28. Автоматизированный электропривод переменного тока в каскадных схемах.

Основным побудительным мотивом создания асинхронного электропривода является возможность полезного использования энергии скольжения АД.

В общем виде энергобаланс можно представить в виде:

(1)

где Р_потр – электрическая мощность, потребляемая АД из сети.

Р_мех – механическая полезная мощность, отдаваемая двигателем.

∆Р – совокупные потери мощности в АД.

Р_S – мощность скольжения, отводимая или подводимая со стороны ротора.

Если пренебречь потерями мощности в статоре, то потребляемую мощность можно представить в виде произведения механических параметров.

Если пренебречь потерями мощность в роторе, то тогда

Регулирование скорости в каскадах ЭП осуществляется воздействием на роторную цепь асинхронной машины со стороны каскада. Базовым элементом каскадного электропривода является асинхронная машина с фазным ротором. В общем случае напряжение на кольцах ротора АД можно представить в виде

где U₂ – напряжение на кольцах ротора.

E₂ – ЭДС наведенная в роторе.

Z₂ – полное сопротивление ротора

I₂ – ток ротора.

Если решить это уравнение относительно скольжения получим

Принцип действия каскадных ЭП основан на введении в цепь ротора, со стороны каскада, так называемой добавочный ЭДС

При изменении добавочной ЭДС будет изменятся скольжение, и угловая скорость вращения асинхронной машины. При этом появляется возможность реализации двигательного режима при s (0-1), так и генераторного режима (-1-0).

Классификация каскадных ЭП.

По виду преобразования Р_S различают:

1. Электрический каскад, в этом случае энергия скольжения преобразуется в электричество и рекуперируется в электрическую сеть.

2. электромеханические каскады, энергия скольжения преобразуется в механическую и возвращается на вал приводного АД.

В зависимости от вида устройств с помощью которого осуществляется преобразование энергии скольжения.

• Электромашинные, в которых преобразование осуществляется при помощи машин.

• Вентильномашинные, статические преобразователи и электрические машины.

• Вентильные каскады, статические преобразователи.

Электромашинные каскады в настоящее время практически не используются, т.к. требуют использования в качестве выпрямительного устройства одноякорного преобразователя т.е. электромашину которая со стороны статора представляет из себя синхронную машину, а со стороны ротора машину постоянного тока.

Отрицательные качества:

• Повышенная взрыво и пажаро опасность;

• Повышенная инерционность;

• Неустойчивая работа в области малых скольжений;

29. Автоматизированные электроприводы

с электрическими электромашинными каскадами.

рис.38

Обмотка статора приводного асинхронного двигателя присоединена к сети переменного тока промышленной частоты, а роторная обмотка соединена с неуправляемым выпрямителем. Энергия скольжения преобразуется выпрямителем в энергию постоянного напряжения. Энергия подается на ДПТ МП, за вычетом потерь, с помощью синхронного генератора СГ, находящегося на одном валу с ДПТ, преобразуется в электрическую энергию переменного трехфазного напряжения. Происходит рекуперация энергии скольжения в сеть.

Регулирование угловой скорости АД осуществляется изменением добавочной ЭДС, создаваемой машиной постоянного тока в цепи выпрямленного тока посредством воздействия на ток возбуждения этой машины с помощью R_ВД.

При работе каскада в двигательном режиме ЭДС на кольцах ротора уравновешивается противо ЭДС и падением напряжения в цепи ротора и выпрямителя.

При этом ток протекающий в цепи выпрямителя:

где I_d – ток в цепи выпрямителя;

E_d0 – средне значение ЭДС, на выходе 1В при неподвижном роторе;

E_доб – добавочная ЭДС, со стороны машины постоянного тока;

∆U – падение напряжения в цепи ротора АД и выпрямителе;

R_Э – эквивалентное сопротивление каскада.

В режиме холостого хода АД I_d = 0. Пренебрегаем ∆U, и учитывая что E_d0 численно равен U₂ получим

- скольжение вносимое со стороны каскада.

Т.е. при увеличении тока возбуждения ДПТ МП уменьшится R_ВД, увеличится ток выпрямителя, увеличится E_доб, увеличится s_К, угловая скорость уменьшится.

рис.39

Установленная мощность каскада определяется соотношением между угловой скоростью ω₀ и ω_min

Если принять, что Р_АД =100%, то при диапазоне регулирования Д=2:1, мощности Р_В, Р_мп, Р_сг по 50%.

Характеристики:

1. ЭП работает с постоянной нагрузкой в продолжительном режиме работы

2. Большая мощность.

3. Д = 2:1.

Показатели качества регулирования:

• Высокая стабильность;

• Неограниченная плавность;

• Энергетическая эффективность (высокий КПД ≈ 0,9; cosφ ≈ 0,7)

• ЭП может работать в режиме КРМ, если I_В СГ больше I_НОМ