Электромеханический каскад постоянного момента.

В электромеханическом каскаде источника добавочного ЭДС служит ДТП, изменение осуществляет изменение магнитного потока возбуждения ДПТ. ДПТ вращает СГ через который энергия скольжения отдается в питающую сеть. Использование СГ так же позволяет компенсировать реакцию мощности потребления АД.

Диапазон регулирования скорости составляет D=1:2 при этом установленная мощность дополнительного оборудования составляет половину полной мощности АД. Увеличение диапазона регулирования возможно, однако приводит к возрастанию установленной мощности дополнительного оборудования. При регулировании скорости в такой схеме момент критический остается постоянным.

Электромеханический каскад постоянной мощности

В отличие от предыдущей схемы энергия скольжения через ДПТ отдается на вал главного двигателя АД. Моменты созданные АД и ДПТ суммируются, механические характеристики АД остаются такими же как в предыдущей схеме, а механические характеристики всего каскада характеризуют увеличение критического момента при уменьшении скорости.

Электрические каскады Асинхронно вентильных каскадов (АВК).

Для уменьшения габаритов и стоимости дополнительного оборудования, в цепях отдачи мощности скольжения в сеть целесообразно использовать электро преобразователь вместо электромеханического. Источник дополнительного Е при этом выступает ведомый сетью тиристор инвертор. Изменяющий величину добавочного Е осуществляется за счет изменения угла отпирания инвертора .

Механические характеристики такие же как и в электромеханическом каскаде постоянного момента.

Дроссель используется для уменьшения пульсации выпрямителя тока, тиристор служит для согласования U инвертора и U сети.

Из машинно-вентильных каскадов наиболее распространенные на сегодняшний день получили системы АВК.

Недостаток АВК:

- возможно опрокидывание инвертора при маленьких значениях β

Общие недостатки машин вентильных каскадов:

- необходимо использовать АД с фазным ротором;

- небольшой диапазон регулирования (1:2).

- сложность реализации пусковых режимов (каскады обычно запускают путём введения в роторную цепь добавочного сопротивления, при разгоне до скорости близкой к номинальной, включается выпрямитель с последующим …………. И после этого отключается добавочное сопротивление);

- сложность реализации тормозных режимов с рекуперацией энергии в сеть (связано с тем, что при превышении скорости w₀< w, в следствии одностороннего проводящего выпрямителя он запирается разрывая роторную цепь);

- сложность реализации тормозных режимов (для машин – вентильных каскадов, в основном используется режим динамического торможения).

Электропривод с машиной двойного питания

Построение такой каскадной схемы возможно при включении в роторную сеть ПЧ.

При независимом регулировании частоты питания ротора механический характеристики получаются практически горизонтальными. При этом частоту вращения можно регулировать как вниз от номинала, так и вверх.

Достоинство:

- экономное регулирование скорости в широком диапазоне вверх и вниз от номинальной скорости;

- возможность создания различных статистических и энергетических режимов работы зависимости от соотношения f₁ и f₂ .

Недостатки:

- применение АД с фазным ротором;

- необходимость использования обратимого ПЧ (АИН со стороны обмоток ротора и инвертора со стороны сети);

- ПЧ привязан к току ротора, которая обычно больше тока статора.

Вентильный двигатель. Шаговый и вентильно – индуктивный двигатели.

Вентильный двигатель ( безколлекторная машина постоянного тока) – строиться на базе синхронной машины (СД с электромагнитным возбуждением от 100 кВт до 10-100 мВт и СД с постоянными магнитами мощности 1-10 кВт).

Для машин большой мощности обычно используют схему содержащую управление выпрямителем (УВ) и тиристорный инвертор ведомый сетью (ИВС).

Сетью для ИВС выступает ЭДС СД. По этой причине диапазон регулирования скорости D=1:10, т.е. ниже – 5-10 % от номинальной скорости регулирование невозможно, т.к. ЭДС становится недостаточной для отключения тиристоров, возникающая проблема с пуском вентильного двигателя решается за счет управления УВ в режиме принудительного прерывания тока.

Для двигателей малой мощности обычно используется СД с постоянными магнитами, силовая часть построена на неуправляемом выпрямителе и АИН. АИН управляется напряжением СД управляемым методом ШИМ, переключение осуществляется функцией положения ротора за счет использования ДПР.

Механические характеристики вентильного двигателя аналогичны характеристикам ДПТНВ, регулирование скорости осуществляется изменением напряжения и в машинах с электромагнитным возбуждением при включении ОВСД последовательно в якорную цепи. Система работает как ДПТ с ПВ.

Первая схема широко применяется как для регулирования скорости СД большой мощности, так и для запуска СГ мощности 100 мВт. Вторая схема широко используется как в бытовой технике так и в приводах металлорежущих станков. Возможность использования специальных алгоритмов управления позволяющих избавится от ДПР.

Достоинства:

- полное отсутствие скользящих контактов иди переход от коллектора к скользящим контактам питающих цепь возбуждения;

-высокими энергетическими показателями практически не зависит от нагрузки на валу двигателя;

- высокая перегрузочная способность, т.е. двигатель может относительно долго работать с пятикратным моментом;

- возможность получения характеристик высокой жесткости (практически идеальной);

- во второй схеме практически неограничен диапазон регулировок;

- при применении магнитов из редкоземельных материалов при одинаковых габаритных размерах по сравнению с ДПТ возможность получения момента в два раза большего при уменьшении потреблении тока;

- высокое быстродействие;

- небольшие токи холостого хода.

Вентильно индуктивный двигатель.

На статоре ВДИ расположено n катушек, а на роторе m зубцов, где n>m.

Особенностью ВДИ является то, что ротор не содержит ни каких обмоток и магнитов (т. е. ротор пассивный). Переключают с помощью силового преобразователя. Обмотки статора создают вращающие пульсирубщие магниные поля за которым замыкающий ротор.

Используя разумные алгоритмы управления преобразователя можно реализовать как шаговый режим тока и режим непрерывного вращения.

ВИД является силовым вариантом шагового двигателя.

Шаговые двигатели это (микромашины) которые используются компьютерной, офисной, бытовой технике.

ВИД применяется в в специальных типов насосов (погружные) и в электротранспорте (тележки, легковые электромобили, метрополитен).

Достоинства:

- те же что у ВД на базе СД + меньшая стоимость.

Вентильный ЭП с фазным управлением

Обычно используют классическую схему с тремя комплектами встречно-параллельными выключателями тиристоров, при необходимости реверса двигателя добавлено еще два комплекта.

Разомкнутые ТРН АД при вентиляторной нагрузке на валу могут обеспечить регулирование скорости всего на 10-20% вниз от номинальной.

Механические характеристики при регулирование напряжения с помощью ТРН отличаются от таких же характеристик при регулировании автотрансформатора это связано с тем что напряжение статора зависит не только от угла нагрузки φ₁ ,которой в свою очередь зависит от скольжения.

Приблизительно зависим

Зависимость зля напряжения статора аналитически не выражается, для расчетов используются монограммы для первой гармоники напряжения.

Разомкнутая система ТРН АД в основном применяются в качестве систем плавного пуска АД (Soft Start) при этом возможно ограничение пусковых токов и бросков М двигателя.

Для расширенного диапазона регулируемого вводят обратную связь по скорости D=1 (1:2).

Возможно получить достаточно жёсткие характеристики.

Недостаток:

- неозможно использовать в длительном режиме (существенно несинусоидальных напряжении, вызывает дополнительные потери в стал, в оси используют в крановых приводах с кратковременным или с повторнократковременным режимах роботы.

Импульсное регулирование параметров ЭП

В основном встречаются как импульсное регулирование сопротивления в чепи ротора АД. Введение обратной связи по току ротора в отличии от обычного статорного регулирования, позволит увеличить жосткось механических характеристик.

Недостаток:

- неэкономное регулирование за счет больших потерь на добавочном сопротивлении.

Вентильное возбуждение асинхронного возбуждения