В каких тормозных режимах может работать асинхронный двигатель

Рекуперативное торможение асинхронного мотора

Режим рекуперативного торможения осуществляется в этом случае, когда скорость ротора асинхронного мотора превосходит синхронную.

Режим рекуперативного торможения фактически применяется для движков с переключением полюсов и в приводах грузоподъемных машин (подъемники, экскаваторы и т.п.).

При переходе в генераторный режим вследствие конфигурации знака момента меняет символ активная составляющая тока ротора.

В данном случае асинхронный движок дает активную мощность (энергию) в сеть и потребляет из сети реактивную мощность (энергию), нужную для возбуждения.

Таковой режим появляется, к примеру, при торможении (переходе) двухскоростного мотора с высочайшей на низкую скорость, как показано на рис. 1 а.

Рис. 1. Торможение асинхронного мотора в основной схеме включения: а) с рекуперацией энергии в сеть; б) противовключением

Представим, что в начальном положении движок работал на характеристике 1 и в точке а, вращаясь со скоростью ωуст1. При увеличении числа пар полюсов движок перебегает на характеристику 2, участок бс которой соответствует торможению с рекуперацией энергии в сеть.

Тот же вид торможения может быть реализован в системе преобразователь частоты – движок при останове асинхронного мотора либо при переходе с свойства на характеристику. Для этого осуществляется уменьшение частоты выходного напряжения, а тем синхронной скорости ωо = 2πf / p.

В силу механической инерции текущая скорость мотора ω будет изменяться медлительнее чем синхронная скорость ωо, и будет повсевременно превосходить скорость магнитного поля. Из-за этого и появляется режим торможения с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение также может быть реализовано в электроприводе грузоподъемных машин при спуске грузов. Для этого движок врубается в направлении спуска груза (черта 2 рис. 1 б).

После окончания торможения он будет работать в точке со скоростью –ωуст2. При всем этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение является более экономным видом торможения.

Торможение асинхронного электродвигателя противовключением

Перевод асинхронного мотора в режим торможения противовключением может быть выполнен 2-мя способами. Какой-то из них связан с конфигурацией чередования 2-ух фаз питающего электродвигатель напряжения.

Допустим, что движок работает на характеристике 1 (рис. 1 б) при чередовании фаз напряжения АВС. Тогда при переключении 2-ух фаз (к примеру, В и С) он перебегает на характеристику 2, участок аб которой соответствует торможению противовключением.

Обратим внимание на то событие, что при противовключении скольжение асинхронного мотора меняется от S = 2 до S = 1.

Ротор при всем этом крутится против направления движения поля и повсевременно замедляется. Когда скорость спадает до нуля, движок должен быть отключен от сети, по другому он может перейти в двигательный режим, при этом ротор его будет крутиться в направлении, оборотном предшествующему.

При торможении противовключением токи в обмотке мотора могут в 7–8 раз превосходить надлежащие номинальные токи. Приметно миниатюризируется коэффициент мощности мотора.

О КПД в этом случае гласить не приходится, т.к.

и преобразуемая в электронную механическая энергия и энергия, потребляемая из сети, рассеиваются в активном сопротивлении ротора, и полезно применяемой энергии в этом случае нет.

Короткозамкнутые движки краткосрочно перегружаются по току. Правда, у их при (S > 1) вследствие явления вытеснения тока приметно растет активное сопротивление ротора. Это приводит к уменьшению и повышению момента.

С целью роста эффективности торможения движков с фазным ротором в цепи их роторов вводят дополнительные сопротивления, что позволяет ограничить токи в обмотках и прирастить момент.

Другой путь торможения противовключением может быть применен при активном нраве момента нагрузки, который создается, к примеру, на валу мотора грузоподъемного механизма.

Допустим, что требуется выполнить спуск груза, обеспечивая его торможение при помощи асинхронного мотора. Для этого движок методом включения в цепь ротора дополнительного резистора (сопротивления) переводится на искусственную характеристику (ровная 3 на рис. 1).

Вследствие превышения моментом нагрузки Мс пускового момента Мп мотора и его активного нрава груз может опускаться с установившейся скоростью –ωуст2. В этом режиме торможение скольжения асинхронного мотора может изменяться от S = 1 до S = 2.

Динамическое торможение асинхронного мотора

Для динамического торможения обмотки статора движок отключают от сети переменного тока и подключают к источнику неизменного тока, как это показано на рис. 2. Обмотка ротора при всем этом может быть закорочена, либо в ее цепь врубаются дополнительные резисторы с сопротивлением R2д.

Рис. 2. Схема динамического торможения асинхронного мотора (а) и схема включения обмоток статора (б)

Неизменный ток Iп, значение которого может регулироваться резистором 2, протекает по обмоткам статора и делает относительно статора недвижное магнитное поле.

При вращении ротора в нем наводится ЭДС, частота которой пропорциональна скорости.

Эта ЭДС, в свою очередь, вызывает возникновение тока в замкнутом контуре обмотки ротора, который делает магнитный поток, также недвижный относительно статора.

Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем асинхронного мотора делает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения.

Движок в данном случае работает в режиме генератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию передвигающихся частей электропривода и рабочей машины в электронную, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

На рисунке 2 б показана более всераспространенная схема включения обмоток статора при динамическом торможении. Система возбуждения мотора в этом режиме является несимметричной.

Для проведения анализа работы асинхронного мотора в режиме динамического торможения несимметричную систему возбуждения подменяют симметричной. С этой целью принимается допущение, что статор питается не неизменным током Iп, а неким эквивалентным трехфазным переменным током, создающим такую же МДС (магнитодвижущую силу), что и неизменный ток.

Электромеханическая и механические свойства представлены на рис. 3.

Рис. 3. Электромеханическая и механические свойства асинхронного мотора

Черта размещена на рисунке в первом квадранте I, где s = ω / ωo – скольжение асинхронного мотора в режиме динамического торможения. Механические свойства мотора размещены во 2-м квадранте II.

Разные искусственные свойства асинхронного мотора в режиме динамического торможения можно получить, изменяя сопротивление R2д дополнительных резисторов 3 (рис. 2) в цепи ротора либо неизменный ток Iп, подаваемый в обмотки статора.

Варьируя значения R2д и Iп, можно получить хотимый вид механических черт асинхронного мотора в режиме динамического торможения и, тем, подобающую интенсивность торможения асинхронного электропривода.

Мирошник А. И., Лысенко О. А.

Школа для электрика

Тормозные режимы асинхронного двигателя

• АД может работать во всех трех тормозных режимах:
• а) с рекуперацией энергии в сеть;
• б) противовключение;
• в) динамическое торможение.
• а) Торможение с рекуперацией энергии в сеть .

При отсутствии внешнего статического момента на валу двигатель, подключенный к сети будет вращаться со скоростью, близкой к синхронной. При этом из сети потребляется энергия, необходимая для покрытия потерь.

Если за счет внешней силы ротор вращается с синхронной скоростью, то сеть будет покрывать только потери в статоре, а потери в роторе (механические и в стали) будут покрываться внешней силой.

В двигательном режиме, когда вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмоток статора и ротора в одинаковом направлении, ЭДС статора Е1 и ротора Е2 совпадают по фазе. При w=w0 ЭДС в роторе не наводится, т.е. равна 0. При w>w0 проводники обмотки статора пересекаются вращающимся полем в прежнем направлении, а проводники ротора – в противоположном.

ЭДС ротора Е2 меняет свой знак на обратный; машина переходит в генераторный режим с рекуперацией энергии. Что касается тока, то изменяет свое направление только его активная составляющая. Реактивная составляющая при отрицательном скольжении сохраняет свое направление. Это видно и из выражения для тока ротора (при S0).

Такие же выводы можно сделать и на основе анализа активной (электромагнитной) и реактивной мощностей. Действительно, из выражения для РЭМ следует, что при S0 Т.е. активная мощность меняет направление (передается в сеть), а из выражения для Q2 следует, что при Sw0, машина переходит в генераторный режим и начинает создавать тормозной момент. При равенстве M=Mc груз будет опускаться с установившейся скоростью wc, как показано на рисунке. Необходимо иметь в виду, что для обеспечения нормального спуска груза Mc не должен превышать критический момент в генераторном режиме. При реактивном моменте сопротивления кратковременно режим с рекуперацией энергии в сеть можно получить, если АД допускает переключение обмотки статора с одной пары полюсов на другую, как показано на приведенном графике.

Режим с рекуперацией имеет место на участке ВС после переключения обмотки статора с числа пар полюсов rП=1 на rП=2 .

б) торможение противовключением.

В режиме противовключения ротор двигателя вращается в направлении, противоположном действию момента двигателя. Его скольжение S>1, а частота тока в роторе больше частоты питающей сети ( ). Поэтому несмотря на то, что ток ротора больше номинального в 7 –9 раз, т.е. больше пускового тока, момент в следствие большой частоты тока, следовательно большого индуктивного сопротивления роторной цепи ( ), будет невелик. Поэтому для увеличения момента и одновременного уменьшения тока в цепь ротора включают большое добавочное сопротивление, величину которого можно подсчитать по выражению

1. Где Е20 — номинальная ЭДС ротора при S=1
2. Sн – номинальное скольжение
3. Sн и – скольжение при номинальной нагрузке на искусственной характеристике.

При спуске груза в режиме противовключения торможение протекает на прямолинейном участке механической характеристики, жесткость которой определяется активным сопротивлением в цепи ротора. Механическая характеристика АД при тормозном спуске груза в режиме противовключения изображена на рисунке.

Для торможения противовключением при реактивном моменте сопротивления необходимо на ходу двигателя изменить порядок следования фаз питающего напряжения и одновременно ввести в цепь ротора добавочное сопротивление с целью ограничения первоначального броска тока и одновременного увеличения тормозного момента.

Механическая характеристика в этом случае выглядит так, как показано на рисунке. Торможение противовключением КЗАД при реактивном моменте сопротивления не эффективно, так как начальный тормозной момент при скольжении, близком к 2, из-за большого реактивного сопротивления, равного , будет незначительным (см.

рис. отрезок ).

в) динамическое торможение с независимым возбуждением постоянным током

При отключении обмотки статора АД от сети, сохраняется лишь незначительный магнитный поток от остаточного намагничивания стали статора. ЭДС наводимая во вращающемся роторе и ток в роторе будут весьма малыми.

Взаимодействие тока ротора с потоком от остаточного намагничивания не может создать сколько-нибудь значительного электромагнитного момента. Поэтому для получения должного тормозного момента необходимо искусственно создать надлежащий магнитный поток статора.

Это может быть достигнуто подачей в обмотки статора постоянного тока или подключением к ним конденсаторов или тиристорного преобразователя частоты, обеспечивающего протекание по обмоткам статора емкостного тока, т.е. опережающего тока, создающего эффект емкости.

В 1-м случае будет иметь место режим динамического торможения с независимым возбуждением, во 2-м – с самовозбуждением.

При динамическом торможении с независимым возбуждением обмотки статора отключаются от сети трехфазного тока и подключаются к источнику постоянного тока.

Этот ток создает неподвижный в пространстве магнитный поток, который при вращении ротора наведет в последнем ЭДС. Под действием ЭДС в обмотках ротора потечет ток, от взаимодействия которого с неподвижным потоком возникает тормозной момент.

Двигатель превращается в синхронный генератор с неявновыраженными полюсами, работающий при переменной скорости.

Симметричное включение 3-х обмоток статора в сеть постоянного тока невозможно без их переключений. Обычно используется одна из схем, приведенных на рис.

Поскольку при питании постоянным током обмотки обладают только омическим сопротивлением, для получения нужного значения тока достаточно небольшого по величине напряжения.

В качестве источника постоянного тока для двигателей небольшой и средней мощности используются полупроводниковые выпрямители, а для крупных двигателей могут использоваться специальные генераторы постоянного тока низкого напряжения.

Для вывода уравнения механической характеристики АД в режиме динамического торможения режим синхронного генератора, в который превращается АД после подключения к источнику постоянного тока, целесообразно заменить эквивалентным режимом АД, полагая, что его статор вместо постоянного питается переменным током. При такой замене МДС создается совместно обмотками статора и ротора и должно быть соблюдено равенство МДС для обоих случаев, т.е. FПОСТ=FПЕР. Определение МДС, создаваемой постоянным током IПОСТ для схемы “а”, поясняет рис. и векторная диаграмма, изображенные рядом.

. Амплитуда МДС, создаваемой переменным током I1 при протекании его по обмоткам статора: . Исходя из условия . Отсюда значение переменного тока, эквивалентного постоянному: , а . Необходимые напряжения и мощность постоянного тока : .

Определив ток I1, машину в тормозном режиме можно представить как нормальный АД. Однако, работа АМ в режиме динамического торможения существенно отличается от работы в нормальном двигательном режиме.

В двигательном режиме намагничивающий ток и магнитный поток при изменении скольжения практически не изменяются.

При динамическом торможении магнитный поток при изменении скольжения меняется вследствие непрерывного изменения результирующей МДС, складывающейся из неизменной МДС статора (постоянного тока) и меняющейся МДС ротора (переменного тока переменной частоты).

• Результирующий намагничивающий ток, приведенный к числу витков обмотки статора . Из векторной диаграммы токов следует:

Возведя в квадрат Эти выражения и почленно складывая, получим: .Намагничивающий ток равен .

В приведенной машине , где E2’ – ЭДС ротора при синхронной скорости w0, соответствующей частоте сети. При w отличной от w0, ЭДС ротора будет равна: , где n — относительная скорость или иначе – скольжение в режиме динамического торможения. При этом уравнение равновесия ЭДС для роторной цепи имеет вид: , а намагничивающий ток, выраженный через E2’: .

1. Полное сопротивление ротора с учетом того, что его индуктивное сопротивление изменяется с изменением скорости вращения ротора: .
2. Учитывая, что и подставляя значения Im, siny2 и Z2’ в уравнение для I12, из полученного соотношения находится ток I2’, который будет равен: .
3. Электромагнитный момент, развиваемый двигателем, выраженный через электромагнитную мощность: , где m1 – число фаз обмотки статора.
4. Из выражения для М видно, что момент при динамическом торможении определяется переменным током I1, эквивалентным постоянному, протекающему по обмоткам статора.
5. Взяв производную и приравняв ее к 0, найдем, что момент будет максимален при относительной скорости: , а значение этого момента, также называемого критическим, равно: .

Механические характеристики при различном значении постоянного тока и различном сопротивлении роторной цепи изображены на рисунке. Кривые 1 и 2 соответствуют одинаковому значению сопротивления цепи ротора и различным значениям постоянного тока в статоре, а кривые 3 и4 – тем же значениям постоянного тока, но большему сопротивлению цепи ротора.

Из выражения для МК следует, что критический момент двигателя в режиме динамического торможения не зависит от активного сопротивления цепи ротора.

Разделив значение М на значение МК, уравнению механической характеристики можно придать вид: .

Тормозные режимы асинхронных двигателей

• Асинхронный двигатель может работать в следующих тормозных режимах:
• 1) генераторное торможение с отдачей энергии в сеть;
• 2) торможение противовключением;
• 3) динамическое торможение.
• Все перечисленные способы применимы принципиально как к двигателю с фазным ротором, так и короткозамкнутым ротором.

4.3.1 Генераторное торможение с отдачей энергии в сеть

Как все электрические машины, асинхронная машина, обратима. Если к валу асинхронной машины приложен тормозной статический момент, то она, преодолевая внешний момент, работает как двигатель и потребляет мощность из сети.

Если внешний статический момент на валу двигателя отсутствует, то двигатель, подключенный к сети, будет вращаться со скоростью, близкой к синхронной. При этом из сети потребляется энергия, необходимая для покрытия потерь.

Если же с помощью первичного двигателя вращать ротор с синхронной скоростью, то есть будет покрывать только потери статора, а потери ротора (механические и в стали) будут покрываться первичным двигателем.

Рассмотрим работу двигателя при скорости выше синхронной. В этом случае ротор будет вращаться со скоростью большей, чем скорость магнитного поля.

Это приводит к изменению направления пересечения обмоток ротора магнитными силовыми линиями поля статора (в двигательном режиме ротор отставал от поля статора).

Следовательно, изменится направление ЭДС, наводимой в статоре, и направление статорного тока, т.е. теперь энергия будет отдаваться в сеть.

Указанное явление можно объяснить векторной диаграммой АД в генераторном режиме, представленной на рис. 4.10. При переходе в генераторный режим ЭДС ротора меняет свой знак Е2=Е2·S, т.к. приведенный ток ротора в этом случае

Рекомендуемые материалы

В двигательном режиме S>0 и составляющие  и — положительны, причём — индуктивный ток.

В генераторном режиме SМс и груз будет спускаться с установившейся скоростью.

Для этого, чтобы обеспечить нормальный тормозной спуск груза статический момент не должен превосходить критического момента машины в генераторном режиме.

Если на валу механизма имеется реактивный, статический момент, то торможение с рекуперацией энергии в сеть возможно только в случае использование асинхронного двигателя с переключением числа пар полюсов.

Предположим, что обмотки статора включены таким образом, что они обеспечивают меньшее число пар полюсов, т.е. двигатель работает в точка А, на высшей скорости

1. Если обмотки переключить на меньшее число пар полюсов p2, то двигатель перейдёт работать в точку В на характеристику 2, проходящую через точку

Скорость вращения двигателя при переключении окажется больше синхронной скорости, соответствующей новому числу полюсов, т.е.

.

Машина перейдет в режим генератора. На рис. 4.10 область с отдачей энергии в сеть соответствует участку ВСД механической характеристики.

Этот процесс применяется (имеет место) например в приводах металлорежущих станков при переключении скоростей двигателя.

4.4.2 Торможение противовключением асинхронного двигателя

Значительно большее применение на практике имеет торможение противовключением.

· Торможение противовключением посредством включения значительного по величине сопротивления в цепь ротора.

Режим противовключения можно получить в том случае, если обмотка статора будет включена для одного направления вращения, а ротор под действием внешнего момента или по инерции будет вращаться в противоположном направлении. Этот режим может иметь место в подъемно – транспортных установках при спуске груза, когда статор двигается включен для работы на подъем, а ротор под действием момента от груза вращается в противоположном направлении.

При неподвижном роторе (f2=f1) его ток достигает 5 – 6 кратного значения. При противовключении, когда , ЭДС ротора  и ток ротора  еще больше увеличиваются, а момент из – за большой частоты тока ротора (большого индуктивного сопротивления контура ротора) будет невелик.

Поэтому для ограничения тока и получения (увеличения) соответствующего момента при торможении необходимо в цепь ротора включить дополнительное активное сопротивление. В этом случае торможение будет протекать на прямолинейном участке механической характеристики, крутизна которой определяется активным сопротивлением цепи ротора.

Установившемуся режиму при торможении противовключением соответствует точка  ,  точка Д.

Недостатком данных характеристик является их большая крутизна, трудность получения малых скоростей опускания груза, и возможность значительного колебания скорости спуска при незначительном изменении веса груза. Несмотря на это данный вид торможения применяется широко.

· Торможение противовключением изменением порядка чередования фаз статора АД

Наиболее часто режим противовключения применяется для быстрой остановки двигателя. Для перехода из двигательного режима в режим противовключения необходимо переключить две фазы статора. Вращающееся поле статора при этом изменит направление вращения, а ротор по инерции будет вращаться в прежнем направлении. Машина перейдет в режим противовключения.

При этом ток и момент изменяют свой знак. Момент станет тормозным и двигатель быстро остановится. Механическая характеристика такого режима противовключения показа на рис. 4.12. Режим противовключения соответствует  участку ВС механической характеристики.

Для того, чтобы остановить двигатель, нужно отключить его от сети при достижении скорости, равной нулю. Если же его не отключить, то произойдет реверс двигателя и он увеличит свою скорость в противоположном направлении до установившегося состояния.

• При реактивном статическом моменте Мс установившийся режим наступит в точке D (ω=ω2).
• При активном статическом моменте Мс, который не изменяет своего знака, скорость АД  превысит ω=-ω0 и достигнет значения ω=ω3.
• В режиме противовключения ротор и поле статора вращаются в противоположном направлениях, поэтому скорость пересечения обмотки ротора полем статора определяется суммой скоростей ротора и поля статора. Скольжение двигателя в точке В будет:

т.к. .

Это приводит к разному увеличению ЭДС, ,индуктируемой в роторе и резкому броску тока при переходе в режим противовключения. Поэтому для ограничения броска ток в цепи ротора двигателей с фазным ротором и включают значительное добавочное сопротивление R2д.

Несмотря на повышенные потери в двигателе в этом режиме, в двигателе развивается повышенный тормозной, что обеспечивает торможение АД. Поэтому торможение противовключением очень широко применяется в электроприводе.

4.3.3 Динамическое торможение асинхронных двигателей

Динамическое торможение асинхронного двигателя осуществляется обычно отключением статора двигателя от сети переменного тока и включением его на сеть постоянного тока.

Для перехода из двигательного режима в режим динамического торможения контактор КМ1 отключает статор от сети переменного тока, а контактор КМ2 присоединяет обмотку статора к сети постоянного тока.

Для ограничения тока и получение различных тормозных характеристик в цепь ротора включено внешнее сопротивление R2д.

Ротор при отключении двигателя продолжает вращаться по инерции. По обмоткам статора начинает протекать постоянный ток, который образует неподвижное магнитное поле статора. Под действием этого поля в обмотках вращающегося ротора наводится ЭДС.

А так как обмотка ротора замкнута на сопротивление, то по ним протекает ток, величина которого определяется значением наводимой ЭДС и сопротивлением цепи ротора.

Взаимодействие неподвижного магнитного потока статора с током ротора создает тормозной момент двигателя.

В этих условиях асинхронный двигатель представляет собой синхронный генератор с неявно выраженными полюсами, работающий при переменной частоте.

При динамическом торможении, также и как в двигательном режиме обмотки ротора пересекаются магнитным потоком статора.

Поэтому процессы в машине для этих режимов аналогичные. А, следовательно, и механические характеристики двигателя при динамическом торможении будут аналогичны механическим характеристикам при двигательном режиме работы (это же можно доказать аналитически). Все характеристики проходят через начало координат, так как при скорости, равной нулю, тормозной момент в этом режиме также равен нулю.

Скольжение при динамическом торможении определяется как отношение скорости вращения ротора к синхронной скорости:

.

Это определение скольжения полностью соответствующему общему определению скольжения асинхронной машины. Действительно, под скольжением асинхронной машины в любом режиме работы понимают отношение скорости вращения ротора относительно поля статора  к синхронной скорости .

В режиме динамического торможения поле неподвижно в пространстве, и поэтому скорость вращения ротора относительно поля статора будет равна скорости вращения ротора.

Величина критического момента пропорциональна квадрату приложенного к статору напряжения и возрастает с ростом напряжения (если пренебречь насыщением): критическое скольжение зависит от сопротивления, включенного в ротор. Оно увеличивается пропорционально этому сопротивлению.

Следует иметь в виду, что в схеме динамического торможения токи Iдт протекают (при соединении обмоток в звезду не по трём, а по двум фазным обмоткам) Для расчёта характеристик нужно заменить реальный ток Iдт эквивалентным током Iэкв, который протекая по трём фазам, вызывает ту же намагничивающую силу, что и ток Iдт. Например, для схемы рис. 4.15,а Iэкв=0.816·Iдт, и для схемы (рис. 4.15, б) Iэкв=0.472Iдт.

С учетом этих особенностей можно записать следующие выражения для тока

                                                   (4.25)

Ток намагничивания  зависит от тока ротора при постоянном . При росте скольжения ток намагничивания будет уменьшаться под действием реактивного тока ротора. Упрощенная формула для приближенного расчета механических характеристик (не учитывается насыщение двигателя) подобна формуле Клосса для двигательного режима

1.                                        (4.26)
2. где Мдтк = критический момент при динамическом торможении
3.                      (4.27)
4. Sотк — критическое скольжение при динамическом торможении
5.                                     (4.28)

Следует отметить, что критическое скольжении в режиме динамического торможения меньше критического скольжения в двигательном режиме, т.к.  Для получения максимального тормозного момента, равного максимальному моменту в двигательном режиме, ток эквивалентный должен в 2-4 раза превышать номинальный ток намагничивания .

Вид механических характеристик (рис. 4.14) подобен характеристикам в режиме рекуперативного торможения. Исходный точкой характеристик является начало координат. Интенсивность динамического торможения можно регулировать, изменяя ток в обмотках статора. Тормозной момент пропорционален току  и сопротивлению . При появляется насыщение машины. При включении  улучшается cosφ2, Повышается Sкрт.

Энергетика в режиме динамического торможения АД работает как синхронный генератор, нагруженный на сопротивление Rд. Вся механическая мощность, поступающая на вал двигателя при торможении преобразуется в электрическую и идёт на нагрев сопротивления роторной цепи.

Механические характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения при различных сопротивлениях в цепи ротора и различных значениях постоянного тока в статоре  будут иметь вид, изображенный на рис 4.14.

Симметричное включение двух обмоток статора к сети постоянного тока практически невозможно без переключений обмоток.

Поэтому используют различные способы включения обмоток статора при питании их от источника постоянного тока (рис.4.15).

Наиболее простыми применяющимися на практике является первые две схемы.

Питание постоянным током короткозамкнутых двигателей сравнительно небольшой мощности осуществляется от сети переменного тока через выпрямители.

Иногда используются динамическое торможение с самовозбуждением для двигателей с короткозамкнутым ротором. В этом случае к обмотке статора приключаются конденсаторы по схеме рис. 4.16.

Машина работает самовозбужденным асинхронным генератором. Толчок для самовозбуждения создает ЭДС, индуктируемая в обмотках как статора вращающимся ротором за счет остаточного намагничивания последнего.

ЭДС от остаточного намагничивания , приложенная к конденсатором, обуславливает протекание по обмоткам статора емкостного тока . Этот возникший в статоре ток создает в генераторе вращающееся магнитное поле, которое увеличивает ЭДС и напряжение на зажимах статора.

Напряжение на конденсаторах увеличивается до величины . Т.к. протекающий через конденсаторы, в результате еще увеличится и еще больше увеличится напряжение генератора до величины Ео2 и т.д.

В результате будем наблюдать процесс самовозбуждения асинхронного генератора, который протекает аналогично процессу, самовозбуждения постоянного потока (рис. 4.17).

Зависимость между напряжением и током конденсатора прямоугольника, а зависимость между потоком намагничивания и ЭДС генератора определится его кривой холостого хода. Поэтому процесс самовозбуждения будет протекать до тех пор, пока не наступит равновесие напряжения на зажимах конденсаторов и генератора (точка А).

Механические характеристики асинхронной машины при работе в режиме асинхронного генератора с самовозбуждением для различных значений емкости имеют вид (рис. 5.19).

• Максимум тормозного момента при уменьшении емкости конденсатора перемещается в области более высоких скоростей.
• Недостатки данного вида торможения:
• 1) возникновение тормозного момента только при ;
• 2) срыв моментов при скоростях, превышающих  (скорость при которой прекращается самовозбуждение);
• 3) необходимость большой емкости конденсаторов для обеспечения тормозного эффекта при пониженных скоростей.
• Лекция «Синтез комбинационных устройств» также может быть Вам полезна.

Преимуществом. Конденсаторного напряжения является отсутствие необходимости во внешнем источнике электрической энергии.

1. Примечание. Несмотря на аналогию уравнения механической характеристики для режима динамического торможения и уравнений для других режимов, режим динамического торможения и характеризующие его кривые имеют значительное отличие от двигательного режима:
2. 1) при двигательном режиме работы результирующий магнитный поток, созданный магнитодвижущими силами статора и ротора, вращается в пространстве с синхронной скоростью, при динамическом торможении магнитный поток неподвижен.
3. 2)  Ток статора в двигательном режиме изменяется в функции скольжения, а при динамическом торможении постоянный ток статора не меняется.

3) Результирующий магнитный поток в двигательном режиме остается примерно постоянным, а при динамическом торможении и малой скорости ротора магнитный поток увеличивается, т. к. при этом уменьшается размагничивающее действие реакции ротора.

В двигательном режиме все характеристики начинаются в точке, соответствующей синхронной скорости, а при динамическом торможении выходят из точки, соответствующей неподвижному ротору.

Рабочие и тормозные характеристики асинхронного двигателя. Способы торможения

• Рабочие характеристики асинхронного двигателя – это зависимости P1(P2), I1(P2), M(P2), s(P2), cos ф(P2), η(P2).
• Рабочие характеристики короткозамкнутого асинхронного двигателя 1470 об/мин, 220/380 В, мощностью 50 кВт, построены в относительных единицах.
• Даже тогда, когда полезная мощность равна нулю, работающий двигатель потребляет из сети мощность, называемую мощностью холостого хода P0, соответственно по статору протекает ток I0 и на валу двигателя создается момент, называемый моментом холостого хода.
• Рабочие характеристики строятся для интервала мощностей от 0 до 1,25 Pном.
• cos ф достигает максимального значения при мощности Pном и при увеличении нагрузки остается постоянным.

КПД достигает максимума, когда магнитные потери становятся равными электрическим.

Электрические машины проектируются таким образом, чтобы это равенство достигалось приблизительно при номинальной мощности.

К рабочим характеристикам принято также относить механическую характеристику.

Тормозные характеристики асинхронного двигателя

Чтобы уменьшить время выбега и повысить производительность производственного механизма используются электрические способы торможения. У асинхронного двигателя их три: рекуперативное (генераторное торможение), торможение противовключением и динамическое торможение.

1. В режим рекуперативного торможения двигатель переходит под действием производственного механизма. Скорость вращения двигателя становится больше ω0, а момент становится отрицательным. Двигатель отдает запасенную в нем электрическую энергию в питающую сеть, а характеристика является продолжением механической характеристики во второй квадрант.

Механические характеристики асинхронного двигателя при рекуперативном торможении: 1 — исходная характеристика; 2 — характеристики торможения.

2. Торможение противовключением. При этом способе торможения у работающего двигателя меняют порядок чередования фаз. Если двигатель работал в точке a, то при изменении чередования аз он переходит в точку a’, затем скорость снижается до нуля.

Механические характеристики асинхронного двигателя при торможении противовключением: 1 — исходная характеристика; 2, 3 — характеристики торможения.

3. При динамическом торможении асинхронный двигатель отключается от сети переменного напряжения (тока) и в две фазы подается постоянный ток. Скорость двигателя снижается до нуля.

Схема динамического торможения асинхронного двигателя

Механические характеристики асинхронного двигателя при динамическом торможении.

Закладка Постоянная ссылка.

Тормозные режимы асинхронных двигателей

Для того чтобы быстро остановить устройство или обеспечить постоянную скорость вращения используют электрические способы остановки. В зависимости от схемы включения тормозные режимы подразделяют на:

• противовключения;
• динамический;
• рекуперативный.

Противовключения

Режим противовключения применяется при необходимости быстрой остановки механизма. Представляет собой смену полярности на обмотке якоря двигателя постоянного тока или переключения двух фаз на обмотках асинхронного электродвигателя.

В этом случае ротор вращается в противоположном направлении магнитного поля статора. Вращение ротора замедляется. При скорости вращения близкой к нулю с реле контроля скорости поступает сигнал, отключая механизм от сети.

На нижеприведенном рисунке представлена схема противовключения асинхронного электромотора.

После переключения обмоток возникает повышенное действующее напряжение и увеличение тока. Для его ограничения, в обмотки ротора или статора устанавливают дополнительные резисторы. Они ограничивают токи в обмотках в режиме торможения.

Динамическая остановка электропривода

Этот способ применяют на асинхронных машинах, подключенных к сети переменного тока. Он заключается в отключении обмоток от сети переменного напряжения и подачи постоянного тока на обмотку статора.

На вышеприведенном рисунке представлена схема торможения трехфазного двигателя постоянным током.

Подача постоянного напряжения осуществляется с помощью понижающего трансформатора для динамического торможения. Пониженное переменное напряжение преобразуется в постоянное диодным мостом и подается на статорную обмотку. Для торможения электромотора может применяться дополнительный источник постоянного тока.

При этом ротор может быть выполнен в виде «беличьей клетки» или ее обмотку подключают к добавочным резисторам.

Постоянное напряжение создает неподвижный магнитный поток. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, т.е. электромотор переходит в режим генератора. Возникающая электродвижущая сила рассевается на обмотке ротора и добавочных резисторах. Создается тормозной момент. В момент остановки механизма постоянное напряжение отключается по сигналу реле скорости.

Механизмы, где применяется электродвигатель с самовозбуждением, динамическую остановку выполняют с помощью подключения конденсаторов. Они соединяются треугольником или звездой.

Схема приведена на нижеприведенном рисунке.

На выбеге остаточная энергия магнитного поля переходит в заряд конденсаторов, а затем она питает обмотку статора. Возникающий тормозной эффект останавливает механизм. Конденсаторная батарея может быть подключена постоянно или подсоединяться в момент отключения от сети. Такая схема получила название “конденсаторное торможение асинхронного двигателя”.

Если необходимо быстро остановить двигатель, то после отключения от сети, замыкают контакты накоротко без гасящих резисторов. При соединении обмоток закорачиванием в них возникают большие токи. Для уменьшения токов к обмоткам подключают токоограничивающие резисторы.

На нижеприведенном рисунке представлена схема с токоограничивающими резисторами.

Торможение противовключением

Для рассмотрения физической сущности этого процесса, рассмотрим тот же пример, что и в случае рекуперативного торможения.

  Специфические характеристики различных типов резисторов

В процессе этого торможения необходимо создать электромагнитный момент, который по отношению к направлению вращения будет отрицательным.

Пусть, как и в предыдущем случае, двигатель работает в режиме подъема груза. При этом в статическом режиме, когда М=МС, двигатель работает с постоянной скоростью ω=ωНОМ. Пусть груз G1 увеличивается (спуск), статический момент сопротивления также увеличивается. При этом МС>М в результате чего скорость вращения двигателя падает.

При некотором значении G1 скорость вращения двигателя становится равной нулю, при этом М=МКР, а I=IКЗ. Если после этого продолжать увеличивать G1, шкив начнет вращаться в противоположную сторону (в сторону спуска груза, то есть вниз), при этом угловая скорость ω становится отрицательной (реверс) и по отношению к положительному электромагнитному моменту направлена противоположно.

Такой режим называется режимом противовключения.

• Рисунок 2.16 – Механические характеристики ДПТ НВ при переходе в режим противовключения
• При этом ЭДС, равная Е=кФ(-ω), становится отрицательной и при этом ток в цепи якоря, равный
• ,
• станет больше чем ток короткого замыкания IКЗ.
• В рассмотренном варианте режим противовключения может быть использован для обеспечения плавности при спуске груза. Практическая реализация режима противовключения с целью торможения заключается в следующем:

Необходимо изменить направление электромагнитного момента двигателя по отношению к направлению скорости вращения за счет изменения соотношений направлений магнитного потока и тока якоря (правило левой руки). Чаще всего для этого изменяют полярность подключения обмотки якоря (рисунок 2.17).

Рисунок 2.17 – Реализация торможения противовключением изменением полярности подключения обмотки якоря

Для того чтобы перейти в режим торможения противовключением изменяют полярность напряжения подводимого к цепи якоря, для чего переключатель переводят в положение 2. При этом направление подключения обмотки возбуждения ОВ и, как следствие, направление магнитного потока Ф остаются прежними. При этом ток в цепи якоря изменит свое направление и станет отрицательным. Момент М, равный

также изменит свое направление и по отношению к скорости вращения станет тормозным. ЭДС Е=кФω свое направление не изменит, а напряжение станет отрицательным. При этом ток в цепи якоря, равный

по абсолютной величине станет больше тока короткого замыкания, то есть

.

Механическая характеристика при торможении противовключением представлена на рисунке 2.18.

Рисунок 2.18 – Механическая характеристика при торможении противовключением

Под действием отрицательного момента двигатель начинает тормозиться до полной остановки (рисунок 2.18, т. с). Если в этот момент двигатель не отключить от питающей сети, то он реверсируется.

Если по условиям технологического процесса реверс противопоказан, то для отключения двигателя при снижении скорости до ω=0,1ωНОМ используют электромеханические реле центробежного типа.

Учитывая то, что в процессе торможения противовключением ток по абсолютной величине превышает ток короткого замыкания, возникает необходимость ограничения тока в цепи якоря.

С этой целью в цепь якоря включают добавочное сопротивление. При этом характеристики выглядят так, как показано на рисунке 2.

18, то есть чем больше величина добавочного сопротивления, тем меньше интенсивность торможения.

1. Рассмотрим энергетические процессы при торможении противовключением.
2. Так как URдоб.1

   Для возникновения и существования режима самовозбуждения необходимо соблюдение такого условия, как наличие остаточного магнетизма, и поток остаточного магнетизма должен совпадать по направлению с основным магнитным потоком, именно поэтому необходимо сохранить направление магнитного потока таким же, каким оно было в двигательном режиме.

   Торможение в режиме самовозбуждения происходит медленнее, чем в режиме независимого возбуждения, так как тормозные характеристики нелинейные.

   Комбинированный режим

   Комбинированные тормозные режимы применяются в электрических машинах, если необходимо быстро остановить и зафиксировать механизм. Для этого используют механический блок торможения в комбинации с электрическим торможением. Комбинация может быть различной. Это может быть и электрическая схема с противовключением, динамическим и рекуперативным режимами.

   Вот мы и рассмотрели основные способы и схемы торможения электродвигателей. Если возникнут вопросы, задавайте их в х под статьей!