Elektrický pohon s kaskádou asynchronních ventilů
V průmyslu se používá pohon s mělkým rozsahem nastavení otáček (3:2:1), tedy tzv. ventilová kaskáda, postavená na bázi asynchronního elektromotoru a představující systém nastavitelného proměnného pohonu.
Na rozdíl od regulace plynu a frekvence je u kaskádového zapojení asynchronní elektromotor připojen k třífázové napájecí síti střídavého proudu. To je velká výhoda tohoto systému pohonu oproti prvním dvěma. Má také vyšší účinnost než všechny ostatní systémy. Tuto výhodu lze vysvětlit tím, že v kaskádových systémech se přeměňuje pouze energie skluzu, zatímco u stejnosměrných pohonů a systémů s proměnnou frekvencí podléhá přeměně celé množství energie spotřebované motorem.
Oproti škrticím a reostatovým pohonům a také kluzným spojkám, kde se energie prokluzu jimi ztrácí v odporech, jsou výhody kaskády ventilů z hlediska energie ještě vyšší.Měniče v rotorovém okruhu těchto systémů slouží pouze k regulaci otáček. Pohon, postavený pomocí asynchronního motoru, umožňuje vytvářet vysokorychlostní systémy s proměnným výkonem. Takové systémy poskytují plynulé řízení rychlosti a točivého momentu, nevyžadují velký počet silových a kontaktních zařízení.
Rýže. 1. Schémata kaskád: a — ventil, b — ventilový stroj, c — ventilový stroj s jedním tělesem
Kaskáda ventilů má také malý regulační výkon, je snadno automatizovatelná a má dobré dynamické vlastnosti.
Je třeba poznamenat, že v kaskádě ventilů frekvenční měnič obvodu rotoru necirkuluje jalový výkon pro vytvoření rotujícího magnetického toku indukčního motoru, protože tento tok je vytvářen jalovým výkonem vstupujícím do obvodu statoru.
Navíc měnič použitý ve ventilovém stupni je dimenzován pouze na výkon úměrný danému regulačnímu rozsahu. Přitom v systémech s frekvenčním řízením se měnič podílí na tvorbě magnetického toku a při jeho návrhu je nutné počítat s plným výkonem pohonu. Nejjednodušší obvod ventilového stupně je obvod s meziobvodem stejnosměrného proudu a ventilovým EMF převodníkem.
Ve ventilových obvodech (obr. A) a kaskádách ventilových strojů (obr. B) je rotorový proud usměrněn podle třífázového můstkového obvodu a do obvodu usměrněného proudu v prvním pouzdru je přiváděno přídavné EMF. ventilový měnič a ve druhém — ze stejnosměrného stroje. Obvod znázorněný na Obr. a, sestává z indukčního motoru M s fázovým rotorem.
V obvodu rotoru je zařazen ventilový měnič V1, ve kterém je usměrněn střídavý proud rotoru.U ventilového měniče se přes škrticí klapku L zapíná měnič (ventilový měnič V2), který je zdrojem dodatečného EMF. Ventilový převodník V2 je sestaven s transformátorem T podle třífázového neutrálního obvodu. Obvykle se používá v malých zařízeních.
V tomto diagramu jsou jasně znázorněny funkce dvou ventilových měničů.Ventily VI zde fungují jako usměrňovače, převádějící střídavý proud rotoru skluzu na stejnosměrný proud. Ventily V2 převádějí proud stojícího rotoru na střídavý proud o frekvenci sítě, to znamená, že pracují v režimu závislého měniče.
V kaskádě ventil-stroj (obr. C) probíhá přeměna rotorového proudu usměrněného ventilovým měničem V1 na střídavý proud o frekvenci sítě pomocí stejnosměrného stroje G a synchronního generátoru G1. . V tomto obvodu hrají stroje G a G1 roli měniče.
Byla vyvinuta různá schémata kaskád asynchronních ventilů, ale základní a nejběžnější schéma je znázorněno na Obr. Zajímavostí jsou jednoduché skříně AMVK-13-4 o výkonu 13 kW. V jednom případě je na takové kaskádě umístěn indukční motor s fázovým rotorem, stejnosměrný stroj a rotorová skupina neřízených ventilů.
Zařízení je střídavý motor s plynulou regulací otáček. Tato zařízení mohou překonat značné přetížení. Kaskáda má jmenovité otáčky 1400 min-1, napájecí napětí 380 V a rozsah nastavení 1400-650 min-1 bez spínání obvodu statoru.
Při přepnutí vinutí statoru z hvězdy na trojúhelník bude regulační rozsah 1400-400 min-1, kroutící moment konstantní, hmotnost agregátu 360 kg, budicí napětí 220 V.Zařízení má chráněnou foukanou konstrukci. Tyto jednotky jsou použitelné v pohonných jednotkách.
Schematické uspořádání kaskády ventil-stroj s jedním tělesem je na Obr. proti. Rotor 5 asynchronního elektromotoru a kotva 4 stejnosměrného stroje jsou uloženy na jedné hřídeli. Ve společném ocelovém válcovém loži 6 je uložen stator 7 asynchronního elektromotoru a póly 8 stejnosměrného stroje. Kolektor 9 a kluzné kroužky 10, kolektorové kartáče 3 a kartáče 1 asynchronního motoru jsou propojeny přes křemíkové usměrňovače 2. Pro odvod tepla ze stroje, zejména při snížené rychlosti, jsou v rotoru a v rámu speciální ventilační kanály.
Můstkový usměrňovač přivádějící usměrněné napětí rotoru do kotvy stejnosměrného stroje je sestaven ze šesti ventilů VK-50-1,5 se zpětným napětím 150 V. kde je zásadní úspora energie.
Spolu s popsanými výhodami uvažovaných systémů je nutné upozornit na jejich nevýhody: vysoká cena ventilových měničů a pohonu ventilového stroje, nízký účiník, nízká účinnost ve srovnání s asynchronním motorem vzhledem k tomu, že pohon pracuje s maximálními otáčkami bez zkratu motoru vinutí rotoru, nízká přetížitelnost indukčního motoru, nízké využití hnacího motoru (asi o 5-7 %), potřeba speciálních startovacích prostředků, které zajišťují startovací charakteristiku s mělkou regulací otáček .