3.5.5.3. Динамическое торможение

Для осуществления режима динамического торможения обмотку статора АД отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока, как это пока­зано на рис. 3.41

Постоянный ток, протекая по обмоткам статора, создает неподвижное в пространстве магнитное поле. При враще-нии ротора в нем наводится ЭДС, под действием которой в обмотке ротора протекает ток, создающий магнитный по­ток, также неподвижный в пространстве. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД соз­дает тор-

мозной момент, за счет чего достигается эффект торможения. Двигатель работает в режиме генератора не­зависимо от сети переменного тока, преобразовывая ме­ханическую энергию

движущихся частей электропривода и рабочей машины в

79

Рис. 3.41. Схема АД в режиме динамического тор-

можения

электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ро-тора.

В общем случае система возбуждения АД в этом режиме является несимметричной, так как трехфазная статорная обмотка подключается к однофазному источнику постоян­ного тока. Для проведения анализа работы АД в режиме динами­ческого торможения несимметричную систему возбуждения АД обычно заменяют симметричной, что дает возможность применять удобные при анализе схемы замещения АД.

С этой целью принимается допущение о том, что статор АД питается не постоянным током I_п, а некоторым экви­валент-ным трехфазным переменным током I_экв, создаю­щим такую же МДС АД, что и постоянный ток I_п. Последнее условие позволяет установить аналитичес­кую связь между токами I_экв и I_п. Например, для схемы рис.3.41, если фазы двигателя соединены в ”звезду” МДС , создаваемая постоянным током I_п,

80

проте­кающим по двум фазам обмотки с числом витков в каждой W₁, равна

F_п = I_п W₁,

Амплитуда МДС, создаваемая переменным током I_экв,

F = I_эквW₁

Приравнивая эти значения МДС, находим

I_экв = I_п.

Введение в рассмотрение понятия эквивалентного тока позволяет представить схему замещения АД в виде, пока­занном на рис. 3.42, а. Векторная диаграмма токов, соответствующая схеме рис. 3.42, а, приведена на рис. 3.42, б. Скольжение в режиме динамического торможения опреде­ляется как

S_т= ω / ω_{0 ,} (3.65)

В соответствии со схемой замещения намагничивающий ток I_μ определяется геометрической суммой эквивалентного тока I_эк и вторичного приведенного к статору тока ротора , как показано на рис. 3.42, б. При скорости и скольжении АД, равных нулю, I₂=0 и I_экв= I_μ0, поэтому при неподвижном роторе намагничива­ющий ток I_μ и определяемый им магнитный поток Ф мак­симальны. При ω ≠ 0; S ≠ 0 появляется ток . Так как I_экв= const, то конец вектора тока I_экв на векторной диа­грамме описывает окружность, а ток I_μ начинает умень­шаться, т.е. появление тока ротора оказывает размагни­чивающее действие на АД.

Из рис. 3.42 следует

; (3.66)

(3.67)

81

Рис.3.42. Схема замещения (а) и векторная диаграм-

ма (б) АД при динамическом торможении

(3.68)

Совместное решение (3.66) — (3.68) приводит к следующему выражению для электромеханической характеристи­ки АД;

(3.69)

Механическая характеристика АД выражается как

(3.70)

Полученные формулы (3.69) и (3.70) показывают зависи-мость тока и момента АД не только от скольжения S_Т, но и от магнитного состояния двигателя, отражаемого пара­метром x_μ. Если пренебречь последним фактором и считать АД ненасыщенным, а остальные параметры неизменными, то ток и момент будут являться только функциями сколь­жения S_Т.

Электрогмеханическая характеристика (3.69) имеет монотонный характер и при S_Т ток = 0. На рис.3.43 зависимость приведена в первом квадранте.

82

Рис. 3.43. Характеристики АД при динамическом

торможении

Выражение (3.70) для механической характеристики мо­жет быть упрощено, если выполнить его анализ на наличие экстремумов. Считая по-прежнему x_μ = соnst, дифференцируя М по S_Т и приравнивая производную dМ/dS_Т нулю, оп­ределяем координаты точки экстремума зависимости (3.70):

, (3.71)

(3.72)

Используя полученные выражения (3.71) и (3.72), пос­ле несложных преобразований можно следующим образом представить механическую характеристику (3.70):

. (3.73)

Механические характеристики АД приведены во втором квадранте рис. 3.43 для различных сочетаний

I_п и R_2д(сопротивления, включаемые в цепь ротора АД с фазным ротором). Характеристика 1 соответствует некоторым значениям тока I_п1 и сопротивления резистора R_2д мак-

83

симальный мо­мент на ней равен М_М1, а скольжение, ему соответствую­щее, S_М1. Увеличение добавочного сопротивления при I_п = соnst в соответствии с (3.72) не приведет к изменению максимального момента, в то время как скольжение S_м согласно (3.71) пропорционально возрастает, что приведет к получению характеристики вида 2. Увеличение тока I_п до значения I_п2 > I_п1 при R_2д1= соnst вызовет в соответствии c (3.72) увеличение максимального момента про-порционально квадрату тока. Характеристика двигателя примет вид кривой 3.

Варьируя одновременно значения величин I_п и R_2д, мо­жно получить желаемый вид механических характеристик АД в режиме динамического торможения.

Уравнение (3.73) по своей структуре аналогично уравне­нию механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме. При этом необходимо отметить, что критическое скольжение в двигательном режиме существенно больше критического скольжения в режиме динамического торможения при том же сопротивле­нии цепи ротора, т. е

S_к ≈ >> S_M =

вследствие того что Х_μ > > Х₁.

Кроме того, в реальных условиях в связи с уменьше­нием Х_μ и ростом I_экв критическое скольжение S_M не ос­тается постоянным для различных I_экв.

Иногда применяют торможение с самовозбуждением, под-ключая к статору конденсаторную батарею, например, по схеме, приведенной на рис. 3.44,а

В этом случае машина работает асинхронным генератором, получая намагничивающий ток от конденсаторов С1, С2, СЗ. Возбуждаясь со стороны статора, машина при определенной угловой скоро­сти генерирует энергию, выделяемую в виде теплоты в ро­торной цепи. Используется как аварийный вид торможения.

Еще один способ получения режима динамического тормо-

84

.

а) б)

Рис. 3.44. Схема (а) и механические характеристики (б)

АД в режиме динамичечского торможения с самовоз-

буждением

жения АД с фазным током при питания обмотки статора однофазным током торможения может быть реализован для

асинхронного двигателя с фазным ротором. Для этого в цепь ротора вводится добавочное сопротивление такой величины,

чтобы критическое скольжение равнялось 1, и одна фаза ста-

Рис. 3.45. Механическая характеристика режима дина-

мического торможения однофазным током

85

тора отключается от 3-фазной сети. В АД в этом случае возникает пульсирующее поле, которое раскладывается на поля прямой (1) и обратной (2) последовательностей (рис.3.45). При

сложении этих двух характеристик получается суммарная характеристика, находящаяся во втором и четвертом квадрантах и по форме соответствующая характеристике динамического торможения (рис.3.43).