЕРС.
У схемах вентильного (рис. А) і вентильно-машинного каскадів (рис. Б) струм ротора випрямляється за трифазною мостовою схемою, а в ланцюг випрямленого струму вводиться додаткова ЕРС в першому випадку від вентильного перетворювача, а в другому - від машини постійного струму. Схема, зображена на рис. а, складається з асинхронного двигуна М з фазним ротором.
У ланцюг ротора включений вентильний перетворювач V1, в якому випрямляється змінний струм ротора. З вентильним перетворювачем через дросель L включений інвертор (вентильний перетворювач V2), що є джерелом додаткової ЕРС. Вентильний перетворювач V2 зібраний з трансформатором Т за трифазною нульовою схемою. Він зазвичай застосовується в приводах невеликої потужності.
У цій схемі функції двох вентильних перетворювачів чітко розмежовані. Тут вентилі VI виконують функції випрямлячів, перетворюючи змінний струм ротора з частотою ковзання в постійний. Вентилі V2 перетворять випрямлений струм ротора в змінний струм з частотою мережі, т. Е. Вони працюють в режимі залежного інвертора.
У вентильно-машинному каскаді (рис. Б) перетворення струму ротора, випрямленої вентильним перетворювачем V1, в змінний струм з частотою мережі відбувається за допомогою машини постійного струму G і синхронного генератора G1, В цій схемі роль інвертора виконують машини G і G1.
Розроблено різні схеми асинхронних вентильних каскадів, але основний і найбільш поширеною є схема, наведена на ріс.а. Представляють інтерес однокорпусні агрегати АМВК-13-4 потужністю 13 кВт. В одному корпусі такого каскаду поміщені асинхронний двигун з фазним ротором, машина постійного струму і роторна група некерованих вентилів.
Агрегат являє собою двигун змінного струму з плавним регулюванням частоти обертання. Ці агрегати здатні долати значні перевантаження. Каскад має номінальну частоту обертання 1400 хв-1, напруга живлення 380 В і діапазон регулювання 1400-650 хв-1 без перемикання обмотки ланцюга.
При перемиканні ж обмотки статора із зірки на трикутник діапазон регулювання складе 1400-400 хв-1, момент обертання при цьому постійний, маса агрегату 360 кг, напруга збудження 220 В. Агрегат має захищене обдувається виконання. Ці агрегати застосовні в приводах механізмів подачі.
Поряд з описаними перевагами розглянутих систем необхідно відзначити і їх недоліки: високу вартість перетворювачів вентильного і вентильно-машинного приводу, низький коефіцієнт потужності, низький ККД в порівнянні з асинхронним двигуном в результаті того, що робота приводу на максимальній частоті обертання ведеться без замикання накоротко обмотки ротора двигуна, низьку перевантажувальну здатність асинхронного двигуна, мале використання приводного двигуна (приблизно на 5-7%), потреба в спеціальних пускових средст ах, що забезпечують пускові характеристики при неглибокому регулюванні частоти обертання.
Найбільш простими схемами вентильних і вентильно-машинних каскадів є схеми з проміжною ланкою постійного струму. Принципова схема вентильно-машинного електромеханічного каскаду наведена на рис. 7. До мережі змінного струму приєднується статор асинхронного двигуна «Ml», ротор якого механічно пов'язаний з двигуном постійного струму «М2». Якір двигуна з'єднаний через випрямний міст з обмоткою ротора; реалізована двигуном постійного струму енергія ковзання за вирахуванням втрат повертається на вал приводу.
