7.12. Каскадные схемы регулирования скорости асинхронного электропривода

Существенным недостатком всех рассмотренных способов регулирования скорости асинхронного двигателя при ω₀=constявляется возрастание потерь энергии в роторной цепи при снижении скорости пропорционально скольжению. Одна­ко у двигателя с фазным ротором этот недостаток может быть устранен путем включения в цепь ротора источника регулируемой ЭДС, с помощью которого энергию скольжения можно либо возвратить в сеть, либо использовать для совер­шения полезной работы.

Схемы асинхронного электропривода с включением в цепь ротора дополнительных ступеней преобразования энергии для использования и регулирования энергии скольжения получили название каскадных схем(каскадов). Если энергия скольжения преобразуется для возвращения в электрическую сеть, каскад называютэлектрическим.Если энергия скольжения с помощью электромеханического преобразователя преобразуется в меха­ническую энергию и поступает па вал двигателя, то такие каскады называютсяэлектромеханическими.

Электрические каскады, в которых цепь ротора подключа­ется к преобразователю частоты, способному как потреблять энергию скольжения, так и доставлять энергию двигателю со стороны ротора на частоте скольжения, т. е. управлять потоком энергии в цепи ротора как в прямом, так и в обрат­ном направлении, называются каскадами с асинхронным дви­гателем, работающим в режиме машины двойного питания (МДП). Схема такого каскада представлена на рис. 7.38, а.

Анализ этой схемы позволяет выявить наиболее общие закономерности, свойственные электроприводам с каскадным включением асинхронных двигателей. В установившихся режи­мах работы любой электрической машины поля статора и ротора для создания постоянного момента должны быть взаимно неподвижны. Поэтому если в схеме рис. 7.38, а зада­ние частоты u_y,ч= constиf₂не зависит от нагрузки двигателя, то скорость двигателя в пределах допустимой перегрузки остается неизменной:

Такой режим работы называется синхронным режимом МДП.Для его математического описания воспользуемся уравнениями механической

Рис.7.38. Электрический каскад с асинхронным двигателем, рабо­тающим в режиме МДП:

а-схема; б—механические характеристики при U’₂= cons

характеристики обобщенной машины в осях х, утак как поля ротора и статора вращаются в рассматриваемом режиме со скоростью_0эл =2f₁. При записи по аналогии с синхронной машиной, рассмотренной в § 3.15, ориентируем все переменные относительно вектора напряжения,подводимого к ротору:

(7.109)

Как было установлено в § 3.15, в синхронном режиме синхронного двигателя момент определяется углом _эл= _0эл- _элпричем ось поля ротора совпадает с направлением вектора.В синхронном режиме МДП ток ротора имеет частоту_2эл, которая в общем случае не равна нулю. При этом изменения нагрузки и скольжения вызывают изменения угла сдвига поля ротора относительно напряжения, поэто­му вектор напряжения статорасдвинут относительно век­торана угол_12эл ,который равен углу_элтолько приf₂= 0, т. е. при возбуждении ротора постоянным током. Приf₂ 0действительные напряжения, приложенные к обмоткам фаз статора двигателя, можно записать в виде

(7.110)

Уравнения МДП в осях х, уимеют вид

(7.111)

Ограничимся рассмотрением установившегося режима ра­боты, положив d/dt= 0, и пренебрежем активным сопротивле­нием обмотки статораR₁0.Для использования (7.111) с помощью формул (2.15) и (2.16) преобразуем (7.109) и (7.110) к осямx, у (_к=_0эл).