Как осуществляется динамическое торможение

3.10.2 Динамическое торможение

Происходит при отключе­нии якоря двигателя от сети и замыкании его на резистор, поэтому иногда его называют реостатным торможением. Обмотка возбуждения при этом должна оста­ваться присоединенной к сети. Режим динамического торможе­ния также соответствует работе машины в качестве независимого генератора. При динамическом торможении, механическая энергия поступающая с вала, например, в виде кинетической энергии, запасенной в дви­гателе и в движущихся элементах приводимого им меха­низма, преобразуется в электрическую. Эта энер­гия, выделяется в виде теплоты в сопротивлениях цепи якоря.

Рисунок 3.31 — Схема динамического торможения ДПТНВ

Вследствие того, что ЭДС двигателя сохраняет при тор­можении такой же знак, как и в двигательном режиме, а на­пряжение извне к якорю не прикладывается, ток якоря определяется по формуле: .

Значение тока или момента в первый момент торможения определяется: величиной Е, которая предшествовала торможению; суммарным сопротивлением якорной цепи. Необходимо, чтобы ток при торможении находился в допустимых пределах и не превышал значения . Тормозной момент при динамическом торможении, может быть выражен равенством

При Ф_н = const получим .

При динамическом торможении механическая характери­стика двигателя, представляет собой прямую, проходящую через начало координат. Семейство характеристик динамического торможения при различных сопротивлениях R якорной цепи показано в квадранте II на рис.3.32.

Рисунок 3.32 — Характеристики привода при реактивном моменте

Как видно из этого рисунка, жесткость характе­ристик уменьшается с увеличением сопротивления якорной цепи.

Динамическое торможение широко используется для останова привода при отключениях его от сети (особенно при реактивном характере момента).

Рисунок 3.33 — Характеристики при активном моменте нагрузки

Баланс мощности для динамического торможения: — механическая мощность превращается в электрическую и выделяется в виде тепла в силовых цепях якоря.

3.10.3 Торможение противовключением

(Генераторный ре­жим работы последовательно с сетью)

3.10.3.1 За счёт изменения полярности приложенного напряжения

Изменение направления вращения двигателя может быть осуществлено двояко. Чтобы получить режим противовключения, можно переключить либо обмотку якоря, либо обмотку возбуждения. Однако переключение обмотки воз­буждения практикуется реже, так как вследствие значительной ее индуктивности время торможения возрастает по сравнению со временем торможения при переключении обмотки якоря.

Такой режим используют в механизмах для быстрого реверсирования или остановки. Этот режим получается при вращении якоря в магнитном поле, создаваемой обмоткой возбуждения, изменением полярности питающего напряжения якорной цепи с одновременным введением добавочного сопротивления в якорную цепь.

ЭДС направлена согласно с напряжением сети, а момент двигателя направлен против вращения якоря. В режиме противовключения необходимо включать дополнительный резистор в якорную цепь для ограничения тока и момента. При этом механические харак­теристики будут иметь большой наклон к оси абсцисс.

Уравнение механической характеристики имеет вид

Рисунок 3.34 — Механические характеристики при торможении противовключением

Здесь при изменении полярности напряжения, подводимого к якорю, двигатель, работавший до этого со скоростью, соответствующей точке А квадранта I, переходит на работу по характеристике ВС в точку В квадранта II. Сохранение неизменной скорости в первый момент переключения двигателя обусловливается механиче­ской инерцией электропривода. Под влиянием тормозного момента скорость двигателя уменьшается соответственно характеристике ВС до нулевого значения. При скорости, равной нулю (точка С), двигатель в случае тормо­жения для останова, а не реверса, должен быть отключен от сети. Если такого отключения не произойдет, скорость дви­гателя начнет увеличиваться в обратном направлений (характеристика CD квадранта III). Вместе с изменением направления вращения изменяет направление ЭДС якоря, которая снова в двигательном режиме направлена встречно напряжению сети. Теперь привод вновь работает в двига­тельном режиме с постоянной угловой скоростью. Если еще раз изменить полярность напряжения на выводах якоря, то двигатель вновь перейдет в режим противовключения. Торможение и последующее увеличение угловой скорости двигателя в обратном направлении про­исходят по характеристике GKL.

Динамическое торможение

Суть этого способа торможения заключается в том, что якорь двигателя отключается от сети и замыкается или накоротко, или на тормозное сопротивление, а обмотка возбуждения остается подключенной к сети, (рис. 3.2.6).

Вследствие того, что ЭДС двигателя по направлению остается такой же, как и до торможения, а напряжение к якорю не приложено, ток, текущий под действием этой ЭДС,

создает тормозной момент. Машина работает генератором. Кинетическая энергия, запасенная в двигателе и вращающихся частях проводимого им механизма, преобразуется в электрическую и рассеивается в форме тепла в сопротивлении якорной цепи. Как и в режиме противовключения понятие КПД здесь утрачивает смысл. Так как при динамическом торможении U=0, то также равна нулю и уравнение механической характеристики имеет вид:

Семейство механических характеристик, соответствующих различным сопротивлениям R_m , изображено на рис. 3.2.6. Все они проходят через начало координат. Наиболее интенсивное торможение получается при замыкании якоря накоротко. При этом характеристика динамического торможения будет параллельна естественной. Однако по условиям ограничения первоначального броска тока замыкание якоря накоротко допустимо только при переводе двигателя в тормозной режим при малых скоростях.

Обычно динамическое торможение осуществляется при Ф=Фн и широко применяется в электроприводах, где требуется точная остановка. Оно может быть использовано и для тормозного спуска груза.

С энергетической точки зрения динамическое торможение выгоднее противовключения, т.к. из сети энергия потребляется только обмоткой возбуждения. Оно обеспечивает плавность торможения, надежно, можно получить характеристики с малой крутизной. Недостатком является уменьшение тормозного момента двигателя по мере снижения скорости.

3.3 Расчет механических характеристик двигателя независимого возбуждения

Для расчета и построения естественной или искусственной механической характеристики ДНВ достаточно знать координаты 2-х точек, поскольку теоретически его механические характеристики являются прямыми линиями. Эти 2 точки могут быть любыми. Однако построение естественной характеристики удобно производить по точкам, одна из которых соответствует координатам ω=ω₀, М=0, а другая координатам, ω=ω_Н, М=М_Н.

Для нахождения этих точек необходимо знать паспортные данные двигателя и сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии (чаще при t=75°С).

Скорость ω₀ определяется исходя из следующего:

Если R_Я неизвестно, его можно ориентировочно определять по потерям в меди, исходя из известного положения, что при нагрузке, соответствующей максимальному КПД переменные потери равны постоянным. Поскольку вблизи максимума КПД меняется мало, можно считать, что он максимален при номинальной нагрузке, т.е. при Р_Н.

Полные потери при номинальной нагрузке

.

Номинальные потери в меди в этом случае равны половине полных потерь

. Отсюда

.

Для двигателей последовательного возбуждения:

Для краново-металлургических двигателей смешанного возбуждения

.

Номинальный момент двигателя

.

Искусственная характеристика, соответствующая введению в цепь якоря добавочного сопротивления, рассчитывается и строится также по двум точкам с координатами: ω=ω₀; М=0; ω=ω_И, М=М_Н. Скорость ω_И определяется как

или

Механическая характеристика может быть рассчитана и построена по точкам с координатами:

ω=ω₀; М=0; ω=0; .

3.5.5.3. Динамическое торможение

Постоянный ток, протекая по обмоткам статора, создает неподвижное в пространстве магнитное поле. При враще-нии ротора в нем наводится ЭДС, под действием которой в обмотке ротора протекает ток, создающий магнитный по­ток, также неподвижный в пространстве. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД соз­дает тор-

мозной момент, за счет чего достигается эффект торможения. Двигатель работает в режиме генератора не­зависимо от сети переменного тока, преобразовывая ме­ханическую энергию

движущихся частей электропривода и рабочей машины в

Рис. 3.41. Схема АД в режиме динамического тор-

электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ро-тора.

В общем случае система возбуждения АД в этом режиме является несимметричной, так как трехфазная статорная обмотка подключается к однофазному источнику постоян­ного тока. Для проведения анализа работы АД в режиме динами­ческого торможения несимметричную систему возбуждения АД обычно заменяют симметричной, что дает возможность применять удобные при анализе схемы замещения АД.

С этой целью принимается допущение о том, что статор АД питается не постоянным током I_п, а некоторым экви­валент-ным трехфазным переменным током I_экв, создаю­щим такую же МДС АД, что и постоянный ток I_п. Последнее условие позволяет установить аналитичес­кую связь между токами I_экв и I_п. Например, для схемы рис.3.41, если фазы двигателя соединены в ”звезду” МДС , создаваемая постоянным током I_п,

проте­кающим по двум фазам обмотки с числом витков в каждой W₁, равна

F_п = I_п W₁,

Амплитуда МДС, создаваемая переменным током I_экв,

F = I_эквW₁

Приравнивая эти значения МДС, находим

I_экв = I_п.

Введение в рассмотрение понятия эквивалентного тока позволяет представить схему замещения АД в виде, пока­занном на рис. 3.42, а. Векторная диаграмма токов, соответствующая схеме рис. 3.42, а, приведена на рис. 3.42, б. Скольжение в режиме динамического торможения опреде­ляется как

В соответствии со схемой замещения намагничивающий ток I_μ определяется геометрической суммой эквивалентного тока I_эк и вторичного приведенного к статору тока ротора , как показано на рис. 3.42, б. При скорости и скольжении АД, равных нулю, I₂=0 и I_экв= I_μ0, поэтому при неподвижном роторе намагничива­ющий ток I_μ и определяемый им магнитный поток Ф мак­симальны. При ω ≠ 0; S ≠ 0 появляется ток . Так как I_экв= const, то конец вектора тока I_экв на векторной диа­грамме описывает окружность, а ток I_μ начинает умень­шаться, т.е. появление тока ротора оказывает размагни­чивающее действие на АД.

Из рис. 3.42 следует

Рис.3.42. Схема замещения (а) и векторная диаграм-

ма (б) АД при динамическом торможении

Совместное решение (3.66) — (3.68) приводит к следующему выражению для электромеханической характеристи­ки АД;

Механическая характеристика АД выражается как

Полученные формулы (3.69) и (3.70) показывают зависи-мость тока и момента АД не только от скольжения S_Т, но и от магнитного состояния двигателя, отражаемого пара­метром x_μ. Если пренебречь последним фактором и считать АД ненасыщенным, а остальные параметры неизменными, то ток и момент будут являться только функциями сколь­жения S_Т.

Электрогмеханическая характеристика (3.69) имеет монотонный характер и при S_Т ток = 0. На рис.3.43 зависимость приведена в первом квадранте.

Рис. 3.43. Характеристики АД при динамическом

Выражение (3.70) для механической характеристики мо­жет быть упрощено, если выполнить его анализ на наличие экстремумов. Считая по-прежнему x_μ = соnst, дифференцируя М по S_Т и приравнивая производную dМ/dS_Т нулю, оп­ределяем координаты точки экстремума зависимости (3.70):

Используя полученные выражения (3.71) и (3.72), пос­ле несложных преобразований можно следующим образом представить механическую характеристику (3.70):

Механические характеристики АД приведены во втором квадранте рис. 3.43 для различных сочетаний

I_п и R_2д(сопротивления, включаемые в цепь ротора АД с фазным ротором). Характеристика 1 соответствует некоторым значениям тока I_п1 и сопротивления резистора R_2д мак-

симальный мо­мент на ней равен М_М1, а скольжение, ему соответствую­щее, S_М1. Увеличение добавочного сопротивления при I_п = соnst в соответствии с (3.72) не приведет к изменению максимального момента, в то время как скольжение S_м согласно (3.71) пропорционально возрастает, что приведет к получению характеристики вида 2. Увеличение тока I_п до значения I_п2 > I_п1 при R_2д1= соnst вызовет в соответствии c (3.72) увеличение максимального момента про-порционально квадрату тока. Характеристика двигателя примет вид кривой 3.

Варьируя одновременно значения величин I_п и R_2д, мо­жно получить желаемый вид механических характеристик АД в режиме динамического торможения.

Уравнение (3.73) по своей структуре аналогично уравне­нию механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме. При этом необходимо отметить, что критическое скольжение в двигательном режиме существенно больше критического скольжения в режиме динамического торможения при том же сопротивле­нии цепи ротора, т. е

вследствие того что Х_μ > > Х₁.

Кроме того, в реальных условиях в связи с уменьше­нием Х_μ и ростом I_экв критическое скольжение S_M не ос­тается постоянным для различных I_экв.

Иногда применяют торможение с самовозбуждением, под-ключая к статору конденсаторную батарею, например, по схеме, приведенной на рис. 3.44,а

В этом случае машина работает асинхронным генератором, получая намагничивающий ток от конденсаторов С1, С2, СЗ. Возбуждаясь со стороны статора, машина при определенной угловой скоро­сти генерирует энергию, выделяемую в виде теплоты в ро­торной цепи. Используется как аварийный вид торможения.

Еще один способ получения режима динамического тормо-

.

Рис. 3.44. Схема (а) и механические характеристики (б)

АД в режиме динамичечского торможения с самовоз-

жения АД с фазным током при питания обмотки статора однофазным током торможения может быть реализован для

асинхронного двигателя с фазным ротором. Для этого в цепь ротора вводится добавочное сопротивление такой величины,

чтобы критическое скольжение равнялось 1, и одна фаза ста-

Рис. 3.45. Механическая характеристика режима дина-

мического торможения однофазным током

тора отключается от 3-фазной сети. В АД в этом случае возникает пульсирующее поле, которое раскладывается на поля прямой (1) и обратной (2) последовательностей (рис.3.45). При

сложении этих двух характеристик получается суммарная характеристика, находящаяся во втором и четвертом квадрантах и по форме соответствующая характеристике динамического торможения (рис.3.43).

Динамическое торможение двигателя

Динамическое торможение применяют для быстрой и точной остановки двигателя. Схема динамического торможения двигателя с описание работы находится здесь. В этой же статье мы рассмотрим физические процессы протекающие при динамическом торможении асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором.

Динамически торможение вращающегося по инерции инерции короткозамкнутого ротора двигателя возникает после отключения обмотки статора от питающей сети переменного тока. Двигатель останавливается после присоединения обмотки к источнику постоянного тока.

Постоянные токи в фазах обмотки статора обуславливают соответствующую ЭДС, возбуждающую в двигателе неподвижное магнитное поле. Оно наводит в фазах обмотки вращающегося ротора переменные ЭДС и токи убывающей частоты. Следовательно, асинхронный двигатель переходит в режим генератора переменного тока с неподвижными магнитными полюсами. В этом режиме двигатель преобразует кинетическую энергию движущихся и вращающихся по инерции звеньев производственного механизма в электрическую, переходящую в тепловую энергию в цепи обмотки ротора.

Взаимодействие магнитного поля, возбужденного магнитодвижущей силы обмотки статора, с током в фазах обмотки ротора обуславливает возникновение тормозного момента, под действием которого ротор двигателя останавливается.

Рис. 1. Схемы включения фаз обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя на постоянное напряжение при динамическом торможении

Величина тормозного момента зависит от значения магнитодвижущей силы обмотки статора, величины активного сопротивления регулируемых резисторов цепи обмотки ротора и его скорости. Для получения удовлетворительного торможении величина постоянного тока должна быть в 4 — 5 paз больше тока холостого хода асинхронного двигателя.

Механические характеристики асинхронной машины при динамическом торможении проходят через начало координат, так как при скорости, ранней нулю, тормозной момент отсутствует. Величина максимального тормозною момента возрастает с увеличением постоянною тока, но не зависит от величины активных сопротивлений регулируемых резисторов, введенных в цепь обмотки ротора, которые определяют его скорость, при которой момент достигает значения Мт = М_{мах G} . При заданном тормозном моменте Мт увеличение активных активного сопротивления резисторов Rд приводит к возрастанию скорости ротора.

Динамическое торможение асинхронных двигателей достаточно экономично и осуществимо как при скоростях меньших синхронной скорости, так и при скоростях, превышающих ее (рис. 2).

Рис. 2. Механические характеристики трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором при динамическом торможении

Для трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором также часто применяют конденсаторное торможение, при котором к зажимам обмотки статора присоединяют симметричную трехфазную батарею конденсаторов, которая после отключения машины от питающей сети и вращающемся по инерции роторе обеспечивает возбуждение в обмотке статора трехфазной симметричной системы напряжений. Вследствие перехода машины на генераторный режим возникает тормозной момент, снижающий скорость ротора двигателя. Подробнее об этом читайте здесь: Конденсаторное торможение асинхронных электродвигателей

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: