Анализ существующих схем динамического торможения с самовозбуждением асинхронных машин с фазным ротором Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

-------------------------------- © А.К. Малиновский, Е.А. Воронко,

2011

УДК 621.313.333

А.К. Малиновский, Е.А. Воронко

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ АСИНХРОННЫХ МАШИН С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Приведен анализ схем динамического торможения с самовозбуждением асинхронных машин с фазным ротором с точки зрения его реализации в качестве электропривода шахтных подъёмных машин, позволяющего обеспечить режим одновременного действия двух тормозов механического и электрического при аварийной его остановке.

Ключевые слова: электропривод, шахтная подъёмная установка, режим динамического торможения, асинхронная машина.

~П работе [1] дана классификация схем электродинамиче--Я-М ского торможения асинхронной машины, разработанная проф. А. К. Малиновским, из которой следует, что существует ряд схем, позволяющих создать режим электродинамического торможения без внешнего источника постоянного тока. Это особенно важно, если необходимо создание тормозного момента при исчезновении электроэнергии.

К ним относятся, в первую очередь, схемы включения асинхронной машины с фазным ротором и электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора. Такие схемы позволяют создать режим динамического торможения с самовозбуждением, в которых источником начального тока возбуждения является конденсатор, включенный в цепь постоянного тока ротора.

На рис. 1 приведена принципиальная схема динамического торможения (ДТ), разработанная впервые инж. Шейна Г.П., обеспечивающая создание тормозного режима с самовозбуждением. Режим ДТ согласно этой схеме создаётся за счёт включения контактов КМ 2 контактора динамического торможения в момент, когда магнитный поток асинхронной машины (АМ) после её отключения ещё не успевает исчезнуть. Этого достаточно, чтобы снижающийся магнитный поток навёл в роторе ЭДС, создающую в замкнутом контуре ток ротора, а затем и ток статора. Последний увеличивает магнитный поток статора и т.д.

Рис. 1. Схема динамического торможения с самовозбуждением асинхронного двигателя.

Идёт процесс самовозбуждения аналогичный процессу самовозбуждения генератора постоянного тока параллельного возбуждения. Условием самовозбуждения АМ без источника постоянного тока будет

k > 1 + х~ / х , (1)

с 2 ц

где k = k ■ k ■ k / kT - коэффициент связи; к = / // - кос сх ш е I сх экв =

эффициент, зависящий от схемы включения обмоток статора;

к = I /1 - коэффициент шунтирования выпрямителя; к - коэф-

ш ~ 2 е

фициент трансформации АМ; к = I /1 - коэффициент

I ~ =

Рис. 2. Схема динамического торможения асинхронного двигателя с электролитическим конденсатором

схемы выпрямления по току; / - эквивалентный трёхфазный пе-

экв

ременный ток статора АМ; X - индуктивное сопротивление ротора, приведенное к цепи статора АМ; х - индуктивное сопротив-

Ц

ление контура намагничивания АМ.

Если условие (1) выполняется, то идёт процесс самовозбуждения с лавинообразным ростом тока, а следовательно, и момента АМ. Такой процесс отрицательно сказывается на динамике электромеханической части привода. Поэтому для ограничения начального тока и момента предусматривается включение добавочного ре-

зистора Я2д в цепь ротора. Однако введение добавочного резистора в цепь ротора может нарушить условия самовозбуждения. Чтобы этого не произошло, величина сопротивления добавочного резистора ограничивается пределами

0,75 • Я > Яол > Я /k - Ь ’ 2ном 2д се

где Я - номинальное активное сопротивление фазы ротора АМ;

2ном

Я - активное сопротивление фазы статора АМ.

с

Наиболее перспективной является схема конденсаторного торможения с ёмкостью в цепи ротора. В схеме, представленной на рис. 2, не предусмотрен отдельный источник постоянного тока, связанный с питающей сетью [2]. Его заменил конденсатор, включённый в цепь постоянного тока ротора. В периоды пуска и работы с установившейся скоростью АМ конденсатор с заряжается, а при переходе в режим динамического торможения, когда контакты КМ1 размыкаются, а контакты КМ 2 замыкаются, он разряжается на обмотки статора. Ток разряда конденсатора создаёт начальный магнитный поток статора, который во вращающемся роторе наводит ЭДС, последняя, после выпрямления неуправляемы выпрямителем, создаёт постоянный ток ротора, поступающий в обмотки статора и увеличивающий намагничивающую силу, а следовательно, и магнитный поток и т.д. Идёт процесс создания режима динамического торможения с самовозбуждением.

Общим недостатком рассмотренных выше схем динамического торможения с самовозбуждением и конденсатором в цепи постоянного тока ротора является невозможность создания тормозного режима при исчезновении напряжения питающей сети. Это объясняется невозможностью включения контакторов, а следовательно, и контактов контактора динамического торможения при отсутствии напряжения питания. Контакты динамического торможения КМ 2 замкнуться не могут и режим динамического торможения не наступит. При аварийной остановке шахтной подъёмной машины это приведёт к аварии.

Этого недостатка лишена схема динамического торможения АМ с самовозбуждением, приведенная на рис. 3. Подключение электролитического конденсатора и выхода выпрямителя т к обмоткам статора АМ в данной схеме осуществляется

Рис. 3. Схема динамического торможения асинхронного двигателя с электролитическим конденсатором и нормальнозамкнутыми контактами

посредством размыкающих контактов КМ2 контактора динамического торможения, выполненного с возвратной пружиной [3]. В периоды пуска и установившегося движения линейные контакты КМ1 замкнуты, а контакты КМ2 разомкнуты. Таким образом. При переходе в тормозной режим АМ линейные контакты КМ2 замыкаются даже при исчезновении напряжения питания. Однако, учитывая то обстоятельство, что контакторы с нормально замкнутыми контактами электротехнической промышленностью не выпускаются, рекомендовать эту схему ДТ к широкому применению нельзя.

Рис. 4. Схема динамического торможения асинхронного двигателя с электролитическим конденсатором и тиристором в цепи ротора

Единственным способом реализации приведенных выше схем динамического торможения с конденсатором в цепи постоянного тока ротора является замена контакторных схем управления АМ на бесконтактные схемы управления. Такой является схема ДТ с самовозбуждением, приведенная на рис. 4 [4]. В ней линейные контакты КМ 2 контактора динамического торможения заменены ключом, в качестве которого используется тиристор УЗ. При работе подъёмной машины в двигательном режиме электролитический конденсатор С заряжается (линейные контакты КМ 1 замкнуты, а блок-контакт КМ 1.1 разомкнут). При переходе в тормозной режим размыкание контактов КМ1 и замыкание блок-контакта КМ1.1 приводит к разряду конденсатора С на управляющую обмотку тиристора УЗ.

Рис. 5. Схема динамического торможения асинхронного двигателя с самовозбуждением повышенной надежности

Тиристор открывается и конденсатор начинает разряжаться на обмотки статора, создавая начальный ток возбуждения. Далее идёт процесс самовозбуждения и АМ переходит в режим ДТ с самовозбуждением.

Для повышения надёжности схемы динамического торможения с самовозбуждением предложена схема, приведенная на рис. 5 [5]. В ней конденсатор С1 служит исключительно для отпирания тиристора У8, а второй конденсатор С2 создаёт начальный ток возбуждения АМ. В дальнейшем процесс самовозбуждения протекает аналогично процессу рассмотренному выше.

1. Малиновский А.К. Электропривод переменного тока с противо-ЭДС в цепи ротора (монография). - М.: РИИС, 1999. - 174 с.

2. А.с. № 613468 СССР, МКИН 02р 3/24. Устройство для электродинамического торможения асинхронного двигателя /Шейна Г.П. Опубл. 1074. Бюл. №24.

3. А.с. №338979 СССР, МКИН 02р 3/24. Устройство для электродинамического торможения асинхронного двигателя с фазным ротором. /Корж Н.И., Мамедов В.М., опубл. 1972. Бюл. №16.

4 А.с. №959245 СССР, МКИН02р 3/24. Способ торможения с самовозбуждением асинхронного двигателя. /Корж Н.И., опубл. 1982. Бюл. №34.

5. А. с. №1746505 СССР, МКИ Н 02 р 3/24. Электропривод / Малиновский А.К. Опубл. 1992. Бюл.№25. іі5и=і

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------

Малиновский А. К. - доктор технических наук, профессор кафедры ЭЭГП, Воронко Е.И. - студентка выпускного курса,

Московский государственный горный университет,

Moscow State Mining University, Russia, [email protected]

A