регулирования скорости электрического вентильно-машин
ного каскада не превосходит (2 |
3):1. |
Рассмотрим процесс регулирования скорости электро механического вентильно-машинного каскада. Допустим, что каскад работает в установившемся режиме при М с =
= const и ток возбуждения МП равен / в2; |
уменьшим его |
величину до |
/ в1. |
Электродвижущая сила |
машины МП |
уменьшится, |
а ток I d в соответствии с выражением (7-15) |
увеличится, |
что |
приведет к увеличению моментов как |
АД, так и МП. |
Скорость А Д и МП, которые связаны |
двигателя (а), механические характеристики асинхронного двига теля (б) и электромеханического вентилыю-машшшого каскада (в).
“С Раз
общим валом, будет возрастать. При этом э. д. с. АД уменьшится, так как его скольжение уменьшается, а э. д. с. МП увеличивается, следствием чего согласно (7-15) явится уменьшение тока I (1и уменьшение общего момента ^аскада. Когда последний становится равным статическому мо менту, возрастание скорости прекращается и каскад вновь работает в установившемся режиме, но при более высокой, чем ранее, скорости.
На рис. 7-12, б приведены механические характери стики только одного асинхронного двигателя, включенного в схему электромеханического вентильно-машинного кас када. Поскольку машина МП представляет собой преоб разователь активной мощности, критический момент на всех регулировочных характеристиках одинаков. Инте ресно отметить, что пусковой момент А Д для всех регули ровочных характеристик также одинаков и не зависит от тока возбуждения МП. Это объясняется тем, что при со =
= 0 |
э. д. с. Еып также равна |
нулю |
и ток I d, а |
зна |
чит, |
и момент А Д не зависят |
от тока |
возбуждения |
ма |
шины МП.
Механические характеристики каскадной установки, представленные на рис. 7-12, в, характеризуются возра станием величины критического момента при возрастании тока возбуждения МП, поскольку критический момент АД постоянен на регулировочных характеристиках, а мо мент М П при увеличении тока возбуждения МП также возрастает.
На рис. 7-12, а представлены графики зависимости от скорости э. д. с. МП и приведенной к цепи выпрям ленного тока э. д. с. АД. Еыа прямо пропорциональна скорости АД, так как валы АД и МП механически соеди нены между собой. В точке В эти э. д. с. равны между со бой, поэтому ток I d, а значит, и момент каскада равны нулю, что соответствует режиму холостого хода каскада. Скольжение, соответствующее скорости холостого хода,
можно определить из |
выражения |
kcxE2KsQ— &Фыпсох х1. |
Но шх.х1 = (1 — s0) соо, |
откуда |
|
|
£ |
— — |
/сФнпСОо |
1 |
(7-16) |
|
I m у |
| ^сх^гк |
0 |
^СХ^акН-^ФмП^О ^ |
|
При скорости, большей сох х при данном токе возбужде ния МП, из-за односторонней проводимости выпрямителя в двигательном режиме ток' I d и момент каскада равны нулю.
Диапазон регулирования скорости электромеханиче ского вентильно-машинного каскада не превосходит 2:1.
Для осуществления пуска электромеханического вен тильно-машинного каскада вначале производят реостатный пуск АД (пусковые реостаты в схеме на рис. 7-10, б не показаны). При высокой скорости, когда АД работает на естественной характеристике, к выпрямителю подклю чается якорь машины МП. Затем отключаются пусковые реостаты и возбуждается машина МП.
Основной недостаток вентильно-машинных каскадов состоит в необходимости применения коллекторной вра щающейся машины постоянного тока МП. Для устране ния этого недостатка возможно применение статического преобразователя постоянного тока в переменный. В этом случае каскад может быть только электрическим, так как отсутствуют дополнительные электрические машины.
Рпс. 7-13. Схема вентильного каскада.
На рис. 7-13 приведена схема вентильного каскада. Для преобразования постоянного тока в переменный в нем использован инвертор И, состоящий из управляемых вен тилей и трансформатора.
Добавочной э. д. с., вносимой в цепь выпрямленного тока ротора АД, в данном случае является э. д. с. инвер тора, величина которой регулируется изменением угла опережения открывания вентилей (3. Механические харак теристики каскада аналогичны приведенным на рис. 7-4, в.
Рассмотренные схемы каскадов не охватывают всего многообразия существующих в настоящее время каскад ных установок. Для более полного ознакомления с данным вопросом следует обратиться к специальной
литературе.
Следует подчеркнуть перспективность каскад ных схем включения асин хронных двигателей. Они могут использоваться для двигателей большой мощ ности, где необходима реа лизация мощности сколь жения, которая может со ставлять несколько тысяч киловатт. Для уникальных
регулируемых электроприводов мощность двигателя может достигать величины двадцати — тридцати тысяч киловатт. В этих случаях применение каскадных установок может явиться единственно возможным техническим решением.
В то же время применение современных средств преоб разовательной техники позволяет создавать каскадные аспнхропные электроприводы с хорошими регулировоч ными свойствами, удовлетворяющими требованиям многих производственных механизмов, что выдвигает задачу при менения каскадных установок для двигателей небольшой мощности, порядка десятков киловатт. В каждом отдель ном случае это должно быть подтверждено технико-эко номическими соображениями.
Каскадные схемы имеют также и недостатки. Сами схемы не просты и требуют дополнительного оборудова ния. Кроме того, при использовании каскадных установок сложным является осуществление электрического тормо-
женин привода. Практически для торможения асинхрон ного двигателя в каскадной схеме включения используется динамическое торможение.
7-4. РАСЧЁТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕНТИЛЬНО-МАШИННЫХ КАСКАДОВ
Мощность скольжения асинхронного двигателя равна сумме активных мощностей, выделяемых в элементах роторной цепи, если пренебречь потерями на перемагнпчиваные стали ротора п от высших гармоник роторного тока:
M(£)qS= АРs = АРэл2 ад + д Рэл. мп~Ь Рэм. мп> |
(7-17) |
где ДРэлаад — электрические потери мощности в обмотке ротора
АД;
ДРэл. мп — электрические потери мощности в обмотке якоря
МП-,
Рэм. мп — электромагнитная мощпость МП.
При составлении баланса мощностей в (7-17) не учитываются потерн мощности в вентилях выпрямительного моста и в реакторе Р, поскольку они малы по сравнению с другими составляющими потерь.
Уравнение электрического равновесия для цепи выпрямленного
тока ротора А Д можно записать в виде |
|
|
|
*схР'2 к5= |
Д£7яад + Дг7ув + |
Д^Дмп + -Ё'мп’ |
(7‘18) |
где |
E2\<s — э. д. с. |
ротора А Д при скольжении s; |
выпрямления; |
|
ксх — коэффициент, |
зависящий |
от схемы |
|
для трехфазной мостовой схемы он равен 1,35, если |
|
Е2к — линейное значение э. д. с. ротора; |
|
|
ДгУдад — падение напряжения в активных сопротивлениях АД, |
|
приведенное • к |
цецп |
выпрямленного |
тока |
ротора; |
|
Д£/ув — падение |
напряжения, |
обусловленное |
коммутацией |
|
вентилей выпрямительного моста; |
|
|
|
А £/д.чП— падение напряжения в цепи якоря МП; |
|
|
Е*т — э. д. с. машины МП. |
|
|
|
|
|
Умножив' выражение (7-18) иа величину выпрямленного тока |
ротора, получим: |
|
|
|
|
|
|
|
(kcxE№s - A U ys) Id = URajJ d + A U R!iaI d + EMnId. |
(7-19) |
Учитывая очевпдные равенства
ДТ>эл2ад== Д^Д asJd.’
ДТ>зл. мп= Д^й мп^ср
■ Р э м . м п — Р . м п - 7 ф
из выражений (7-17) и (7-19) находим:
APs — (IcсхДзк$ —Д£7ув) Id-
Отсюда следует выражение для момента асинхронного двига теля в схемах веитильно-мапшипого каскада
М = |
/ccxi?2Ks |
AUyB |
------------------- cons |
-- I d. |
|
|
Обозначим:
^'СХ^ЙК®— EUyD—Ud,
где Ud — напряжение на выходе выпрямительного моста. Тогда
М = ¥ * l d = B ± ? J L l d. co0s co0s Ed
Ho Ed = 1,35 E 2Ks. Отсюда окончательно находим:
^ЗбДпц Ud г
(7-20)
C0o Ed d'
Для нахождения зависимости момента аспнхрониого двигателя от выпрямленного тока по (7-20) достаточно иметь зависимость отно шения Ud/Ed от Id, представляющую собой внешнюю характерис тику выпрямительного моста. Вывод выражений для определения внешней характеристики выпрямителя изложен в специальных трудах.
При мостовой схеме выпрямителя расчет внешней характери стики производится по выражениям, приведенным в табл. 7-1.
|
|
|
|
Т а б л и ц а 7-1 |
Параметр |
I режим |
II |
режим |
Ill режим |
Пределы |
1 /6 |
0,613/2Р ^ I d |
1,06/2р ==?. Id |
изменения |
о |
/ 1 8 |
nR. |
=== V 2 /2р |
тока |
|
X / 2Р = 0,613/2р |
4 |
— 1»0Ь/2р |
|
|
|
|
|
Ud |
1 _ _ L l d _ |
4 V > - U % ! |
|
Ed |
V & |
Ь ■/ зр |
В табл. 7-1 принято:
Еок,ф
^,2к .ф = £,2к/1/Л3’—фазное значенпе э. д. с. ротора АД; хя — (х1 ~\-х2)/к2 —индуктивное сопротивление короткого замыкания
АД, приведенное к обмотке ротора; I d —выпрямленный ток ротора.
Следует отметить, что приведенные в табл. 7-1 зависимости Ud/Ed (Id) выводятся прп постоянной частоте, тогда как частота тока ротора зависит от скольжения /2 = Д s, где }г — частота питаю щей сети. Однако так как хдв = х дв, а Е2 ~ E2Ks, то отношение х № /Е 2 не завпсит от скольжения, а величина х д , входящая в выраже
ния табл. 7-1, соответствует частоте сети fv