Conexão em cascata de máquinas elétricas
A cascata de máquinas elétricas é um sistema para regular suavemente a velocidade de rotação de um motor de indução, introduzindo uma fem externa em seu circuito do rotor, direcionada em linha ou oposta à fem do rotor e com uma frequência igual à frequência do rotor.
Esse acoplamento de máquina costumava ser usado anteriormente para controlar a velocidade de motores assíncronos de média e grande potência de acionamentos elétricos irreversíveis, por exemplo, para moinhos de rolos irreversíveis, grandes ventiladores, ventiladores de minas, bombas centrífugas, etc.
Todas as conexões em cascata de máquinas elétricas podem ser divididas em 2 categorias principais: plantas com potência constante P = const e plantas com torque constante M = const.
As instalações com potência constante caracterizam-se pelo facto de uma das máquinas incluídas na cascata com o motor assíncrono principal estar articulada mecanicamente com o veio deste motor (Fig. 1, a). Nas instalações de postes não existe esta ligação mecânica, devendo ser utilizadas pelo menos duas máquinas em vez de uma máquina adicional (Fig. 1, b). Uma dessas máquinas é um coletor DC ou AC.
Arroz. 1. Diagramas esquemáticos de instalações em cascata: a — potência constante (P = const), b — torque constante (M = const).
Para criar uma instalação em cascata de um motor de indução com uma máquina DC, é necessário incluir um conversor de energia slip-to-DC entre o rotor do motor de indução e a armadura da máquina DC.
A cascata também muda dependendo do tipo de conversor. Em princípio, qualquer modificação da cascata pode ser realizada tanto de acordo com o esquema P = const quanto de acordo com o esquema M = const.
Em uma cascata de conversor de armadura simples (Fig. 2), a regulação da velocidade de acordo com as condições de operação do conversor é limitada na faixa de 5 a 45%.
Arroz. 2. Diagrama esquemático de uma cascata de motor de indução e máquina CC com um conversor de armadura simples (P = const).
A direção dos fluxos de energia na fig. 1, aeb e na fig. 2 é mostrado para o caso de regular a velocidade de um motor de indução na zona subsíncrona quando a máquina coletora auxiliar está operando no modo motor. A energia de deslizamento é transmitida ao eixo ou à alma.
O funcionamento de um motor assíncrono regulável com velocidade superior à síncrona só é possível com alimentação dupla: do lado do estator e do lado do rotor (Fig. 1, b). Neste caso, o conversor funciona no modo gerador.
Os ventiladores de túnel de vento estão entre os mecanismos mais poderosos que requerem acionamentos elétricos com uma ampla gama de controle de velocidade. Alguns túneis de vento exigem acionamentos de ventiladores elétricos de 20.000, 40.000 kW com regulação de velocidade na faixa de 1:8 a 1:10 e mantendo a velocidade definida com uma precisão de frações de %.Uma das soluções para este problema foi a utilização de ligação em cascata de máquinas elétricas.
A grande potência do dispositivo controlado e a ampla faixa de variação da frequência do rotor do motor de indução impossibilitaram o uso de um conversor de armadura única ou o uso de um sistema gerador-motor, pois uma máquina de corrente contínua não pode ser preenchida com energia em uma única armadura por -mais de 7000 kW. Em tais instalações, uma unidade de duas máquinas composta por um motor síncrono e um gerador CC é usada como conversor (Fig. 3).
Um diagrama em cascata de um motor de indução e uma máquina DC com um conversor motor-gerador
A cascata consiste em um motor principal de indução de velocidade variável com um rotor bobinado, uma unidade de velocidade variável, uma unidade de velocidade constante. A regulação da velocidade é feita alterando a excitação.