Научная статья на тему 'Исследование тормозных режимов конденсаторных асинхронных двигателей'

Исследование тормозных режимов конденсаторных асинхронных двигателей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
82
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Дмитриев Владимир Николаевич, Игнатов Сергей Семёнович, Лейбель Сергей Евгеньевич

Рассматриваются схемы торможения асинхронных двигателей с низким коэффициентом мощности при питании от трёхфазной и четырёхпроводной сети. Показано, что для рассматриваемого класса машин наиболее рациональным торможением является режим конденсаторного противовключения

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Дмитриев Владимир Николаевич, Игнатов Сергей Семёнович, Лейбель Сергей Евгеньевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Исследование тормозных режимов конденсаторных асинхронных двигателей»

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-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

........ . • ’

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.

*

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.