Асинхронная машина, в принципе, как и все электрические машины, является обратимой. Это значит, что она может работать как в режиме двигателя, выполняя какую-то полезную работу, так и в режиме генератора – вырабатывая электрическую энергию.
Если к валу асинхронного электродвигателя приложить момент нагрузки, то преодолевая этот момент, машина будет потреблять энергию из сети. При работе на холостом ходу будет потребляться только энергия, необходимая для покрытия механических потерь в самой машине. Если к валу асинхронной машины подсоединить еще один электродвигатель и с его помощью вращать асинхронную машину, то потери в роторе будут компенсированы за счет приводного двигателя, а в случае, если скорость вращения вала асинхронной машины превысить синхронную частоту вращения (скорость вращения магнитного поля статора), то начнется рекуперация энергии в сеть. Давайте более подробно рассмотрим процесс рекуперации энергии в сеть.
При работе машины в двигательном режиме вращающееся магнитное поле пересекает проводники роторной и статорной обмотки в одинаковом направлении, следствием чего становится совпадение ЭДС статора Е1 и ротора Е2 по фазе. При переходе асинхронника в режим рекуперативного торможения магнитное поле пересекает проводники статора в прежнем направлении, а вот роторные проводники при n>n0 – в противоположном. При этом ЭДС ротора изменит свой знак на обратный и будет равна:
Соответственно ток ротора:
Отсюда следует, что при переходе в режим рекуперации направление изменит только активная составляющая роторного тока, реактивная не поменяет свое направление. Активный ток поменяет направление из-за изменения направления момента асинхронной машины, по сравнению с двигательным режимом.
Векторная диаграмма асинхронного электродвигателя в генераторном режиме:
Векторная диаграмма показывает, что между U и I1 угол сдвига фазы φ1>(π/2), что будет соответствовать режиму, в котором первопричиной появления тока I1 будет не напряжение питающей сети, а ЭДС Е1. Таким образом, статорная обмотка работает в режиме генератора, отдавая энергию в сеть.
Такие же выражения возможно получить и с помощью эквивалентной схемы. Активная составляющая роторного тока будет равна:
Это значит, что при ω>ω0, скольжение s изменит знак, соответственно поменяет знак I2a/, что значит переход машины в режим рекуперативного торможения. Это подтверждает и выражение электромагнитной мощности:
Данное выражение показывает, что при переходе в режим рекуперативного торможения мощность электромагнитная изменяет свой знак, что означает отдачу мощности вторичным контуром.
Обратившись к выражению мощности вторичного контура:
Из этого выражения мы можем увидеть, что знак реактивной мощности будет сохранятся независимо от режима работы.
Это значит что – асинхронный электродвигатель в рекуперативном режиме тоже потребляет реактивную мощность. И чтоб осуществить рекуперацию, необходим источник реактивной мощности, который необходим для создания вращающегося магнитного поля.
Рекуперативное торможение часто используют в подъемно-транспортных механизмах, при спуске тяжелых грузов. Груз, который опускается, развивает на валу машины отрицательный момент и скорость становится n>n0. Таким образом, машина переходит в режим рекуперативного торможения и тем самым создает тормозной момент на валу. В точке пересечения характеристики со значением статического момента скорость двигателя устанавливается, и груз опускается с постоянной скоростью, как это показано ниже:
тормозной момент будет отсутствовать в том случае, если момент на валу машины будет больше, чем критический момент этой же машины.
Рекуперативное торможения при наличии на валу асинхронной машины реактивного статического момента возможно только при наличии преобразователя частоты или двигателя, с переключающимся числом пар полюсов. Рассмотрим для двигателя с переключающимся числом пар полюсов.
Если обмотки статорные двигателя, работающего на высокой скорости
То есть число пар полюсов меньше, переключить на большее число пар полюсов р1, то в таком случае скорость вращения вала асинхронной машины станет больше, чем синхронная скорость, соответствующая новому числу полюсов
Машина перейдет в режим генератора:
На рисунке, область рекуперативного торможения соответствует участку BCD на механической характеристике.
Довольно часто такой способ применяют в металлорежущих станках, в которых применяю асинхронные машины с переключающимся количеством пар полюсов.
elenergi.ru
На протяжении долгого времени, излишнюю энергию, накопленную в преобразователях частоты (ПЧ) при торможении ими асинхронных двигателей с высокоинерционной нагрузкой (ПТО, нагрузочные стенды, электротранспорт, намотчики, центрифуги и т.д.), рассеивали на специальных тормозных резисторах. Это было крайне необходимо для ограничения уровня напряжения на шинах постоянного тока преобразователей при работе в этих режимах. В противном случае, отказ от использования тормозных резисторов грозил бы выходом преобразователей частоты из строя или невозможностью задания необходимых временных рамп разгона и торможения управляемых механизмов.
Применение тормозных резисторов не сильно влияет на стоимость оборудования систем, однако, влечет за собой ряд определенных неудобств при их проектировании и эксплуатации, а именно: большие габариты тормозных резисторов, разогрев поверхности тормозных резисторов до температуры 100°С и выше, обязательная защита резисторов от попадания пыли и влаги и т.д. Но, самым неприятным в этом случае является то, что излишняя энергия преобразуется в ненужное тепло, за которое предприятие платит деньги. В теплое время года, когда температура в помещениях с технологическим оборудованием и так достаточно высокая, тормозные резисторы, подключенные к ПЧ, способствуют еще большему ее повышению. Это значит, что крайне необходима дополнительная вентиляция помещений или даже их кондиционирование, а это опять дополнительные затраты. Но, ведь можно не рассеивать излишнюю энергию на резисторы, а возвращать ее обратно в питающую сеть, обеспечивая экономию дорогостоящих энергоресурсов. Для этого используются системы рекуперации энергии.
Фактически доказано, что современные преобразователи частоты позволяют значительно сократить энергопотребление оборудования и оптимизировать различные технологические процессы, что в свою очередь ведет к экономии сырья и других ресурсов, а так же способствует улучшения качества конечного продукта. Но, с заменой систем частотного регулирования с использованием тормозных резисторов на системы с использованием рекуперации энергии в сеть, появилась возможность дополнительной экономии. Теперь, энергию, возникающую при торможении двигателей можно возвращать в питающую сеть, осуществляя полную корректировку ее параметров в соответствии с параметрами сети. Ведущие производители промышленного оборудования и механизмов уже широко применяют такие системы, такие системы нашли применение в электротранспорте (электропоезда, трамваи, троллейбусы, эскалаторы).
Немного физики. Для того чтобы накопленную мощность можно было возвращать в источник переменного тока, в качестве входного выпрямителя привода рекуперации используются преобразователи с ШИМ источником напряжения. Теперь поток мощности переменного тока может течь в любую сторону, током можно управлять и получить почти единичный коэффициент мощности. В случае работы преобразователя частоты в режиме рекуперации, каскад IGBT транзисторов (используемый в моторном приводе в качестве выходного каскада) работает как синусоидальный выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянное напряжение для питания системы. При интенсивном торможении двигателя и, как следствие, превышении напряжения на звене постоянного тока преобразователя частоты выше определенного уровня, каскад IGBT транзисторов ПЧ генерирует ШИМ - сигнал в сторону сети. Разница напряжений между фазным напряжением ШИМ и сетевым напряжением питания прикладывается к индуктивностям (индуктору рекуперации). Это напряжение содержит много высокочастотных гармоник, которые блокируются индуктивностью и на выходе ПЧ получается синусоидальный ток с малой примесью высших гармоник. Для синхронизации привода рекуперации с сетью не требуется дополнительного оборудования. Определение частоты и угла вектора сетевого напряжения происходит за счет подачи ШИМ - модулятором трех специальных тестирующих импульсов в питающую сеть.
Одним из проверенных и эффективных решений по рекуперации энергии является применение частотных преобразователей Unidrive SP фирмы Control Techniques. Примеры их использования можно увидеть на стендах динамических испытаний автомобилей многих автомобильных заводов (Nissan, Ford, Lamborghini и др.), в металлургии, на эскалаторах, кранах, и т.д. Конфигурация такой системы может иметь несколько видов, но суть ее сводится к одному - организовать двунаправленный поток энергии в источник переменного электропитания и из него. При определении мощностей/ номиналов компонентов системы рекуперации нужно учитывать следующие факторы:
1. Изменение уровня сетевого напряжения
2. Номинальные ток двигателя, напряжение, коэффициент мощности
4. Потери в приводах и других компонентах
На рис.1 представлена общая схема система рекуперации при использовании одного моторного привода и одного привода рекуперации. Как правило, для такой системы моторный привод и привод рекуперации имеют одинаковые номиналы. Однако, при детальном расчете может выясниться, что характер нагрузки подразумевает работу моторного привода с перегрузкой, если при этом напряжение питания привода рекуперации находится на нижнем пределе, то он может не покрыть мощность выделяемую моторным приводом и потери в системе. Тогда необходимо использовать привод рекуперации большего номинала.
Рис.1 Система с одним приводом рекуперации и одним моторным приводом
На рис.2 представлена общая схема система рекуперации при использовании нескольких моторных приводов и одного привода рекуперации. В таких многоприводных конфигурациях привод рекуперации выбирается таким образом, чтобы выдать суммарную мощность всех моторных приводов, учитывая потери, включая собственные. В этом случае, конечно, нужно учитывать характер нагрузки для каждого моторного привода индивидуально, ведь возможен вариант одновременного торможения всех двигателей системы.
Рис.2 Система с одним приводом рекуперации и несколькими моторными приводами
При включении системы с несколькими приводами, объединенными по шине постоянного тока, необходимо ограничивать пусковой ток, поскольку электролитические конденсаторы в звене постоянного тока преобразователей частоты имеют малое сопротивление. Для этого применяется тиристорный выпрямительный модуль SPMC, который подключается контактором для заряда конденсаторов объединенной шины постоянного тока преобразвателей. После обеспечения плавного заряда шины до номинального напряжения, выпрямительный модуль SPMC отключается.
Как видно, система рекуперации предлагаемая Control Techniques может иметь различные конфигурации и может быть спроектирована индивидуально под конкретное применение.
По всем вопросам, касательно данного применения обращайтесь в ООО "Драйвика" по тел. 8 (812) 635 90 30 или Email: [email protected]
www.driveka.ru
Теория электропривода
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 S<0 S2>0).
Такие же выводы можно сделать и на основе анализа активной (электромагнитной) и реактивной мощностей. Действительно, из выражения для РЭМ следует, что при S<0 PЭМ>0 
Т. е. активная мощность меняет направление (передается в сеть), а из выражения для Q2 следует, что при S<0 реактивная мощность вторичного контура Q2 сохраняет свой знак независимо от режима работы машины.
Это значит, что асинхронная машина как в двигательном, так и в генераторном режиме потребляет реактивную мощность, необходимую для создания магнитного поля.
Торможение с отдачей энергии в сеть используется в подъемно-транспортных установках, при спуске тяжелых грузов. Под действием груза ротор машины будет вращаться со скоростью w>w0, 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
Где Е20 - номинальная ЭДС ротора при S=1
Sн – номинальное скольжение
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’: 
.
Полное сопротивление ротора с учетом того, что его индуктивное сопротивление изменяется с изменением скорости вращения ротора: 
.
Учитывая, что 
и подставляя значения Im, siny2 и Z2’ в уравнение для I12, из полученного соотношения находится ток I2’, который будет равен: 
.
Электромагнитный момент, развиваемый двигателем, выраженный через электромагнитную мощность: 
, где m1 – число фаз обмотки статора.
Из выражения для М видно, что момент при динамическом торможении определяется переменным током I1, эквивалентным постоянному, протекающему по обмоткам статора.
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: 
.
2) Торможение с самовозбуждением
Этот способ торможения иногда применяется в установках с к. з. АД. Суть его заключается в том, что статор двигателя отключается от сети и к его обмоткам подключается батарея конденсаторов. Машина будет работать самовозбужденным асинхронным генератором с отрицательным скольжением по отношению к магнитному полю, созданному в статоре свободными токами низкой частоты. Поэтому на валу двигателя возникает тормозной момент, величина которого тем больше, чем больше начальное значение отрицательного скольжения.
Толчок для самовозбуждения создает ЭДС, индуктируемая в обмотках статора потоком остаточного намагничивания вращающегося ротора. При вращении ротора со скоростью (50-100%) от w0 поток остаточной индукции наводит в обмотках статора ЭДС порядка 0,5-1,5 В.
Время переключения АД с момента отключения от сети и до присоединения емкости составляет 0,05-0,1 С. За это время поток ротора не успевает затухнуть окончательно. Поэтому самовозбуждение АД после присоединения емкости развивается за сотые доли секунды. Поскольку конденсаторы в данном случае находятся под напряжением весьма короткое время, оказывается возможным использование конденсаторов с номинальным напряжением, меньшим, чем если бы конденсаторы были подключены «наглухо», т. е. всегда. Да и срок службы их значительно больше, чем при глухоподключенной емкости.
ЭДС от остаточного намачивания Е0, приложенная к конденсаторам, обеспечивает протекание по обмоткам статора емкостного тока I0.
Он создает вращающееся магнитное, которое увеличивает ЭДС и напряжение на статоре. Напряжение на конденсаторах возрастает до величин Е01 (см. график). Это вызовет увеличение тока через конденсаторы до Iμ1 и т. д. Процесс самовозбуждения протекает аналогично процессу самовозбуждения генератора постоянного тока.
Он будет продолжаться до тех пор, пока не наступит равновесие ЭДС генератора и напряжения на зажимах конденсаторов (точка А), т. е. рост тока и ЭДС будет продолжаться до тех пор, пока не наступит насыщение магнитной системы АД. Так же, как и машина постоянного тока асинхронная машина возбуждается лишь при некотором конечном значении скорости, которая зависит от параметров машины и емкости конденсаторов и при выполнении условия ωротора > ω0 – угловой скорости поля статора, созданного токами низкой частоты. Следовательно, существует нижняя граница конденсаторного самовозбуждения, которой соответствует wр, скольжение S, угловая частота свободных колебаний тока в статоре, которые называются нижними критическими.
Для определения скорости ротора, при которой возникает самовозбуждение, воспользуемся упрощенной схемой замещения для начального момента времени после отключения статора от сети и подключения батареи конденсаторов.
Уравнение равновесия ЭДС в обмотке статора для этого момента времени
Где 
- относительная частота тока в статоре.
В начале самовозбуждения тока в роторе нет и весь ток статора является намагничивающим, т. е. I1@Iμ. В этом случае написанное выражение будет иметь вид:
, где
φН - частота начала самовозбуждения в относительных единицах:
Xμ×φН - индуктивное сопротивление намагничивающего контура при частоте jн.
Решая данное соотношение относительно jн при пренебрежении малыми величинами, получим:
или 
.Т. к. 
; 
; то 
и 
.
Где ω50 – угловая скорость при промышленной частоте 50 Гц.
При работе самовозбужденной машины вращающееся поле, созданное током статора, индуктирует в его обмотках ЭДС Е1, отстающую от этого поля (потока) на 
. Этот же поток наводит в обмотке ротора, вращающегося со скоростью, превышающей скорость вращения магнитного потока, ЭДС Е2, сдвинутую относительно Е1 на 180°. Ток статора I1 вследствие преобладания емкости, опережает Е1 на угол j1 , а ток ротора I2’ из-за наличия индуктивного сопротивления, отстает от Е2 на угол j2, что отражено на векторной диаграмме.
При повышении скорости вращения ротора, например, при активном Мс, частота будет расти. Вектор I1 вследствие увеличения индуктивного сопротивления x1j1 и уменьшения емкостного сопротивления 
будет поворачиваться по часовой стрелке из положения, совпадающего с Im, т. к. в начале самовозбуждения I1=Iμ.Вектор тока I2¢ вследствие увеличения индуктивного сопротивления x2j с возрастанием частоты также будет поворачиваться по часовой стрелке. Такой характер изменения положения векторов приводит к тому, что Iμ сначала растет, достигает некоторого максимума, а при дальнейшем возрастании скорости ротора приближается к 0. Физически это означает, что вся реактивная мощность, генерируемая конденсаторами «потребляется» индуктивностями рассеяния. Иначе говоря, будет иметь место обмен реактивной энергией между конденсаторами и индуктивными полями рассеяния. При этом основной контур намагничивания в этом обмене энергии участия не принимает, что приводит к прекращению самовозбуждения. Т. о., имеется и верхняя граница существования режима самовозбуждения. Соответствующие ей параметры называются верхними критическими.
При Im=0 ЭДС в обмотках статора и ротора, следовательно и сумма падений напряжения будут равны 0. Поэтому, пренебрегая активным падением напряжения, можно написать:
, где
JК – относительная частота при исчезновении ЭДС в машине из-за уменьшения Iμ до нулевого значения.
Т. к. при этом I2’ = I1, то 
,
Откуда конечная частота, при которой прекращается самовозбуждение и соответствующая ей скорость ротора 
; 
С учетом активного сопротивления ротора и статора 
Механические характеристики асинхронной машины в режиме торможения с самовозбуждением для различных значений емкости приведены на рисунке. Максимум тормозного момента при уменьшении емкости перемещается в область более высоких скоростей, причем он может в 5-8 раз превышать номинальный момент двигателя.
Недостатком является возникновение тормозного момента только при ω > 30-50% от w0, срыв тормозного момента при ω> ωк , необходимость большой емкости для обеспечения тормозного эффекта при малых скоростях, ограниченность зоны торможения при каждой данной емкости. Эти недостатки могут быть существенно уменьшены при вентильном возбуждении АД, когда он будет работать в режиме автономного самовозбужденного генератора.
Производим и продаем частотные преобразователи: Цены на преобразователи частоты(21.01.16г.): Частотники одна фаза в три: Модель Мощность Цена CFM110 0.25кВт 2300грн CFM110 0.37кВт 2400грн CFM110 0.55кВт 2500грн CFM210 1,0 кВт 3200грн …
В большинстве случаев к. з. АД питается от сети с U1=const и f1=const. Поэтому нелинейность их механических характеристик проявляется полностью как в режимах пуска, так и торможения. Магнитный поток в …
Обычно ДНВ работает при Ф=Фн если U=const или U=var. Необходимость ослабления потока возникает когда требуется получить скорость, превышающую основную (согласно требованиям технологического процесса ). Если бы поток изменялся мгновенно, то …
msd.com.ua
Асинхронная машина, в принципе, как и все электрические машины, является обратимой. Это значит, что она может работать как в режиме двигателя, выполняя какую-то полезную работу, так и в режиме генератора – вырабатывая электрическую энергию.
Если к валу асинхронного электродвигателя приложить момент нагрузки, то преодолевая этот момент, машина будет потреблять энергию из сети. При работе на холостом ходу будет потребляться только энергия, необходимая для покрытия механических потерь в самой машине. Если к валу асинхронной машины подсоединить еще один электродвигатель и с его помощью вращать асинхронную машину, то потери в роторе будут компенсированы за счет приводного двигателя, а в случае, если скорость вращения вала асинхронной машины превысить синхронную частоту вращения (скорость вращения магнитного поля статора), то начнется рекуперация энергии в сеть. Давайте более подробно рассмотрим процесс рекуперации энергии в сеть.
При работе машины в двигательном режиме вращающееся магнитное поле пересекает проводники роторной и статорной обмотки в одинаковом направлении, следствием чего становится совпадение ЭДС статора Е1 и ротора Е2 по фазе. При переходе асинхронника в режим рекуперативного торможения магнитное поле пересекает проводники статора в прежнем направлении, а вот роторные проводники при n>n0 – в противоположном. При этом ЭДС ротора изменит свой знак на обратный и будет равна:
Соответственно ток ротора:
Отсюда следует, что при переходе в режим рекуперации направление изменит только активная составляющая роторного тока, реактивная не поменяет свое направление. Активный ток поменяет направление из-за изменения направления момента асинхронной машины, по сравнению с двигательным режимом.
Векторная диаграмма асинхронного электродвигателя в генераторном режиме:
Векторная диаграмма показывает, что между U и I1 угол сдвига фазы φ1>(π/2), что будет соответствовать режиму, в котором первопричиной появления тока I1 будет не напряжение питающей сети, а ЭДС Е1. Таким образом, статорная обмотка работает в режиме генератора, отдавая энергию в сеть.
Такие же выражения возможно получить и с помощью эквивалентной схемы. Активная составляющая роторного тока будет равна:
Это значит, что при ω>ω0, скольжение s изменит знак, соответственно поменяет знак I2a/, что значит переход машины в режим рекуперативного торможения. Это подтверждает и выражение электромагнитной мощности:
Данное выражение показывает, что при переходе в режим рекуперативного торможения мощность электромагнитная изменяет свой знак, что означает отдачу мощности вторичным контуром.
Обратившись к выражению мощности вторичного контура:
Из этого выражения мы можем увидеть, что знак реактивной мощности будет сохранятся независимо от режима работы.
Это значит что – асинхронный электродвигатель в рекуперативном режиме тоже потребляет реактивную мощность. И чтоб осуществить рекуперацию, необходим источник реактивной мощности, который необходим для создания вращающегося магнитного поля.
Рекуперативное торможение часто используют в подъемно-транспортных механизмах, при спуске тяжелых грузов. Груз, который опускается, развивает на валу машины отрицательный момент и скорость становится n>n0. Таким образом, машина переходит в режим рекуперативного торможения и тем самым создает тормозной момент на валу. В точке пересечения характеристики со значением статического момента скорость двигателя устанавливается, и груз опускается с постоянной скоростью, как это показано ниже:
тормозной момент будет отсутствовать в том случае, если момент на валу машины будет больше, чем критический момент этой же машины.
Рекуперативное торможения при наличии на валу асинхронной машины реактивного статического момента возможно только при наличии преобразователя частоты или двигателя, с переключающимся числом пар полюсов. Рассмотрим для двигателя с переключающимся числом пар полюсов.
Если обмотки статорные двигателя, работающего на высокой скорости 
То есть число пар полюсов меньше, переключить на большее число пар полюсов р1, то в таком случае скорость вращения вала асинхронной машины станет больше, чем синхронная скорость, соответствующая новому числу полюсов
Машина перейдет в режим генератора:
На рисунке, область рекуперативного торможения соответствует участку BCD на механической характеристике.
Довольно часто такой способ применяют в металлорежущих станках, в которых применяю асинхронные машины с переключающимся количеством пар полюсов.
poisk-ru.ru
Асинхронный движок может работать в последующих тормозных режимах: в режиме рекуперативного торможения, противовключения и динамическом.
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
elektrica.info
