Elektrický pohon s kaskádou asynchrónnych ventilov
V priemysle sa používa pohon s plytkým rozsahom nastavenia otáčok (3:2:1), teda takzvaná ventilová kaskáda, postavená na báze asynchrónneho elektromotora a predstavujúca systém nastaviteľného variabilného pohonu.
Na rozdiel od škrtiacej a frekvenčnej regulácie je pri kaskádovom zapojení asynchrónny elektromotor napojený na trojfázovú napájaciu sieť striedavého prúdu. To je veľká výhoda tohto systému pohonu oproti prvým dvom. Má tiež vyššiu účinnosť ako všetky ostatné systémy. Túto výhodu možno vysvetliť skutočnosťou, že v kaskádových systémoch sa premieňa len energia sklzu, zatiaľ čo v jednosmerných pohonoch a systémoch s premenlivou frekvenciou sa premene celé množstvo energie spotrebovanej motorom.
V porovnaní s ovládačmi škrtiacej klapky a reostatu, ako aj klznými spojkami, kde sa energia preklzu stráca v odporoch, sú výhody kaskády ventilov z hľadiska energie ešte vyššie.Meniče v obvode rotora týchto systémov slúžia len na reguláciu otáčok. Pohon, postavený pomocou asynchrónneho motora, umožňuje vytvárať vysokorýchlostné systémy s premenlivým výkonom. Takéto systémy poskytujú plynulé riadenie rýchlosti a krútiaceho momentu, nevyžadujú veľké množstvo výkonových a kontaktných zariadení.
Ryža. 1. Schémy kaskád: a — ventil, b — ventilový stroj, c — jednotelesový ventilový stroj
Kaskáda ventilov má tiež nízky riadiaci výkon, je ľahko automatizovaná a má dobré dynamické vlastnosti.
Treba poznamenať, že vo ventilovej kaskáde frekvenčný menič obvodu rotora necirkuluje jalový výkon na vytvorenie rotujúceho magnetického toku indukčného motora, pretože tento tok je vytvorený jalovým výkonom vstupujúcim do obvodu statora.
Okrem toho je menič použitý vo ventilovom stupni dimenzovaný len na výkon úmerný danému regulačnému rozsahu. Zároveň v systémoch s frekvenčným riadením sa menič podieľa na vytváraní magnetického toku a pri jeho návrhu je potrebné počítať s plným výkonom pohonu. Najjednoduchším obvodom ventilového stupňa je obvod s medziobvodom jednosmerného prúdu a ventilovým EMF prevodníkom.
Vo ventilových obvodoch (obr. A) a kaskádach ventilových strojov (obr. B) sa rotorový prúd usmerňuje podľa trojfázového mostíkového obvodu a do obvodu usmerneného prúdu v prvom kryte sa pomocou ventilový menič a v druhom — z jednosmerného stroja. Obvod znázornený na obr. a, pozostáva z indukčného motora M s fázovým rotorom.
V obvode rotora je zaradený ventilový menič V1, v ktorom sa usmerňuje striedavý prúd rotora.Pri ventilovom prevodníku sa cez škrtiacu klapku L zapína menič (ventilový prevodník V2), ktorý je zdrojom dodatočného EMF. Ventilový menič V2 je zostavený s transformátorom T podľa trojfázového neutrálneho obvodu. Zvyčajne sa používa v malých zariadeniach.
V tomto diagrame sú jasne znázornené funkcie dvoch ventilových meničov.Ventily VI tu fungujú ako usmerňovače, ktoré premieňajú striedavý prúd rotora na jednosmerný prúd. Ventily V2 premieňajú prúd stojaceho rotora na striedavý prúd s frekvenciou siete, to znamená, že pracujú v režime závislého meniča.
V kaskáde ventil-stroj (obr. C) prebieha premena rotorového prúdu usmerneného ventilovým meničom V1 na striedavý prúd s frekvenciou siete pomocou jednosmerného stroja G a synchrónneho generátora G1. . V tomto obvode zohrávajú stroje G a G1 úlohu meniča.
Boli vyvinuté rôzne schémy kaskád asynchrónnych ventilov, ale základná a najbežnejšia schéma je znázornená na obr. Zaujímavosťou sú jednoduché skrine AMVK-13-4 s výkonom 13 kW. V jednom prípade je na takejto kaskáde umiestnený indukčný motor s fázovým rotorom, jednosmerný stroj a rotorová skupina neriadených ventilov.
Zariadenie je striedavý motor s plynulou reguláciou otáčok. Tieto zariadenia dokážu prekonať značné preťaženie. Kaskáda má menovité otáčky 1400 min-1, napájacie napätie 380 V a rozsah nastavenia 1400-650 min-1 bez spínania obvodu statora.
Pri prepnutí vinutia statora z hviezdy do trojuholníka bude rozsah regulácie 1400-400 min-1, krútiaci moment konštantný, hmotnosť agregátu 360 kg, budiace napätie 220 V.Zariadenie má chránenú fúkanú konštrukciu. Tieto jednotky sú použiteľné v pohonných jednotkách.
Schematické usporiadanie kaskády ventil-stroj s jedným telesom je znázornené na obr. v. Rotor 5 asynchrónneho elektromotora a kotva 4 jednosmerného stroja sú uložené na jednom hriadeli. V spoločnom oceľovom valcovom lôžku 6 je uložený stator 7 asynchrónneho elektromotora a póly 8 jednosmerného stroja. Kolektor 9 a klzné krúžky 10, kefy kolektora 3 a kefy 1 asynchrónneho motora sú spojené cez kremíkové usmerňovače 2. Na odvod tepla zo stroja, najmä pri zníženej rýchlosti, sú v rotore a v ráme špeciálne ventilačné kanály.
Mostový usmerňovač dodávajúci usmernené napätie rotora do kotvy jednosmerného stroja je zostavený zo šiestich ventilov VK-50-1,5 so spätným napätím 150 V. kde je nevyhnutná úspora energie.
Spolu s popísanými výhodami uvažovaných systémov je potrebné poznamenať aj ich nevýhody: vysoká cena ventilových meničov a pohonu ventilového stroja, nízky účinník, nízka účinnosť v porovnaní s asynchrónnym motorom v dôsledku skutočnosti, že pohon pracuje s maximálnou rýchlosťou bez skratu motora vinutia rotora, nízka preťažiteľnosť indukčného motora, nízke využitie hnacieho motora (asi o 5-7%), potreba špeciálnych štartovacích prostriedkov, ktoré poskytujú štartovacie charakteristiky s plytkou reguláciou otáčok .