На рис. 4.7, а-е представлены различные схемы включения обмоток статора при питании их от источника постоянного тока. В схемах на рис. 4.7, д, е нагрузка всех фаз обмотки статора равномерна, однако схема переключения статора сложна. Более простыми, часто применяемыми на практике являются схемы на рис. 4.7, а, б.
Питание обмоток статора асинхронных двигателей для осуществления динамического торможения может производиться от сети переменного тока через полупроводниковый выпрямитель В, как это показано на рис. 4.8.
Анализ работы асинхронного двигателя в режиме динамического торможения целесообразно произвести, считая, что статор питается не постоянным, а эквивалентным трехфазным переменным током . Эта замена предполагает равенство МДС, созданных постоянным током и эквивалентпым переменным током.
Рисунок 4.7 - Схемы включения обмоток статора асинхронного двигателя при динамическом торможении
Амплитуда МДС, создаваемой переменным током.
где — число последовательно соединенных витков фазы статора.
Магнитодвижущая сила, создаваемая постоянным током, пропорциональна постоянному току, числу витков фазы статора и зависит от схемы соединения. Например, при соединении статора в звезду и прохождении постоянного тока только по двум фазам (рис. 4.7) МДС постоянного тока, определяемая геометрической суммой МДС двух фаз, равна:
,
исходя из равенства , определяют значение эквивалентного переменного тока для рассматриваемого случая:
.
Определив эквивалентный ток, можно построить упрощенную векторную диаграмму токов для асинхронного двигателя при динамическом торможении (рис. 4.8). На диаграмме — ток намагничивания; — наибольшее значение намагничивающего тока; — вторичный ток, приведенный к статору; — первичный эквивалентный ток; — соответственно первичная и вторичная приведенная ЭДС.
Намагничивающий ток определяется геометрической суммой эквивалентного тока и вторичного приведенного
к статору тока ротора; с изменением скорости, ротора изменяется вторичный ток. Конец вектора тока при уменьшении скорости ротора будет перемещаться по окружности вправо и при неподвижном роторе вектор совпадет с так как вторичная ЭДС и соответственно вторичный ток окажутся равными нулю. Поэтому при малых скоростях ротора и сравнительно большом эквивалентном токе двигатель в режиме динамического торможения оказывается с сильно насыщенной магнитной системой. Наоборот, при больших угловых скоростях и том же эквивалентном токе магнитная система будет ненасыщеной. Примерная зависимость приведена на рис. 4.10.
Pиcунок 4.8 - Схема включения асинхронного двигателя при динамическом торможении с питанием статора через полупроводниковый выпрямитель.
Рисунок 4.9 - Векторная диаграмма для асинхронного двигателя в режиме динамического торможения.
В связи с явлением насыщения магнитной системы не остается постоянной и реактивность намагничивания (рис. 4.10).
Из диаграммы (см. рис. 4.9):
(4.17)
(4.18)
где — приведенная вторичная ЭДС при синхронной угловой скорости двигателя и намагничивающем токе (вторичная ЭДС может быть найдена по кривой намагничивания двигателя); — реактивность намагничивания;
Рисунок 4.10 - Зависимость и от скольжения s или угловой скорости .
— скольжение при динамическом торможении.
Решая совместно (4.17) и (4.18), находим:
. (4.19)
Электромагнитный момент, развиваемый двигателем:
. (4.20)
Если предположить в первом приближении машину ненасыщенной, то в (4.20) — const и М будет функцией s, так как другие параметры принимаются постоянными, поэтому,дифференцируя М пo s приравнивая производную нулю, находим:
, (4.21)
при котором момент имеет максимум:
. (4.22)
После несложных преобразований (4.20) принимает вид:
. (4.23)
Уравнение (4.23) по своей структуре аналогично уравнению механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме.
Отметим, что критическое скольжение в двигательном режиме существенно больше критического скольжения в режиме динамического торможения при том же сопротивлении цепи ротора, т. е.
вследствие того что .
Рисунок 4.11 - Схема включения асинхронного двигателя при торможении с самовозбуждением.
Кроме того, в реальных условиях в связи с уменьшением и ростом критическое скольжение не остается постоянным для различных ; следует учесть также, что кривая М = f(s) при динамическом торможении может быть построена графо-аналитическнм методом с учетом насыщения, для чего должны быть заданы ток и зависимость .
Иногда применяют торможение с самовозбуждением, подключая к статору конденсаторную батарею, например, по схеме, приведенной на рис. 4.10. 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. Подобные схемы торможения не нашли еще широкого применения вследствие высокой стоимости конденсаторов.
На практике применяют чаще всего торможение противовключением, особенно когда требуется осуществить перемену направления вращения (реверс), или динамическое торможение по схемам, изображенным на рис. 4.4 и 4.6, когда реверс не требуется.