3.2. Динамическое торможение с самовозбуждением

Но введение на вал основного дополнительного АД усложняет конструкцию ЭП. Поэтому для подъемных лебедок более универсальным и остроумным способом получения устойчивых скоростей спуска колонны туб является использование режима динамического торможения АД с самовозбуждением. Это возможно только при применении АДФР. Соответствующая схема приведена на рис. 3.3.

В режиме динамического торможения с самовозбуждением контактор К1 отключен, а К2 включен. При этом питание обмотки статора осуществляется от роторной цепи двигателя через выпрямитель В. Включенные в цепь ротора добавочные сопротивления R_2d используются в качестве делителей напряжения, позволяющих регулировать связь между током ротора и статора для получения условий самовозбуждения.

Рис. 3.3

Схема замещения фазы АД в режиме питания от источника тока, частным случаем которого является динамическое торможение при частоте тока f = 0, синхронной скорости  = 0 и абсолютном скольжении s = – /_ном, где _ном – синхронная скорость при номинальной частоте f_ном = 50 Гц, приведена на рис. 3.4, а; а векторная диаграмма – 3.4, б.

Рис. 3.4

На основании схемы замещения и векторной диаграммы можно записать уравнения для возникающих ЭДС и моментов, определяющих статическую МХ в режиме динамического торможения:

E₂^/2 = I_²x_² = I₂^/2[(R₂^//s_a)² + x₂^/2],

I_экв² = I_² + I₂^/2 + 2I₂^/2x₂^//x_ , (3.1)

M = 3 U_ф²/_0нs_a = 3 I₂^/2R₂^//_0нs_a,

где E₂^/ – ЭДС фазы ротора, I_ – намагничивающий ток, x_ = E₁/I_ – реактивное сопротивление намагничивания, E₁ – ЭДС фазы статора, I₂^/ – приведенный сопротивление ротора, R₂^/ – приведенное активное сопротивление ротора, s_a – скольжение АДФР, x₂^/ – приведенное реактивное сопротивление ротора, I_экв – эквивалентный трехфазный переменный ток статора. Если цепи, показанные на рис. 3.4, а пунктиром не учитывать, связь между эквивалентным током статора и приведенным током ротора в схеме можно представить в виде:

I_экв = k_cxk_шk_T I₂^//k_B = k_cI₂^/, (3.2)

где k_cx = I_экв/I_п – коэффициент схемы включения статорной обмотки, I_п - постоянный ток на выходе выпрямителя В, k_ш = I_/I₂ – коэффициент шунтирования выпрямителя, I_ – величина переменного тока, k_T – коэффициент трансформации АДФР, k_B = I_/I_п – коэффициент схемы выпрямления, k_c = k_cxk_шk_T /k_B – коэффициент связи. Подставив ур. (3.2) в ур.(3.1), после преобразований получим уравнение, связывающее намагничивающий ток I_ с током ротора I₂^/ при самовозбуждении:

I_² = I₂^/2(k_c – 1 – 2x₂^/2/x_). (3.3)

С другой стороны, ур. (3.1) связывает ток ротора I₂^/ c вызывающим его ЭДС Е₁ и, следовательно, с I_ получаем ур. (3.4):

I_² = I₂^/2(R₂^//s_a+ x₂^/2)/x_². (3.4)

Процесс самовозбуждения возможен, только если при заданном значении тока I₂^/ ток I_, определяемом формулой (3.3), равен или больше тока, определяемого формулой (3.4). Отсюда вытекает условие самовозбуждения:

k_c² – (1 + x₂^/2/x_)²  (R₂^// x_s_a)², (3.5)

причем знак равенства соответствует режиму критического самовозбуждения. Анализируя ур.(3.5) можно установить, что самовозбуждение возможно, если k_c > 1+ x₂^//x_ , но наступает при определенном граничном скольжении s_aгр, которое зависит от суммарного сопротивления фазы ротора R₂^/. Решив ур. (3.5) относительно граничного скольжения, получим:

s_aгр1 =  R₂^//x_ (k_c² – (1 + x₂^/2/x_)²). (3.6)

Таким образом, в интервале скоростей 0 – _гр = s_aгр_ном условия самовозбуждения отсутствуют и механическая характеристика совпадает с осью ординат (М = 0) При граничных скоростях двигатель самовозбуждается и его момент быстро увеличивается до момента, определяемого движущим моментом нагрузки М_ст. Характеристику можно заменить на приближенную, тогда момент будет выражаться формулой:

M = 2M_кр /(s_a/s_aкр + s_aкр/s_a), (3.7)

где М_кр = 3Е_1мах²/2_а.нх₂^/, s_aкр = R₂^//x₂^/. Использование данного режима взамен торможения противовключением дает существенную экономию электроэнергии, поскольку из сети она не потребляется. Соотношение (3.5) свидетельствует, что условия самовозбуждения зависят от сочетания параметров ЭД. Одни ЭД хорошо возбуждаются при к_ш = 0,85–0,92, другие – не самовозбуждаются даже при 1 этого параметра. Поэтому предусматривается дополнительная цепь независимого возбуждения ЭД от сети переменного тока, показанная в виде пунктирной цепи на рис. 3.3. Если ур.(3.5) удовлетворяется при к_ш = 0,85–0,92, то ток независимого возбуждения устанавливают в пределах 2–5 % номинального тока ЭД. Для ЭД с плохими условиями СВ предусматривается более мощная цепь независимого возбуждения (НВ), ток которого достигает 20–30 % от I_н.