Комбинированный тормозной режим асинхронного двигателя

ЭНЕРГЕТИКА

УДК 621.313.333

А. Л. КИСЛИЦЫН, А. В. ДМИТРИЕВ, В. Н. ДМИТРИЕВ

КОМБИНИРОВАННЫЙ ТОРМОЗНОЙ РЕЖИМ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Разработана и исследована схема двухступенчатого торможения асинхронного двигателя. Приводятся результаты расчёта тормозных режимов путём перевода двигателя от нормального трёхфазного режима к двухфазному конденсаторному противовключению с последующим подключением электромагнитного тормоза. Установлено, что такой вид торможения, в отличие от классического торможения противовключением для исключения реверса двигателя, не требует установки датчика скорости.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, торможение, электромагнитный тормоз, конденсатор.

Для асинхронных двигателей (АД) большинства механизмов основными режимами работы являются динамические режимы с частыми пусками и торможением [1, 2]. Это обусловливает актуальность совершенствования известных и разработки новых эффективных способов торможения АД.

В настоящее время известен ряд способов торможения асинхронных двигателей (АД):

1) механическое торможение с помощью электромагнитных тормозов (ЭМТ);

2) торможение противовключением;

3) конденсаторное торможение;

4) динамическое торможение;

5) торможение пульсирующим током.

В основу каждого из этих способов положен принцип одноступенчатости процесса торможения в отличие от комбинированных двухступенчатых способов, основанных на совмещении ка-ких-либо двух из основных способов. Комбинированные методы отличаются многообразием и сложностью переходных процессов не только потому, что простые способы торможения могут сочетаться в различных последовательностях, но и благодаря возможности получения в ряде случаев новых тормозных эффектов. Представляется целесообразным использование комбинированного способа торможения, сочетающего механическое торможение с помощью ЭМТ и торможение противовключением, проводимое в две ступени. Первая ступень торможения, осуществляемая противовключением, обеспечивает

О А. Л. Кислицын, А. В. Дмитриев,

В. Н. Дмитриев, 2007

начальное снижение скорости АД до определенного значения. Вторая ступень определяется моментом включения ЭМТ и действует вплоть до полной остановки АД при совместном воздействии электрического и механического торможений.

Практическая реализация схем двухступенчатого торможения АД противовключением и с последующим наложением механического торможения предложена в [3]. Устройство для торможения АД, которое представлено на рис.1, содержит трёхфазный асинхронный двигатель, механический тормоз с катушкой К, фазосдви-гающий конденсатор С1 и ключ, выполненный в виде симистора У8Ь Механический тормоз при запитанной катушке является заторможенным, а при отсутствии тока в катушке растормаживается под действием упругих элементов - пружин.

Величина тормозного момента от механического тормоза выбирается больше пускового момента АД.

А В СО

В исходном рабочем положении симистор VS1 находится в проводящем состоянии, и двигатель работает в обычном трёхфазном режиме, при этом обмотки соединены в звезду с занулённой нейтралью. Предполагая симметрию токов в фазах, можно считать, что ток через нулевой провод равен нулю, и катушка механического тормоза расторможена.

При команде на торможение симистор переходит в непроводящее состояние, при этом двигатель переходит в режим двухфазного, в котором обмотки 1 и 2 подключены на линейное напряжение UAb> а обмотка 3 вместе с последовательно соединёнными конденсатором и катушкой тормоза подключена к фазному напряжению Uco- Наличие в обмотке 3 конденсатора меняет фазу тока, что меняет порядок чередования фаз обмоток АД и обеспечивает режим противовключения. Через промежуток времени, определяемый временем срабатывания механического тормоза, дополнительно к торможению противовключением обеспечивается механическое торможение, которое значительно сокращает время тормозного режима. Время срабатывания тормоза регулируется известными способами, например, электрическим демпфированием.

В связи с тем, что тормозной момент механического тормоза превышает пусковой момент двигателя, последний останавливается при прохождении частоты вращения через нуль, т. е. без применения датчика скорости исключается реверс двигателя от момента противовключения.

Запись дифференциальных уравнений проводилась в фазовой заторможенной системе координат, что позволяло исследовать переходные процессы с учетом электромагнитной несимметрии как самого двигателя, так и учесть наличие предвключённых элементов в статорные обмотки [4].

Исследование переходных процессов АД проводилось на ЭВМ с использованием метода Рунге-Кутта на основе программной среды "DELPHI". Для исследований был взят АД с параметрами:

р = 4, J = 0.0006 кг*м2,

Rsa= Rsb = Rsc = 36.6 Ом, взаимоиндуктивности - 0.98 Гн, индуктивности рассеяния обмоток статора - 0.08 Гн, переменные параметры ротора задавались в программе в виде полиномов.

Расчётные осциллограммы комбинированного двухступенчатого торможения при С к = 10 мкФ и различных моментах механического тормоза представлены на рис. 2.

Рис. 2. Осциллограммы комбинированного двухступенчатого торможения АД

При малом механическом тормозном моменте (Мт = 0.5 Н.м) двигатель осуществляет реверс, что требует увеличения тормозного момента ЭМТ до 2 - 3 Н.м. Дальнейшее сокращение общего времени торможения возможно за счёт повышения мощности возвратной пружины ЭМТ, что, однако, приведёт к увеличению мощности электромагнита и его габаритов.

Повышение срока службы фрикционных накладок тормозного устройства возможно за счёт увеличения паузы между включением симистора УЭ1 и ЭМТ, что обеспечивает контакт фрикционных накладок с ротором на первоначально пониженной противовключением скорости.

Важным практическим выводом является то, что такой вид торможения, в отличие от классического торможения противовключением, для исключения реверса двигателя не требует установки датчика скорости.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Усманходжаев, Н. М. Торможение и реверсирование однофазных конденсаторных асинхронных двигателей противовключением / И. М. Усманходжаев // Изв. вузов. Электромеханика. - 1988. - № 11. - С. 39 - 45.

2. Герасимяк, Р. П. Сравнительный анализ систем несимметричного тиристорного асинхронного электропривода с конденсаторами в статорной цепи / Р. П. Герасимяк, X. Д. Томмак // Изв. вузов. Серия Энергетика. - 1974. - № 8. - С. 46 - 51.

3. Пат. 2152123 РФ, МКИ Н 02 Р 3/26 / Устройство для торможения асинхронного двигателя / В. Н. Дмитриев // БИ. - 2000. -№ 18.

4. Дмитриев, В. Н. К анализу переходных процессов в асинхронных электродвигателях старт-стопных механизмов / В. Н. Дмитриев, А. М. Крицштейн, А. Л. Кислицын // Вопросы теории и проектирования электрических машин : сб. научных трудов. - Ульяновск : УлГТУ, 2002. -С. 62-75.

Кислицын Анатолий Леонидович, кандидат технических наук доцент, профессор кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ. Имеет монографии, изо-бретения и статьи в области электрических машин и автоматизированного электропривода. Дмитриев Александр Владимирович, инженер 1-й категории ОАО «Ульновскэнерго». Ведёт ис-

УДК 621.313.333

следования в области электрических машин и автоматизированного электропривода. Дмитриев Владимир Николаевич, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ. Имеет монографии, изобретения и статьи в области электрических машин и автоматизированного электропривода.

В. Н. ДМИТРИЕВ, И. А. БОРИСОВ

ОДНОКЛЮЧЕВЫЕ КОНДЕНСАТОРНО-СИМИСТОРНЫЕ СХЕМЫ РЕВЕРСА АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ОДНОФАЗНОЙ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ

Рассматриваются одноключевые схемы реверса конденсаторных асинхронных двигателей при питании от однофазной сети. Для исследования несимметричных схем при наличии параллельно и последовательно предвключённых в обмотки статора сопротивлений разработана трёхфазная схема замещения. Результаты расчёта позволяют подобрать оптимальное соотношение ёмкости конденсаторов, обеспечивающих максимум добротности пускового момента двигателя.

9

Ключевые слова: асинхронный двигатель, реверс, симистор, конденсатор.

Для асинхронных двигателей (АД) с массивными роторами наиболее целесообразным режимом работы является стартстопный режим с частыми пусками, реверсом и торможением. В этих условиях актуальной становится задача повышения эффективности и улучшения технико-экономических показателей реверса. При прочих равных условиях предпочтение следует отдавать схемам с минимальным числом коммутационных элементов и не требующим дополнительных устройств для защиты сети или элементов схемы двигателя от опасных последствий коммутационных операций.

На одноключевой схеме реверса (рис. 1, а) в прямом режиме симистор открыт, и АД работает как обычный конденсаторный АД, у которого фазная обмотка 2 подключена непосредственно к фазе сети, а обмотка 3 соединяется с обмоткой 2 через два параллельно включённых конденсатора С1, С2 [1].

Для реверса симистор запирается и обмотка 2 соединяется с обмоткой 3 через конденсатор С1, что вызывает изменение порядка чередования фаз. Конденсатор С2 при этом включён последовательно и повышает coscp АД в целом.

Схема рис. 1, б является усовершенствованной схемой рис. 1, а, где конденсатор С1 обеспечивает симметричный прямой режим, а обратный режим аналогичен режиму схемы рис. 1, а, а конденсатор С1 остается подключённым к фазам сети, повышая cos ф.

А О А о

Рис. 1. Одноключевые реверсивные схемы АД при однофазной питающей сети

О В. Н. Дмитриев, И. А. Борисов, 2007