Конденсаторное торможение электродвигателей

Конденсаторное торможение асинхронных двигателей малой мощности и комбинированные способы торможения с его использованием в последние годы получили значительное распространение. С точки зрения быстроты остановки, сокращения тормозного пути и повышения точности конденсаторное торможение часто дает лучшие, результаты, чем другие способы торможения электродвигателей.

Конденсаторное торможение основано на использовании явления самовозбуждения асинхронной машины, или, что более правильно, емкостного возбуждения асинхронной машины, поскольку необходимая для возбуждения генераторного режима реактивная энергия доставляется подключенными к статорной обмотке конденсаторами. В этом режиме машина работает с отрицательным по отношению к вращающемуся магнитному полю, созданному возбужденными в статорной обмотке свободными токами, скольжением, развивая на валу тормозной момент. В отличие от динамического и рекуперативного оно не требует потребления возбуждающей энергии из сети.

Схемы конденсаторного торможения электродвигателей

Конденсаторное торможение асинхронных двигателей

На рисунке приведена схема включения двигателя при конденсаторном торможении. Параллельно обмотке статора включают конденсаторы, обычно соединенные по схеме треугольника.

При отключении двигателя от сети токи разряда конденсаторов создают магнитное поле, вращающееся с низкой угловой скоростью. Машина переходит в режим генераторного торможения, частота вращения снижается до значения, соответствующего частоте вращения возбужденного поля. Во время разряда конденсаторов появляется большой тормозной момент, который с уменьшением частоты вращения падает.

В начале торможения происходит быстрое поглощение запасенной ротором кинетической энергии при малом тормозном пути. Торможение резкое, ударные моменты достигают 7 Мном. Значение пика тормозного тока при самых больших значениях емкости не превышает пускового тока.

С ростом емкости конденсаторов тормозной момент увеличивается и торможение длится до более низкой частоты вращения. Исследования показали, что оптимальное значение емкости лежит в пределах 4 - 6 Сном. Конденсаторное торможение прекращается при частоте вращения 30 - 40% номинальной, когда частота вращения ротора становится равной частоте вращения поля статора от возникающих в статоре свободных токов. При этом в процессе торможения поглощается более 3/4 кинетической энергии, запасенной приводом.

Для полной остановки двигателя по схеме на рисунке 1,а необходимо наличие на валу момента сопротивления. Описанная схема выгодно отличается отсутствием переключающих аппаратов, простотой обслуживания, надежностью и экономичностью.

При глухом подключении конденсаторов параллельно двигателю можно применять только такие типы конденсаторов, которые рассчитаны на длительную работу в цепи переменного тока.

Если торможение осуществляется по схеме рисунке 1 с подключением конденсаторов после отключения двигателя от сети, возможно применение более дешевых и малогабаритных металлобумажных конденсаторов типов МБГП и МБГО, предназначенных для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока, а также сухих полярных электролитических конденсаторов (КЭ, КЭГ и др.).

Конденсаторное торможение с глухо подключенными по схеме треугольника конденсаторами целесообразно применять для быстрой и точной остановки электроприводов, на валу которых действует момент нагрузки не менее 25% номинального момента двигателя.

Для конденсаторного торможения может быть применена и упрощенная схема: однофазное включение конденсаторов (рис. 1,6). Для получения такого же тормозного эффекта, как при трехфазном включении емкости, необходимо, чтобы емкость конденсатора в однофазной схеме была в 2,1 раза больше емкости в каждой фазе в схеме на рис. 1,а. При этом, однако, емкость в однофазной схеме составляет лишь 70% суммарной емкости конденсаторов при их трехфазном включении.

Потери энергии в двигателе при конденсаторном торможении наименьшие по сравнению с другими видами торможения, поэтому оно рекомендуется для электроприводов с большим числом включений.

При выборе аппаратуры следует учесть, что контакторы в цепи статора должны быть рассчитаны на ток, протекающий по конденсаторам. Для устранения недостатка конденсаторного торможения — прекращения действия до полной остановки электродвигателя — используют его сочетания с динамическим имагнитным торможением.

Схемы конденсаторно-динамического торможения

Схемы конденсаторно-динамнческого торможения магнитным торможением.

Две основные схемы конденсаторно-динамического торможения (КДТ) показаны на рисунке 2.

В схеме постоянный ток подают в статор после прекращения действия конденсаторного торможения. Эта схема рекомендуется для точной остановки электропривода. Подачу постоянного тока следует производить в функции пути механизма. При сниженной частоте вращения момент динамического торможения значителен, что и обеспечивает быстрое окончательное затормаживание двигателя.

Эффективность такого двухступенчатого торможение видна из следующего примера.

При динамическом торможении двигателя АЛ41-4 (1,7 кВт, 1440 об/мин) с внешним моментом инерции на валу, составляющим 22% момента инерции ротора, время торможения равно 0,6 с, а тормозной путь 11,5 оборота вала.

При совмещении конденсаторного и динамического торможения время и путь торможения сокращаются до 0,16 с и 1,6 оборота вала (емкость конденсаторов была принята равной 3,9 Сном).

В схеме рис. 2,6 осуществляется перекрытие режимов с подачей постоянного тока до окончания процесса конденсаторного торможения. Для управления вторым этапом служит реле напряжения РН.