Kaskadowe łączenie maszyn elektrycznych

Kaskadowe łączenie maszyn elektrycznychKaskadowanie maszyn elektrycznych to system płynnej regulacji prędkości obrotowej silnika indukcyjnego poprzez wprowadzenie zewnętrznego emf do jego obwodu wirnika, skierowanego zgodnie lub przeciwnie do emf wirnika i z częstotliwością równą częstotliwości wirnika.

Takie sprzęgło maszynowe było wcześniej często stosowane do sterowania prędkością silników asynchronicznych średniej i dużej mocy napędów elektrycznych nieodwracalnych, np. młynów nieodwracalnych, dużych wentylatorów, wentylatorów kopalnianych, pomp odśrodkowych itp.

Wszystkie połączenia kaskadowe maszyn elektrycznych można podzielić na 2 główne kategorie: instalacje o stałej mocy P = const oraz instalacje o stałym momencie obrotowym M = const.

Instalacje o stałej mocy charakteryzują się tym, że jedna z maszyn wchodzących w skład kaskady z głównym silnikiem asynchronicznym jest mechanicznie połączona przegubowo z wałem tego silnika (ryc. 1, a). W instalacjach słupowych nie ma takiego połączenia mechanicznego, a zamiast jednej dodatkowej maszyny należy zastosować co najmniej dwie maszyny (rys. 1, b). Jedną z tych maszyn jest kolektor prądu stałego lub przemiennego.

Schematy ideowe instalacji kaskadowych

Ryż. 1. Schematy ideowe instalacji kaskadowych: a — stała moc (P = const), b — stały moment obrotowy (M = const).

Aby stworzyć instalację kaskadową silnika indukcyjnego z maszyną prądu stałego, konieczne jest zastosowanie przetwornicy energii typu slip-to-DC pomiędzy wirnikiem silnika indukcyjnego a twornikiem maszyny prądu stałego.

Kaskada zmienia się również w zależności od typu konwertera. W zasadzie dowolną modyfikację kaskady można przeprowadzić zarówno według schematu P = const, jak i według schematu M = const.

W kaskadzie przetwornicy jednoarmatowej (rys. 2) regulacja prędkości w zależności od warunków pracy przetwornicy jest ograniczona w zakresie od 5 do 45%.

Schemat ideowy kaskady silnika indukcyjnego i maszyny prądu stałego z przetwornicą jednotwornikową (P = const)

Ryż. 2. Schemat ideowy kaskady silnika indukcyjnego i maszyny prądu stałego z przetwornicą jednotwornikową (P = const).

Kierunek przepływu energii na ryc. 1, aib oraz na ryc. 2 pokazano dla przypadku regulacji prędkości silnika indukcyjnego w strefie podsynchronicznej, gdy pomocnicza maszyna kolektora pracuje w trybie silnikowym. Energia ślizgu jest przenoszona na wał lub wstęgę.

Praca regulowanego silnika asynchronicznego z prędkością wyższą niż synchroniczna jest możliwa tylko przy podwójnym zasilaniu: od strony stojana i od strony wirnika (ryc. 1, b). W takim przypadku konwerter pracuje w trybie generatora.

Wentylatory w tunelu aerodynamicznym należą do najpotężniejszych mechanizmów wymagających napędów elektrycznych z szerokim zakresem regulacji prędkości. Niektóre tunele aerodynamiczne wymagają napędów wentylatorów elektrycznych o mocy 20 000, 40 000 kW z regulacją prędkości w zakresie od 1:8 do 1:10 i utrzymywaniem zadanej prędkości z dokładnością do ułamków procenta.Jednym z rozwiązań tego problemu było zastosowanie kaskadowego łączenia maszyn elektrycznych.

mocny napęd wentylatora

Duża moc sterowanego urządzenia oraz szeroki zakres zmian częstotliwości wirnika silnika indukcyjnego uniemożliwiły zastosowanie przetwornicy jednotwornikowej lub zastosowanie układu prądnica-silnik, gdyż maszyny prądu stałego nie można zasilać w pojedynczej armaturze o ponad 7000 kW. W takich instalacjach jako przetwornicę stosuje się zespół dwumaszynowy składający się z silnika synchronicznego i prądnicy prądu stałego (rys. 3).

Schemat kaskadowy silnika indukcyjnego i maszyny prądu stałego z przetwornicą silnik-generator

Schemat kaskadowy silnika indukcyjnego i maszyny prądu stałego z przetwornicą silnik-generator

Kaskada składa się z głównego silnika indukcyjnego o zmiennej prędkości z uzwojonym wirnikiem, jednostki o zmiennej prędkości, jednostki o stałej prędkości. Regulacja prędkości odbywa się poprzez zmianę wzbudzenia.

Radzimy przeczytać:

Dlaczego prąd elektryczny jest niebezpieczny?