Конденсаторное торможение асинхронного электродвигателя

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:

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 Е, приложится к конденсаторам, что вызовет протекание емкостного тока через обмотки статора I. Ток I, 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:

Каждый электрик должен знать:  Как выбрать торшер для гостиной, зала, спальни

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:

Уравнение ЭДС статорной обмотки примет вид:

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:

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

Хμ φн — сопротивление индуктивное контура намагничивания при частоте φн;

Преобразовав предыдущую формулу получим:

Решив биквадратное уравнение:

Членом (2Х1ХС — r1 2 ) пренебрегаем ввиду его малости и Х1 2 по сравнению с Хμ 2 , получим значение частоты начала самовозбуждения:

Каждый электрик должен знать:  Максимальная токовая защита

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

Где n50 синхронная скорость равная частоте сети.

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 180 0 . 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:

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:

Каждый электрик должен знать:  Статическое электричество в картинках

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:

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

Подставив в это уравнение значение φн получим:

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

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

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)n (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