Сопоставление полученного выражения с (3-10) дает основание найти выражение для момента А Д аналогично тому, как это сделано при выводе (3-11), а именно:
М = М н_сх^ 1 + ~ cos а + ^ sin а j , |
(7-12) |
где
2Л/,;
м н.СХ — s/'sK~{~sk/s
Регулирование скорости в рассматриваемых каскадных установках в общем случае осуществляется изменением величины и фазы вектора добавочной э. д. с. ротора. Допустим, что в пределах одной механической характери стики а = const. Выражение момента согласно (7-12) состоит из трех составляющих, из которых первая соот ветствует моменту двигателя в естественной схеме вклю чения, вторая определяется скольжением и углом а, а третья зависит только от угла а.
На рис. 7-6, в представлены естественная характери стика двигателя и две искусственные характеристики, соответствующие sK= 0,3; s0 = 0,3 и двум значениям угла а, равным 135 и 180°. Из этих характеристик видно, что величины критического момента, критического сколь жения п скорость идеального холостого хода искусствен ных характеристик при данных значениях параметров обмоток двигателя определяются углом а.
Ранее было показано, что при включении в роторную цепь асинхронного двигателя преобразователя активной мощности величина критического момента на регулиро вочных характеристиках остается постоянной. При по стоянном значении угла а в пределах одной механической характеристики преобразователь энергии в роторной цепи двигателя не является преобразователем активной энер гии, так как при изменении скольжения фаза тока ротора изменяется. Поэтому понятно, что регулировочные характёристики в этом случае (а = const) имеют разные значе ния критических моментов, что соответствует характери стикам, приведенным на рис. 7-6, в.
Из изложенного ясно, что для получения одинаковых критических моментов на регулировочных характеристи ках, т. е. для получения постоянной перегрузочной спо собности двигателя, необходимо при изменении скольже ния менять значение угла сс. Представляет интерес опре делить такой закон изменения угла а в функции скольже
ния и параметров асинхронного двигателя, который соот ветствует наличию преобразователя активной мощности в его роторной цепи.
Как было отмечено выше, входное сопротивление пре образователя активной мощности является чисто актив ным. В этом случае векторы добавочной э. д. с. и тока
Рис. 7-7. Векторная диаграмма (а), механические характеристики и зависимости со (а) (б) асинхрон
ного |
двигателя |
в |
каскадной схеме |
рис. 7-4. |
$01 |
= 6,2; s02 |
= |
0,4; s03 — 0,6; s0i = |
0,8. |
ротора совпадают по направлению. Векторная диаграмма, соответствующая этому случаю, приведена на рис. 7-7, а.
Аргумент вектора тока / 2 может быть определен из
(7-11)
|
S0 |
•, |
Sn |
s |
arg / 2 = arctg Im/2 |
— sin a — |
-co s a ------ |
arctg |
i *0 |
________£k |
Re/2 |
j |
i Sn |
• |
1 |
-J— —cos cl A— - sm a |
|
|
s |
SK |
|
Аргумент вектора добавочной э. д. с. равен а. Приравнивая между собой аргументы векторов доба
вочной э. д. с. и тока -ротора, получаем:
sa . |
Sn |
s |
— sin a — |
-c o s a |
------ |
t g C C = - ------------- |
£«------------ |
*5. |
1 4 -— cos a +-^2- sin a |
s |
sK |
|
Преобразуя это уравнение, находим:
у sin a + cos а + у = 0. |
(7-13) |
Уравнение (7-13) имеет два решения, из которых нужно выбрать одно, определяющее режим идеального холостого хода А Д при s — s0. При идеальном холостом ходе, когда / 2 = 0, выполняется равенство
Т?2 7?до0 = 0 или |
-f-17?Дос | = О, |
откуда видно, что угол а должен равняться л. Из приве денных соображений следует, что искомое решение должно удовлетворять условию: а — л при s = s0. Учитывая это условие, из (7-13) получаем:
cos a - |
SS0 5 К У ^ 2 + SK S0 . |
|
sa + « K |
’ |
|
|
(7-14) |
|
,________ |
[ |
sin a = |
sK5o+s-|/sa+ 4 - s g |
|
|
s3+ 4 |
' . |
|
|
|
Итак, если при изменении скольжения угол а регули руется по закону (7-14), то преобразователь энергии в ро торной цепи асинхронного двигателя представляет собой преобразователь активной энергии.
На рис. 7-7, 6 сплошными линиями показаны механи ческие характеристики, рассчитанные с помощью выра жений (7-12) и (7-14) при sK= 0,3 для пескольких значе ний s0. Как и следовало ожидать, критические моменты на регулировочных характеристиках одинаковы, однако кри тические скольжения изменяются в зависимости от вели чины s0.
Там же пунктирными линиями изображены зависи мости со (а), построенные по выражениям (7-14). Эти кривые показывают, что для получения преобразователя активной энергии угол сдвига между векторами добавоч ной э. д. с. и напряжения сети следует изменять от a = л при скорости идеального холостого хода и далее умень шать при уменьшении угловой скорости.
Приведенные рассуждения применимы для всех схем электромашинных каскадов, которые могут быть приве дены к эквивалентной схеме, представленной на рис. 7-3, б. Рассмотрим некоторые конкретные каскадные схемы, полу чившие применение на практике.
На рис. 7-8, а и 6 приведены схемы электрического и электромеханического машинных каскадов с одноякорным преобразователем ОП. Энергия скольжения передается от ротора асинхронного двигателя А Д на кольца ОП и преобразуется последним в энергию постоянного тока. Далее постоянный ток от щеток коллектора ОП поступает к машине постоянного тока МП, которая преобразует электрическую энергию в механическую. В электрическом каскаде согласно схеме рис. 7-8, а эта механическая энергия используется для привода синхронного генератора
Рлс. 7-8. Схемы электромашпнных каскадов с одно якорным преобразователем.
а — электрический каскад; б — электромеханический.
СГ, а в электромеханическом каскаде по схеме на рис. 7-8, б она возвращается на вал АД, поскольку машины А Д и МП жестко соединены общим валом.
Регулирование скорости главного асинхронного дви гателя в схемах рассматриваемых каскадов производится изменением величины э. д. с. на кольцах одноякорного преобразователя, которая прямо пропорциональна э. д. с. на его щетках, а величина последней с учетом падения напряжения в якорной цепи ОП — М П равна .э. д. с. машины постоянного тока МП. Следовательно, добавоч ная э. д. с. частоты скольжения (т. е. э. д. с. на кольцах ОП) определяется значением э. д. с. МП, которая в свою очередь зависит от тока возбуждения МП. Если ток воз буждения М П равен нулю, то ее э. д. с. также равна нулю; поэтому э. д. с. на кольцах ОП также равна нулю, а равенство нулю добавочной э. д. с. в цепи ротора А Д приводит к тому, что последний работает на механической характеристике, близкой к естественной. При увеличении
тока возбуждения М П добавочная э. д. с. возрастает, что приводит к уменьшению скорости АД. Когда ток возбу ждения М П равен номинальному значению, А Д работает на механической характеристике, соответствующей низшей скорости в зоне регулирования каскада.
Изменение величины тока возбуждения одноякорного преобразователя приводит к изменению фазы э. д. с. на кольцах ОП, как для обычной синхронной машины, поскольку ОП со стороны колец представляет собой син хронную машину. Таким образом, изменение тока воз буждения М П позволяет регулировать скорость АД, а изменением тока возбуждения ОП возможно регулиро вать коэффициент мощности каскадной установки.
Механические характеристики электрического и элек тромеханического каскадов с одноякорным преобразова телем аналогичны приведенным на рис. 7-4, в и 7-5, если при регулировании скорости так подбирать токи в обмот ках возбуждения ОП и МП, чтобы одноякориый преобра зователь представлял собой преобразователь активной энергии. Верхние характеристики из приведенных на рис. 7-4, в и 7-5 соответствуют току возбуждения ма шины постоянного тока, равному нулю, а нижние ха рактеристики соответствуют номинальному току возбужде ния МП.
Пуск электрического каскада производится в следую щей последовательности. Вначале производится реостат ный пуск А Д (пусковые реостаты на рис. 7-8, а не пока заны), затем его ротор подключается к кольцам ОП, и происходит прямой пуск последнего с помощью его дем пферной обмотки, выполненной в виде беличьей клетки. Далее осуществляется асинхронный пуск машины СГ. Изменением токов возбуждения ОП и МП согласовывают полярность и значения напряжений на их якорях, после чего якорная цепь ОП — М П замыкается. Регулирова нием тока возбуждения М П можно изменить далее ско рость АД.
В схеме электромеханического каскада рис 7-8, б также предусмотрен реостатный пуск А Д при разомкнутой якорной цепи ОП — М П и отключенном от ротора А Д преобразователе ОП. Далее ротор А Д отключается от пу сковых реостатов и подключается к кольцам ОП. Послед ний пускается с помощью своей демпферной клетки. После согласования напряжений на якорях ОП в. МП замыка ется их якорная цепь.
Диапазон регулирования скорости каскадов с одно якорным преобразователем практически не превышает 2 : 1 . Недостатком каскадных схем с одноякорным пре образователем является ненадежная работа одпоякорного преобразователя при высокой скорости АД, близкой к его синхронной скорости. В этом случае напряжение на кольцах АД, подаваемое на ОП, становится небольшим, и ОП подобно синхронному двигателю может выпасть из синхронизма. Поэтому практически верхний предел ско рости привода не превышает 0,9—0,92 синхронной ско рости АД.
Каскады с одноякор ным преобразователем
вСССР не получили ши рокого распространения
всвязи с тем, что одно якорные преобразовате ли на большую мощность у нас в стране не вы пускаются.
Для привода круп
ных вентиляторных ус Рис. 7-9. Схема асипхронно-еинхрон-
тановок получил рас |
ыого каскада. |
пространение электри |
|
ческий асинхронно-синхронный каскад, схема которого приведена на рис. 7-9. Асинхронно-синхронный каскад
|
|
|
|
|
|
|
|
|
состопт пз главного |
асинхронного двигателя А Д и двух |
машинных |
агрегатов: агрегата |
переменной |
скорости |
СМ1 — МП1 и |
агрегата постоянной |
скорости |
МП2 — |
СМ2. Энергия |
скольжения |
с колец |
А Д |
направляется |
в сеть через |
СМ1, |
МП1, |
МП2, |
СМ2. |
Регулирование |
скорости главного асинхронного двигателя производится изменением частоты /2, которая меняется в соответ
ствии со |
скоростью синхронной машины |
СM l. Ско |
рость СM l |
регулируется путем изменения |
потоков ма |
шин МП1 и МП2.
Механические характеристики асинхронно-синхронного каскада аналогичны характеристикам электрического кас када с одноякорным преобразователем и подобны приве денным на рис. 7-4, в.
Пуск асинхронно-синхронного каскада возможен со стороны агрегата постоянной скорости. После включения СМ2 возбуждают МП1, а затем, увеличивая поток МП2, приводят во вращение машины агрегата переменной