Connexion en cascade de machines électriques
La cascade de machines électriques est un système permettant de réguler en douceur la vitesse de rotation d'un moteur à induction en introduisant une force électromotrice externe dans son circuit de rotor, dirigée en ligne ou à l'opposé de la force électromotrice du rotor et avec une fréquence égale à la fréquence du rotor.
Un tel couplage de machine était souvent utilisé auparavant pour contrôler la vitesse des moteurs asynchrones de moyenne et grande puissance des entraînements électriques irréversibles, par exemple, pour les broyeurs à rouleaux irréversibles, les grands ventilateurs, les ventilateurs de mine, les pompes centrifuges, etc.
Toutes les connexions en cascade des machines électriques peuvent être divisées en 2 grandes catégories : les installations à puissance constante P = const et les installations à couple constant M = const.
Les installations à puissance constante se caractérisent par le fait que l'une des machines incluses dans la cascade avec le moteur asynchrone principal est articulée mécaniquement avec l'arbre de ce moteur (Fig. 1, a). Dans les installations de poste, il n'y a pas une telle connexion mécanique et au lieu d'une machine supplémentaire, au moins deux machines doivent être utilisées (Fig. 1, b). L'une de ces machines est un collecteur DC ou AC.
Riz. 1. Schémas de principe des installations en cascade : a — puissance constante (P = const), b — couple constant (M = const).
Pour créer une installation en cascade d'un moteur à induction avec une machine à courant continu, il est nécessaire d'inclure un convertisseur d'énergie de glissement en courant continu entre le rotor du moteur à induction et l'induit de la machine à courant continu.
La cascade change également en fonction du type de convertisseur. En principe, toute modification de la cascade peut être effectuée à la fois selon le schéma P = const et selon le schéma M = const.
Dans une cascade de convertisseurs à simple armature (Fig. 2), la régulation de la vitesse en fonction des conditions de fonctionnement du convertisseur est limitée à la plage de 5 à 45 %.
Riz. 2. Schéma de principe d'une cascade de moteurs à induction et d'une machine à courant continu avec un convertisseur à armature unique (P = const).
La direction des flux d'énergie dans la fig. 1, a et b et sur la fig. 2 est représenté pour le cas d'une régulation de vitesse d'un moteur à induction en zone sous-synchrone lorsque la machine auxiliaire de collecte fonctionne en mode moteur. L'énergie de glissement est transmise à l'arbre ou à l'âme.
Le fonctionnement d'un moteur asynchrone réglable avec une vitesse supérieure à celle du moteur synchrone n'est possible qu'avec une double alimentation: du côté du stator et du côté du rotor (Fig. 1, b). Dans ce cas, le convertisseur fonctionne en mode générateur.
Les ventilateurs de soufflerie sont parmi les mécanismes les plus puissants nécessitant des entraînements électriques avec une large gamme de contrôle de vitesse. Certaines souffleries nécessitent des entraînements de ventilateurs électriques de 20 000, 40 000 kW avec régulation de vitesse dans la plage de 1:8 à 1:10 et maintien de la vitesse réglée avec une précision de fractions de %.L'une des solutions à ce problème était l'utilisation de la connexion en cascade des machines électriques.
La grande puissance de l'appareil commandé et la large plage de variation de la fréquence du rotor du moteur à induction rendaient impossible l'utilisation d'un convertisseur à armature unique ou l'utilisation d'un système générateur-moteur, car une machine à courant continu ne peut pas être alimentée en énergie. dans une seule armature par -supérieur à 7000 kW. Dans de telles installations, une unité à deux machines composée d'un moteur synchrone et d'un générateur de courant continu est utilisée comme convertisseur (Fig. 3).
Un schéma en cascade d'un moteur à induction et d'une machine à courant continu avec un convertisseur moteur-générateur
La cascade se compose d'un moteur principal à induction à vitesse variable avec un rotor bobiné, d'une unité à vitesse variable, d'une unité à vitesse constante. La régulation de la vitesse se fait en modifiant l'excitation.