CC BY
63
УДК 621.313.333
БЕСКОНТАКТНЫЕ СХЕМЫ ФОРСИРОВКИ В ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВАХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Канд. техн. наук, доц. СОЛЕНКОВ В. В., канд. техн. наук БРЕЛЬ В. В.
Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого
В работе асинхронного двигателя с тормозным устройством (АД с ТУ) участвует схема управления, которая обеспечивает питанием электромеханический тормоз [1]. Она должна быть компактна, проста, надежна и, кроме того, обеспечивать необходимое время срабатывания.
Различают конструкции электромеханического тормоза с электромагнитами постоянного и переменного тока [1, 2].
С точки зрения минимума комплектующих элементов, растормаживающий электромагнит должен совпадать по роду тока с самим электродвигателем. В этом случае тормозной электродвигатель отличается простотой конструкции и высоким быстродействием при включении. Однако электромагниты переменного тока не получили широкого распространения из-за:
• большой кратности пускового тока по отношению к номинальному (при притянутом якоре), ограничивающей допустимое число включений в час;
• наличия ударов и больших динамических усилий, приводящих к уменьшению срока службы тормозной системы;
• сложности технологии изготовления шихтованного магнитопровода;
• недопустимой в ряде случаев пульсации силы электромагнитного притяжения;
• малой надежности и необходимости частого регулирования.
Электромагниты постоянного тока лишены перечисленных недостатков, однако и они не нашли широкого применения для размыкания механических тормозов электродвигателей из-за значительных потерь энергии, достаточно больших габаритов, массы и невысокого быстродействия [1, 3, 4]. Поэтому пуск электродвигателя иногда происходит при замкнутом тормозе, что приводит к его перегреву и увеличению износа тормозных накладок.
Одним из путей, ведущих к значительному увеличению начального тягового усилия, уменьшению времени срабатывания, потребляемой энергии, а также массы и объема активных материалов (меди и стали) электромагнитов постоянного тока, как известно, является использование специальных схем форсировки пускового тока [2, 5]. Форсировка срабатывания растормаживающего электромагнита, кроме того, способствует устранению нежелательного влияния механического тормоза на увеличение времени пуска и пусковые потери базового электродвигателя.
Использование специальных схем форсировки пускового тока позволяет на короткий промежуток времени создать большой магнитный поток и существенно увеличить начальное тяговое усилие в электромагните.
Можно выделить два основных способа построения бесконтактных схем форсировки в АД с ТУ [4, 5]. Первый связан с использованием характера пусковых токов в обмотках электродвигателя. Большие токи, сопровождающие процесс пуска электродвигателя, протекая по обмоткам электромагнита, форсируют его срабатывание и размыкание тормоза. Данные схемы нарушают симметрию обмоток АД и поэтому получили название несимметричных схем управления. Эти схемы выгодно отличаются простотой, надежностью и минимальным количеством комплектующих элементов. Вместе с тем несимметрия цепи АД часто приводит к недопустимому ухудшению его характеристик (увеличению потерь энергии, уменьшению электромагнитного момента, КПД и др.).
На рис. 1а представлена несимметричная однополупериодная схема форсировки, в которой электромагнит включен в рассечку фазного провода. Когда диод открыт, ток электромагнита 'э равен току контура, образуемого обмоткой электромагнита УЛ и диодом УБ. Поэтому нарушение симметрии двигателя происходит только в одном полупериоде питающего напряжения. Недостатками данной схемы является нестабильное срабатывание электромагнита при различных значениях начальной фазы питающего напряжения, что ведет к подтормаживанию двигателя в моменты пуска.
А В
УО
б
А В С
'22
ур2 V
УА1 УА2 АД
а
С
Рис. 1. Схемы форсировки: а - несимметричная однополупериодная; б - двухобмоточная двухполупериодная
Двухобмоточная двухполупериодная схема форсировки тормозного электродвигателя приведена на рис. 1 б. Данная схема обладает большей несимметрией, чем схема на рис. 1а, за счет взаимоиндукции обмоток электромагнита. Однако пульсации МДС и время срабатывания электромагнита здесь меньше.
Разновидностью двухобмоточных схем управления является схема на рис. 2а. Отличие ее от предыдущей схемы заключается в том, что в промежуточные полупериоды напряжения питания одна из катушек электромагнита замкнута через диод и за счет самоиндукции улучшает режим работы электромагнита.
На рис. 2б авторы предлагают новую схему форсировки, которая представляет собой компромиссный вариант между схемами на рис. 1б, 2а.
Здесь время срабатывания силового электромагнита и влияние на симметрию электродвигателя меньше, чем в упомянутых выше схемах, из-за отсутствия взаимоиндуктивности обмоток.
а
А В
.УР1
АУР2
б
А В С
УРЭч
УР1
Рис. 2. Схемы форсировки: а - несимметричная двухобмоточная; б - однообмоточная, двухполупериодная
С
Второй способ построения форсирующих схем управления в АД с ТУ осуществляется путем переключения напряжения, приложенного к катушке электромагнита, с более высокого на более низкое. Данные схемы не нарушают симметрию обмоток АД и поэтому получили название симметричных схем управления. Однако они менее надежны, чем несимметричные схемы управления, так как содержат большее количество комплектующих и не имеют прямых связей с процессами, происходящими в двигателе.
На рис. 3 представлена симметричная схема управления, которая использует источник постоянного (выпрямленного) напряжения. Работа схемы заключается в переключении катушек электромагнита с параллельного на последовательное соединение с помощью транзисторного ключа [5]. Недостатками схемы является использование мощных и высоковольтных транзисторов, что делает схему дорогой.
Рис. 3. Симметричная схема управления на транзисторах
Получили распространение схемы форсировки с пусковыми обмотками (рис. 4). Пусковая обмотка содержит малое число витков, намотана проводом большого сечения, благодаря чему развивает значительную МДС, но может работать только кратковременно, так как в ней выделяется большое
количество энергии. МДС рабочей обмотки УЛ1 значительно меньше, чем пусковой УЛ2, однако ее вполне достаточно для удержания якоря в притянутом состоянии [2, 6]. Недостатками схемы является большая емкость форсирующего конденсатора С, что существенно увеличивает габариты схемы.
УА1 УА2
Уй
\
с
Рис. 4. Схема форсировки с пусковыми обмотками
В однообмоточном электромагните уменьшение величины подводимой мощности происходит за счет снижения напряжения, прикладываемого к обмотке. Такое уменьшение напряжения часто связано с использованием токоограничивающего элемента.
В качестве токоограничивающего элемента может использоваться конденсатор, при этом в нем отсутствуют активные потери.
Существенному снижению емкости и габаритов токоограничивающего конденсатора способствует применение схемы форсировки электромагнита, представленной на рис. 5. В момент пуска электродвигателя конденсатор С шунтируется тиристором У8, происходит форсировка электромагнита. Дополнительный диод УБ2 необходим для того, чтобы конденсатор не разряжался на тиристор. Недостатком схемы является однополупериодное выпрямление, что приводит к большому времени срабатывания электромагнита, дополнительным потерям мощности в номинальном режиме и повышенным пульсациям МДС в электромагните.
А В С
Рис. 5. Схема форсировки электромагнита с шунтирующим конденсатором
Существуют двухполупериодные симметричные схемы управления электромагнитом постоянного тока с малым временем срабатывания (рис. 6). Однако они не получили широкого распространения, так как громоздки и требуют усложнения конструкции электродвигателя.
На рис. 7 авторы предлагают новую двухполупериодную схему форси-ровки, которая обладает большим быстродействием по сравнению со схемой, представленной на рис. 5, и не требует видоизменения конструкции электродвигателя в отличие от схемы на рис. 6. Емкость и габариты конденсатора в этой схеме в половину меньше, чем в однополупериодной, со-
ответственно схема является более компактной и предпочтительной по сравнению с приведенными выше. А В С
Рис. 6. Двухполупериодная симметричная схема управления электромагнитом с датчиком тока
А В С
Рис. 7. Двухполупериодная схема форсировки
Находят распространение схемы форсировки с фазовым управлением (рис. 8), которые не содержат токоограничивающего конденсатора, а фор-сировка осуществляется изменением угла отпирания тиристора. Данные схемы ухудшают качество сетевого напряжения, требуют дорогой системы управления либо получаются менее надежными, чем известные схемы управления.
А В С
Г ? ?
Ув .
УР1
АД
УД
¿к
Рис. 8. Схема форсировки с фазовым управлением
В Ы В О Д
Для двигателей малой и средней мощности токи форсировки силового электромагнита соизмеримы с номинальными токами электродвигателя, из чего следует, что схемы управления незначительно влияют на коммутационную аппаратуру двигателя.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. С о л е н к о в, В. В. Асинхронные двигатели с электромеханическими тормозными устройствами / В. В. Соленков, В. В. Брель // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2004. - № 4. - С. 28-32.
2. К л и м е н к о, Б. В. Форсированные электромагнитные системы / Б. В. Клименко. -М.: Энергоатомиздат, 1989. - 160 с.
3. А л е к с а н д р о в, М. П. Тормозные устройства / М. П. Александров, А. Г. Лысяков. - М.: Машиностроение, 1985. - 312 с.
4. С о л е н к о в, В. В. Электромеханические переходные процессы в асинхронных двигателях с тормозными устройствами / В. В. Соленков, В. В. Брель // Вестн. ГГТУ им. П. О. Сухого. - 2003. - № 1. - С. 67-71.
5. Г р и н б е р г, В. С. Выбор схемы форсировки электромагнита для тормозных электродвигателей / В. С. Гринберг, Э. М. Гусельников, В. В. Соленков // Конструирование и надежность электрических машин. - Томск, 1978. - С. 17-21.
6. S E I M E C Catalogue 2. - Via Archimede, 115 (Italia) - http: // www.seimecmotori.it - 2002.
Представлена кафедрой теоретических основ электротехники Поступила 12.12.2008
УДК 621.311.031
ВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОПН НА ОГРАНИЧЕНИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ
Канд. техн. наук, доц. БОХАН А. Н., КРОТЕНОК В. В., ПРОХОРЕНКО С. Н
Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого
Один из наиболее распространенных на сегодняшний день способов ограничения перенапряжений - применение нелинейных ограничителей перенапряжения (ОПН), изготавливаемых на основе высоконелинейных ва-ристоров из оксида цинка. Главным преимуществом ОПН перед вентильными разрядниками является отсутствие в конструкции искровых промежутков, что обеспечивает высокую стабильность пробивного напряжения. Способность ОПН ограничивать перенапряжения оценивается номинальным напряжением, статической вольт-амперной характеристикой,
