Cascadeschakeling van elektrische machines

Cascadering van elektrische machines is een systeem voor het soepel regelen van de rotatiesnelheid van een inductiemotor door een externe emf in zijn rotorcircuit te introduceren, gericht in lijn met of tegengesteld aan de emf van de rotor en met een frequentie gelijk aan de rotorfrequentie.

Een dergelijke machinekoppeling werd eerder vaak gebruikt om de snelheid te regelen van asynchrone motoren van middelgroot en groot vermogen van onomkeerbare elektrische aandrijvingen, bijvoorbeeld voor onomkeerbare walsmolens, grote ventilatoren, mijnventilatoren, centrifugaalpompen, enz.

Alle cascade-aansluitingen van elektrische machines kunnen worden onderverdeeld in 2 hoofdcategorieën: installaties met constant vermogen P = const en installaties met constant koppel M = const.

Installaties met constant vermogen worden gekenmerkt door het feit dat een van de machines in de cascade met de asynchrone hoofdmotor mechanisch is gearticuleerd met de as van deze motor (Fig. 1, a). Bij postinstallaties is er geen dergelijke mechanische verbinding en moeten in plaats van één extra machine ten minste twee machines worden gebruikt (afb. 1, b). Een van deze machines is een DC- of AC-collector.

Rijst. 1. Schema's van cascade-installaties: a — constant vermogen (P = const), b — constant koppel (M = const).

Om een ​​cascade-installatie van een inductiemotor met een gelijkstroommachine te creëren, is het noodzakelijk om een ​​slip-naar-gelijkstroom-energieomvormer op te nemen tussen de rotor van de inductiemotor en het anker van de gelijkstroommachine.

De cascade verandert ook afhankelijk van het type omvormer. In principe kan elke wijziging van de cascade zowel volgens het schema P = const als volgens het schema M = const worden uitgevoerd.

In een omvormercascade met één armatuur (afb. 2) is de snelheidsregeling volgens de bedrijfsomstandigheden van de omvormer beperkt tot het bereik van 5 tot 45%.

Rijst. 2. Schematisch diagram van een inductiemotorcascade en DC-machine met een enkelarmige omvormer (P = const).

De richting van energiestromen in Fig. 1, a en b en in Fig. 2 wordt getoond voor het geval van het regelen van de snelheid van een asynchrone motor in de subsynchrone zone wanneer de hulpcollectormachine in motormodus werkt. De glijdende energie wordt overgebracht op de schacht of op het web.

De werking van een instelbare asynchrone motor met een hogere snelheid dan de synchrone is alleen mogelijk met een dubbele voeding: aan de kant van de stator en aan de kant van de rotor (Fig. 1, b). In dit geval werkt de omvormer in generatormodus.

Windtunnelventilatoren behoren tot de krachtigste mechanismen die elektrische aandrijvingen vereisen met een breed scala aan snelheidsregeling. Sommige windtunnels vereisen elektrische ventilatoraandrijvingen van 20.000, 40.000 kW met snelheidsregeling in het bereik van 1:8 tot 1:10 en handhaving van de ingestelde snelheid met een nauwkeurigheid van fracties van %.Een van de oplossingen voor dit probleem was het gebruik van cascadeschakeling van elektrische machines.

Het grote vermogen van het bestuurde apparaat en het brede variatiebereik van de rotorfrequentie van de inductiemotor maakten het onmogelijk om een ​​enkelarmige omvormer of een generator-motorsysteem te gebruiken, aangezien een gelijkstroommachine niet met stroom kan worden gevuld in een enkele armatuur met -hoger dan 7000 kW. In dergelijke installaties wordt een eenheid met twee machines, bestaande uit een synchrone motor en een gelijkstroomgenerator, gebruikt als omvormer (fig. 3).

Een cascadediagram van een inductiemotor en een gelijkstroommachine met een motor-generatoromvormer

De cascade bestaat uit een inductiemotor met variabele snelheid en een gewonden rotor, een eenheid met variabele snelheid, een eenheid met constante snelheid. Snelheidsregeling wordt gedaan door de excitatie te veranderen.