Все справочники Предисловие Введение
Глава 2
Трансформаторы
  1. Назначение и области применения трансформаторов
  2. Принцип действия трансформатора
  3. Устройство трансформаторов
  4. Охлаждение трансформаторов
  5. Идеализированный трансформатор
  6. Намагничивающий ток и ток холостого хода
  7. Комплексные уравнения и векторная диаграмма
  8. Схема замещения трансформатора
  9. Изменение вторичного напряжения и внешние характеристики
  10. Особенности работы трансформаторов малой мощности
  11. Коэффициент полезного действия трансформатора
  12. Преобразование  трехфазного  тока
  13. Группы соединений обмоток
  14. Параллельная работа трансформаторов
  15. Автотрансформатор
  16. Многообмоточные трансформаторы
  17. Регулирование напряжения в трансформаторах
  18. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения
  19. Переходные процессы в трансформаторах
  20. Перенапряжения  в   трансформаторах
  21. Несимметричная нагрузка трехфазных трансформаторов
  22. Измерительные трансформаторы
  23. Трансформаторы для вентильных преобразователей
  24. Трансформаторы для электродуговой сварки, преобразования числа фаз и частоты
Глава 4
Асинхронные машины
  1. Назначение и принцип действия асинхронных машин
  2. Устройство трехфазных асинхронных двигателей
  3. Работа асинхронной машины при заторможенном роторе
  4. Работа асинхронной машины при вращающемся роторе
  5. Схема замещения
  6. Круговая диаграмма
  7. Механические  характеристики   асинхронного   двигателя
  8. Устойчивость работы асинхронного двигателя
  9. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
  10. Пуск асинхронных двигателей
  11. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом
  12. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей и изменение направления вращения
  13. Законы управления при частотном регулировании асинхронных двигателей
  14. Работа асинхронного двигателя при несинусоидальном напряжении
  15. Асинхронные каскады
  16. Генераторный режим и режимы электромагнитного и динамического торможения
  17. Однофазные асинхронные двигатели
  18. Асинхронный  преобразователь  частоты
  19. Линейный асинхронный двигатель
  20. Электромагнитные индукционные насосы
  21. Асинхронный  автономный  генератор
  22. Работа асинхронного двигателя при неноминальных условиях
Список литературы

§ 4.15. АСИНХРОННЫЕ КАСКАДЫ

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором путем включения реостата в цепь ротора сопровождается потерей энергии в реостате, что может существенно снизить энергетические показатели электропривода. Однако имеется возможность регулировать частоту вращения таких двигателей без потерь энергии в реостате. Для этого электрическую энергию, выделяющуюся в цепи ротора при скольжении (энергию скольжения), посредством преобразовательной установки передают обратно в питающую сеть переменного тока или к вспомогательному двигателю, который сообщает дополнительную механическую энергию валу основного асинхронного двигателя. Сочетание асинхронного двигателя с преобразовательной установкой или с преобразовательной установкой и вспомогательным двигателем называют асинхронным каскадом. В настоящее время в асинхронных каскадах применяют главным образом полупроводниковые преобразователи, поэтому их часто называют вентильными каскадами.

Схемы асинхронных каскадов. На рис. 4.53 показана электрическая схема вентильного каскада, в котором к ротору асинхронного двигателя 2 подключены два полупроводниковых преобразователя — 3 и 4. Рассматриваемая схема позволяет регулировать частоту вращения электродвигателя вниз и вверх от синхронной частоты вращения (s = 0). При s > 0 преобразователь 4 работает в выпрямительном режиме, а преобразователь 3 — в инверторном. При этом электрическая мощность скольжения Ps от ротора асинхронного двигателя передается через преобразователь 4 на преобразователь 3, который преобразует постоянный ток в переменный и возвращает энергию скольжения в питающую сеть. При регулировании вверх от синхронной частоты (s < 0) к ротору асинхронного двигателя через преобразователи 3 и 4 подается из сети дополнительная электрическая энергия; при этом двигатель начинает работать с частотой выше синхронной. Частота в рассматриваемом каскаде регулируется путем изменения режима работы преобразователя 3, т. е. изменения его входного сопротивления. Выходная мощность Р2 двигателя передается рабочей машине 1. При этом, пренебрегая потерями в двигателе и принимая Рэм ≈ Р1 , получаем, что мощность, передаваемая рабочей машине,

Р2 ≈ Рмех ≈ Рэм (1 - s) ≈ P1 (1 - s),

а развиваемый на ее валу вращающий момент при P1 = Рном = const
(4.96)

М ≈ Р22 =P1 (1 - s)/[ω1 (1 - s)] = const.

Рис.4.53. Схема вентильного асинхронного каскада

В настоящее время асинхронные каскады используют главным образом в электроприводах с двигателями большой мощности при широком диапазоне регулирования частоты вращения.

Находят применение также каскадные схемы (рис. 4.54), в которых энергия скольжения через выпрямитель подводится к двигателю постоянного тока.

В схеме электрического каскада (рис. 4.54, а) двигатель постоянного тока 4, получающий от асинхронного двигателя 2 через выпрямитель 5 энергию скольжения Ps , вращает генератор переменного тока 3, который возвращает эту энергию в сеть.

Рис. 4.54. Схемы электрического и электромеханического каскадов асинхронного двигателя с машиной постоянного тока

Эта схема принципиально тождественна схеме (см. рис. 4.53), но применяемое электрооборудование имеет большую массу и уменьшенный КПД из-за использования вращающихся машин. Рабочей машине 1 при принятых выше идеализированных условиях передается мощность Р2Р1(l — s) при постоянном моменте.

В схеме электромеханического каскада (рис. 4.54, б) двигатель постоянного тока 4 жестко соединен с валом асинхронного двигателя 2 и поэтому энергия скольжения преобразуется в механическую. К рабочей машине 1 подается мощность

(4.97)

Р2 + Рs ≈ (1- s)Р1 + Р1s ≈ Р1 ,

которая при Р1 = const остается постоянной на всех частотах.

Недостатком каскадных схем с двигателями постоянного тока является относительно высокая стоимость коллекторных двигателей и сложность их эксплуатации.

Каскадный двигатель. В ряде случаев условия эксплуатации не позволяют иметь не только коллекторные машины, но и двигатели с контактными кольцами (например, двигатели насосов артезианских скважин, нефтепроводов и т. п.). В этих случаях можно применять каскадный двигатель (рис. 4.55, а), представляющий комбинацию двух двигателей с фазными роторами, которые насажены на один вал и имеют общий корпус. Питание к каскадному двигателю подводится через первый статор 4. Обмотки роторов 1 и 2 соединены между собой с перекрещиванием фаз, вследствие чего МДС роторов вращаются в противоположные стороны. Второй статор 3 подключают к выпрямителю 6 и инвертору 7, отдающим энергию скольжения Рs в сеть переменного тока. Вал двигателя соединяют с рабочей машиной 5.

В простейшем случае (рис. 4.55, б) в обмотку второго статора 3 можно включить трехфазный реостат 8. При этом механические

Рис. 4.55. Схемы каскадного двигателя с вентильным каскадом (а) и реостатом в цепи второго статора (б)

характеристики бесконтактного каскадного двигателя аналогичны характеристикам асинхронного двигателя с фазным ротором.

Рис. 4.56. Схемы образо­вания электромагнитного момента     в    каскадном
двигателе: а — в первом двигателе при n2 < n1, б — во втором  дви­гателе при n2 < nF2

Электромагнитный момент каскадного двигателя определяется активной составляющей тока ротора, которая практически равна активной составляющей тока второго статора. Сила этого тока, как и в любом асинхронном двигателе, определяется скольжением s2 поля Ф22 второго ротора 2 относительно второго статора 3. Поскольку МДС и поле Ф22 второго ротора вращаются в сторону, обратную направлению вращения роторов 1 и 2 (рис. 4.56, а и б), скольжение s2 определяется частотой их взаимного пересечения

(4.98)

s2 = (nF2 - n2 )/nF2 ,

где nF2 = 60f2 /p = 60f1 s1 /p = n1 s1 - частота вращения МДС второго ротора 2 (f1 и f2 — частоты изменения тока соответственно в первом статоре 4 и роторе 1); n1 и s1 — частоты вращения поля Ф11 первого статора 4 и скольжение ротора 1 относительно этого поля.

Учитывая, что частота вращения ротора n2 = n1 (1 — s), получаем

(4.98a)

s2 = (nF2 - n2 )/nF2 = [n1 s1 - n1 (1 - s1 )]/(n1 s1 ) = (2s1 - 1)/s1 .

При s1 < 0,5 скольжение s2 является положительным и электромагнитный момент, действующий на роторы 1 и 2, совпадает с направлением вращения.

Рис. 4.57. Механические характеристики каскадного двигателя

Скольжению s1 = 0,5 соответствует s2 = 0, т. е. через ротор проходит только намагничивающий ток и момент близок к нулю. При s1 > 0,5; s2 < 0 и фаза активной составляющей тока изменяется: машина переходит в генераторный режим, а электромагнитный момент становится тормозящим. При замкнутых накоротко обмотках статора 3 механическая характеристика сходна с характеристикой обычного асинхронного двигателя, только переход в генераторный режим происходит при частоте, равной 0,5n1 (рис. 4.57). Включение реостата в цепь статора 3 изменяет механические характеристики так же, как характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором.

Каскадные схемы асинхронных двигателей позволяют получить регулирование n2 без преобразователей частоты тока, т. е. сравнительно более простыми средствами. Главным недостатком всех каскадных схем является увеличение потерь в двигателе, в связи с чем увеличивают его габаритные размеры. Поэтому применение каскадных схем можно считать рациональным только на современном этапе, пока преобразователи частоты сравнительно дороги и имеют недостаточно высокую надежность.

Здесь располагается содержимое id "columnright"