Конденсаторное торможение или торможение самовозбуждением 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:

Схема конденсаторного торможения асинхронного электродвигателя1

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:

График условий самовозбуждения асинхронного электродвигателя

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:

Эквивалентная схема асинхронной машины в генераторном режиме с конденсаторным возбуждением

Уравнение ЭДС статорной обмотки примет вид:

Уравнение ЭДС статорной обмотки

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:

1

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

Хμ φн  — сопротивление индуктивное контура намагничивания при частоте φн;

Преобразовав предыдущую формулу получим:

2

Решив биквадратное уравнение:

3

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

Частота начала самовозбуждения

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

условие для начала самовозбуждения

Где n50 синхронная скорость равная частоте сети.

Выразив ХС через емкость конденсатора С:

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:

Упрощенная векторная диаграмма конденсаторного торможения

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:

4

Так как при этом I1=I2/:

5

Откуда:

6

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:

7

Откуда

8

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

Подставив в это уравнение значение φн получим:

Скольжение при конденсаторном торможении

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

Скорость ротора, при которой прекратится торможение самовозбуждением

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

Механические характеристики асинхронного электродвигателя при торможении самовозбуждением

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.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой: