31 УДК 621.313.333 БЕСКОНТАКТНЫЕ СХЕМЫ ФОРСИРОВКИ В ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВАХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Канд. техн. наук, доц. СОЛЕНКОВ В. В., канд. техн. наук БРЕЛЬ В. В. Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого В работе асинхронного двигателя с тормозным устройством (АД с ТУ) участвует схема управления, которая обеспечивает питанием электромеха- нический тормоз [1]. Она должна быть компактна, проста, надежна и, кро- ме того, обеспечивать необходимое время срабатывания. Различают конструкции электромеханического тормоза с электромаг- нитами постоянного и переменного тока [1, 2]. С точки зрения минимума комплектующих элементов, растормажива- ющий электромагнит должен совпадать по роду тока с самим электродви- гателем. В этом случае тормозной электродвигатель отличается простотой конструкции и высоким быстродействием при включении. Однако элек- тромагниты переменного тока не получили широкого распространения из-за: • большой кратности пускового тока по отношению к номинальному (при притянутом якоре), ограничивающей допустимое число включений в час; • наличия ударов и больших динамических усилий, приводящих к умень- шению срока службы тормозной системы; • сложности технологии изготовления шихтованного магнитопровода; • недопустимой в ряде случаев пульсации силы электромагнитного притяжения; • малой надежности и необходимости частого регулирования. Электромагниты постоянного тока лишены перечисленных недостат- ков, однако и они не нашли широкого применения для размыкания меха- нических тормозов электродвигателей из-за значительных потерь энергии, достаточно больших габаритов, массы и невысокого быстродействия [1, 3, 4]. Поэтому пуск электродвигателя иногда происходит при замкнутом тормозе, что приводит к его перегреву и увеличению износа тормозных на- кладок. Одним из путей, ведущих к значительному увеличению начального тя- гового усилия, уменьшению времени срабатывания, потребляемой энергии, а также массы и объема активных материалов (меди и стали) электромаг- нитов постоянного тока, как известно, является использование специаль- ных схем форсировки пускового тока [2, 5]. Форсировка срабатывания рас- тормаживающего электромагнита, кроме того, способствует устранению нежелательного влияния механического тормоза на увеличение времени пуска и пусковые потери базового электродвигателя. Использование специальных схем форсировки пускового тока позволя- ет на короткий промежуток времени создать большой магнитный поток и существенно увеличить начальное тяговое усилие в электромагните. 32 Можно выделить два основных способа построения бесконтактных схем форсировки в АД с ТУ [4, 5]. Первый связан с использованием харак- тера пусковых токов в обмотках электродвигателя. Большие токи, сопро- вождающие процесс пуска электродвигателя, протекая по обмоткам элек- тромагнита, форсируют его срабатывание и размыкание тормоза. Данные схемы нарушают симметрию обмоток АД и поэтому получили название несимметричных схем управления. Эти схемы выгодно отличаются про- стотой, надежностью и минимальным количеством комплектующих эле- ментов. Вместе с тем несимметрия цепи АД часто приводит к недопусти- мому ухудшению его характеристик (увеличению потерь энергии, умень- шению электромагнитного момента, КПД и др.). На рис. 1а представлена несимметричная однополупериодная схема форсировки, в которой электромагнит включен в рассечку фазного прово- да. Когда диод открыт, ток электромагнита iэ равен току контура, обра- зуемого обмоткой электромагнита YA и диодом VD. Поэтому наруше- ние симметрии двигателя происходит только в одном полупериоде питаю- щего напряжения. Недостатками данной схемы является нестабильное сра- батывание электромагнита при различных значениях начальной фазы пи- тающего напряжения, что ведет к подтормаживанию двигателя в моменты пуска. а б iэ VD A B C YA АД i1i2 VD2 VD1 A B C АД YA1 YA2 Рис. 1. Схемы форсировки: а – несимметричная однополупериодная; б – двухобмоточная двухполупериодная Двухобмоточная двухполупериодная схема форсировки тормозного электродвигателя приведена на рис. 1б. Данная схема обладает большей несимметрией, чем схема на рис. 1а, за счет взаимоиндукции обмоток электромагнита. Однако пульсации МДС и время срабатывания электро- магнита здесь меньше. Разновидностью двухобмоточных схем управления является схема на рис. 2а. Отличие ее от предыдущей схемы заключается в том, что в проме- жуточные полупериоды напряжения питания одна из катушек электромаг- нита замкнута через диод и за счет самоиндукции улучшает режим работы электромагнита. На рис. 2б авторы предлагают новую схему форсировки, которая пред- ставляет собой компромиссный вариант между схемами на рис. 1б, 2а. iэ i2 i1 А В С А В С 33 Здесь время срабатывания силового электромагнита и влияние на симмет- рию электродвигателя меньше, чем в упомянутых выше схемах, из-за от- сутствия взаимоиндуктивности обмоток. а б A B C YA1 YA2 VD2 VD1 АД эi VD1 VD2 VD3 VD4 A B C YA AД Рис. 2. Схемы форсировки: а – несимметричная двухобмоточная; б – однообмоточная, двухполупериодная Второй способ построения форсирующих схем управления в АД с ТУ осуществляется путем переключения напряжения, приложенного к катуш- ке электромагнита, с более высокого на более низкое. Данные схемы не нарушают симметрию обмоток АД и поэтому получили название симмет- ричных схем управления. Однако они менее надежны, чем несимметрич- ные схемы управления, так как содержат большее количество комплекту- ющих и не имеют прямых связей с процессами, происходящими в дви- гателе. На рис. 3 представлена симметричная схема управления, которая ис- пользует источник постоянного (выпрямленного) напряжения. Работа схе- мы заключается в переключении катушек электромагнита с параллельного на последовательное соединение с помощью транзисторного ключа [5]. Недостатками схемы является использование мощных и высоковольтных транзисторов, что делает схему дорогой. VT2 VT1 R1 C R2 + - YA1 YA2VD Рис. 3. Симметричная схема управления на транзисторах Получили распространение схемы форсировки с пусковыми обмотками (рис. 4). Пусковая обмотка содержит малое число витков, намотана прово- дом большого сечения, благодаря чему развивает значительную МДС, но может работать только кратковременно, так как в ней выделяется большое iэ А В С А В С 34 количество энергии. МДС рабочей обмотки YA1 значительно меньше, чем пусковой YA2, однако ее вполне достаточно для удержания якоря в притя- нутом состоянии [2, 6]. Недостатками схемы является большая емкость форсирующего конденсатора С, что существенно увеличивает габариты схемы. + - C YA1 YA2VD Рис. 4. Схема форсировки с пусковыми обмотками В однообмоточном электромагните уменьшение величины подводимой мощности происходит за счет снижения напряжения, прикладываемого к обмотке. Такое уменьшение напряжения часто связано с использованием токоограничивающего элемента. В качестве токоограничивающего элемента может использоваться кон- денсатор, при этом в нем отсутствуют активные потери. Существенному снижению емкости и габаритов токоограничивающего конденсатора способствует применение схемы форсировки электромагни- та, представленной на рис. 5. В момент пуска электродвигателя конденса- тор С шунтируется тиристором VS, происходит форсировка электромагни- та. Дополнительный диод VD2 необходим для того, чтобы конденсатор не разряжался на тиристор. Недостатком схемы является однополупериодное выпрямление, что приводит к большому времени срабатывания элект- ромагнита, дополнительным потерям мощности в номинальном режиме и повышенным пульсациям МДС в электромагните. A B C АД C VD2 VD1 VS YA Рис. 5. Схема форсировки электромагнита с шунтирующим конденсатором Существуют двухполупериодные симметричные схемы управления электромагнитом постоянного тока с малым временем срабатывания (рис. 6). Однако они не получили широкого распространения, так как громоздки и требуют усложнения конструкции электродвигателя. На рис. 7 авторы предлагают новую двухполупериодную схему форси- ровки, которая обладает большим быстродействием по сравнению со схе- мой, представленной на рис. 5, и не требует видоизменения конструкции электродвигателя в отличие от схемы на рис. 6. Емкость и габариты кон- денсатора в этой схеме в половину меньше, чем в однополупериодной, со- А В С 35 ответственно схема является более компактной и предпочтительной по сравнению с приведенными выше. Рис. 6. Двухполупериодная симметричная схема управления электромагнитом с датчиком тока VD1 VD2 VD3 VD4 A B C C VS1 VS2 эi YA АД Рис. 7. Двухполупериодная схема форсировки Находят распространение схемы форсировки с фазовым управлением (рис. 8), которые не содержат токоограничивающего конденсатора, а фор- сировка осуществляется изменением угла отпирания тиристора. Данные схемы ухудшают качество сетевого напряжения, требуют дорогой системы управления либо получаются менее надежными, чем известные схемы управления. A B C VD1 VS YA АД Рис. 8. Схема форсировки с фазовым управлением А В С А В С А В С 36 В Ы В О Д Для двигателей малой и средней мощности токи форсировки силового электромагнита соизмеримы с номинальными токами электродвигателя, из чего следует, что схемы управления незначительно влияют на коммутаци- онную аппаратуру двигателя. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. С о л е н к о в, В. В. Асинхронные двигатели с электромеханическими тормозными устройствами / В. В. Соленков, В. В. Брель // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 2004. – № 4. – С. 28–32. 2. К л и м е н к о, Б. В. Форсированные электромагнитные системы / Б. В. Клименко. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 160 с. 3. А л е к с а н д р о в, М. П. Тормозные устройства / М. П. Александров, А. Г. Лыся- ков. – М.: Машиностроение, 1985. – 312 с. 4. С о л е н к о в, В. В. Электромеханические переходные процессы в асинхронных дви- гателях с тормозными устройствами / В. В. Соленков, В. В. Брель // Вестн. ГГТУ им. П. О. Су- хого. – 2003. – № 1. – С. 67–71. 5. Г р и н б е р г, В. С. Выбор схемы форсировки электромагнита для тормозных элек- тродвигателей / В. С. Гринберг, Э. М. Гусельников, В. В. Соленков // Конструирование и надежность электрических машин. – Томск, 1978. – С. 17–21. 6. S E I M E C Catalogue 2. – Via Archimede, 115 (Italia) – http: // www.seimecmotori.it – 2002. Представлена кафедрой теоретических основ электротехники Поступила 12.12.2008 УДК 621.311.031 ВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОПН НА ОГРАНИЧЕНИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ Канд. техн. наук, доц. БОХАН А. Н., КРОТЕНОК В. В., ПРОХОРЕНКО С. Н. Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого Один из наиболее распространенных на сегодняшний день способов ограничения перенапряжений – применение нелинейных ограничителей перенапряжения (ОПН), изготавливаемых на основе высоконелинейных варисторов из оксида цинка. Главным преимуществом ОПН перед вен- тильными разрядниками является отсутствие в конструкции искровых промежутков, что обеспечивает высокую стабильность пробивного напря- жения. Способность ОПН ограничивать перенапряжения оценивается но- минальным напряжением, статической вольт-амперной характеристикой,