Kaskádové zapojení elektrických strojů
Kaskádování elektrických strojů je systém pro plynulou regulaci rychlosti otáčení indukčního motoru zavedením externího emf do jeho rotorového obvodu, nasměrovaného v přímce nebo proti emf rotoru a s frekvencí rovnou frekvenci rotoru.
Takováto strojní spojka byla dříve často používána pro řízení otáček asynchronních motorů středního a velkého výkonu nevratných elektrických pohonů, například pro nevratné válcové mlýny, velké ventilátory, důlní ventilátory, odstředivá čerpadla atd.
Všechna kaskádová zapojení elektrických strojů lze rozdělit do 2 hlavních kategorií: zařízení s konstantním výkonem P = konst a zařízení s konstantním momentem M = konst.
Zařízení s konstantním výkonem se vyznačují tím, že jeden ze strojů zařazených do kaskády s hlavním asynchronním motorem je mechanicky kloubově spojen s hřídelí tohoto motoru (obr. 1, a). V instalacích sloupků takové mechanické spojení neexistuje a místo jednoho dalšího stroje musí být použity alespoň dva stroje (obr. 1, b). Jedním z těchto strojů je stejnosměrný nebo střídavý kolektor.
Rýže. 1. Schémata kaskádových instalací: a — konstantní výkon (P = const), b — konstantní točivý moment (M = const).
Pro vytvoření kaskádové instalace asynchronního motoru se stejnosměrným strojem je nutné zařadit mezi rotor asynchronního motoru a kotvu stejnosměrného stroje skluzový měnič energie.
Kaskáda se také mění v závislosti na typu převodníku. V zásadě lze jakoukoliv úpravu kaskády provést jak podle schématu P = konst, tak podle schématu M = konst.
V kaskádě měničů s jednou kotvou (obr. 2) je regulace otáček podle provozních podmínek měniče omezena na rozsah 5 až 45 %.
Rýže. 2. Schematické schéma kaskády asynchronního motoru a stejnosměrného stroje s jednokotvovým měničem (P = konst).
Směr toků energie na Obr. 1, a a b a na Obr. 2 je znázorněn pro případ regulace otáček indukčního motoru v subsynchronní zóně, když pomocný sběrač pracuje v motorovém režimu. Kluzná energie se přenáší na hřídel nebo na stojinu.
Provoz regulovatelného asynchronního motoru s otáčkami vyššími než synchronní je možný pouze s dvojitým napájením: na straně statoru a na straně rotoru (obr. 1, b). V tomto případě převodník pracuje v režimu generátoru.
Ventilátory v aerodynamickém tunelu patří mezi nejvýkonnější mechanismy vyžadující elektrické pohony s širokým rozsahem regulace otáček. Některé aerodynamické tunely vyžadují elektrické pohony ventilátorů 20 000, 40 000 kW s regulací otáček v rozsahu 1:8 až 1:10 a udržováním nastavených otáček s přesností na zlomky %.Jedním z řešení tohoto problému bylo použití kaskádového zapojení elektrických strojů.
Velký výkon řízeného zařízení a široký rozsah variace frekvence rotoru indukčního motoru znemožňovaly použití jednokotvového měniče nebo použití systému generátor-motor, protože stejnosměrný stroj nelze naplnit výkonem v jedné armatuře o -vyšší než 7000 kW. V takových instalacích se jako měnič používá dvoustrojová jednotka sestávající ze synchronního motoru a stejnosměrného generátoru (obr. 3).
Kaskádové schéma indukčního motoru a stejnosměrného stroje s měničem motor-generátor
Kaskáda se skládá z hlavního indukčního motoru s proměnnou rychlostí s vinutým rotorem, jednotky s proměnnou rychlostí, jednotky s konstantní rychlostí. Regulace rychlosti se provádí změnou buzení.