Entraînement électrique avec cascade de vannes asynchrones

Dans l'industrie, un entraînement avec une plage de réglage de vitesse peu profonde (3: 2: 1) est utilisé, c'est-à-dire la soi-disant cascade de vannes, construite sur la base d'un moteur électrique asynchrone et représentant un système d'entraînement variable réglable.

Contrairement au papillon et à la régulation de fréquence, avec un montage en cascade, un moteur électrique asynchrone est connecté à un réseau d'alimentation en courant alternatif triphasé. C'est un gros avantage de ce système d'entraînement par rapport aux deux premiers. Il a également une efficacité plus élevée que tous les autres systèmes. Cet avantage peut s'expliquer par le fait que dans les systèmes en cascade, seule l'énergie de glissement est convertie, tandis que dans les variateurs à courant continu et les systèmes à fréquence variable, la totalité de l'énergie consommée par le moteur est sujette à conversion.

Par rapport aux actionneurs d'accélérateur et de rhéostat, ainsi qu'aux embrayages à glissement, où l'énergie de glissement est perdue par eux dans les résistances, les avantages de la cascade de soupapes en termes d'énergie sont encore plus élevés.Les convertisseurs dans le circuit du rotor de ces systèmes ne servent qu'au contrôle de la vitesse. Le variateur, construit à l'aide d'un moteur asynchrone, permet de créer des systèmes à grande vitesse à puissance variable. De tels systèmes offrent un contrôle de la vitesse et du couple en douceur, ne nécessitent pas un grand nombre d'équipements de puissance et de contact.

Riz. 1. Schémas de cascades: a - vanne, b - machine à vannes, c - machine à vannes à corps unique

La cascade de vannes a également une faible puissance de commande, est facilement automatisée et possède de bonnes propriétés dynamiques.

Il convient de noter que dans la cascade de vannes, le convertisseur de fréquence du circuit du rotor ne fait pas circuler la puissance réactive pour créer un flux magnétique tournant du moteur à induction, car ce flux est créé par la puissance réactive entrant dans le circuit du stator.

De plus, le convertisseur utilisé dans l'étage de vanne n'est conçu que pour une puissance proportionnelle à la plage de régulation donnée. Dans le même temps, dans les systèmes avec contrôle de fréquence, le convertisseur participe à la création du flux magnétique et, dans sa conception, il est nécessaire de prendre en compte la pleine puissance du variateur. Le circuit d'étage de vanne le plus simple est un circuit avec un circuit CC intermédiaire et un convertisseur EMF de vanne.

Dans les circuits de vannes (Fig. A) et les cascades vanne-machine (Fig. B), le courant du rotor est redressé selon un circuit en pont triphasé, et une FEM supplémentaire est introduite dans le circuit de courant redressé dans le premier boîtier par le convertisseur de soupape, et dans le second — de la machine à courant continu. Le circuit représenté sur la fig. a, est constitué d'un moteur à induction M à rotor de phase.

Un convertisseur de vanne V1 est inclus dans le circuit du rotor, dans lequel le courant alternatif du rotor est redressé.Avec un convertisseur de vanne, un onduleur (convertisseur de vanne V2) est activé via le papillon des gaz L, qui est une source de FEM supplémentaire. Le convertisseur de vannes V2 est assemblé avec un transformateur T selon un circuit neutre triphasé. Généralement utilisé dans les petits appareils.

Dans ce diagramme, les fonctions des deux convertisseurs de vannes sont clairement délimitées. Ici, les vannes VI agissent comme des redresseurs, convertissant le courant alternatif du rotor à fréquence de glissement en courant continu. Les vannes V2 convertissent le courant du rotor debout en courant alternatif à la fréquence du réseau, c'est-à-dire qu'elles fonctionnent en mode onduleur dépendant.

Dans la cascade vanne-machine (Fig. C), la conversion du courant du rotor redressé par le convertisseur de vanne V1 en un courant alternatif avec la fréquence du réseau s'effectue à l'aide d'une machine à courant continu G et d'un générateur synchrone G1 . Dans ce circuit, les machines G et G1 jouent le rôle d'un onduleur.

Divers schémas de cascades de vannes asynchrones ont été développés, mais le schéma de base et le plus courant est illustré à la Fig. Les boîtiers simples AMVK-13-4 d'une puissance de 13 kW sont intéressants. Dans un cas, un moteur à induction avec un rotor de phase, une machine à courant continu et un groupe de rotor de vannes non contrôlées sont placés sur une telle cascade.

L'appareil est un moteur à courant alternatif avec régulation de vitesse en continu. Ces appareils peuvent surmonter des surcharges importantes. La cascade a une vitesse nominale de 1400 min-1, une tension d'alimentation de 380 V et une plage de réglage de 1400-650 min-1 sans commutation du circuit stator.

Lors de la commutation de l'enroulement du stator d'étoile en triangle, la plage de contrôle sera de 1400-400 min-1, le couple est constant, le poids de l'unité est de 360 ​​kg, la tension d'excitation est de 220 V.L'appareil a une construction soufflée protégée. Ces unités sont applicables dans les unités d'entraînement.

Un agencement schématique d'une cascade de vannes et de machines avec un corps est illustré à la Fig. v. Le rotor 5 d'un moteur électrique asynchrone et l'induit 4 d'une machine à courant continu sont montés sur un même arbre. Dans un banc cylindrique en acier commun 6, le stator 7 du moteur électrique asynchrone et les pôles 8 de la machine à courant continu sont montés. Le collecteur 9 et les bagues coulissantes 10, les balais collecteurs 3 et les balais 1 du moteur asynchrone sont reliés par des redresseurs au silicium 2. Pour évacuer la chaleur de la machine, en particulier à vitesse réduite, il existe des canaux de ventilation spéciaux dans le rotor et dans le châssis.

Le pont redresseur fournissant la tension redressée du rotor à l'induit de la machine à courant continu est assemblé à partir de six vannes VK-50-1,5 avec une tension inverse de 150 V. où l'économie d'énergie est essentielle.

Outre les avantages décrits des systèmes considérés, il convient de noter leurs inconvénients: le coût élevé des convertisseurs de vannes et de l'entraînement vanne-machine, faible facteur de puissance, faible rendement par rapport à un moteur asynchrone du fait que l'entraînement fonctionne à vitesse maximale sans court-circuit du moteur d'enroulement du rotor, faible capacité de surcharge du moteur à induction, faible utilisation du moteur d'entraînement (d'environ 5 à 7%), nécessité de moyens de démarrage spéciaux offrant des caractéristiques de démarrage avec un contrôle de vitesse peu profond .