半波整流能耗制动的设计方法

半波整流能耗制动的设计方法陈文艺异步电动机在脱离三相交流电源后，若在定子绕组上通以直流电流，该直流电流在电动机内空间将产生静止磁场。依惯性按原方向转动的转子中将产生感生电流，感生电流又在磁场中受力形成与转子旋转方向相反的力矩，对转子起制动作用，迫使转子迅速停止转动，通入定子绕组的直流电流越大，制动力矩也就越大，。但电流过大，将会烧毁定子绕组，或造成机械损伤。一般情况下，通入定子绕驵的直流电流取电动机空载电流的3-5倍，或额定电流的1.5倍.异步电动机定子绕组是一个电感与电阻的串联组合。采用半波整流供电时，二极管的导通角θ随阻抗角RLtg1的不同而不同。当ωL＝0时，负载呈纯阻性，导通角θ＝1800，整流电压的平均值为0.45U；若R=0,负载呈纯感性，θ=3600，整流平均电压为零。整流电流的波形如图1（b）所示。为了求得输出直流电压Ud与阻抗角Ф的关系，由图1，在二极管导通时，可列出下列方程：tsinU2RidtdiL上式的解为tLR22Ae)tsin()L(RU2i由初始条件ωt=0时,i=0则sin)L(RU2A22，所以tLR2222esinLRU2)tsin()L(RU2i）＋（设二极管的导通角为θ，则ωt＝θ时二极管截止，i=0代入上式得：LR2222esinLRU2)sin()L(RU20）＋（，整理得：，＝0esin)sin(tg即tgesinsincoscossin，解得tg/ecossintg（1）显然导通θ是阻抗解Φ的函数，)(f＝。由式（1）解出θ后，整流直流电压由下式求得θ图1(a)原理图（b）不同Ф的电流波形图RLUd+-u0ωt2πuφ=00φ90φ=90u,i)](fcos1[2U2)cos1(2U2)t(tdsinU221U0d（2）可见整流直流电压Ud是阻抗角Φ的函数。遗憾的是式（1）是一个超越函数，很难用数学方法求出准确结果。用试探法从式（1）求出θ后，代入式（2），便可求出负载上的平均电压Ud,而平均电流RUIdd。图2绘出了Ud与Φ的关系曲线，供设计时使用。例：一台Y135S－4型三相异步电动机，Pe=5.5KW，Ue=380V，Ie=11.6A，起动电流倍数Kl=6联接方式Δ，采用半波整流，能耗制动，试设计电路的有关参数。解：采用交流220V经半波整流后供电，加在定子绕组任两端上，如图3所示。定子绕组相阻抗46.96.1163803IKU3Zele＝）（r=(0.25-0.4)Z，取系数为0.3r=0.3×9.46=2.84Ωx=(0.91-0.97)Z,取系数为0.95x=0.95×9.46=8.99Ω将图3等效成图4，图中89.184.232r32R，99.599.832x32X试取Rad=2.8Ω227.18.289.199.5RRXtgad∴Ф=51.940查图2（或表1）得V2.7922036.oUd，A9.168.289.12.79IdId近似等于额定电流的1.5倍。即11.6×1.5=17.4A在该台电动机上实验，测得的结果为：Ud=75VId=15.5A。和计算结果相比，有一定的误差，这是由于电动机阻抗估计有出入，导线的电阻也未计入等诸多因素引起的。若取Rad=0，则015.7289.199.5tg＝，查表2得V5522025.0Ud，A2989.155Id，实际测量，结果为V51UdA26Id900φ6003000.450.100.200.300.40图2UdΦ每隔50，Ud的计算值列于下表1Ф0050100150200250300θ1800185019001950200020502100Ud0.450.4490.4470.4420.4360.4290.420Ф350400450500550600650θ2150220022602310238024402520Ud0.4090.3950.3810.3650.3460.3230.295Ф70075080o850900θ26002710284030403600Ud0.2630.2220.1700.1000VRadrrrxxxUVW~220VXRRad~220VV图3图4由上面分析，计算和实测结果表明，本设计方法可以作为工程计算的依据。必须指出，附加电阻Rad增加时，整流电压的平均值也要增加，但整流电流的平均值减少。这点在设计时应引起重视。