ГЛАВА XXVI
КАСКАДНОЕ СОЕДИНЕНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С КОЛЛЕКТОРНЫМИ МАШИНАМИ
§ 251. Схема каскадного соединения, при которой возможен плавный переход главного двигателя через синхронную скорость
(фиг. 283). Для того чтобы сделать возможным для главного асинхронного двигателя S1 — R1 в схеме фиг. 278 переход через критическую синхронную скорость, было предложено производить независимое питание обмотки возбуждения коллекторной машины S2 — К2 от той же сети, к которой приключен и главный двигатель.
Так как сеть имеет постоянную частоту f1, а частота f2 тока, питающего коллекторную машину S2 — К2, является переменной, то для осуществления независимого возбуждения этой коллекторной машины необходимо произвести преобразование тока, питающего обмотку возбуждения F2 коллекторной машины, с частоты сети f1 на частоту тока ротора главного двигателя f2; последнее может быть осуществлено при помощи преобразователя числа периодов.
Для этой цели необходимо посадить на один вал с главным асинхронным двигателем вспомогательную машину — преобразователь числа периодов U (фиг. 283); последний представляет собой в общих чертах якорь машины постоянного тока с коллектором и контактными кольцами, расположенный внутри статора, не имеющего обмотки1. Если контактные кольца такого преобразователя соединены с сетью f1,то напряжение на коллекторе будет иметь уже другую частоту f2 = sf1, равную числу периодов скольжения ротора главного двигателя, на валу которого сидит преобразователь частоты (фиг. 283).
1 Встречаются также конструкции переобразователя частоты, у которых неподвижный статор совершенно отсутствует (см. К. И. Шенфер, Коллекторные двигатели переменного тока).
Изменяя величину сопротивления R и коэфициент трансформации трансформатора Т на фиг. 283, мы можем осуществить регулировку скорости главного двигателя.
При схеме фиг. 283 возможна также синхронная работа главного двигателя S1 — R1.При такой синхронной скорости на коллекторе преобразователя U появится постоянный ток Iе, который, обтекая обмотку возбуждения F2 коллекторной машины S2— К2, заставит ее работать в качестве генератора постоянного тока, питающего обмотку ротора R1 главного двигателя, который при этих условиях будет работать в качестве синхронного двигателя.
Замечательной особенностью схемы фиг. 283 является возможность плавного перехода от скорости ниже синхронной главного двигателя S1 — R1 к скорости выше синхронной.
Это изменение скорости, как было сказано, осуществляется путем одновременной регулировки сопротивления R и коэфициента трансформации автотрансформатора Т. При скорости ниже синхронной ползушка реостата R обычно занимает нижнее положение, а ползушка автотрансформатора Т — правое положение.
 |
| Фиг. 283. Схема, при которой возможен плавный переход главного двигателя через синхронизм. |
Для увеличения скорости главного двигателя мы перемещаем ползушки автотрансформатора Т влево; при этом величина вращающегося потока, создаваемого в коллекторном двигателе обмоткой F2, уменьшается, что влечет за собой уменьшение э. д. с. коллекторного двигателя Ek2 и соответственное увеличение скорости главного двигателя.
В тот момент, когда ползушки трансформатора Т займут крайнее левое положение, питание обмотки F2 со стороны трансформатора Т прекратится. В этом случае обмотка F2 будет получать питание с другого конца: не через посредство клемм 2—2—2, как раньше, а через внутренние на фиг. 283 клеммы 1—1—1 от коллектора преобразователя частоты U.
В этом случае вектор индуктированных э. д. с. Ek2 в роторе коллекторной машины изменит свою фазу на 180°, и величина тока в роторе R1 главного двигателя будет
| I2 = | E2s + Ek2 | , |
| z2s + zk2 |
Если момент сопротивления Мk на валу главного двигателя останется прежний, то скорость ротора R1 главного двигателя при этом начнет возрастать до тех пор, пока фаза индуктированной э. д. с. E2s не переменится на 180°, т. е. пока скорость главного двигателя не станет выше синхронной; в последнем случае мы будем иметь при том же моменте вращения прежнюю величину тока:
| I2 = | Ek2 — E2s | , |
| z2s + zk2 |
Для дальнейшего увеличения скорости главного двигателя выше синхронной необходимо постепенно уменьшать величину сопротивления R1, двигая ползушку реостата R кверху (фиг. 283), что вызовет соответственное увеличение э. д. с. коллекторной машины Еk2 и соответственное увеличение числа оборотов главного двигателя согласно формуле (251,2).1
1 Действительно, величина тока I2, при постоянном моменте (Mk = const) должна также сохранять приблизительно постоянное значение, так как величина вращающегося потока Ф главного двигателя при изменении нагрузки остается приблизительно постоянной.
Поэтому при возрастании Ek2 согласно формуле (251,2) должно соответственным образом увеличиться также E2s для того чтобы числитель выражения (251,2) остался постоянным.
Это значит, другими словами, что при возрастании Ek2 главный двигатель (фиг. 283) должен вращаться со скоростью выше синхронной.
Резюмируя все сказанное выше относительно схемы фиг. 283, мы можем отметить следующее:
Характер работы коллекторной машины S2 — К2 зависит о т направления питания обмотки возбуждения F2. При питании этой обмотки от автотрансформатора Т (через клеммы 2—2—2 на фиг. 283) скорость главного двигателя S1 — R1 получается ниже синхронной.
В этом случае коллекторная машина S2 — К2 работает как двигатель и асинхронная машина S3 — R3 как генератор, возвращающий неиспользованную электрическую энергию в роторе R1 обратно в сеть.
 |
 |
| Фиг. 284. Асинхронный двигатель с преобразователем частоты(U) на одном валу (фиг. 283). | Фиг. 285. Агрегат Шербиуса, состоящий из асинхронного генератора S3 — R3 и коллекторной машины S2 — К2 (фиг. 283). |
Наоборот, при крайнем левом положении ползушек трансформатора T, когда питание обмоток возбуждения F2 (через клеммы 1—1—1 на фиг. 283) происходит исключительно от коллектора преобразователя частоты U, фаза вектора вращающегося потока Ф коллекторной машины изменяется на 180°, вследствие чего меняется также фаза индуктивных токов э. д. с. Еk2 в роторе этой коллекторной машины; при этих условиях коллекторная машина S2 — К2 начинает работать как генератор, подводящий электрическую энергию в цепь ротора R1 главного двигателя, который в этом случае вращается со скоростью выше синхронной.
При этих условиях главный асинхронный двигатель S1 — R1 получает двойное питание: статор S1 получает питание из сети, и ротор R1 получает питание из той же сети через посредство агрегата S2 — K2 и S3 — R3.
На фиг. 284 и 285 показаны фотографии главного асинхронного двигателя (с преобразователем частоты U, сидящим на одном валу) и регулирующего агрегата Шербиуса.