Kaskadna povezava električnih strojev
Kaskadno združevanje električnih strojev je sistem za gladko uravnavanje vrtilne hitrosti indukcijskega motorja z vnosom zunanje emf v njegov rotorski tokokrog, usmerjen v skladu ali nasproti emf rotorja in s frekvenco, ki je enaka frekvenci rotorja.
Takšna strojna sklopka se je pogosto uporabljala za krmiljenje hitrosti asinhronih motorjev srednje in velike moči nepovratnih električnih pogonov, na primer za nepovratne valjčne mline, velike ventilatorje, ventilatorje rudnikov, centrifugalne črpalke itd.
Vse kaskadne povezave električnih strojev lahko razdelimo v 2 glavni kategoriji: naprave s konstantno močjo P = const in naprave s konstantnim navorom M = const.
Za naprave s konstantno močjo je značilno, da je eden od strojev, vključenih v kaskado z glavnim asinhronim motorjem, mehansko povezan z gredjo tega motorja (slika 1, a). V post inštalacijah ni takšne mehanske povezave in namesto enega dodatnega stroja je treba uporabiti vsaj dva stroja (slika 1, b). Eden od teh strojev je kolektor DC ali AC.
riž. 1. Shematski diagrami kaskadnih naprav: a — konstantna moč (P = const), b — konstantni navor (M = const).
Če želite ustvariti kaskadno namestitev indukcijskega motorja z enosmernim strojem, je treba med rotor indukcijskega motorja in armaturo enosmernega stroja vključiti pretvornik energije drsenja v enosmerni.
Tudi kaskada se spreminja glede na vrsto pretvornika. Načeloma se lahko vsaka sprememba kaskade izvede tako po shemi P = const kot po shemi M = const.
Pri enoarmaturni pretvorniški kaskadi (slika 2) je regulacija hitrosti glede na obratovalne pogoje pretvornika omejena na območje od 5 do 45%.
riž. 2. Shematski diagram kaskade indukcijskega motorja in enosmernega stroja z enoarmaturnim pretvornikom (P = const).
Smer toka energije na sl. 1, a in b ter na sl. 2 je prikazan primer regulacije vrtilne frekvence indukcijskega motorja v subsinhronem območju, ko pomožni kolektorski stroj deluje v motornem načinu. Drsna energija se prenaša na gred ali na mrežo.
Delovanje nastavljivega asinhronskega motorja s hitrostjo, ki je višja od sinhronskega, je možno le z dvojnim napajanjem: na strani statorja in na strani rotorja (slika 1, b). V tem primeru pretvornik deluje v generatorskem načinu.
Ventilatorji v vetrovniku so med najmočnejšimi mehanizmi, ki zahtevajo električne pogone s širokim razponom regulacije hitrosti. Nekateri vetrovniki zahtevajo električne pogone ventilatorjev 20.000, 40.000 kW z regulacijo hitrosti v območju od 1:8 do 1:10 in vzdrževanjem nastavljene hitrosti z natančnostjo v odstotkih.Ena od rešitev tega problema je bila uporaba kaskadne povezave električnih strojev.
Velika moč krmiljene naprave in širok razpon variacije frekvence rotorja indukcijskega motorja sta onemogočila uporabo pretvornika z eno armaturo ali uporabo sistema generator-motor, saj enosmernega stroja ni mogoče napolniti z močjo v posamezni armaturi za -več kot 7000 kW. V takšnih napravah se kot pretvornik uporablja dvostrojna enota, ki jo sestavljata sinhronski motor in generator DC (slika 3).
Kaskadni diagram indukcijskega motorja in enosmernega stroja s pretvornikom motor-generator
Kaskado sestavljajo glavni indukcijski motor s spremenljivo hitrostjo z navitim rotorjem, enota s spremenljivo hitrostjo in enota s konstantno hitrostjo. Regulacija hitrosti se izvede s spreminjanjem vzbujanja.