Kaskádové zapojenie elektrických strojov

Kaskádovanie elektrických strojov je systém na plynulú reguláciu otáčok indukčného motora zavedením externého emf do jeho rotorového obvodu, nasmerovaného rovnobežne s emf rotora alebo oproti nemu a s frekvenciou rovnou frekvencii rotora.

Takáto strojová spojka sa skôr často používala na riadenie otáčok asynchrónnych motorov stredného a veľkého výkonu nereverzibilných elektrických pohonov, napríklad pre nevratné valcové mlyny, veľké ventilátory, banské ventilátory, odstredivé čerpadlá atď.

Všetky kaskádové zapojenia elektrických strojov možno rozdeliť do 2 hlavných kategórií: zariadenia s konštantným výkonom P = konšt. a zariadenia s konštantným krútiacim momentom M = konšt.

Zariadenia s konštantným výkonom sa vyznačujú tým, že jeden zo strojov zahrnutých do kaskády s hlavným asynchrónnym motorom je mechanicky kĺbovo spojený s hriadeľom tohto motora (obr. 1, a). Pri inštalácii stĺpikov takéto mechanické spojenie neexistuje a namiesto jedného prídavného stroja sa musia použiť aspoň dva stroje (obr. 1, b). Jedným z týchto strojov je jednosmerný alebo striedavý kolektor.

Ryža. 1. Schematické diagramy kaskádových inštalácií: a — konštantný výkon (P = const), b — konštantný krútiaci moment (M = const).

Na vytvorenie kaskádovej inštalácie asynchrónneho motora s jednosmerným strojom je potrebné zaradiť medzi rotor asynchrónneho motora a kotvu jednosmerného stroja sklzový menič energie na jednosmerný prúd.

Kaskáda sa tiež mení v závislosti od typu meniča. V zásade je možné ľubovoľnú úpravu kaskády realizovať ako podľa schémy P = konšt., tak aj podľa schémy M = konšt.

V kaskáde meniča s jednou kotvou (obr. 2) je regulácia otáčok podľa prevádzkových podmienok meniča obmedzená na rozsah 5 až 45 %.

Ryža. 2. Schematický diagram kaskády indukčného motora a jednosmerného stroja s jednokotvovým meničom (P = konšt).

Smer tokov energie na obr. 1, a a b a na obr. 2 je znázornený prípad regulácie otáčok indukčného motora v subsynchrónnej zóne, keď pomocný zberač pracuje v motorickom režime. Posuvná energia sa prenáša na hriadeľ alebo na stojinu.

Prevádzka regulovateľného asynchrónneho motora s rýchlosťou vyššou ako synchrónna je možná iba s dvojitým napájaním: na strane statora a na strane rotora (obr. 1, b). V tomto prípade prevodník pracuje v režime generátora.

Ventilátory v aerodynamickom tuneli patria medzi najvýkonnejšie mechanizmy vyžadujúce elektrické pohony so širokým rozsahom regulácie otáčok. Niektoré aerodynamické tunely vyžadujú elektrické pohony ventilátorov 20 000, 40 000 kW s reguláciou otáčok v rozsahu 1:8 až 1:10 a udržiavaním nastavených otáčok s presnosťou na zlomky %.Jedným z riešení tohto problému bolo použitie kaskádového zapojenia elektrických strojov.

Veľký výkon ovládaného zariadenia a široký rozsah variácií frekvencie rotora indukčného motora znemožňovali použitie jednokotvového meniča alebo použitie systému generátor-motor, pretože jednosmerný stroj nie je možné naplniť výkonom v jednej armatúre o -vyšší ako 7000 kW. V takýchto inštaláciách sa ako menič používa dvojstrojová jednotka pozostávajúca zo synchrónneho motora a generátora jednosmerného prúdu (obr. 3).

Kaskádová schéma indukčného motora a jednosmerného stroja s meničom motor-generátor

Kaskáda pozostáva z hlavného indukčného motora s premenlivou rýchlosťou s vinutým rotorom, jednotky s premenlivou rýchlosťou, jednotky s konštantnou rýchlosťou. Regulácia rýchlosti sa vykonáva zmenou budenia.