УДК 621.313.333
, д-р техн. наук
,
, ДонНТУ
, УкрНИИВЭ
http://masters. donntu. /2005/eltf/kustovaya/library/st1.htm 08/01/2007
Определение допустимого тока статора закрытого асинхронного двигателя в повторно-кратковременных режимах с электрическим торможением
Постановка проблемы. Повторно-кратковременные режимы с электрическим торможением (S5 по ГОСТ 183-74) достаточно широко распространены в электроприводах, в которых необходима точная остановка двигателя. Эти режимы отличаются от повторно-кратковременных режимов S4 только тем, что в конце рабочего периода происходит электрическое торможение и в обмотках выделяется тепловой импульс пропорциональный потерям энергии от проходящих по ним токов. Методы определения допустимого тока обмотки статора в режимах S4 отработаны и дают удовлетворительные результаты, в частности [1, и др.;1978]. Для того, чтобы этот метод можно было применить для расчетов в режимах S5, необходимо достаточно точно определить величину потерь энергии в обмотках в режиме электрического торможения.
Анализ публикаций и исследований. В общем случае, определение потерь электроэнергии ΔWэ в асинхронном электродвигателе при переходных процессах представляет собой сложную задачу (ΔWэ=0∫tΔРdt). Суммарные потери мощности(ΔP) оказываются сложной функцией, зависящей от нагрузки на валу, от механической и электромагнитной инерционности двигателя и т. п.
Если способ определения потерь электроэнергии в обмотках асинхронного двигателя (АД) при пуске достаточно отработан и дает удовлетворительные результаты, то способы определения потерь электроэнергии при электрическом торможении недостаточно отработаны. В известной монографии [2, «Основы автоматизированного электропривода» ( и др., М. Энергия,1974)] приведена формула для расчета потерь энергии в обмотках АД при торможении противовключением двигателя, работающего на холостом ходу: 
где J - суммарный момент инерции привода,
ω0 - угловая частота холостого хода;
R1, R2' - сопротивление обмотки статора и приведенное сопротивление обмотки ротора.
Это однако не дает информации о потерях энергии в обмотках при торможении АД, работающего под нагрузкой.
-
Цель статьи. Разработать способ расчета допустимого тока обмотки статора в повторно-кратковременных режимах с электрическим торможением.
-
Результаты исследований. Для получения информации о величине потерь энергии в обмотках при торможении противовключением АД, работающего под нагрузкой, была произведена обработка осциллограмм пуска и торможения в режиме S5 взрывозащищенного двигателя В100L-4 (Р2н= 4кВт; nн= 1440 об/мин), нагруженного машиной постоянного тока (рис.1), при различных величинах коэффициента инерции FJ. Результаты обработки указанных осциллограмм приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Мощность | Коэф. | Время | Время | Величина | Суммарное Iэ2Δt; | ||
пуск | тормож. | пуск | тормож. | ||||
4.9 | 4.2 | 0.22 | 0.14 | 39.6 | 54.4 | 345 | 414.8 |
4.95 | 6.2 | 0.28 | 0.16 | 42.2 | 52.2 | 499.6 | 438.5 |
4.9 | 10.2 | 0.48 | 0.28 | 35.3 | 53.2 | 589.4 | 792.9 |
Из анализа таблицы 1 видно, что с увеличением коэффициента инерции:
— время пуска увеличивается примерно пропорционально FJ;
— время торможения также возрастает примерно пропорционально FJ, но при этом составляет (0,58-0,63)tпуск; это связано с тем, что при торможении увеличивается эффективная величина тока обмотки статора (по сравнению с пуском), а следовательно, и эффективный момент двигателя. При торможении эффективная величина тока статора остается практически неизменной и почти не зависит от FJ;
— суммарное количество электроэнергии (тепловыделение) в обмотке статора Iэ2Δt(А2с) при пусках возрастает примерно пропорционально FJ; также возрастают и тепловыделения при торможении противовключением, при этом они составляют (0.9-1.3) Iэ2Δtпуск.
В соответствии с принятым достаточно точным способом расчета пусковых потерь (заменой интеграла при определении количества электроэнергии в обмотке ротора 
- суммами средних величин при различных значениях скольжения S) получено, что суммарное количество энергии в обмотках двигателя В100L-4 за пуск при FJ =4.2 составляет ΔАn∑=2073втс. Данные таблицы 1 показывают, что при торможении противовключением эта величина близка к аналогичной при пуске и несколько выше от нее, 
т. е. ΔАТ∑≈1,2ΔАn∑= 1,2 х 2073= 2492втс.
Сравним полученные величины с потерями энергии в обмотках этого двигателя при холостом ходе в соответствии с [2]:
- при пуске
- при торможении противовключением
Как видно, расчетная величина ΔАт. пр в (
) раз больше реальной величины, полученной с помощью данных осциллографирования.
В соответствии с [1] допустимый ток обмотки статора в повторно-кратковременном режиме:
где Iн(S1) - номинальный ток в продолжительном режиме S1;
∑ΔРгр(S1) , ∑ΔРгр(пв) - допустимые суммы потерь в двигателе в номинальном режиме S1 и в повторно-кратковременном режиме;
;
(с) - продолжительность рабочего цикла в повторно-кратковременном режиме;
tp= tц хПВ(о. е) – tпер, (с) - время работы под нагрузкой в повторно-кратковременном режиме;
є'= tп / tц; є''= tр / tц; ПВ(о. е) - продолжительность включения в относительных единицах;
ΔАпер - сумма потерь энергии в обмотках АД в повторно-кратковременном режиме:
- в режиме S4: ΔАпер= ΔАпуск; tпер = tп;
- в режиме S5: ΔАпер= ΔАпуск +ΔАторм; tпер = tп+ tт;
ΔРс – потери в стали;
a, b - коэффициенты ухудшения охлаждения двигателя в переходном режиме (пуск, торможение) и во время паузы.
Выполним расчеты допустимой величины тока обмотки статора в режиме S5 с торможением противовключением при различных продолжительностях включения с разными маховыми массами и при рассмотренных способах определения потерь во время торможения.
Двигатель В100L-4 (Р2н(S1)=4кВт; Iн=9,2А).
В соответствии с результатами расчетов, можно отметить, что целесообразным является способ определения потерь энергии за время торможения противовключением ΔАт. пр= ΔАпуск; при этом погрешность расчета допустимого тока статора при работе под нагрузкой составляет <-8–14%, а при расчете по литературным данным погрешность = 17-34%.
Вывод Обоснован способ определения потерь энергии в обмотках АД с короткозамкнутым ротором в режиме противовключения и допустимого тока обмотки статора в режиме S5 с данным видом торможения с удовлетворительной для практики точностью.
