КАСКАДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Каскадные соединения асинхронной машины с коллекторными машинами

Коллекторные машины позволяют регулировать амплитуду и фазу ЭДС ДЕ, вводимую в цепь ротора асинхронной машины, и экономично регулировать частоту вращения и costp асинхронного двигателя. Соединение асинхронной машины с коллекторной машиной называют каскадным, поскольку электрические и механические цепи соединяются, образуя две ступени (два каскада) в единой схеме электромеханического преобразования энергии. При этом асинхронная машина имеет большую мощность и называется главной машиной, а коллекторная рассчитывается на меньшую мощность, зависящую от пределов изменения частоты вращения, и называется вспомогательной.

Различают два вида каскадов — электромеханические и электрические. В электромеханических каскадах ротор главной машины имеет механическую и электрическую связь с вспомогательной машиной. В электрических каскадах ротор главной машины имеет только электрическую связь с вспомогательной машиной.

Для регулирования реактивной мощности, потребляемой из сети асинхронным двигателем, применяется каскад с возбудителем Леблана — Шербиуса (рис. 7.1). Асинхронный двигатель с фазным ротором АД присоединен к сети L, f. Обмотка ротора через щетки и кольца присоединена к возбудителю ВК, имеющему коллектор и три щетки. Возбудитель вращается приводным двигателем Д. С коллектора возбудителя снимается ЭДС АЕ, которая вводится с опережением в цепь ротора, cos ф двигателя при этом улучшается.

Каскад с возбудителем Леблана — Шербиуса

Рис. 7.1. Каскад с возбудителем Леблана — Шербиуса

Возбудитель не связан механически с асинхронным двигателем, поэтому этот каскад электрический.

Возбудитель Леблана — Шербиуса отличается от других машин тем, что он не имеет статора. В заглубленных пазах ротора укладывается двухслойная обмотка, секции которой выведены па коллектор (рис. 7.2). Ротор возбудителя удобно выполнять из двух частей: внутренней с открытыми пазами 1 и внешнего кольца 2, которое закрывает пазы.

Ток /2, замыкающийся в роторе асинхронного двигателя и возбудителя, создает в роторе возбудителя вращающееся поле, силовые линии которого замыкаются по стали ротора возбудителя (см. рис. 7.2). Частота вращения поля при неподвижном роторе возбудителя

где рв — число пар полюсов возбудителя; s — скольжение асинхронного двигателя.

Если ротор возбудителя вращать, то частота на неподвижных щетках будет зависеть от щ и частоты вращения ротора возбудителя

Конструкция возбудителя Леблана — Шербиуса

Рис. 7.2. Конструкция возбудителя Леблана — Шербиуса

где пв частота вращения ротора возбудителя.

При этом

где хкас — индуктивное сопротивление каскада, которое включает индуктивные сопротивления фазы асинхронного двигателя и возбудителя.

При пв > щ АЁ опережает ток 12 и происходит компенсация сдвига фаз асинхронной машины, что иллюстрируется векторной диаграммой рис. 7.3. Ток в роторе /2.совпадает с результирующей ЭДС Ё'> + АЕ, что приводит к смещению тока в статоре /( и улучшению coscp]. Как следует из векторной диаграммы, при достаточно большом АЁ возможна работа асинхронного двигателя с опережающим cosДля этого надо увеличивать габариты возбудителя. Возбудитель, который применяется для улучшения cos(p, называется фазокомпенсатором. Недостатком таких каскадных схем является плохая коммутация щеток возбудителя. Такие каскады могут быть заменены синхронными двигате-

Векторная диаграмма асинхронной машины в каскаде Леблана — Шербиуса

Рис. 7.3. Векторная диаграмма асинхронной машины в каскаде Леблана — Шербиуса

лями.

Конструкции возбудителей весьма разнообразны. Одним из оригинальных является возбудитель Шербиуса — Лидаля. Он имеет статор с явновыраженными полюсами. На них размещена сосредоточенная трехфазная обмотка возбуждения. На якоре в пазах располагается многофазная обмотка, секции которой выведены на коллектор. Для улучшения коммутации на статоре располагается компенсационная обмотка. Электродвижущая сила на щетках якоря АЁ в зависимости от положения щеток может находиться в фазе или противофазе с Ё2. Таким образом, так же как и в каскаде с возбудителем Леблана — Шербиуса, можно регулировать cos Электромеханический каскад с коллекторной машиной

Рис. 7.4. Электромеханический каскад с коллекторной машиной

В каскадных соединениях применяются компенсированные и некомпенсированные преобразователи частоты для регулирования частоты вращения.

На рис. 7.4 показана схема электромеханического каскада основной асинхронной машины АД и коллекторной машины К. При частотах вращения ниже синхронной часть мощности

Энергетическая диаграмма электромеханического

Рис. 7.5. Энергетическая диаграмма электромеханического

каскада

ротора главной машины передается в виде электрической мощности коллекторной машине и преобразуется коллекторной машиной в механическую мощность. Таким образом, в электромеханических каскадах вся мощность, забираемая из сети, преобразуется в механическую мощность и в тепло (потери в основной и вспомогательной машинах).

Энергетическая диаграмма электромеханического каскада с коллекторной машиной представлена па рис. 7.5. Мощность в воздушном зазоре основной машины Р12 равна мощности, забираемой из сети, минус потери в статоре АД. Мощность АР, передаваемая коллекторной машине за вычетом потерь в коллекторной машине, передается на общий вал. Полезная мощность, преобразуемая в механическую Р2, складывается из мощности основной машины и коллекторной.

Момент вращения каскада

где Мад — момент основной машины; Мк момент коллекторной машины.

Знак «+» соответствует работе коллекторной машины в режиме двигателя, знак «-» — в режиме генератора.

С помощью каскадных схем регулируют частоту вращения. Чтобы изменить скольжение на Ash необходимо вводить значение АЕ, пропорциональное требуемому изменению скольжения. Известны десятки каскадных схем, обеспечивающих экономичное регулирование частоты вращения и cos ф.

В последние десятилетия в связи с развитием полупроводниковой техники механические преобразователи частоты заменяются тиристорными и транзисторными преобразователями частоты.

На рис. 7.6—7.8 представлены принципиальные схемы электромашипных каскадных соединений с полупроводниковыми преобразователями частоты. Наиболее простая схема с рекуперацией энергии скольжения в сеть представлена на рис. 7.6. Энергия скольжения с частотой /2 выпрямляется выпрямителем В в энергию постоянного тока, а затем преобразователем частоты преобразуется в частоту сети и через трансформато]) возвращается в сеть. В этой схеме преооразователь имеет явновыраженное звено постоянного тока.

На рис. 7.7 дана принципиальная схема электромеханического каскада с основным асинхронным двигателем АД! и вспомогательным АД2, который питается от преобразователя частоты напряжением Щ и частотой /3. Преобразователь может иметь явновыраженное звено постоянного тока или работать в режиме преобразования частоты скольжения в частот)' /3.

Электромеханический каскад с двигателем постоянного тока

Рис. 7.8. Электромеханический каскад с двигателем постоянного тока

Электромеханический каскад с полупроводниковым преобразователем

Рис. 7.6. Электромеханический каскад с полупроводниковым преобразователем

Электромеханический каскад с вспомогательным асинхронным двигателем

Рис. 7.7. Электромеханический каскад с вспомогательным асинхронным двигателем

В электромеханическом каскаде с двигателем постоянного тока (ДПТ) мощность скольжения выпрямляется и постоянное напряжение подается па коллектор двигателя постоянного тока (рис. 7.8).

Каждая схема имеет свои преимущества и недостатки, и нельзя (так же как и в коллекторных каскадах) выбрать одну схему и этим ограничиться. Каскадные схемы не находят большого применения из-за высокой стоимости, больших габаритов и массы полупроводниковых преобразователей частоты.

Каскадные схемы дают возможность в основном асинхронном двигателе работать с cos ф, близким к единице, и обеспечивают экономичное регулирование частоты вращения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >