Динамическое торможение конденсаторного электродвигателя

В статье дано описание простого устройства для пуска и торможения однофазных асинхронных конденсаторных двигателей повышенной мощности с короткозамкнутым ротором, имеющим главную и вспомогательную обмотки на статоре, при этом вспомогательная обмотка включена параллельно главной через рабочий конденсатор.Предлагаемое техническое решение предназначено для динамического торможения однофазных электродвигателей, имеющих главную и вспомогательную обмотки на статоре и рабочий фазосдвигающий конденсатор.

Известны схемы для динамического торможения однофазных электродвигателей, в которых эффект торможения достигается путём разряда заряженного конденсатора на обмотку электродвигателя при отключении его от сети [1–4]. Недостатком данных схем является зависимость величины ёмкости этого конденсатора от мощности электродвигателя. С увеличением мощности двигателя ёмкость конденсатора возрастает и получается очень большой, в результате использовать практически такую схему торможения становится невыгодно из-за увеличения веса, габаритов и стоимости конденсатора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для динамического торможения конденсаторного электродвигателя [5, 6].

Недостатком такого устройства является зависимость величины ёмкости электролитического конденсатора от мощности электродвигателя, а также обтекание обмоток двигателя в режиме торможения однополупериодным током, что снижает величину тормозного момента на валу электродвигателя.

Целью предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей известного устройства и повышение эффективности торможения электродвигателя.

Данная цель достигается тем, что известное устройство для управления электродвигателем (прототип [5, 6]) дополнительно снабжено однополупериодным усилителем мощности – тиристором, тормозным диодом, дополнительным полюсом блока переключателей и резисторами цепи управления тиристором.

На рисунке показана схема для динамического торможения конденсаторного однофазного асинхронного электродвигателя, которая свободна от указанных выше недостатков.

Принцип действия

Пуск электродвигателя М осуществляют переключателем SA1, при этом обтекается током главная обмотка Г двигателя через контакты 1-2 и одновременно вспомогательная В через фазосдвигающий элемент С1 (рисунок). Двигатель запускается. При этом контакты 1-2 переключателя SA1 шунтируют тиристор VS1, в результате его влияние на работу электродвигателя исключается. Одновременно катод диода VD2 контактами 5-6 переключателя SA1 отсоединяется от сети, а контакты 3-4 шунтируют тормозной конденсатор С2 через разрядный резистор R3, что обеспечивает подготовку схемы управления тиристором VS1 к режиму динамического торможения электродвигателя путём снятия заряда с конденсатора.

При отключении электродвигателя от сети переключателем SA1 его контакты 1-2 размыкают цепь питания главной Г и вспомогательной В обмоток электродвигателя и замыкают контакты 5-6 цепи катода диода VD2 и размыкают контакты 3-4 в разрядной цепи конденсатора С2. В результате открывается тиристор VS1 по цепи его управления через диод VD1, резисторы R1-R2, разряженный конденсатор С2, управляющий электрод У1 тиристора VS1 и обмотки Г и В электродвигателя обтекаются выпрямленным током сети.

В положительный полупериод сети ток фазы Ф сети проходит через: тиристор VS1, параллельно соединённые обмотки Г и В электродвигателя М, нейтраль сети N.

В отрицательный полупериод сети обмотки электродвигателя М продолжают обтекаться током в прежнем направлении за счет ЭДС электромагнитной индукции, который замыкается через диод VD2. В результате электродвигатель эффективно тормозится. Процесс торможения заканчивается по окончанию заряда конденсатора С2 и закрытия, соответственно, тиристора VS1.

Предлагаемое устройство обеспечивает более эффективное динамическое торможение электродвигателя М в сравнении с прототипом, так как его обмотки в режиме торможения обтекаются двухполупериодным током. Устройство может быть использовано не только для микромашин, но и для машин бoльшей мощности, так как ёмкость тормозного конденсатора не зависит от мощности электродвигателя, т.е. функциональные возможности известного устройства расширены.

Детали

1. Переключатель SA1 любой трёхполюсный, соответствующий мощности электродвигателя М, на два-три положения, подходящий по току и напряжению, например, типа ПКП или ПКВ на номинальный ток в амперах 10, 25, 40 А и номинальное напряжение до 440 В или универсальный кулачковый типа ПКУЗ на номинальный ток 10 А и номинальное напряжение до 500 В.
2. Тиристор VS1 и диод VD2 выбирают исходя из мощности электродвигателя М. Для электродинамического торможения электродвигателя, например, мощностью около 1 кВт и номинальном напряжении сети 220 В их можно выбрать следующих типов: тиристор VS1 типа Т112-10,16 кл. 4 (10 и 16 А соответственно, 400 В) или Т10-10, Т10-12, Т10-16 кл. 4 (10, 12, 16 А соответственно, 400 В). Подойдут также и тиристоры типа КУ202Н (10 А, 400 В). Диод VD2 типа В10 кл. 4 (10 А, 400 В) или типа Д246, Д246А, Д246Б, Д247, Д247Б, Д248Б (5…10 А, 400…600 В).
3. Диод VD1 типа 1N4007, 1 А, 1000 В может быть заменён диодом типа КД105Г (0,3 А, 800 В), КД105В,Б (0,3 А, 600 В, 400 В).
4. Резистор R1 типа ПЭВ-15 (10…15 Вт; 300…1000 Ом), резистор R2 проволочный типа ППБ-15Г или ППБ-25Д (15…25 Вт соответственно, 10…15 кОм), резистор R3 типа МЛТ-2 на 100…200 Ом.
5. Конденсатор С1 подбирают примерно из расчёта 6,6…7,0 мкФ на 100 Вт мощности двигателя типа МБГО-2, КБГ-МП, БГТ на напряжение не ниже 400 В или типа МБГЧ, что предпочтительней.
6. Конденсатор С2 электролитический типа КЭ-2, ЭМ или импортный (5…20 мкФ, 600 В).

Наладка

Налаживание устройства заключается в уточнении величины сопротивления резистора R2 и величины ёмкости конденсатора С2 для получения задержки на отключение тиристора VS1 в пределах 1…2 с. Её сначала осуществляют без электродвигателя М. Для этого зажимы Ф и N устройства подключают к выходу автоматического выключателя сети, вместо главной обмотки Г электродвигателя, включают лампу накаливания мощностью не менее 100 Вт, шунтируют перемычкой конденсатор С2. Затем, включают автоматический выключатель и, вращая рукоятку переменного резистора R2, добиваются открытия тиристора VS1, т.е. зажигания лампы накаливания, напряжение на зажимах которой, измеренное астатическим вольтметром, должно быть примерно 156…157 В при номинальном напряжении сети 220 В.

После чего, отключают автоматический выключатель, снимают шунт с конденсатора С2 и включают переключатель SA1, при этом замыкаются его контакты: 1-2 первого полюса, 5-7 – второго, 3-4 – третьего и размыкаются контакты 1-8, 5-6 соответственно.

Теперь можно включить автоматический выключатель на входе устройства, подав этим самым напряжение на лампу накаливания через контакты 1-2 переключателя SA1, в результате лампа накаливания загорится полным накалом. Далее, отключают лампу накаливания переключателем SA1, размыкая контакты 1-2, 5-7, 3-4, при этом включается тиристор VS1 по цепи его управления: диод VD1, резисторы R1, R2, конденсатор С2, управляющий электрод У1 тиристора. В результате лампа накаливания постепенно, по мере заряда конденсатора С2, гаснет. Подбором величины ёмкости конденсатора С2 добиваются времени гашения лампы примерно 1…2 с. Затем, вместо лампы накаливания подключают электродвигатель, и это время можно окончательно уточнить при подключённом двигателе так, чтобы оно совпало примерно со временем его остановки, то есть отсутствовал бы свободный выбег ротора двигателя при его работе в режиме торможения.

При настройке устройства нужно быть внимательным и осторожным, соблюдая правила техники безопасности при работах в электроустановках. Ручка переменного резистора R2 должна быть выполнена из хорошего изоляционного материала.

Литература

1. Авторское свидетельство № 306790 СССР, М. Кл. Н 02 Р 3/22, 1978.
2. Патент Японии Кл. 55С22 54-13565 опубликовано 31.05.79.
3. Патент Швейцарии № 452040, Кл. Н 02 Р 3/24, 1969.
4. Патент США № 3798523, Кл. 318-212, 1974.
5. Авторское свидетельство № 1023598 СССР, М. Кл. Н 02 Р 3/24, Н02 К Устройство для динамического торможения конденсаторного электродвигателя / К.В. Коломойцев. (СССР). – №2905891/24-07: заяв. 07.04.80; опуб. 15.06.83, бюл. №22.
6. Коломойцев К.В. Устройство для динамического торможения конденсаторного электродвигателя // Электрик. – 2004. – №5. – С.9.

 Автор: Константин Коломойцев, г. Ивано-Франковск