Конденсаторное торможение асинхронных электродвигателей. Магнитный тормоз для асинхронного электродвигателя


Торможение асинхронного двигателя | white-santa.ru

ттРабота асинхронного двигателя заключается не только в пуске, установившемся вращении и реверсе, но также и в торможении. При отключении двигателя в том числе и асинхронного от сети его ротор обладая инерцией еще некоторое время продолжает вращаться, или на валу двигателя имеется нагрузка, которая будит принудительно вращать ротор, для предотвращения этого применяется торможение. Давайте рассмотрим один из двух видов торможения асинхронного двигателя. Электрическое торможение. Электрическое торможение асинхронного двигателя возможно осуществить следующими способами: перевод асинхронной машины в генераторный режим, изменение вращения магнитного поля статора и подача на обмотки статора асинхронной машины постоянного тока.

Перевод в режим генератора

Данный способ осуществим только в том случаи, если ротор двигателя вращается со скоростью большей чем магнитное поле статора. Это возможно при изменении количества пар полюсов на большее, чем было до торможения. Стоит отметить, как только скорость ротора станет ниже синхронной, машина автоматически перейдет в режим двигателя. Также не маловажным является тот факт, что при таком способе невозможно полностью остановить вращение ротора двигателя, а лишь притормозить его до определенного значения.

При таком режиме торможения, асинхронная машина не потребляет из сети электрическую энергию, а наоборот вырабатывает и отдает сеть. При переводе асинхронного двигателя в генераторный режим в целях торможения, можно отключить статорные обмотки асинхронной машины и подключить к ним резистор, при этом чем выше сопротивление резистора, тем больше тормозной момент.

Изменение магнитного поля статора

Этот способ можно назвать не полным реверсом. Также данный способ называют электромагнитным торможением или же торможением путем противовключения, так как в момент работы асинхронного двигателя, поменяв местами две фазы, тем самым изменив направление вращения магнитного поля статора двигателя, последний начинает затормаживать ротор машины, до полной остановки. Крайне важным является, то, что в момент остановки, или при скорости вращения вала близкой нулю, необходимо отключить подачу питания на статор двигателя, иначе, он начнет свое вращение в обратном направлении. Также у асинхронных двигателей с фазным ротором, для увеличения тормозного момента, а также ограничения возникающих в это время токов, в цепь фазного ротора включают реостат. Данный способ отлично подходит для регулировки скорости опускания грузов, когда момент груза, который действует на вал асинхронного двигателя больше момента магнитного поля статора.

Торможение постоянным током

Данный способ торможения асинхронного двигателя является более распространенным и эффективным чем первый способ

перевода в режим генератора. Его суть заключается в том, что на обмотки статора асинхронного двигателя подают постоянное напряжение. При этом обмотки статора двигателя соединяются следующим образом. Когда по обмоткам статора начинает протекать постоянный ток, вокруг статора образуется постоянное не подвижное магнитное поле, которое пересекая вращающуюся обмотку ротора вмести с самим ротором наводит в нем эдс, а в следствии замкнутости этой обмотки по ней протекает ток, создающий магнитное поле ротора. Тормозной момент образуется в результате взаимодействия этих полей.

При таком торможении асинхронного двигателя, тормозной момент достигает больших значений при высокой скорости вращения ротора двигателя, но с уменьшением этой скорости падает и тормозной момент. Тормозной момент также можно регулировать, изменяя значение подаваемого значения постоянного тока на статор или же изменением сопротивления в цепи ротора.  Торможение асинхронного двигателя постоянным током также называется — динамическим торможением.

white-santa.ru

Конденсаторное торможение асинхронных электродвигателей / Публикации / Energoboard.ru

17 сентября 2012 в 10:00

Конденсаторное торможение электродвигателей

Конденсаторное торможение асинхронных двигателей малой мощности и комбинированные способы торможения с его использованием в последние годы получили значительное распространение. С точки зрения быстроты остановки, сокращения тормозного пути и повышения точности конденсаторное торможение часто дает лучшие, результаты, чем другие способы торможения электродвигателей.

Конденсаторное торможение основано на использовании явления самовозбуждения асинхронной машины, или, что более правильно, емкостного возбуждения асинхронной машины, поскольку необходимая для возбуждения генераторного режима реактивная энергия доставляется подключенными к статорной обмотке конденсаторами. В этом режиме машина работает с отрицательным по отношению к вращающемуся магнитному полю, созданному возбужденными в статорной обмотке свободными токами, скольжением, развивая на валу тормозной момент. В отличие от динамического и рекуперативного оно не требует потребления возбуждающей энергии из сети.

Схемы конденсаторного торможения электродвигателей

На рисунке приведена схема включения двигателя при конденсаторном торможении. Параллельно обмотке статора включают конденсаторы, обычно соединенные по схеме треугольника.

При отключении двигателя от сети токи разряда конденсаторов создают магнитное поле, вращающееся с низкой угловой скоростью. Машина переходит в режим генераторного торможения, частота вращения снижается до значения, соответствующего частоте вращения возбужденного поля. Во время разряда конденсаторов появляется большой тормозной момент, который с уменьшением частоты вращения падает.

В начале торможения происходит быстрое поглощение запасенной ротором кинетической энергии при малом тормозном пути. Торможение резкое, ударные моменты достигают 7 Мном. Значение пика тормозного тока при самых больших значениях емкости не превышает пускового тока.

С ростом емкости конденсаторов тормозной момент увеличивается и торможение длится до более низкой частоты вращения. Исследования показали, что оптимальное значение емкости лежит в пределах 4 - 6 Сном. Конденсаторное торможение прекращается при частоте вращения 30 - 40% номинальной, когда частота вращения ротора становится равной частоте вращения поля статора от возникающих в статоре свободных токов. При этом в процессе торможения поглощается более 3/4 кинетической энергии, запасенной приводом.

 

Для полной остановки двигателя по схеме на рисунке 1,а необходимо наличие на валу момента сопротивления. Описанная схема выгодно отличается отсутствием переключающих аппаратов, простотой обслуживания, надежностью и экономичностью.

При глухом подключении конденсаторов параллельно двигателю можно применять только такие типы конденсаторов, которые рассчитаны на длительную работу в цепи переменного тока.

Если торможение осуществляется по схеме рисунке 1 с подключением конденсаторов после отключения двигателя от сети, возможно применение более дешевых и малогабаритных металлобумажных конденсаторов типов МБГП и МБГО, предназначенных для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока, а также сухих полярных электролитических конденсаторов (КЭ, КЭГ и др.).

Конденсаторное торможение с глухо подключенными по схеме треугольника конденсаторами целесообразно применять для быстрой и точной остановки электроприводов, на валу которых действует момент нагрузки не менее 25% номинального момента двигателя.

Для конденсаторного торможения может быть применена и упрощенная схема: однофазное включение конденсаторов (рис. 1,6). Для получения такого же тормозного эффекта, как при трехфазном включении емкости, необходимо, чтобы емкость конденсатора в однофазной схеме была в 2,1 раза больше емкости в каждой фазе в схеме на рис. 1,а. При этом, однако, емкость в однофазной схеме составляет лишь 70% суммарной емкости конденсаторов при их трехфазном включении.

Потери энергии в двигателе при конденсаторном торможении наименьшие по сравнению с другими видами торможения, поэтому оно рекомендуется для электроприводов с большим числом включений.

При выборе аппаратуры следует учесть, что контакторы в цепи статора должны быть рассчитаны на ток, протекающий по конденсаторам. Для устранения недостатка конденсаторного торможения — прекращения действия до полной остановки электродвигателя — используют его сочетания с динамическим имагнитным торможением.

Схемы конденсаторно-динамического торможения

 

Две основные схемы конденсаторно-динамического торможения (КДТ) показаны на рисунке 2.

В схеме постоянный ток подают в статор после прекращения действия конденсаторного торможения. Эта схема рекомендуется для точной остановки электропривода. Подачу постоянного тока следует производить в функции пути механизма. При сниженной частоте вращения момент динамического торможения значителен, что и обеспечивает быстрое окончательное затормаживание двигателя.

Эффективность такого двухступенчатого торможение видна из следующего примера.

При динамическом торможении двигателя АЛ41-4 (1,7 кВт, 1440 об/мин) с внешним моментом инерции на валу, составляющим 22% момента инерции ротора, время торможения равно 0,6 с, а тормозной путь 11,5 оборота вала.

При совмещении конденсаторного и динамического торможения время и путь торможения сокращаются до 0,16 с и 1,6 оборота вала (емкость конденсаторов была принята равной 3,9 Сном).

В схеме рис. 2,6 осуществляется перекрытие режимов с подачей постоянного тока до окончания процесса конденсаторного торможения. Для управления вторым этапом служит реле напряжения РН.

Конденсаторно-динамическое торможение по схеме рис. 2,6 позволяет снизить время и путь торможения в 4 - 5 раз по сравнению с конденсаторно-динамическим торможением по схеме рис. 1,а. Однако отклонения времени и пути от их сред них значений при последовательном действии режимов конденсаторного и динамического торможения в 2 - 3 раза, меньше, чем в схеме с перекрытием режимов.

5 марта в 17:25 119

28 февраля в 16:30 72

28 февраля в 14:25 114

14 ноября 2012 в 10:00 1813

12 июля 2011 в 08:56 469

16 августа 2012 в 16:00 263

29 февраля 2012 в 10:00 257

11 февраля в 19:39 252

27 февраля 2013 в 10:00 244

24 мая 2017 в 10:00 224

21 июля 2011 в 10:00 206

20 июля 2012 в 10:00 205

31 января 2012 в 10:00 204

energoboard.ru

Способы торможения асинхронного двигателя

 

Торможение АД можно осуществить как при питании его от сети переменного тока, так и путем подключения цепи статора к источнику по­стоянного тока (динамическое торможение), а также при его само­возбуждении [1].

При включении АД по основной схеме (см. рис. 62, а) возможно торможение противовключением и рекуперативное торможение.

Торможение противовключением осуществляется двумя путями. Один из них связан с изменением чередования на статоре двух фаз питающего АД напряжения. Допустим, например, что АД работа­ет по механической характеристике 1 в точке а (рис. 104, а) при чередовании на статоре фаз напряжения сети ABC. Тогда при пере­ключении двух фаз (например, В и С) АД переходит на работу по характеристике 1 в точке d, участок db которой соответствует тор­можению противовключением. При торможении противовключением к двигателю подводится мощность, как со стороны статора, так и со стороны ротора. Вся подведенная к АД мощность выделяется в цепи обмотки ротора. Для ограничения тока и момента АД при торможении противовключением необходимо вклю­чение добавочных резисторов в цепь ротора или статора. При включении добавочных сопротивлений в цепь ротора происходит «смягчение» механических характеристик двигателя. Причем, чем больше добавочное сопротивление цепи ротора, тем мягче механическая характеристика и тем дальше в область положительных значений скольжения s сдвигается максимум момента. Величина же самого максимального (критического) момента Мк остается неизменной.

Другой путь перевода АД в режим торможения противовключе­нием может быть использован при активном характере момента нагрузки Мс. Допустим, что требуется осуществить спуск груза, обес­печивая его торможение с помощью АД (так называемый тормоз­ной спуск груза). Для этого АД включается на подъем с большим добавочным сопротивлением R в цепи ротора (кривая 2). Вслед­ствие превышения моментом нагрузки Мс пускового момента двигателя Мп и его активного характера груз начнет опускаться с уста­новившейся скоростью - Ω уст 1. АД при этом будет работать в режи­ме торможения противовключением.

Рис.104. Механические характеристики АД при торможении противовключением (а) и с рекуперацией энергии в сеть (б)

 

Рекуперативное торможение осуществляется в том случае, когда скорость АД превышает синхронную ω1 и он работает в генератор­ном режиме параллельно с сетью. Такой режим возникает, например, при переходе двухскоростного АД с высокий скорости на низкую, как это показано на рис. 104, б. Предположим, что в исходном поло­жении АД работал по характеристике 1 в точке а, вращаясь со скоро­стью Ωуст1. При увеличении числа пар полюсов АД переходит на ра­боту по характеристике 2 в точке b, участок be которой соответству­ет торможению с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть.

Этот же вид торможения может быть реализован в системе «пре­образователь частоты - двигатель» при останове АД или его пере­ходе с одной характеристики (c частотой f1) на другую характеристику (с частотой f2 < f1). Для этого осуществляет­ся уменьшение частоты выходного напряжения ПЧ fрег, а значит, и син­хронной скорости ω1. В силу механической инерции текущая ско­рость АД Ω будет изменяться медленнее, чем скорость вращения магнитного поля ω1, т. е. будет постоянно ее превышать. За счет это­го и возникает режим торможения с отдачей энергии в сеть. Отме­тим, что ПЧ должен быть способен при этом передать энергию от двигателя в сеть.

Рекуперативное торможение также может быть реализовано в ЭП грузоподъемных механизмов при спуске грузов. Для этого АД включается в направлении спуска груза (характеристика 3 на рис. 104, а). После окончания разбега он будет работать в точке с со скоростью – Ωуст.2. При этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения АД.

Для динамического торможения обмотку статора АД отключа­ют от сети переменного тока и подключают к источнику постоян­ного тока, как это показано на рис. 105. Обмотка ротора АД 1 при этом может быть закорочена или в ее цепь включаются добавочные резисторы 3 с сопротивлением R2д.

Постоянный ток Iп, значение которого может регулироваться ре­зистором 2, протекает по обмоткам статора и создает неподвижное в пространстве магнитное поле (возбуждает АД). При вращении ро­тора в нем наводится ЭДС, под действием которой в обмотке проте­кает ток, создающий магнитный поток, также неподвижный в прост­ранстве. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме ге­нератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей ЭП и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

Формулы для характеристик АД в режиме динамического тор­можения выводятся на основании анализа его схемы замещения. Опуская вывод формул, представим графически электромеханичес­кую I2'(s) (кривая 7) и механические M(s) кривые 4-6 характерис­тики АД.

Характеристика расположена на рисунке в первом квадран­те, где s = Ω/ω1 - скольжение АД в режиме динамического тормо­жения. Механические характеристики АД расположены во втором квадранте.

Различные искусственные механические характеристики АД в режиме динамического торможения можно получить, изменяя со­противление R2д добавочных резисторов 3 в цепи ротора или по­стоянный ток Iп, подаваемый в обмотки статора. На рисунке пока­заны механические характеристики АД для различных сочетаний Iп и R2д. Характеристика 6 соответствует току Iп1 и сопротивлению ре­зистора R2д, максимальный момент на ней равен Мm1, а скольже­ние, ему соответствующее, - sm1.

Увеличение сопротивления резис­торов 3 R2д 2 > R2д 1 при Iп = const не приводит к изменению максималь­ного момента, в то время как максимальное скольжение sm при этом пропорционально возрастает, что видно из характеристики 4.

Увеличение тока Iп (Iп2>Iп1) при R2д=const вызывает увеличение максимального момента пропорционально квадрату тока. Харак­теристика двигателя в этом случае имеет вид кривой 5. Варьируя зна­чения Iп и R2д можно получить желаемый вид механических характе­ристик АД в режиме динамического торможения и тем самым соот­ветствующую интенсивность торможения асинхронного ЭП.

 

Рис.105. Схема (а) и характеристики (б) АД при динамическом торможении

 

Торможение АД при самовозбуждении основано на том, что после от­ключения АД от сети его электромагнитное поле затухает (исчеза­ет не мгновенно) в течение некоторого, пусть и небольшого интер­вала времени. За счет энергии этого затухающего поля и ис­пользования специальных схем включения АД можно обеспечить его самовозбуждение и реализовать тормозной режим. На практи­ке применение нашли так называемые конденсаторное и магнит­ное торможение АД.

При конденсаторном торможении, схема которого приведена на рис.105, а, возбуждение АД 1 осуществляется с помощью конден­саторов 2, подключаемых к статору. Отметим, что конденсаторы могут подключаться к статору постоянно (глухое подключение) или с помощью дополнительного контактора, будучи при этом со­единенными в схему треугольника или звезды.

Определяющим фактором, от которого зависят вид и расположе­ние характеристик АД 1... 3 (см. рис. 106, б), а значит, интенсивность торможения, является емкость конденсаторов С (кривые 1... 3 соот­ветствуют значениям С1< С2< С3). Чем она больше, тем больше бу­дет максимум тормозного момента, а характеристики будут смещать­ся в область низких скоростей АД.

Магнитное торможение, общая схема которого показана на рис. 107, а, реализуется после отключения статора двигателя 2 от сети и замыкания с помощью контактов 1 его выводов накоротко. За счет запасенной в двигателе электромагнитной энергии проис­ходит самовозбуждение двигателя и на его валу создается тормозной момент. Особенностью такого торможения является быстротеч­ность, определяемая небольшим временем затухания магнитного поля двигателя, однако возникающие тормозные моменты до­статочно велики и обеспечивают интенсивное торможение ЭП.

Рис.106. Схема (а) и характеристики (б) АД при конденсаторном

торможении

Рис.107. Схемы магнитного торможения: общая схема (а) и с использованием тиристоров (б)

 

Практические возможности торможения АД существенно рас­ширило использование тиристорных регуляторов напряжения, ко­торые позволяют осуществлять как пуск двигателя, так и его тор­можение. Для обеспечения интенсивного торможения двигателя часто используется комбинированный способ, например динамичес­кое торможение в сочетании с торможением коротким замыкани­ем. Этот способ может быть реализован тиристорным устройством (см. рис. 107, б), состоящим из двух пар встречно-параллельно вклю­ченных тиристоров VS1-VS4, служащих для подключения или от­ключения двигателя 1 от источника питания, и дополнительного тиристора VS5 для реализации торможения коротким замыканием обмоток статора. Торможение осуществляется следующим образом. После закрытия тиристоров VS1-VS4 и отключения двигателя от сети подается сигнал управления на тиристор VS5, который замы­кает накоротко две фазы статора. Когда интенсивность торможе­ния коротким замыканием обмоток статора уменьшится, сигнал уп­равления подается на тиристор VS1, который пропускает в цепь ста­тора выпрямленный ток и тем самым обеспечивает режим динами­ческого торможения.

Выпускаемые серийно тиристорные пускорегулирующие устрой­ства обеспечивают и другие варианты торможения АД, а также так называемый безударный его пуск, при котором снижаются броски электромагнитного момента.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите способы торможения АД.

2. Дайте пояснение способу торможения АД противовключением.

3. Дайте пояснение рекуперативному способу торможения АД.

4. Дайте пояснение динамическому способу торможения АД.

5. Дайте пояснение способу торможения АД при самовозбуждении.

6. Дайте пояснение магнитному способу торможения АД.

6.12. Электропривод с линейным асинхронным двигателем [1]

В подавляющем большинстве асинхронных ЭП применяются двигатели вращательного движения, при использовании которых для привода рабочих машин и механизмов с поступательным дви­жением исполнительных органов (механизмов подач металлообра­батывающих станков и передвижения мостовых кранов, кузнечнопрессовых машин, транспортеров, задвижек и др.) требуются меха­нические передачи, обеспечивающие преобразование вращающего­ся движения вала двигателя в поступательное. К таким механичес­ким передачам относятся кривошипно-шатунный механизм, пере­дачи шестерня - рейка, винт - гайка и ряд других.

Совершенно очевидно, что применение в таких ЭП двигателей поступательного движения позволяет отказать­ся от применения механических передач и тем самым повысить технические и экономические показатели работы привода и техно­логического оборудования. Поэтому были разработаны линейные двигатели постоянного и переменного тока, в частности асинхрон­ные (ЛАД).

Представление об устройстве такого двигателя можно получить, если мысленно разрезать вдоль по образующей статор и ротор АД вращательного движения и развернуть их в плоскость, как это по­казано на рис. 108, а. Принцип действия ЛАД аналогичен принци­пу действия вращающегося АД. При подключении обмотки 4 ста­тора 3 к сети переменного тока она создает магнитное поле, посту­пательно движущееся с линейной скоростью υ= 2τf1, где f1 - часто­та питающего напряжения, τ - длина полюсного деления статора. Это линейно перемещающееся магнитное поле наводит в обмотке 1 ротора 2 ЭДС, под действием которой в ней начинает протекать ток. Взаимодействие этого тока с магнитным полем и создает на роторе (его называют вторичным элементом) тяговое усилие, кото­рое и приводит его в движение.

Вторичный элемент ЛАД может быть длиннее или короче ста­тора (первичного элемента), с обмоткой и без нее, плоской или ци­линдрической формы. Рассмотрим для примера конструкцию труб­чатого ЛАД (см. рис. 108, 6), статор которого выполнен в виде ци­линдра 7, внутри которого расположены катушки 2, образующие его обмотку, и металлические шайбы 3, являющиеся частью магнитопровода. Внутри статора помещается подвижный вторичный эле­мент 4 также трубчатой формы, выполненный из ферромагнитного материала.

 

Рис. 108. Общая схема (а), цилиндрическое исполнение (б) и пример использования в ЭП конвейера линейного АД (в)

 

Плоский вторичный элемент без обмотки выполняется в виде листа, полосы или рельса, которые могут помещаться между двумя статорами (ЛАД с двусторонним статором) или статором и ферро­магнитным сердечником (ЛАД с односторонним статором и сер­дечником). Принцип действия ЛАД с вторичным элементом в виде полосы аналогичен принципу действия обычного АД с массивным ферромагнитным ротором.

ЛАД могут работать и в обращенном режиме, когда вторичный элемент неподвижен, а перемещается статор. Такие ЛАД обычно применяются на транспорте, когда в качестве вторичного элемента используется рельс (или специальная полоса), а статор размещает­ся на самом подвижном транспортном средстве.

Регулирование координат ЛАД, как и обычного вращающегося двигателя, осуществляется с помощью резисторов, изменением ча­стоты и подводимого напряжения, а торможение может быть дина­мическое или противовключением.

Рассмотрим пример использования ЛАД для привода конвейе­ра (см. рис. 108, в), предназначенного для перемещения изделий 1 с помощью металлической ленты 2, укрепленной на барабанах 3. Лента 2 проходит между двух статоров ЛАД 4, являясь его вторич­ным элементом. Применение ЛАД в этом случае позволяет повы­сить скорость движения ленты, устранить ее проскальзывание, от­казаться от механической передачи. Установка нескольких ЛАД по­зволяет создавать длинные конвейеры, что затруднительно при ис­пользовании традиционного ЭП с вращающимся АД.

Применение ЛАД целесообразно для привода кузнечно-прессовых машин, задвижек и клапанов с поступательным движением штока, ткацких станков, механизмов дверей лифта. Отдельную боль­шую область применения линейных двигателей представляет собой электрический транспорт.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое линейный АД и каковы рациональные области его применения

2. Нарисуйте конструктивную схема линейного АД

7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА [12]

Преобразователи частоты преобразуют электрическую энергию переменного тока одной частоты в электрическую энергию переменного тока другой частоты. Причем выходная частота преобразователя может быть регулируемая или стабилизирована. Преобразователи с регулируемой выходной частотой применяются в электроприводах переменного тока, которые находят широкое применение в таких отраслях промышленности, как нефтяная, газовая, цементная, горная, металлообработка, целлюлозно-бумажная, энергетика и ряда других.

К преобразователям частоты, предназначенным для частотного управления электроприводами, предъявляются следующие основные требования:

– независимое регулирование величины и частоты выходного напряжения;

– возможность двухстороннего обмена энергией между нагрузкой и питающей сетью;

– устойчивость протекания динамических режимов частотного управления электропривода;

– быстродействующая защита и эффективная диагностика;

– достаточно высокий коэффициент полезного действия;

– высокая симметрия фазных напряжений и токов;

– отсутствие постоянных составляющих и субгармоник в преобразованных напряжениях и токах;

– минимальные искажения напряжения питающей сети, низкий уровень радиопомех и шума;

– возможность форсировать кратковременные перегрузки по току и напряжению для форсирования переходных процессов двигателя;

– поддержание с требуемой точностью значений частоты, напряжения (тока) в установившихся режимах работы электропривода.

 

По принципу работы преобразователи частоты разделяются на преобразователи частоты со звеном постоянного тока и преобразователи частоты без звена постоянного тока (или преобразователи частоты с непосредственной связью цепей нагрузки и питающей сети). Можно отметить, что преобразователи частоты со звеном постоянного тока имеют несколько каскадов преобразования электрической энергии, что влечет за собой увеличение потерь мощности и снижение КПД. Преобразователи частоты без звена постоянного тока имеют только один каскад преобразования электрической энергии, поэтому их КПД выше, чем у преобразователей частоты со звеном постоянного тока.

Рассмотрим каждый из этих классов преобразователей [7].

 

Дата добавления: 2015-07-15; просмотров: 1224 | Нарушение авторских прав

Читайте в этой же книге: Вывод передаточных функций регулируемого по положению ЭП постоянного тока | ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ | Схема замещения, статические характеристики и режимы работы асинхронного двигателя | Энергетические соотношения АД | Расчет регулировочных резисторов | Регулирование координат электропривода с асинхронным двигателем изменением напряжения обмотки статора | Передаточная функция асинхронного двигателя при управлении по каналу напряжения обмотки статора | Замкнутая по скорости система асинхронного электропривода с ТРН | Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения | Передаточная функция асинхронного двигателя при управлении по каналу частоты |mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.123 сек.)

mybiblioteka.su

Конденсаторное торможение асинхронного электродвигателя

Еще одним вариантом торможения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором является торможение самовозбуждением или, как его еще называют, конденсаторное торможение. Для выполнения такого режима торможения параллельно к обмоткам асинхронной машины подключают конденсаторы.

Схема показана ниже:

Где: С1, С2, С3 – тормозные конденсаторы соединенные  в звезду;

КМ1 – контактор, подключающий двигатель к сети;

КМ2 – контактор для подключения тормозных конденсаторов;

Как работает данная схема. При замкнутом контакторе КМ1 и разомкнутом КМ2 асинхронная машина работает в двигательном режиме. При необходимости осуществить торможения контактор КМ1 отключается от сети, а контактор КМ2 замыкается, подключая таким образом тормозные конденсаторы. Машина начинает работать как самовозбужденный асинхронный генератор. Толчком к самовозбуждению будет ЭДС, индуктируемая в статорной обмотке вращающимся ротором за счет остаточного намагничивания. ЭДС, возникшее от остаточного намагничивания Е0, приложится к конденсаторам, что вызовет протекание емкостного тока через обмотки статора I0. Ток I0, возникший в обмотках статора, создаст в генераторе вращающееся магнитное поле, которое, в свою очередь, увеличит ЭДС и напряжение на зажимах статора. Напряжение на конденсаторах увеличится до Е01. Следствием чего станет увеличение тока конденсатора до величины I01, а дальнейшее увеличение напряжения генератора до величины Е02 вызовет очередное увеличение тока и так далее:

Произойдет самовозбуждение асинхронного электродвигателя.

Зависимость между напряжением и током конденсатора прямолинейна, а вот зависимость между током намагничивания и ЭДС генератора будет определятся кривой холостого хода генератора. Поэтому, процесс самовозбуждения протекает до точки пересечения прямой конденсатора и кривой генератора. В точке А напряжение на зажимах конденсатора и генератора будут равны.

Упрощенная схема замещения для данного случая показана ниже:

Уравнение ЭДС статорной обмотки примет вид:

Где: φ= f/50 – частота статорного тока в относительных единицах;

Х1 – сопротивление индуктивное статорной обмотки;

ХС – сопротивление реактивное тормозного конденсатора;

r1 – активное сопротивление первичной цепи;

Хμ – сопротивление индуктивное намагничивающего контура;

В начале процесса самовозбуждения  тока в роторе нет, весь ток статора будет намагничивающим, то есть I1≈Iμ. В таком случае:

Где: φн – частота начала самовозбуждения, выраженная в относительных единицах;

Хμ φн  – сопротивление индуктивное контура намагничивания при частоте φн;

Преобразовав предыдущую формулу получим:

Решив биквадратное уравнение:

Членом (2Х1ХС  – r12)  пренебрегаем ввиду его малости и Х12 по сравнению с Хμ2, получим значение частоты начала самовозбуждения:

Заменив отношение частот отношением скоростей, найдем условие для начала самовозбуждения:

Где n50 синхронная скорость равная частоте сети.

Выразив ХС через емкость конденсатора С:

При работе самовозбужденного асинхронного электродвигателя вращающееся  поле, созданное током статора, будет индуцировать в обмотке статора ЭДС Е1, которая будет отставать от  магнитного потока на π/2. Этот же магнитный поток в обмотке ротора, вращающийся  со сверхсинхронной скоростью, будет индуктировать ЭДС Е2/, которая будет сдвинута относительно Е1 на 1800. Ток статора I1, благодаря преобладанию емкости упреждает Е1. Ток ротора I2 из-за наличия индуктивного сопротивления будет отставать от ЭДС Е2/. Упрощенная векторная диаграмма показана ниже:

При повышении скорости вращения ротора будет расти и частота. Изменение частоты вызовет изменение параметров вторичной и первичной цепи. Вектор I1 в векторной диаграмме, вследствии увеличения сопротивления индуктивного Х1φ и уменьшения реактивного сопротивления конденсатора, будет поворачиваться  по часовой стрелке из положения совпадающего с Iμ. Вектор I2/ при увеличении частоты тоже поворачивается по часовой стрелке, пытаясь совпасть с направлением  Iμ. Такой характер поведения векторов приводит к тому, что в начале Iμ растет, достигая какого-то максимума, и при дальнейшем возрастании скорости приближается к нулю. Очевидно, что при Iμ=0 ЭДС в статорных и роторных обмотках, а также их сумма будет равна нулю. Поэтому, пренебрегая активным падением напряжения получим:

Так как при этом I1=I2/:

Откуда:

В этих выражениях φк – частота относительная при исчезновении ЭДС в двигателе при уменьшении Iμ до нуля.

Из векторной диаграммы видно, что при Iμ=0 имеем ψ1 = ψ2 и соответственно tg ψ1 = tg ψ2.

На основе эквивалентной схемы:

Откуда

Где Sk – скольжение, присущее асинхронной машине при потере самовозбуждения.

Подставив в это уравнение значение φн получим:

Скорость ротора, при которой прекратится торможение самовозбуждением, будет равна:

Механические характеристики асинхронного электродвигателя при торможении самовозбуждением при различных значениях тормозных емкостей С1>C2>C3 будут иметь вид:

При уменьшении тормозной емкости максимум тормозного момента переместится в область более высоких скоростей вращения ротора.

Главным недостатком такого способа торможения, пожалуй, будет то, что тормозной момент может возникнуть только при скорости выше (1/3 – 1/2)n0 (скорости холостого хода). Также возникает срыв тормозного момента при скоростях превышающих nкр, а также необходимость большой емкости для торможения на малых скоростях.

К преимуществам можно отнести то, что для реализации данного вида торможения не нужен внешний источник питания для электродвигателя.

elenergi.ru


Смотрите также