Регулирование скорости АД в каскадных схемах включения

В мощных электроприводах с АД потери скольжения значительны, поэтому необходимо использовать энергию скольжения для совершения полезной работы. Первые схемы, где использовалась энергия скольжения, были соединения АД с другими машинами и назывались каскадными. В настоящее время энергию скольжения можно использовать без дополнительных машин, а с помощью полупроводниковых схем. Они также называются каскадными.

Рис. 5.43

Каскадные схемы включения позволяют при регулировании скорости полезно использовать энергию скольжения. Различают схемы электрического и электромеханического каскадов. В электрическом каскаде (рис. 5.44, а) преобразователь преобразует мощность скольжения при частоте в мощность при и и отдает ее в сеть

Рис. 5.44

В электромеханическом каскаде (рис. 5.44, б) мощность скольжения за вычетом потерь в роторе, преобразователе и вспомогательной машине поступает на вал в виде механической мощности :

Если пренебречь потерями в каскадной схеме, то на вал поступает от АД мощность и от ВМ мощность Суммарная мощность на валу

поэтому такие каскады называются каскадами постоянной мощности.

Каскады бывают: а) машинные; б) машинно-вентильные; в) вентильные.

Машинно-вентильные каскады, в свою очередь, могут быть электромеханическими (рис. 5.45) и электрическими (рис. 5.46).

Регулирование скорости машинно-вентильных каскадов происходит за счет изменения регулированием тока возбуждения

При увеличении увеличится и уменьшится выпрямленный ток :

Рис. 5.45

Рис. 5.46

Уменьшение выпрямленного тока и тока вызовет уменьшение момента, в результате скорость АД начнет снижаться, а и S начнут возрастать. Это приведет к увеличению тока /, и момента АД. Двигатель АД начнет работать при более низкой скорости с требуемым моментом.

Механические характеристики электромеханического и электрического каскадов представлены на рис. 5.47, 5.48.

Машинно-вентильный электрический каскад можно заменить на статический ПЧ с выпрямителем В и инвертором И. Такой электрический каскад называется асинхронно-вентильным каскадом (рис. 5.49), механические характеристики которого подобны характеристикам каскада постоянного момента (рис. 5.48). Такие каскадные схемы наиболее экономичны, позволяют регулировать скорость как вниз, так и вверх от синхронной и называются установками с двухзонным регулированием.

Рис. 5.47. Каскад постоянной мощности

Рис. 5.48. Каскад постоянного момента

Рис. 5.49

Импульсный способ регулирования координат АД

Сущность данного способа регулирования заключается в импульсном (периодическом) изменении параметров силовой цепи, в частности, подводимого напряжения , добавочных сопротивлений в цепи ротора или статора

Принцип импульсного регулирования скорости АД рассмотрим на схеме рис. 5.50, где добавочное сопротивление замыкается накоротко ключом К в каждой фазе ротора.

На рис. 5.51 представлены механические характеристики АД (1, 2) и производственного механизма (3), а также диаграммы изменения скорости со при различных режимах работы ключей, шунтирующих . При замкнутых ключах К сопротивление , что соответствует естественной механической характеристике АД (кривая 1), при разомкнутых К , что соответствует искусственной механической характеристике (кривая 2).

Если принять – время открытого (разомкнутого) состояния ключа, – время закрытого (замкнутого) состояния ключа, а период цикла , то скважность будет определять величину сопротивления и характер механической характеристики АД.

Рис. 5.50

Рис. 5.51

При , что соответствует (точка а на характеристике 1). При в момент времени вводится сопротивление и производится переход на характеристику 2 в точку В этой точке и скорость падает от до (точка ) по экспоненте, как это показано на диаграмме. В момент времени при замыкании ключей К сопротивление происходит переход на характеристику 1 в точку . Скорость нарастает до по экспоненте, так как . При отключении ключей в момент времени процесс повторяется. Следовательно, при скважности скорость изменяется от до , а средняя скорость составляет

Если обеспечить скважность (пунктирные линии на временной диаграмме), то при разомкнутых ключах скорость будет падать от до по характеристике 2 в точке , а при замыкании ключей процесс перейдет на характеристику (1) в точку , после чего скорость будет возрастать до (точка ). Следовательно, при регулирование скорости будет обеспечено в больших пределах (от до ). Таким образом, регулируя скважность, можно регулировать скорость АД с фазным ротором. Аналогично можно регулировать скорость, изменяя не скважность, а частоту замыкания ключа.

В качестве коммутирующих ключей используются тиристорные ключи (рис. 5.52). В данной схеме тиристор KS' коммутирует сопротивление с заданной скважностью или

Рис. 5.52

частотой от СИФУ для регулирования скорости. Используется лишь один резистор Ru, включаемый попеременно в разные фазы. Уменьшаются потери (тепловые), так как вместо трех сопротивлений включено одно.

Основной недостаток при использовании разомкнутых схем регулирования – скорость зависит от нагрузки на валу. Для получения жестких характеристик используются замкнутые системы регулирования с обратными связями, которые обеспечивают диапазон регулирования скорости до 20.