CC BY
67
ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА, ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК
УДК 621.314.64
АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ВЕНТИЛЬНОГО КАСКАДА
Е. В. Аристов, аспирант каф. ЭАГП Пермский государственный технический университет
В статье рассматривается анализ основных режимов работы асинхронного вентильного каскада.
Двигательный режим при скорости ниже синхронной является основным режимом работы привода ABK. Характерные условия, определяющие этот режим, следующие. В статорной цепи поток энергии имеет направление от сети к двигателю, в роторной цепи - от двигателя в сеть.
Мощность, потребляемая двигателем из сети Рпотр, за
исключением потерь в статоре ДРСТ, передается ротору двигателя как электромеханическая мощность Рэм . В двигательном режиме асинхронная машина работает как двигатель и как трансформатор. При неподвижном роторе вся электромеханическая мощность трансформируется в ротор в виде электрической и расходуется во вторичной цепи двигателя. При работе асинхронного двигателя с малыми скольжениями почти вся электромеханическая мощность передается ротору в виде механической и идет на совершение полезной работы. При работе двигателя скольжением 0 < s < 1 часть мощности
Рэмs (мощность скольжения) трансформируется в ротор
и расходуется в цепи ротора, другая же часть Рэм (1 - ^) затрачивается на совершение полезной работы. Мощность скольжения, за исключением потерь в роторе ЛРрот, вентилях
ЛРВ и трансформаторе ЛРтр , рекуперируется в сеть.
Таким образом, при работе в схеме асинхронного вентильного каскада асинхронный двигатель потребляет из сети больше энергии, чем необходимо для совершения полезной работы, и остаток возвращает в сеть. Благодаря этому КПД асинхронного вентильного каскада существенно не снижается при работе с пониженными скоростями вращения.
Работа вентильного каскада в режиме противовклю-чения (режим торожения) характеризуется теми же условиями, что и для двигательного режима при подвинхронной скорости.
Мощность, потребляемая двигателем из сети Рпотр, за
исключением потерь в статоре, передается в виде электромагнитной мощности Рэм ротору, в котором выделяется в виде электрической. Механическая энергия, передаваемая рабочим органом валу двигателя, превращается в роторе в электрическую энергию. Таким образом, роторную цепь асинхронного двигателя в режиме противовключения можно рассматривать как вторичную цепь трансформатора и как нагрузочную цепь генератора. Суммарная мощность, трансформируемая Рэм и генерируемая Рэм (^ -1), за исключением
потерь в роторе АРрот, вентилях АРВ и трансформаторе АРтр ,
возвращается обратно в сеть. При работе в режиме противовключения, когда скольжение ^ > 1, противо-ЭДС в цепи ротора в 2 раза больше, чем при работе в двигательном режиме, что приводит к значительному увеличению мощности трансформатора и вентильного преобразователя.
В схеме вентильного каскада генераторное торможение возможно в двух режимах: при скорости выше синхронной и при скорости ниже синхронной.
Для осуществления режима динамического торможения обмотка статора отключается от сети трехфазного переменного тока и подключается к источнику постоянного тока. Постоянный ток, проходя по обмоткам статора, создает неподвижный в пространстве магнитный поток. При вращении ротора в его обмотках наводится ЭДС переменной частоты, зависящей от скорости вращения ротора. Таким образом, в этом режиме асинхронный двигатель работает как неявно-полюсный синхронный генератор, возбуждаемый постоянным током со стороны статора. Механическая энергия, поступающая на вал двигателя, преобразуется в электрическую энергию переменного тока и за вычетом потерь в приводе передается в питающую сеть.
В режиме генераторного торможения, при скорости выше синхронной, поток активной энергии в статорной цепи направлен от двигателя в сеть, а реактивной мощности - от сети в двигатель. В роторной цепи энергия направлена от двигателя в сеть.
Механическая мощность Рмех , поступающая на вал двигателя со стороны приводного механизма, преобразуется в электрическую. Часть этой мощности, пропорциональная разности между скоростями вращения ротора и электромагнитного поля статора (мощность скольжения), генерируется в обмотках ротора Ю, преобразуется вентильным преобразователем и за вычетом потерь поступает в питающую сеть. Другая часть, пропорциональная синхронной скорости двигателя, отдается в статорную цепь двигателя в виде электромагнитной мощности Рэм, и за вычетом потерь в статоре,
рекуперируется в сеть.
Следует иметь в виду, что при работе в режиме генераторного торможения двигатель отдает в сеть только активную
мощность. Для создания магнитного поля статора и компенсации потоков рассеивания необходима циркуляция реактивной мощности в статорной цепи двигателя. Поэтому электродвигатель должен быть подключен к питающей сети и не может работать как автономный генератор.
Генераторный режим асинхронного двигателя обусловлен тем, что ЭДС ротора меняет свой знак на противоположный по сравнению с двигательным режимом. В режиме генераторного торможения привода АВК, при скорости ниже синхронной, это достигается введением противо-ЭДС, превосходящей по величине ЭДС ротора. При этом ток в обмотках ротора изменяется по фазе на (90—1000), т. е. будет направлен против ЭДС ротора. Это означает, что роторная группа вентилей должна работать в инверторном режиме. При этом энергия от сети поступает в двигатель со стороны ротора. В приводе асинхронного вентильного каскада вентили роторной группы должны быть управляемыми и работать в режиме зависимого инвертора. При этом управление вентилями должно осуществляться с переменной частотой, соответствующей частоте тока ротора. Трансформаторная группа вентилей работает в выпрямительном режиме.
Направление потока энергии в этом случае противоположно тому, которое имеет место в двигательном режиме, т.е. мощность из сети через трансформатор и вентильные преобразователи передается в ротор двигателя. Механическая мощность Рмех, получаемая валом двигателя при торможении, и электрическая мощность, получаемая ротором из сети в виде электромагнитной Рэм, передаются статору
и, за вычетом потерь в нем, рекуперируются в сеть.
Двигательный режим при скорости выше синхронной является не свойственным асинхронному двигателю, но возможен в каскадных схемах асинхронного привода. При этом режиме скольжение отрицательно, вследствие чего и ЭДС ротора имеет обратный знак, противоположный знаку в дви-
гательном режиме. Для того чтобы активная составляющая тока и приведенная ЭДС ротора совпадали по знаку с напряжением сети (что характеризует двигательный режим), в цепь ротора должна быть подана добавочная ЭДС, направленная навстречу приведенной ЭДС ротора и превосходящая ее по величине. При этом, несмотря на отрицательное значение ЭДС ротора, активная составляющая тока, проходящая под действием добавочной ЭДС, будет положительной, и асинхронная машина будет развивать двигательный момент.
В этом режиме энергия должна поступать в роторную цепь из сети, вследствии чего трансформаторная группа вентилей должна работать в выпрямительном режиме, а роторная - в инверторном режиме и управляться с частотой скольжения (вентили роторной группы управляемые).
В данном режиме двигатель потребляет мощность как со стороны статора, так и со стороны ротора, которую преобразует за исключением потерь, в механическую мощность. Практически такой режим работы асинхронного вентильного каскада аналогичен режиму работы машин двойного питания*.
Получено 08.12.06.
* Онищенко Г. Б. Асинхронный вентильный каскад. - М.: Энергия, 1967.
