11. Формирование пускотормозных режимов асинхронных двигателей при тиристорном регулировании

Реализация реверса и пускотормозных режимов электри­ческой машины при использо­вании тиристоров производится с помощью тиристорных пускателей, включаемых в статорную цепь машины (см. рис. 10.5). Широкое применение тиристорных пускателей обусловлено следующими их преиму­ществами по сравнению с контактными (магнит­ными) пуска­телями:

1) меньшим временем включения (0,001 с) и выключения (не более  0,012 с). У контакторов соответственно 0,04 и 0,02 с;

2) отсутствием электрических дуг и перенапряжений, так как коммутация цепи на­грузки производится при прохожде­нии тока через нулевое значение;

3) возможностью исключить или уменьшить динамические удары при пуске и реверсе двигателя;

4) значительным  количеством (свыше 2000) включений в час;

5) более высокими надежностью и сроком службы.

В зависимости от назначения тиристорные пускатели раз­деляются на устройства с пря­мым и управляемым пуском.

Подпись:  
Рис. 11.1
При прямом пуске управляющие импульсы подаются на тиристоры VS1…VS6 (см. рис. 10.5) с углом управления  = . При реверсе импульсы поступают на тиристоры VS5…VS10.

При прямом  пуске, в зависимости от нагрузки, угол φ в двигательном режиме может изменяться от  до , близкого к значению этого угла при холостом ходе двигателя. Величина  в двигателях большой мощности достигает 50…70 эл. град, в двигателях малой мощности с небольшим номинальным  она меньше. В генераторном режиме  намного выше, чем в двигатель­ном. В связи с этим на управляющие электроды тиристоров необходимо подавать широкие управ­ляющие импульсы, углы переднего и заднего фронта которых определяются из ус­ловия:

,                                              (11.1)

Ширина импульса  должна быть больше  (рис. 11.1, а, б). При невы­полнении первого из условий (11.1) двигатель при некоторой скорости окажется

под по­нижен­ным напряжением. Несоблюдение второго условия (11.1) при­водит к отключению двигателя от сети.

Переходные процессы при пуске и торможении машины характеризуются наличием вынужденных и свободных (пе­риодических и апериодических) составляющих тока. В результате взаимодействия магнитных полей этих составляю­щих электромагнитный момент машины превышает его мак­симальное (критическое) значение  в установив­шемся режиме. Так, при пуске двигателя

,

где ,  – пусковой момент и критическое скольжение асинхронного двигателя.

Еще большие броски динамического момента развивает двигатель при реверсе. В зави­симости от быстроты переклю­чения реверс может происходить при затухшем и неза­тухшем магнитном поле, создаваемом свободными составляющими токов роторной обмотки. В первом случае максимальные ударные моменты обычно не превышают (2…2,5) . При реверсе с незатухшим полем ротора в самом неблагоприят­ном случае, когда ЭДС, наведенная в обмотке статора по­лем ротора, складывается с напряжением сети, ударный мо­мент достигает (5…7) .

Ударный момент в пускотормозных режи­мах достигает максимального значения в начальные периоды включения питающего напряжения (0,02…0,04 с). Поэтому применение тиристорных пускателей сопровожда­ется возникновением ударных моментов, так как время пере­ключения
пускателей на­много меньше указанных значений. Использование тиристоров позволяет осуществить управляе­мый пуск и торможение двигателя, что невозможно при контакторном управ­лении. При этом задача сводится к нахож­дению рационального закона изменения  в пускотормозных режимах, определяющего соответствующий закон изменения на­пряжения на двигателе.

Оптимальным и легко реализуемым является экспоненциаль­ный закон изменения  (рис. 11.1, в):

,                                                  (11.2)

где  – начальное значение угла управле­ния ( = 135…140°);  – постоянная времени экспоненты.

Из условия ограничения ударного момента двигателя при пуске до значения  в уравнении (11.2) необхо­димо выбирать:

 = (0,02…0,04) с при ,

где = 60…75° – фазо­вый угол при пуске, = (0,6…0,8).

Для реализации пуска двигателя по динамической харак­теристике, близкой к статиче­ской,  = 0,1…0,15 с. При увеличении постоянной времени экспоненты до  = 0,15…0,2 с достигается плавный пуск с ограниченным ускорением.

Уменьшение ударных моментов при реверсе до значения  обеспечивается выбором постоянной времени экспоненты в пределах = 0,06…0,1 с. Время паузы между отключением тиристоров VS1…VS4 и включе­нием VS7… VS10 (см. рис. 10.5) равно:

 = 0,02…0,06 с.

Плавный реверс можно осуществить при тех же значениях  и увеличении постоянной времени экспоненты до  = 0,15…0,2 с.

Существенно уменьшить пусковые токи, ударные момен­ты и потери в машине при пуске и торможении удается с по­мощью различных обратных связей, например токо­вой от­сечки.

Динамическое торможение двигателя в схеме (см. рис. 10.5) осуществляется при подаче в статор постоянного тока откры­тием пары тиристоров, например: VS1, VS4; VS1, VS6 и т.д. Для получения хорошего быстродействия необходимо установить:

 = 80…110°.