Accionamiento eléctrico con cascada de válvulas asíncronas

En la industria, se utiliza un accionamiento con un rango de ajuste de velocidad reducido (3:2:1), es decir, la llamada cascada de válvulas, construida sobre la base de un motor eléctrico asíncrono y que representa un sistema de accionamiento variable ajustable.

A diferencia de la regulación del acelerador y la frecuencia, con una conexión en cascada, un motor eléctrico asíncrono está conectado a una red de suministro de corriente alterna trifásica. Esta es una gran ventaja de este sistema de accionamiento sobre los dos primeros. También tiene una mayor eficiencia que todos los demás sistemas. Esta ventaja puede explicarse por el hecho de que en los sistemas en cascada solo se convierte la energía de deslizamiento, mientras que en los convertidores de CC y los sistemas de frecuencia variable, la cantidad total de energía consumida por el motor está sujeta a conversión.

En comparación con los actuadores de estrangulación y reóstato, así como los embragues deslizantes, donde la energía de deslizamiento se pierde en las resistencias, las ventajas de la cascada de válvulas en términos de energía son aún mayores.Los convertidores en el circuito del rotor de estos sistemas sirven solo para el control de velocidad. El variador, construido con un motor asíncrono, le permite crear sistemas de alta velocidad con potencia variable. Dichos sistemas proporcionan un control suave de la velocidad y el par, no requieren una gran cantidad de equipos de potencia y contacto.

Arroz. 1. Esquemas de cascadas: a — válvula, b — máquina de válvulas, c — máquina de válvulas de un solo cuerpo

La cascada de válvulas también tiene baja potencia de control, se automatiza fácilmente y tiene buenas propiedades dinámicas.

Cabe señalar que en la cascada de válvulas, el convertidor de frecuencia del circuito del rotor no hace circular potencia reactiva para crear un flujo magnético giratorio del motor de inducción, ya que este flujo es creado por la potencia reactiva que ingresa al circuito del estator.

Además, el convertidor utilizado en la etapa de válvula solo está diseñado para una potencia proporcional al rango de control dado. Al mismo tiempo, en sistemas con control de frecuencia, el convertidor está involucrado en la creación de flujo magnético, y en su diseño es necesario tener en cuenta toda la potencia del variador. El circuito de etapa de válvula más simple es un circuito con un circuito de CC intermedio y un convertidor EMF de válvula.

En circuitos de válvula (Fig. A) y cascadas de válvula-máquina (Fig. B), la corriente del rotor se rectifica de acuerdo con un circuito de puente trifásico, y se introduce un EMF adicional en el circuito de corriente rectificada en la primera carcasa por el convertidor de válvula, y en el segundo — de la máquina DC. El circuito mostrado en la fig. a, consta de un motor de inducción M con un rotor de fase.

Un convertidor de válvula V1 está incluido en el circuito del rotor, en el que se rectifica la corriente alterna del rotor.Con un convertidor de válvula, se enciende un inversor (convertidor de válvula V2) a través del acelerador L, que es una fuente de FEM adicional. El convertidor de válvula V2 está ensamblado con un transformador T de acuerdo con un circuito neutro trifásico. Usualmente se usa en dispositivos pequeños.

En este diagrama, las funciones de los dos convertidores de válvula están claramente delineadas.Aquí, las válvulas VI actúan como rectificadores, convirtiendo la corriente alterna del rotor de frecuencia de deslizamiento en corriente continua. Las válvulas V2 convierten la corriente del rotor permanente en corriente alterna a la frecuencia de la red, es decir, funcionan en el modo de un inversor dependiente.

En la cascada de válvula-máquina (Fig. C), la conversión de la corriente del rotor rectificada por el convertidor de válvula V1 en una corriente alterna con la frecuencia de la red se realiza con la ayuda de una máquina de corriente continua G y un generador síncrono G1 . En este circuito, las máquinas G y G1 hacen el papel de inversor.

Se han desarrollado varios esquemas de cascadas de válvulas asíncronas, pero el esquema básico y más común se muestra en la Fig. De interés son los recintos individuales AMVK-13-4 con una potencia de 13 kW. En un caso, un motor de inducción con un rotor de fase, una máquina de CC y un grupo de rotor de válvulas no controladas se colocan en dicha cascada.

El dispositivo es un motor de CA con regulación de velocidad continua. Estos dispositivos pueden superar sobrecargas significativas. La cascada tiene una velocidad nominal de 1400 min-1, una tensión de alimentación de 380 V y un rango de ajuste de 1400-650 min-1 sin conmutar el circuito del estator.

Al cambiar el devanado del estator de estrella a triángulo, el rango de control será de 1400-400 min-1, el par es constante, el peso de la unidad es de 360 ​​kg, el voltaje de excitación es de 220 V.El dispositivo tiene una construcción soplada protegida. Estas unidades son aplicables en unidades de accionamiento.

Una disposición esquemática de una cascada de máquinas de válvulas con un cuerpo se muestra en la Fig. v. El rotor 5 de un motor eléctrico asíncrono y la armadura 4 de una máquina de CC están montados en un eje. En un lecho cilíndrico de acero común 6, se montan el estator 7 del motor eléctrico asíncrono y los polos 8 de la máquina de corriente continua. El colector 9 y los anillos deslizantes 10, las escobillas colectoras 3 y las escobillas 1 del motor asíncrono están conectados a través de rectificadores de silicio 2. Para eliminar el calor de la máquina, especialmente a velocidad reducida, existen canales de ventilación especiales en el rotor y en el marco.

El puente rectificador que suministra el voltaje del rotor rectificado al inducido de la máquina de CC se ensambla a partir de seis válvulas VK-50-1.5 con un voltaje inverso de 150 V. donde el ahorro de energía es fundamental.

Junto con las ventajas descritas de los sistemas considerados, es necesario señalar sus desventajas: el alto costo de los convertidores de válvula y el accionamiento válvula-máquina, bajo factor de potencia, baja eficiencia en comparación con un motor asíncrono debido al hecho de que el accionamiento funciona con velocidad máxima sin cortocircuito del motor de bobinado del rotor, baja capacidad de sobrecarga del motor de inducción, bajo uso del motor de accionamiento (en aproximadamente 5-7%), la necesidad de medios de arranque especiales que proporcionen características de arranque con control de velocidad superficial .