При использовании асинхронного двигателя, в качестве составной части какого-либо электропривода, часто возникает потребность в искусственной остановке двигателя. В настоящее время существует множество различных способов торможения асинхронного двигателя, вот некоторые из них.
Динамическое (электродинамическое) торможение
Если отключить двигатель от сети переменного тока и подключить его к источнику постоянного тока, то произойдет динамическое торможение. Обмотка статора, при протекании постоянного тока, создаст неподвижное магнитное поле. При вращении в таком поле, в роторе будет наводиться ЭДС, под действием которой будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с неподвижным полем статора и создавать тормозной момент, который будет направлен против направления вращения ротора. В итоге двигатель будет постепенно останавливаться, причем скорость его остановки будет зависеть от силы постоянного тока, протекающего по статору, ну и конечно же от запасенной кинетической энергии электропривода. Эта энергия, преобразовываясь в электрическую, рассеивается в виде тепла на роторе.
В двигателе с фазным ротором, величину тормозного момента, а следовательно, скорость торможения, можно изменять, изменяя величину добавочных сопротивлений в цепи ротора.
Рекуперативное торможение применяется в основном в качестве подтормаживания перед основным торможением, либо при спуске груза, например в лифтах.
Чтобы наступило рекуперативное торможение, нужно чтобы частота вращения ротора превысила синхронную частоту вращения. В таком случае двигатель начнет отдавать энергию в сеть, то есть станет асинхронным генератором. При этом электромагнитный момент двигателя становится отрицательным, и оказывает тормозной эффект.
Добиться генераторного торможения можно несколькими способами. Например, в двухскоростных двигателях, при переключении с большей скорости на меньшую. При этом ротор вращается по инерции с частотой, выше, чем новая синхронная частота. Возникнет тормозной момент, который уменьшит скорость до новой номинальной.
Допустим, что в начальный момент времени наш двигатель работал на характеристике 1 в точке A, после переключения скорости на более низкую, он перешел на характеристику 2 в точку B, а затем под действием тормозного момента достиг точки С, с меньшей частотой оборотов.
Генераторное торможение можно осуществить, если уменьшать частоту питания двигателя. Это возможно, если двигатель питается от тиристорного преобразователя частоты. При уменьшении частоты напряжения, уменьшается синхронная частота вращения. Частота вращения ротора, который вращается по инерции, снова окажется выше, возникнет тормозной момент, который будет снижать частоту вращения ротора. Таким образом, двигатель можно довести до полной остановки.
Торможение противовключением применяется для быстрой остановки двигателя. Оно может быть осуществлено несколькими способами. В первом способе, в работающем двигателе, меняют две фазы местами, с помощью выключения контактора K1 и включения K2. При этом направление вращения магнитного поля статора меняется на противоположное. Возникает большой тормозной момент, и двигатель быстро останавливается. Но для того чтобы ограничить большие токи в момент увеличения тормозного момента, необходимо вводить в обмотку статора или ротора дополнительное сопротивление.
Во втором способе двигатель используют как тормоз для груза. То есть, если груз спускается вниз, то двигатель должен работать, наоборот, на подъем. Для этого в цепь ротора двигателя вводится большое добавочное сопротивление. Но его пусковой момент оказывается меньше чем момент нагрузки, и двигатель работает при некоторой небольшой скорости, тем самым обеспечивая плавный спуск.
По сути, торможение противовключением осуществляется по схеме реверса двигателя.
Торможение при самовозбуждении
Если питание двигателя отключить, то его магнитное поле затухнет только через небольшой промежуток времени. Если в этот момент подключить к статорной обмотке двигателя батарею конденсаторов, то энергия магнитного поля будет переходит сначала в заряд конденсаторов, а затем снова возвращаться в обмотку статора. При этом возникнет тормозной момент, который остановит двигатель. Такое торможение часто называют конденсаторным.
Величина тормозного момента будет зависеть от емкости конденсаторов, чем больше емкость, тем больше момент
Конденсаторы могут быть включены постоянно, а могут отключаться во время работы двигателя с помощью контактора.
Можно обойтись и без конденсаторов, просто замкнув с помощью ключей SA, обмотку статора по схеме “звезда”, предварительно отключив ее от сети с помощью контактора K. Тогда торможение произойдет значительно быстрее, за счет остаточного магнетизма двигателя. Такое торможение еще называется магнитным торможением.
Рекомендуем к прочтению - регулирование скорости асинхронного двигателя
electroandi.ru
Значительное число приводных систем используются при естественном замедлении работы двигателей в процессе остановки. Время, затрачиваемое на остановку ротора, измеряется исключительно инерционным моментом и моментом сопротивления вращению. Между тем нередко эксплуатация систем требует сокращать время остановки вала мотора и в этом случае электрическое торможение хода электродвигателя видится простым и эффективным решением. По сравнению устройствами, где применяются механический или гидравлический способы, электрическое торможение двигателей имеет явные преимущества в плане устойчивости действия и экономичности применения.
Содержимое публикации
Рассмотрим несколько вариантов торможения двигателей электрическим способом, которые могут быть применимы на практике. При этом отметим возможности использования механизмов торможения по отношению к электродвигателям разных видов.
Список рассматриваемых методик торможения включает следующие:
Мотор отключается от электросети, и пока ротор продолжает вращаться, вновь подключается противофазой. Такая система создаёт эффективный момент блокировки, обычно превышающий пусковой момент.
Между тем, этот эффективный момент торможения должен быть быстро нивелирован, чтобы двигатель после остановки не вращался в противоположном направлении.
Несколько устройств контроля и автоматики привлекаются для обеспечения замедления вращения вала электродвигателя до его полной остановки:
Прежде чем выбирать систему противотока для асинхронного мотора с КЗ ротором, важно обеспечить устойчивость двигателя к противоточному способу с учётом требуемой нагрузки.
Помимо механических напряжений, этот процесс подвергает ротор воздействию высоких тепловых нагрузок, так как энергия, выделяемая при каждой операции, рассеивается в теле ротора.
Тепловое напряжение на противотоке в три раза больше, чем при наборе скорости вращения. Здесь пики тока и крутящего момента заметно выше, если сравнивать с моментом пуска.
Принцип методики противоточного воздействия на схему электродвигателя с целью быстрого замедления хода с последующей остановкой. Слева — нормальный рабочий цикл. Справа — цикл замедления и остановаПоэтому для обеспечения плавного останова двигателя системой противотока, как правило, последовательно с каждой фазой статора устанавливают резистор.
Благодаря такому добавлению, при переключении уменьшается крутящий момент и ток, до значений, равных тем, что отмечаются на статоре в режиме пуска.
Однако противоточная система торможения имеет ряд серьёзных недостатков. Поэтому этот способ для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором используется в редких случаях и преимущественно на маломощных моторах.
Чтобы ограничить ток и крутящий момент, прежде чем статор будет переключен на противоточный ход, крайне важно использовать резисторы ротора, используемые для запуска.
При этом следует периодично добавлять дополнительную резистивную секцию торможения. При правильно подобранном значении роторного резистора, регулировать тормозной момент до требуемого значения несложно.
Момент переключения тока даёт напряжение ротора практически в два раза большее, чем когда ротор находится в состоянии покоя, что иногда требует особых мер при изоляции.
Принцип противоточной электрической блокировки на моторах с фазным ротором. Слева — нормальный режим работы. Справа — замедление с остановомКак и в случае с силовыми двигателями, цепь ротора выделяет значительное количество энергии. Вся выделенная энергия полностью рассеивается на резисторах (за исключением небольших потерь).
Двигатель может быть остановлен автоматически одним из вышеупомянутых устройств контроля. Например, с помощью реле напряжения или частоты в цепи ротора. С помощью схемы противотока удаётся поддерживать ведущую нагрузку с умеренной скоростью.
Однако характеристика крайне неустойчива (значительные колебания скорости по отношению к малым изменениям крутящего момента).
Этот вариант используется на двигателях с фазным и короткозамкнутым ротором. Если сравнивать с противоточной системой, стоимость применения источника выпрямленного тока компенсируется меньшим количеством резисторов.
Благодаря электронным регуляторам скорости и стартерам, этот способ торможения асинхронных электродвигателей видится вполне экономичным.
Принцип останова путём ввода постоянного тока. Для работы этой системы требуется источник постоянного напряжения. Требования к величине напряжения не критичныДля достижения значения этого потока, способного обеспечить надлежащее торможение, ток должен быть примерно в 1,3 раза выше номинального тока.
Избыток тепловых потерь, неизбежно вызываемых этим незначительным превышением, обычно компенсируется временной паузой после останова мотора.
Поскольку значение тока зависит от сопротивления обмотки статора, напряжение на источнике выпрямленного тока невысокое. Обычно источником выступает схема выпрямителя или контроллера скорости.
Эти источники выпрямленного тока должны быть адаптированы к переходным скачкам напряжения, происходящим на обмотках в момент отсоединения от переменного источника питания.
Движение ротора здесь следует рассматривать скольжением относительно поля, зафиксированного в пространстве. Поведение двигателя аналогично синхронному генератору с разгрузкой на роторе.
Поэтому важны отличия характеристик, полученных на торможении вводом выпрямленного тока, по сравнению с противоточной схемой:
На моторах с фазным ротором характеристики крутящего момента зависят от выбора резисторов.
Вариант тормозных резисторов: 1 — датчик нагрева; 2 — металлический шунт; 3 — высокотемпературный проводник; 4 — проволочный резистивный элемент; 5 — температурный блок; 6 — корпусНа двигателях с короткозамкнутым ротором система позволяет легко регулировать момент торможения электродвигателя, воздействуя на энергетику постоянного тока.
Тем не менее, тормозной момент остаётся низким, если мотор имеет высокие обороты.
Эффект электронного торможения достигается относительно просто с помощью регулятора скорости, оснащенного тормозным резистором.
Асинхронный двигатель действует как генератор. Механическая энергия рассеивается на ограничительном резисторе без увеличения потерь в самом двигателе.
Эффект торможения проявляется, когда двигатель достигает верхней точки синхронной скорости с переходом на более высокие значения.
Здесь фактически инициируется режим асинхронного генератора и развивается тормозной момент. Возникающие при этом потери энергии восстанавливаются электросетью.
Подобный режим работы проявляется на двигателях подъёмников при спуске груза с номинальной скоростью. Тормозной момент полностью уравновешивается крутящим моментом от нагрузки.
За счёт этого равновесия удаётся тормозить не ослаблением скорости, а выводом двигателя в режим работы на постоянной скорости.
Для варианта эксплуатации моторов с фазным ротором, все или часть резисторов ротора должны быть накоротко замкнутыми, чтобы двигатель не развивал движение значительно выше номинальной скорости.
Сверхсинхронная система функционально видится идеальной для ограничения движения под нагрузкой, потому что:
Тем не менее, сверхсинхронное торможение электродвигателей поддерживает только одну скорость вращения, как правило, номинальное вращение.
На частотно-регулируемых двигателях используются сверхсинхронные схемы, благодаря которым изменяется скорость вращения вала от верхнего значения к нижнему значению.
Сверхсинхронное торможение легко достигается с помощью электронного регулятора скорости, который автоматически запускает эту систему при понижении частоты.
Редко, но всё-таки встречаются системы однофазного торможения. Эта методика включает питание двигателя между двумя фазами сети и подключает незанятый терминал к одному из двух других сетевых подключений.
Вариант остановки простым реверсивным переключением — реверс поля вращения, образованного обмотками статораТормозной момент ограничивается 1/3 максимального крутящего момента двигателя. Этой системой невозможно остановить мотор на полной нагрузке.
Поэтому такая схема традиционно дополняется противоточным методом. Вариант однофазной блокировки характеризуется значительным дисбалансом и высокими потерями.
Также применяется торможение электродвигателей ослаблением вихревых токов. Здесь работает принцип, аналогичный тому, что используется на промышленных транспортных средствах в дополнение к механическому торможению (электрические редукторы).
Механическая энергия рассеивается в редукторе скорости. Замедление и остановка электродвигателя контролируется простым возбуждением обмотки. Выраженный недостаток этого метода — значительное увеличение инерции.
По материалам: Schneider-electric
zetsila.ru
ттРабота асинхронного двигателя заключается не только в пуске, установившемся вращении и реверсе, но также и в торможении. При отключении двигателя в том числе и асинхронного от сети его ротор обладая инерцией еще некоторое время продолжает вращаться, или на валу двигателя имеется нагрузка, которая будит принудительно вращать ротор, для предотвращения этого применяется торможение. Давайте рассмотрим один из двух видов торможения асинхронного двигателя. Электрическое торможение. Электрическое торможение асинхронного двигателя возможно осуществить следующими способами: перевод асинхронной машины в генераторный режим, изменение вращения магнитного поля статора и подача на обмотки статора асинхронной машины постоянного тока.
Данный способ осуществим только в том случаи, если ротор двигателя вращается со скоростью большей чем магнитное поле статора. Это возможно при изменении количества пар полюсов на большее, чем было до торможения. Стоит отметить, как только скорость ротора станет ниже синхронной, машина автоматически перейдет в режим двигателя. Также не маловажным является тот факт, что при таком способе невозможно полностью остановить вращение ротора двигателя, а лишь притормозить его до определенного значения.
При таком режиме торможения, асинхронная машина не потребляет из сети электрическую энергию, а наоборот вырабатывает и отдает сеть. При переводе асинхронного двигателя в генераторный режим в целях торможения, можно отключить статорные обмотки асинхронной машины и подключить к ним резистор, при этом чем выше сопротивление резистора, тем больше тормозной момент.
Этот способ можно назвать не полным реверсом. Также данный способ называют электромагнитным торможением или же торможением путем противовключения, так как в момент работы асинхронного двигателя, поменяв местами две фазы, тем самым изменив направление вращения магнитного поля статора двигателя, последний начинает затормаживать ротор машины, до полной остановки. Крайне важным является, то, что в момент остановки, или при скорости вращения вала близкой нулю, необходимо отключить подачу питания на статор двигателя, иначе, он начнет свое вращение в обратном направлении. Также у асинхронных двигателей с фазным ротором, для увеличения тормозного момента, а также ограничения возникающих в это время токов, в цепь фазного ротора включают реостат. Данный способ отлично подходит для регулировки скорости опускания грузов, когда момент груза, который действует на вал асинхронного двигателя больше момента магнитного поля статора.
Данный способ торможения асинхронного двигателя является более распространенным и эффективным чем первый способ
перевода в режим генератора. Его суть заключается в том, что на обмотки статора асинхронного двигателя подают постоянное напряжение. При этом обмотки статора двигателя соединяются следующим образом. Когда по обмоткам статора начинает протекать постоянный ток, вокруг статора образуется постоянное не подвижное магнитное поле, которое пересекая вращающуюся обмотку ротора вмести с самим ротором наводит в нем эдс, а в следствии замкнутости этой обмотки по ней протекает ток, создающий магнитное поле ротора. Тормозной момент образуется в результате взаимодействия этих полей.
При таком торможении асинхронного двигателя, тормозной момент достигает больших значений при высокой скорости вращения ротора двигателя, но с уменьшением этой скорости падает и тормозной момент. Тормозной момент также можно регулировать, изменяя значение подаваемого значения постоянного тока на статор или же изменением сопротивления в цепи ротора. Торможение асинхронного двигателя постоянным током также называется — динамическим торможением.
white-santa.ru
Еще одним видом торможения асинхронного электродвигателя, применимого как для машин с короткозамкнутым ротором, так и с фазным, является динамическое торможение. Динамическое торможение довольно распространено в системах электроприводов, так как не требует большой сложности схемы, имеет устойчивые характеристики в отличии от конденсаторного торможения и торможения противовключением.
Одна из возможных схем включения ниже:
Принцип работы динамического торможения довольно прост – двигатель отключается от сети с помощью контактора КМ1 и с помощью контактора КМ2 подключают к двум фазам электродвигателя постоянный ток, в нашем случае полученный с выпрямителя. Постоянный ток, который начнет протекать по двум обмоткам статора, создаст постоянное магнитное поле. При вращении ротора асинхронной машины в этом постоянном магнитном поле в обмотках роторных индуктируется ЭДС, которая в свою очередь приведет к появлении в роторе тока. При взаимодействии тока ротора с магнитным полем статора возникает тормозной момент.
В таком режиме работы асинхронный электродвигатель будет представлять собой обычный синхронный генератор с неявно выраженными полюсами и работающим с переменной частотой. Нагрузкой этого генератора будет сопротивление включенное в роторную цепь, или же при использовании асинхронной машины с короткозамкнутым ротором – его обмотка. При торможении будет снижаться скорость асинхронного электродвигателя, и соответственно начнет снижаться ЭДС ротора, его ток и тормозной момент.
Симметричное подключение всех трех обмоток при динамическом торможении невозможно без специальной коммутирующей аппаратуры. Поскольку подключение всех трех фаз к цепи постоянного тока не окажет существенное влияние на характеристику и существенно усложнит схему, используют подключение двух фаз к цепям постоянного тока как показано ниже для соединения звезда:
И для соединения в треугольник:
Также при выборе источника постоянного напряжения для выполнения динамического замедления асинхронной машины необходимо учитывать то, что при подаче на статорные обмотки постоянного напряжения изменится сопротивления обмоток, а именно, исчезнет индуктивное сопротивление. Именно поэтому, при выборе устройства динамического торможения необходим перерасчет напряжения (постоянное будет значительно меньше переменного), что бы не «спалить» обмотку двигателя.
В качестве такого источника могут использовать обычные диодные выпрямители неуправляемые подключенные через трансформатор, тиристорные преобразователи или же для машин больших мощностей специальные генераторы постоянного тока с пониженным выходным напряжением.
Для анализа явлений, происходящих в асинхронном электродвигателе при динамическом торможении, более целесообразно заменить режим работы синхронного генератора переменной частоты (в этом режиме работает асинхронный двигатель при динамическом замедлении) заменить эквивалентным ему режимом, когда статор вместо постоянного тока питается переменным. В этом случае совместно обмотками ротора и статора будет создаваться результирующая магнитодвижущая сила МДС. При замене эквивалентной режима работы необходимо, что бы выполнялось равенство магнитодвижущих сил, то есть Fn=Fϟ.
Где: а) подключение обмотки статора к источнику постоянного напряжения;
б) создание обмотками статора пространственно смещенных друг относительно друга магнитодвижущих сил;
в) результирующая МДС. Векторная диаграмма.
Из рисунка в) можем определить:
Амплитуда данной МДС, создаваемая переменным I1 статорной обмотки:
Из равенства Fn=Fϟ можно вычислить эквивалентное значение переменного тока постоянному:
Из этого выражения следует то, что для создания номинального магнитного потока постоянный ток должен быть больше, чем переменный.
Где: In – постоянный, а I1 – действующий токи статора.
W1 – количество витков в одной фазе статорной обмотки.
Характерные величины для питания других схем постоянным током показаны в таблице ниже:
После определения I1, который эквивалентен постоянному, можно асинхронную машину в режиме динамического торможения представить как нормальный асинхронный электродвигатель. Ниже показана векторная диаграмма для токов асинхронной машины в предположении того, что к частоте сети и числу витков статора приведена обмотка ротора.
Но, работа асинхронного электродвигателя в режиме динамического торможения существенно отличается от его работы в нормальном режиме. При работе в нормальном (двигательном) режиме магнитный поток машины остается практически неизменным. А при динамическом торможении с изменением скорости вращения вала электродвигателя будет меняться и магнитный поток. Это вызвано изменением результирующей МДC, которая складывается с МДС статора (постоянный I) и изменяющейся МДС ротора (переменный I переменной частоты).
Приведенный к числу витков статора намагничивающий ток:
Из векторной диаграммы:
Возведя в квадрат получим:
При фиксированном значении частоты сети, синхронной скорости ω0, магнитном потоке в роторе машины будет индуцироваться ЭДС Е2. Если скорость изменится, то ЭДС будет равна Е2(ω/ω0). Соответственно индуктивное и активное сопротивление роторной цепи будет r2 и Х2(ω/ω0), где Х2 – сопротивление индуктивное при определенной частоте сети. Для упрощения расчетов введем коэффициент ν, равный ν=(ω/ω0). Для вторичного контура будет справедливо следующее соотношение: Е2/ν = I2/z2/. После выполнения приведения параметров вторичного контура к количеству витков первичного получим Е1 = Е2/. Намагничивающий ток:
Очевидно:
Преобразовав предыдущие выражения:
Или:
Подставив значение в предыдущее уравнение:
Получим:
Развиваемый двигателем момент электромагнитный будет определятся потерями во вторичном контуре:
Из полученного выражения можно определить, что возникающий момент при динамическом торможении будет определятся током I1 и есть функцией скорости вращения вала электродвигателя ν.
Исследовав выражения на максимум и минимум, найдем критический момент при относительной скорости:
А критический момент:
Ниже показана характеристика динамического торможения при различных роторных сопротивлениях и разных значениях статорных токов:
На графике кривые 1 и 3 снятые при постоянном сопротивлении роторной цепи и изменении постоянного напряжения статора, а 2 и 4 – при неизменном напряжении статора и меняющемся сопротивлении ротора.
Выражения момента может принять вид:
При динамическом торможении асинхронного двигателя его можно рассматривать как генератор синхронный в режиме короткого замыкания и при переменной скорости вращения. Соответственно Iкз:
Роторное сопротивление функции скорости Е = сω, и Хd = 2πfLd = kω.
Поэтому, ток короткого замыкания Ik практически не зависит от скорости при больших скоростях вращения вала машины:
Однако при сильном снижении скорости индуктивное сопротивление тоже снижается, и оно становится соизмеримым с активным. Активное сопротивление, в свою очередь, начинает существенно влиять на Ik в сторону его уменьшения. Данная зависимость приведена ниже:
Вид данной механической характеристики будет определять зависимость активной составляющей Ik от скорости вращения:
Механические характеристики асинхронного электродвигателя в режиме динамического торможения по форме практически ничем не отличаются от механических характеристик в двигательном режиме. Однако в режиме динамического торможения характеризующие его кривые имеют сильные отличия от двигательного режима:
Расчет механической характеристики асинхронного электродвигателя в режиме динамического торможения заключается в необходимости определить основные параметры схемы, которые обеспечат получение характеристики нужного вида. Для данного случая характеристики определяют значения момента критического Мк и критической скорости νк.
По универсальной или же экспериментально снятой характеристике холостого хода определяют реактивное сопротивления контура намагничивания:
Где Uф.хх – фазное напряжение холостого хода; I0 – ток холостого хода соответственно. В случае если νк приближается к единице, то Хμ рекомендуется определять по начальной линейной части характеристики холостого хода (ХХ).
Для известных Хμ, νк и Х2/ приведенное активное сопротивление ротора будет равно:
Последнее необходимо для того, что бы определить добавочное сопротивление ротора, которое подключается, конечно же, только для асинхронных электродвигателей с фазным ротором. Зная Мк и Хμ:
После этого для выбранной схемы подключения устройства динамического торможения с помощью таблицы указанной выше или же с помощью расчетов находят необходимое значение постоянного Iн. после чего переходят к построению характеристики механической без учета насыщения.
Насыщение оказывает влияние на динамическое торможение асинхронным электродвигателем тем, что при изменении тока намагничивания индуктивное сопротивление намагничивания Хμ будет величиной переменной, что соответственно скажется на тормозном моменте (он тоже будет переменен).
Зависимость Хμ = f(Iμ) может определятся по кривой намагничивания Е1 = f(Iμ). Для этого могут использовать либо экспериментально снятую кривую, либо универсальную для данного типа асинхронного двигателя. Что бы получить характеристику Е1 = f(Iμ) к зажимам статора асинхронной машины, приводимой в движение другой машиной с синхронной скоростью, подключают изменяющееся по величине напряжение. Потребляемый из сети ток, при таких условиях, и будет Iμ, соответствующий приложенному напряжению.
С учетом насыщения механическая характеристика строится по точкам. Для этого задаются рядом значений Iμ в пределах от I1 до 0 и с помощью кривой намагничивания определяют соответствующие значения индуктивности намагничивания:
Если значения I1, Iμ, а также Хμ и выполнив соответствующие преобразования в уравнениях, получим две неизвестные: I2/ и ν. Исключив I2/:
Откуда:
Интересующее нас выражение примет вид:
После чего, располагая знаниями I1, Хμ, ν находят значение момента по формуле приведенной ранее, которое соответствует ν с учетом насыщения. Таким образом, находят точки механической характеристики для значений Iμ от максимального значения до нуля.
Наиболее широко динамическое торможение распространено в электроприводах шахтных подъемных машин, но оно не менее активно применяется и в других отраслях промышленности.
elenergi.ru
После отключения от сети электродвигатель продолжает движение по инерции. При всем этом кинетическая энергия расходуется на преодоление всех видов сопротивлений движению. Потому скорость электродвигателя через просвет времени, в течение которого будет израсходована вся кинетическая энергия, становится равной нулю.
Такая остановка электродвигателя при движении по инерции именуется свободным выбегом. Многие электродвигатели, работающие в длительном режиме либо со значительными нагрузками, останавливают методом свободного выбега.
В тех же случаях, когда длительность свободного выбега значительна и влияет на производительность электродвигателя (работа с частыми запусками), для сокращения времени остановки используют искусственный способ преобразования кинетической энергии, запасенной в передвигающейся системе, именуемый торможением.
Все методы торможения электродвигателей можно поделить на два главных вида: механическое и электронное.
При механическом торможении кинетическая энергия преобразуется в термическую, за счет которой происходит нагрев трущихся и прилегающих к ним частей механического тормоза.
При электронном торможении кинетическая энергия преобразуется в электронную и зависимо от метода торможения мотора или отдается в сеть, или преобразуется в термическую энергию, идущую на нагрев обмоток мотора и реостатов.
Более совершенными считают такие схемы торможения, при которых механические напряжения в элементах электродвигателя малозначительны
Схемы динамического торможения асинхронных движков
Для управления моментом при динамическом торможении асинхронным движком с фазным ротором по программке с заданием времени употребляются узлы схем, приведенные на рис. 1, из которых схема рис. 1, а применяется при наличии сети неизменного тока, а схема рис. 1, б — при отсутствии ее.
В качестве тормозных резисторов в роторе употребляются пусковые резисторы R1, включение которых в режиме динамического торможения делается отключением контакторов ускорения, показанных в рассматриваемых узлах схем условно в виде 1-го контактора КМ3, команда на отключение которого подается блокировочным контактом линейного контактора КМ1.
Рис. 1 Схемы управления динамическим торможением асинхронных движков с фазным ротором с заданием времени при наличии и отсутствии сети неизменного тока
Эквивалентное значение неизменного тока в обмотке статора при торможении обеспечивается в схеме рис. 1, а дополнительным резистором R2, а в схеме рис. 1. б подходящим выбором коэффициента трансформации трансформатора Т.
Контактор торможения КМ2 может быть избран как на неизменном, так и на переменном токе зависимо от требуемого числа включений в час и использования пусковой аппаратуры.
Приведенные на рис. 1 схемы управления могут употребляться для управления режимом динамического торможения асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором. Для этого обычно употребляется схема с трансформатором и выпрямителем, приведенная на рис. 1, б.
Схемы торможения противовключением асинхронных движков
При управлении моментом при торможении противовключением асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором с контролем скорости применяется узел схемы, приведенный на рис. 2.
В качестве реле противовключения употребляется реле контроля скорости SR, укрепляемое на движке. Реле настраивается на напряжение отпадания, соответственное скорости, близкой к нулю и равной (0,1 — 0,2) ωуст.
Схема употребляется для остановки мотора с торможением противовключением в реверсивной (рис. 2, а) в в нереверсивной (рис. 2, б) схемах. Команда SR употребляется для отключения контакторов КМ2 либо КМЗ и КМ4, отключающих обмотку статора от напряжения сети при скорости мотора, близкой к нулю. При реверсировании мотора команды SR не употребляются.
Рис. 2 Узлы схемы управления торможения противовключением асинхронного мотора с коооткозамкнутым ротором с контролем скорости при остановке в реверсивной и нереверсивной схемах
Узел управления асинхронным движком с фазным ротором в режиме торможения противовключеиием с одной ступенью, состоящей из R1 и R2, приведен на рис. 3. Управляющее реле противовключения KV, в качестве которого применяется, к примеру, реле напряжения неизменного тока типа РЭВ301, которое подключено к двум фазам ротора через выпрямитель V. Реле настраивается на напряжение отпадания.
Нередко для опции реле KV употребляется дополнительный резистор R3. Схема в главном используется при реверсировании АД со схемой управления, приведенной на рис. 3, а, но может употребляться и при остановке в нереверсивной схеме управления, приведенной на рис. 3, б.
При пуске мотора реле противовключения КV не вклгочатся и ступень противовключения резистора ротора R1 выводится сходу после подачи управляющей команды на запуск.
Рис. 3. Узлы схем управления торможением противовключением асинхронных движков с фазным ротором с контролем скорости при реверсе и остановке
В режиме противовключения после подачи команды на реверс (рис. 3, а) либо остановку (рис. 3, б) скольжение электродвигателя увеличивается и происходит включение реле KV.
Реле KV отключает контакторы КМ4 и КМ5 и тем вводит полное сопротивление Rl + R2 ротор мотора.
В конце процесса торможения при скорости асинхронного мотора, близкой к нулю и составляющей приблизительно 10 — 20 % установившейся исходной скорости ωпер = (0,1 — 0,2) ωуст, реле KV отключается, обеспечивая команду на отключение ступени противовключения R1 при помощи контактора КМ4 и на реверсирование электродвигателя в реверсивной схеме либо команду на остановку электродвигателя в нереверсивной схеме.
В приведенных схемах в качестве управляющего устройства может применяться командоконтроллер и другие аппараты.
Схемы механического торможения асинхронных движков
При остановке асинхронных движков, также для удержания механизма передвижения либо подъема, к примеру в крановых промышленных установках, в недвижном состоянии при отключенном движке применяется механическое торможение. Оно обеспечивается электрическими колодочными либо другими тормозами с трехфазным электромагнитом переменного тока, который при включении растормаживает тормоз. Электромагнит тормоза YB врубается и отключается совместно с движком (рис 4, а).
Напряжение на электромагнит тормоза YB может подаваться контактором торможения КМ2, если необходимо отключать тормоз не сразу с движком, а с некой задержкой по времени, к примеру после окончания электронного торможения (рис. 4, б)
Выдержку времени обеспечивает реле времени КТ, получающее команду на начало отсчета времени, обычно при выключении линейного контактора КМ1 (рис. 4, в).
Рис. 4. Узлы схем, осуществляющих механическое торможение асинхронных движков
В асинхронных электроприводах используются также электрические тормоза неизменного тока при управлении электродвигателем от сети неизменного тока.
Схемы конденсаторного торможения асинхронных движков
Для торможения АД с короткозамкнутым ротором применяется также конденсаторное торможение с самовозбуждением. Оно обеспечивается конденсаторами C1 — С3, присоединенными к обмотке статора. Врубаются конденсаторы по схеме звезды (рис. 5, а) либо треугольника (рис. 5, б).
Рис. 5. Узлы схем, осуществляющих конденсаторное торможение асинхронных движков
Школа для электрика
elektrica.info
При определенных условиях электродвигатель может развивать отрицательный момент, т.е. момент, действующий навстречу вращению электропривода. Такой режим работы двигателя называется тормозным.
Тормозной режим может быть установившимся и переходным. Установившийся режим, торможения возникает при спуске груза движении и т.д. Он может возникнуть только при наличии в приводе положительного активного статического момента. Переходный режим торможения возникает при остановке привода или переходе его с одной установившейся частоты вращения на другую при любом статическом моменте сопротивления и на холостом ходу.
Электродвигатели могут работать в различных тормозных режимах. На практике распространены три способа торможения: рекуперативное, динамическое и противовключением.
Рекуперативное торможение.
Рекуперативное торможение асинхронных двигателей начинается тогда, когда частота вращения ротора под действием внешних сил превысит частоту вращения поля. Скольжение при этом становится отрицательным, и двигатель переходит в режим асинхронного генератора, работающего параллельно с генераторами электростанции.
Рекуперативное торможение отличается высокой экономичностью, поскольку энергия тормозящихся масс превращается в электроэнергию и отдается в сеть. Практически это приводит к тому, что нагрузка на генераторы электростанции уменьшается. Очень важно также, что при переходе из двигательного режима в тормозной и наоборот никаких переключений в схеме управления двигателем не делается. Все зависит от действия внешних сил. Например, при спуске холостого гака или легкого груза двигатель работает в силовом режиме, а при спуске более тяжелого груза он автоматически переходит в тормозной режим при этом же положении поста управления лебедкой или краном.
Если на судне одновременно переходят в режим рекуперативного торможения несколько относительно мощных электродвигателей, они могут полностью разгрузить генератор на электростанции, который в свою очередь перейдет в режим работы двигателя, и защита от обратной мощности (тока) выключит его. Такая ситуация нередко возникает во время грузовых операций, когда лебедки или краны, скажем, двух трюмов спускают груз одновременно, а остальная нагрузка на генератор невелика.
Недостатком рекуперативного торможения является то, что торможение осуществляется только при частоте вращения большей, чем частота вращения идеального холостого хода.
Динамическое торможение.
Режим динамического торможения асинхронных двигателей возникает тогда, когда обмотка статора отключается от сети переменного тока и подключается к сети постоянного тока. При этом постоянный ток, протекающий по обмотке статора, создает неподвижное магнитное поле. Оно индуктирует во вращающемся роторе э. д. с, под действием которой в обмотке ротора потечет ток, а его взаимодействие с неподвижным полем создаст тормозной момент. Кинетическая энергия торможения превращается в электрическую, выделяясь в виде тепла в цепи ротора.
Динамические торможение происходит до полной остановки привода. Однако энергия тормозящихся масс полезно не используется, и в случае перехода от двигательного режима к тормозному должна переключаться схема управления.
Динамическое торможение применяют чаще всего для быстрой и точной остановки электропривода, например в рулевом устройстве, в приводе поворота башни крана.
Торможение противовключением.
Когда двигатель включен на вращение в одну сторону, но под действием внешних сил вращается в другую, происходит торможение противовключением. Этот режим является тяжелым для двигателей переменного тока, так как связан с резким увеличением тока. Здесь не только энергия тормозящихся масс, но и значительная энергия, потребляемая из сети, превращается в тепло на сопротивлениях обмоток двигателя и на реостатах.
Торможение противовключением применяют иногда в случае быстрой остановки привода с последующим реверсом.
Для асинхронных двигателей с фазным ротором применяют однофазное торможение (электропривод брашпиля судов типа «Андижан», «Повенец»), при котором трехфазная обмотка статора включается на две фазы сети, а в цепь ротора вводится реостат большого сопротивления.
studfiles.net
Еще одним вариантом торможения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором является торможение самовозбуждением или, как его еще называют, конденсаторное торможение. Для выполнения такого режима торможения параллельно к обмоткам асинхронной машины подключают конденсаторы.
Схема показана ниже:
Где: С1, С2, С3 – тормозные конденсаторы соединенные в звезду;
КМ1 – контактор, подключающий двигатель к сети;
КМ2 – контактор для подключения тормозных конденсаторов;
Как работает данная схема. При замкнутом контакторе КМ1 и разомкнутом КМ2 асинхронная машина работает в двигательном режиме. При необходимости осуществить торможения контактор КМ1 отключается от сети, а контактор КМ2 замыкается, подключая таким образом тормозные конденсаторы. Машина начинает работать как самовозбужденный асинхронный генератор. Толчком к самовозбуждению будет ЭДС, индуктируемая в статорной обмотке вращающимся ротором за счет остаточного намагничивания. ЭДС, возникшее от остаточного намагничивания Е0, приложится к конденсаторам, что вызовет протекание емкостного тока через обмотки статора I0. Ток I0, возникший в обмотках статора, создаст в генераторе вращающееся магнитное поле, которое, в свою очередь, увеличит ЭДС и напряжение на зажимах статора. Напряжение на конденсаторах увеличится до Е01. Следствием чего станет увеличение тока конденсатора до величины I01, а дальнейшее увеличение напряжения генератора до величины Е02 вызовет очередное увеличение тока и так далее:
Произойдет самовозбуждение асинхронного электродвигателя.
Зависимость между напряжением и током конденсатора прямолинейна, а вот зависимость между током намагничивания и ЭДС генератора будет определятся кривой холостого хода генератора. Поэтому, процесс самовозбуждения протекает до точки пересечения прямой конденсатора и кривой генератора. В точке А напряжение на зажимах конденсатора и генератора будут равны.
Упрощенная схема замещения для данного случая показана ниже:
Уравнение ЭДС статорной обмотки примет вид:
Где: φ= f/50 – частота статорного тока в относительных единицах;
Х1 – сопротивление индуктивное статорной обмотки;
ХС – сопротивление реактивное тормозного конденсатора;
r1 – активное сопротивление первичной цепи;
Хμ – сопротивление индуктивное намагничивающего контура;
В начале процесса самовозбуждения тока в роторе нет, весь ток статора будет намагничивающим, то есть I1≈Iμ. В таком случае:
Где: φн – частота начала самовозбуждения, выраженная в относительных единицах;
Хμ φн — сопротивление индуктивное контура намагничивания при частоте φн;
Преобразовав предыдущую формулу получим:
Решив биквадратное уравнение:
Членом (2Х1ХС — r12) пренебрегаем ввиду его малости и Х12 по сравнению с Хμ2, получим значение частоты начала самовозбуждения:
Заменив отношение частот отношением скоростей, найдем условие для начала самовозбуждения:
Где n50 синхронная скорость равная частоте сети.
Выразив ХС через емкость конденсатора С:
При работе самовозбужденного асинхронного электродвигателя вращающееся поле, созданное током статора, будет индуцировать в обмотке статора ЭДС Е1, которая будет отставать от магнитного потока на π/2. Этот же магнитный поток в обмотке ротора, вращающийся со сверхсинхронной скоростью, будет индуктировать ЭДС Е2/, которая будет сдвинута относительно Е1 на 1800. Ток статора I1, благодаря преобладанию емкости упреждает Е1. Ток ротора I2 из-за наличия индуктивного сопротивления будет отставать от ЭДС Е2/. Упрощенная векторная диаграмма показана ниже:
При повышении скорости вращения ротора будет расти и частота. Изменение частоты вызовет изменение параметров вторичной и первичной цепи. Вектор I1 в векторной диаграмме, вследствии увеличения сопротивления индуктивного Х1φ и уменьшения реактивного сопротивления конденсатора, будет поворачиваться по часовой стрелке из положения совпадающего с Iμ. Вектор I2/ при увеличении частоты тоже поворачивается по часовой стрелке, пытаясь совпасть с направлением Iμ. Такой характер поведения векторов приводит к тому, что в начале Iμ растет, достигая какого-то максимума, и при дальнейшем возрастании скорости приближается к нулю. Очевидно, что при Iμ=0 ЭДС в статорных и роторных обмотках, а также их сумма будет равна нулю. Поэтому, пренебрегая активным падением напряжения получим:
Так как при этом I1=I2/:
Откуда:
В этих выражениях φк – частота относительная при исчезновении ЭДС в двигателе при уменьшении Iμ до нуля.
Из векторной диаграммы видно, что при Iμ=0 имеем ψ1 = ψ2 и соответственно tg ψ1 = tg ψ2.
На основе эквивалентной схемы:
Откуда
Где Sk – скольжение, присущее асинхронной машине при потере самовозбуждения.
Подставив в это уравнение значение φн получим:
Скорость ротора, при которой прекратится торможение самовозбуждением, будет равна:
Механические характеристики асинхронного электродвигателя при торможении самовозбуждением при различных значениях тормозных емкостей С1>C2>C3 будут иметь вид:
При уменьшении тормозной емкости максимум тормозного момента переместится в область более высоких скоростей вращения ротора.
Главным недостатком такого способа торможения, пожалуй, будет то, что тормозной момент может возникнуть только при скорости выше (1/3 – 1/2)n0 (скорости холостого хода). Также возникает срыв тормозного момента при скоростях превышающих nкр, а также необходимость большой емкости для торможения на малых скоростях.
К преимуществам можно отнести то, что для реализации данного вида торможения не нужен внешний источник питания для электродвигателя.
elenergi.ru
