Динамическое торможение с самовозбуждением

Такое торможение осуществляется путем отключения обмотки статора от сети и подключения к ней конденсаторов по схеме рис. 3.9.а, поэтому его называют также конденсаторным. При вращении ротора за счет его остаточной намагниченности в обмотке статора наводится э.д.с., под действием которой по обмотке протекает ток, возбуждающий магнитное поле. Под действием этого поля в обмотке ротора наводится вторичная э.д.с., и возникает ток, увеличивающий поле от остаточной намагниченности. Таким образом, происходит самовозбуждение двигателя.

Рис. 3.9. Схема включения и схема замещения асинхронного двигателя
при конденсаторном торможении

Включение конденсаторов, а не резисторов в цепь статора объясняется тем, что конденсаторы обеспечивают опережение вектором тока вектора э.д.с. В результате не происходит размагничивание ротора при переходе от двигательного режима к генераторному. Другими словами введение конденсаторов в цепь статора аналогично выполнению условия неизменности направления тока в обмотке возбуждения при переходе от двигательного режима к режиму динамического торможения с самовозбуждением в двигателе постоянного тока последовательного возбуждения.

Обычно для анализа конденсаторного торможения также используют параметры, соответствующие номинальной частоте. Для учета их изменения при изменении частоты вводится относительная частота f₁^*=f₁/f_1н. Тогда x₁=f₁^*x_1н, x₂'=f₁^*x_2н', x_c=x_cн/f₁^*, где индексом (*) обозначены фактические значения параметров, а индексом (н) их значения при номинальной частоте. Условия самовозбуждения найдем из анализа схемы замещения (рис. 3.9.б). При этом следует иметь в виду, что реактивные сопротивления схемы зависят от частоты. Состояние машины в режиме самовозбуждения описывается уравнением:

E₁=I₁Z₁

или

где f₁₁^* – относительная частота, соответствующая началу самовозбуждения – определяет нижний предел скорости двигателя, при котором генерируемой (от остаточного магнитного поля) э.д.с. хватает для создания тока в замкнутой цепи статора обеспечивающего намагничивание.

Полагая, что в начале самовозбуждения I₂'≈0, т.е. I₁=I_μ, а также x_μ=x_μ0, находим

(f₁₁^*x_μ0)²=R₁²+(f₁₁^*x₁−x_c/f₁₁^*)².

Отсюда

(3.22)

Сопротивление намагничивающего контура будет минимальным и равным активному сопротивлению обмотки статора при резонансе напряжений (если реактивные сопротивления компенсируют друг друга):

f₁₁^*x_μ0≈x_c/f₁₁^*,

при этом оставшееся сопротивление контура (аналогично условию самовозбуждения машин постоянного тока) должно быть меньше критической величины.

Из последнего уравнения имеем

(3.23)

Учитывая, что в начале самовозбуждения s=0 находим угловую скорость ротора, соответствующую этому условию,

(3.24)

Выражение (3.24) позволяет определить минимальную скорость двигателя, при которой возможен его переход в режим самовозбуждения при заданных параметрах и выбранной емкости.

Мы определили нижнюю границу существования генераторного режима. Однако ограничение на его существование накладывается и сверху. Это объясняется тем, что с ростом частоты увеличивается и сопротивление индуктивностей рассеяния статорной и роторной обмоток, и, начиная с некоторого значения частоты, падение напряжения на конденсаторе, уравновешивается падением напряжения на индуктивности рассеяния фазы и цепь намагничивания оказывается зашунтированной. Эта частота может быть определена из соотношения

f₁₂^*(x₁+x₂')=x_c/f₁₂^*.

Откуда следует

(3.25)

и соответственно

где ω₀₂ – верхнее, граничное значение синхронной скорости.

Из теории электрических машин известно, что верхняя граница скольжения, при котором реализуется генераторный режим, определяется соотношением s_гр=−R₂'/R₁. Тогда граничное значение скорости вращения ротора определяется соотношением

(3.26)

Из полученных соотношений можно заключить, что чем больше емкость, тем ниже обе границы существования генераторного режима. Ширина зоны существования определяется отношением индуктивных сопротивлений контура намагничивания x_μ и рассеяния x_к. Чем больше это отношение, тем шире зона генераторного режима. Увеличение емкости ведет к увеличению тормозного момента. Общий вид механических характеристик двигателя при конденсаторном торможении соответствует рис. 3.8.