CC BY
20
УДК 621.313.333
В. Н. ДМ II'ГРИБ В, С. С. ИГНАТОВ, С. Е. ЛЕЙБЕЛЬ
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОРМОЗНЫХ РЕЖИМОВ КОНДЕНСАТОРНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Рассматриваются схемы торможения асинхронных двигателей с низким коэффициентом мощности при питании от трёхфазной и четырёхпроводной сети. Показано, что для рассматриваемого класса машин наиболее рациональным тормолсением является режим конденсаторного противобк-лючения.
Встроенные асинхронные двигатели (АД) нашли широкое применение по многих механизмах, требующих интеграции двигателя с исполнительным органом электротехнического устройства [1, 2]. Основным режимом работы таких устройств является старт-стопный режим с частыми пусками, торможением и реверсами. В этих условиях актуальной становится задача повышения эффективности и улучшения технико-экономических показателей реверса и торможения.
В настоящей работе рассматриваются тиристорно-конденсаторные схемы изменения порядка чередования фаз АД при питании двигателя от трёхфазной и четырёхпроводной сети.
1. Схема реверса и торможения при питании АД от трёхфазной сети.
Наиболее изученной является классическая схема реверса, содержащая четыре коммутационных элемента со схемами управления, в том числе с блоком задержки времени между моментами переключения двух пар коммутирующих элементов с целью исключения короткого замыкания фаз сети, которая усложняет и снижает быстродействие электропривода. Повышение надёжности и сокращение интенсивности отказов асинхронного электропривода может быть достигнуто за счёт сокращения количества силовых элементов (симисторов).
В работе [3] рассматривались некоторые реверсивные схемы. Однако проведённые исследования и выводы относились к серийным АД с относительно высоким со5ф • Учитывая, что рассматриваемые АД имеют низкий сайр, представляется необходимым исследовать его влияние на характеристики двигателя.
Наиболее эффективной одноключевой схемой является схема (рис.1) с конденсаторным
В. Н. Дмитриев, С. С. Игнатов, С. Е. Лейбель, 2005
реверсом. В этой схеме при открытом симисто-ре создаётся симметричный прямой режим. Конденсатор С і подключён параллельно фазам сети и не влияет на работу АД. Когда симистор заперт, АД переходит в режим однофазного конденсаторного двигателя, причём для реверса необходимо. чтобы симистор был включён в отстающую фазу относительно той, с которой он соединён через конденсатор [3].
А
С1
Рис. 1. Одноключевая схема торможения АД
Решением схемы (рис.1) получены уравнения для расчёта фазных токов:
= V ]~ 2+г2.) з (1)
г,+г2+З^С]
1В = и -1-^С,(а2, +а:12) ш
г, + г 3 + з усоСу
(2)
(3)
1С = и С1(й22-га-2]) 5
37*со С7
где 21 и Х2 - сопротивление АД для прямой и обратной последовательностей;
= -0,5 4- у0,57 - единичный вектор.
а = е
Так как для старт-стопных режимов работы АД наибольший интерес представляет реяшм близкий к |У= 1, целесообразно получить основные выражения для этого случая, когда сопротивления токам прямой и обратной последовательностей Zl и 2? равны между собой.
В этом случае фазные токи в относительных ел \ їм і \ цах о п редел я тс я в ы раже н 11 я м и:
А
■ 2(cos ф + і sin ф )
/, = VJ
Г(С(?л ф + і siіщ> ) * іХ'г, + 5
(4)
0 -“V
У _* _ '-V су + ґсауФ + г л,//Ф)(° + а~) В 2(cos ф + і sin ер ) * іХ'С! + З
(5)
/C=VJ
- (cosф + zф )(а + а~)
(6)
2("со ф + z і-?'?/ ф ) * ?VYC/ + З Пусковой момент определится формулой
2-J~3X’CI cos ф
9+J2X’a sinф + 4Х‘С]
■м
ПП ’
(7)
где . _ ха - относительное сопротивление кон-
&а- у"
денсатора С,/ Мпп - пусковой момент в прямом трёхфазном режиме.
Напряжение на конденсаторе по отношению к номинальному:
(8)
Напряжение на запертом симисторе по отношению к номинальному:
ит = 0.866-(1.5 +1сх'с1)г. (9)
Для определения ёмкостного сопротивления, обеспечивающего максимальный пусковой момент, следует производную ПО Х'г от вы‘
V 1
ражения (7) приравнять нулю. Решение уравнения даёт ответ: х* =1.5. В этом случае пусковой
С1
момент в конденсаторном режиме определится выражением:
Мп =0.288 ,сауф Мпп.
(10)
^ ■ г ш я я
1 - sin ф
Напряжение на конденсаторе по отношению к номинальному:
и С1 =0.613
1
(П)
1 -sin (р
Напряжение на запертом симисторе по отношению к номинальному"
U г =
1.3cosф -2.3sin(p +2.6
(12)
1 - sin ф
На рис. 2 показаны кривые изменения момента, тока в конденсаторной фазе и напряжения на конденсаторе и запертом симисторе в функции ёмкостного сопротивления и cos ф
Рис. 2. Зависимости пускового момента и тока в конденсаторной фазе, напряжений на тиристоре и конденсаторе в функции сопротивления фазосдвигающего конденсатора и cos ф
C0S(p =0.87,
--- cos ф =0.5,
---- cos ф =0.17
Анализ результатов расчёта подтверждает вывод, что наибольший момент АД развивает при jf* =1.5. Однако этот режим сопровождается
С- *
увеличением тока в конденсаторной фазе 1С и повышением напряжения на конденсаторе и симисторе. Более целесообразной является работа АД при =1.73, т. к. момент при этом уменьшается на 5-10 % , а ток и напряжения уменьшаются на 10-25 %.
К недостаткам этой схемы относятся также тяжёлые условия работы симистора при прямой коммутации конденсатора на сеть, что требует введение в схему дополнительных элементов -активных и индуктивных сопротивлений, обеспечивающих защиту симистора.
2. Схема реверса и торможения АД при питании от четырёхпроводной сети.
Наличие нулевого потенциала сети позволяет разработать схемы с переходом от прямого симметричного трёхфазного режима к раздельному питанию двух последовательно соединённых обмоток 1 и 3 от линейного напряжения и третьей обмотки - 2 от фазного напряжения через конденсатор С{ (рис. 3). Это обеспечивает изменения порядка чередования фаз и реверс.
•А. В
11
Рис. 3. Одноключевая схема торможения АД
Формула пускового момента по аналогии с выражением (7) примет вид:
2-2Xl,si„V (13)
3-6ХС1 sin ф + ЗХ а
Токи в реверсивном режиме в относительных единицах:
1ас=0.87, (14)
h=--------------------Г»- О5)
COS ф + i(sin ф - Хс,)
Напряжение на конденсаторе по отношению к номинальному:
т/
Uс --ИВХ'СГ (16)
Напряжение на симисторе по отношению к номинальному:
UT = -ИВХ*С1 + 0.5. (17)
На рис. 4 показаны кривые изменения момента, тока в конденсаторной фазе и напряжения на конденсаторе и запертом симисторе в функции ёмкостного сопротивления и cos ф .
Катушечные группы обмоток в обратном режиме имеют пространственный сдвиг в 90 , что для симметричного режима требует такого же фазового сдвига между токами. Проведённые
исследования показали, что близкий к 90 фазо-
........ . • ’
вый сдвиг между токами достигается у АД с малым сол-ф, что обусловливает целесообразное
применение схемы в линейных электроприводах перемещения ленточных материалов, когда cosф < 0.2. Максимум момента в зависимости
от cos ф наблюдается при различных значениях ёмкости. При уменьшении cosy максимум
момента растёт, однако это сопровождается значительным увеличением тока и напряжения на симисторе UT и конденсаторе Uc-
Главным достоинством схемы является облегчённые условия работы для симистора, так как коммутируемый конденсатор оказывается включённым последовательно с обмоткой.
1 V , о. с. і 7 • * / • • • / / • * Г • 1 1 * - 1 \ • • \ \ • ... а.. 1
• / / • ' ' • • / / . . . і \Ч \ч >■ \ • • tт • -ДІГ / /
-7 / і /У J J у/ • 0* У ч / » “ І
/ 1 у/ / "" — ■ “ • — - mm
1/ //~/ х / г-
/' Va
0 12 3 Х'о
Рис. 4. Зависимости пускового момента и тока в конденсаторной фазе, напряжений на тиристоре и конденсаторе в функции сопротивления фаз о сдвигающего конденсатора и соз'ф .
---- СОБ ф =0.87,
---- соз Ф =0.5,
----- со?ф =0.17
Таким образом, проведённые исследования показали многообразие возможных реверсивных схем АД и преимущества одноключевых конденсаторно-тиристорных схем изменения порядка чередования фаз трёхфазных двигателей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дмитриев, В. Н., Кислицын А. Л., Криц-штейн А. М. Анализ переходных процессов во встроенных асинхронных двигателях с массивными роторами // Вопросы теории и проектирования электрических машин. «Оптимизация параметров и характеристик». Межвуз. науч. сб. -Саратов, 1986. - С. 61-67.
2. Дмитриев, В. Н., Чихалов В. В. Электропривод подачи ленточных заготовок в зону штамповки пресса на базе линейных асинхронных двигателей // Оптимизация электромеханических систем автоматического управления: Межвуз. науч. сб. - Саратов, 1983. - С. 34-39.
3. Герастіштк, Р. ГГ.. Томмак X. Д. Сравнительный анализ систем несимметричного тиристорного асинхронного электропривода с конденсаторами в статорной цепи // Из в. вузов. Сер. Энергетика. - 1974. - № 8. - С. 46-50.
Дмитриев Владимир Николаевич, доктор технических паук доцент, заведующий кафедрой «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ. Имеет статьи
•У
в области автоматизированного электропривода.
Игнатов Сергей Семёновичаспирант кафедры Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГГУ Имеет т оника-
- -* * - '
цни в области автоматизированного электропривода.
Лейбель Сергей Евгеньевич, аспирант кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ. Имеет публикации в области автоматизированного электропривода.
*
