Kaskadenschaltung elektrischer Maschinen
Bei der Kaskadierung elektrischer Maschinen handelt es sich um ein System zur sanften Regelung der Drehzahl eines Induktionsmotors durch Einführen einer externen EMK in den Rotorkreis, die in Linie mit der EMK des Rotors oder entgegengesetzt zu dieser ausgerichtet ist und deren Frequenz der Rotorfrequenz entspricht.
Eine solche Maschinenkupplung wurde früher häufig zur Drehzahlregelung von Asynchronmotoren mittlerer und großer Leistung irreversibler Elektroantriebe eingesetzt, beispielsweise für irreversible Walzenmühlen, Großventilatoren, Minenventilatoren, Kreiselpumpen usw.
Alle Kaskadenschaltungen elektrischer Maschinen lassen sich in 2 Hauptkategorien einteilen: Anlagen mit konstanter Leistung P = const und Anlagen mit konstantem Drehmoment M = const.
Anlagen mit konstanter Leistung zeichnen sich dadurch aus, dass eine der in der Kaskade mit dem Hauptasynchronmotor enthaltenen Maschinen mechanisch mit der Welle dieses Motors verbunden ist (Abb. 1, a). Bei Nachinstallationen gibt es keine solche mechanische Verbindung und anstelle einer zusätzlichen Maschine müssen mindestens zwei Maschinen verwendet werden (Abb. 1, b). Eine dieser Maschinen ist ein Gleichstrom- oder Wechselstromkollektor.
Reis. 1. Schematische Darstellungen von Kaskadenanlagen: a – konstante Leistung (P = const), b – konstantes Drehmoment (M = const).
Um eine Kaskadeninstallation eines Induktionsmotors mit einer Gleichstrommaschine zu erstellen, muss zwischen dem Rotor des Induktionsmotors und dem Anker der Gleichstrommaschine ein Slip-to-DC-Energiewandler eingebaut werden.
Auch die Kaskade verändert sich je nach Wandlertyp. Grundsätzlich kann jede Modifikation der Kaskade sowohl nach dem Schema P = const als auch nach dem Schema M = const durchgeführt werden.
Bei einer Einanker-Umrichterkaskade (Abb. 2) ist die Drehzahlregelung entsprechend den Betriebsbedingungen des Umrichters auf den Bereich von 5 bis 45 % begrenzt.
Reis. 2. Schematische Darstellung einer Induktionsmotorkaskade und einer Gleichstrommaschine mit einem Einzelanker-Umrichter (P = const).
Die Richtung der Energieflüsse in Abb. 1, a und b und in Abb. Für den Fall der Drehzahlregelung eines Asynchronmotors im Untersynchronbereich bei motorischem Betrieb der Kollektorhilfsmaschine ist das in Fig. 2 gezeigte Beispiel dargestellt. Die Gleitenergie wird auf die Welle bzw. den Steg übertragen.
Der Betrieb eines verstellbaren Asynchronmotors mit einer höheren Drehzahl als der Synchronmotor ist nur mit einer doppelten Stromversorgung möglich: auf der Seite des Stators und auf der Seite des Rotors (Abb. 1, b). In diesem Fall arbeitet der Umrichter im Generatorbetrieb.
Windkanalventilatoren gehören zu den leistungsstärksten Mechanismen, die elektrische Antriebe mit einem breiten Drehzahlregelungsbereich erfordern. Einige Windkanäle erfordern elektrische Lüfterantriebe von 20.000, 40.000 kW mit Drehzahlregelung im Bereich von 1:8 bis 1:10 und Einhaltung der eingestellten Drehzahl mit einer Genauigkeit von Bruchteilen von %.Eine Lösung für dieses Problem war die Kaskadenschaltung elektrischer Maschinen.
Die große Leistung des gesteuerten Geräts und der große Variationsbereich der Rotorfrequenz des Induktionsmotors machten den Einsatz eines Einanker-Umrichters oder des Generator-Motor-Systems unmöglich, da eine Gleichstrommaschine nicht mit Strom gefüllt werden kann in einem Einzelanker um mehr als 7000 kW. In solchen Anlagen wird als Umrichter eine Zwei-Maschinen-Einheit bestehend aus einem Synchronmotor und einem Gleichstromgenerator verwendet (Abb. 3).
Ein Kaskadendiagramm eines Induktionsmotors und einer Gleichstrommaschine mit einem Motor-Generator-Wandler
Die Kaskade besteht aus einem Hauptinduktionsmotor mit variabler Drehzahl und gewickeltem Rotor, einer Einheit mit variabler Drehzahl und einer Einheit mit konstanter Drehzahl. Die Geschwindigkeitsregulierung erfolgt durch Veränderung der Erregung.