Торможение асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель схемы подключения

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 (генераторное) торможение

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

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

рекуперативное (генераторное) и при самовозбуждении. Тормозные характеристики.

Генераторное торможение асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели используются с такими производственными механизмами, под действием которых их скорость вращения не может стать больше ω₀, другими словами, двигатель не может перейти в генераторный режим под действием производственного механизма. Генераторный режим возникает в асинхронных двигателях, скорость которых регулируется изменением числа пар полюсов. В момент переключения с одного числа пар полюсов на другое в цепи статора двигателя происходит бросок тока, и он переходит в генераторный режим работы.

Характеристика асинхронного двигателя при рекуперативном (генераторном) торможении.

Торможение асинхронного двигателя при самовозбуждении

Торможение при самовозбуждении основано на том, что после отключения асинхронного двигателя от сети в воздушном зазоре магнитное поле будет затухать не мгновенно, а в течение какого-то промежутка времени. За счет энергии этого затухающего поля и использования специальных схем создается тормозной момент.

Одним из таких способов возбуждения является конденсаторное торможение. В момент отключения КМ1 конденсаторы C разражаются на обмотку статора.

Схема включения асинхронного двигателя при конденсаторном торможении.

Характеристика асинхронного двигателя при конденсаторном торможении, C1 < C2 < C3.

Интенсивность торможения зависит от емкости. Чем больше емкость, тем больше тормозной момент. Но так как емкости разряжаются очень быстро, то каким бы ни был тормозной момент, он очень быстро снижается и приблизительно при скорости, равной 0,5ω_ном тормозной момент становится равным нулю и двигатель останавливается методом свободного выбега. Можно применить в этом случае магнитное торможение, при котором асинхронный двигатель отключается от сети контактором КМ1 и замыкается накоротко контактором КМ2.

Схема включения асинхронного двигателя при магнитном торможении.

В этом случае за счет остаточного магнитного поля по обмотке статора протекает ток короткого замыкания, который создает тормозной момент.

Особенностью торможения с самовозбуждением является то, что это очень быстрое торможение при значительных тормозных моментах.

Возможности торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором существенно расширились за счет использования тиристорных регуляторов напряжения, которые позволяют осуществлять плавный пуск и быстрое торможение.

Для остановки двигателя используется комбинированное торможение: динамическое с магнитным. Динамическое торможение осуществляется с помощью встречно включенных тиристоров VS1-VS4, а магнитное с помощью тиристора VS5.

Схема включения асинхронного двигателя при комбинированном торможении с помощью тиристорных регуляторов напряжения.

Устройства плавного пуска и торможения состоят из двух пар тиристоров VS1-VS2, VS3-VS4, включенных встречно-параллельно. Они служат при пуске для отключения и подключения двигателя к источнику питания, за счет односторонней проводимости тиристоров в цепь статора поступает выпрямленный ток и происходит динамическое торможение. Дополнительный тиристор VS5 замыкает накоротко две фазы статора, когда интенсивность динамического торможения снижается и с его помощью создается короткое замыкание между двумя фазами.

• Торможение асинхронного двигателя: противовключением и динамическое

https://altailife.ru мужской набор дав: отзывы о подарочный набор.

Торможение асинхронного двигателя — рекуперативное, демпфирующее и динамическое торможение

Торможение – это процесс снижения скорости асинхронного двигателя. При торможении двигатель работает как генератор, развивающий отрицательный крутящий момент, противодействующий движению двигателя. Торможение асинхронного двигателя в основном подразделяется на три типа. Они

1. Рекуперативное торможение
2. Блокировка или торможение обратным напряжением
3. Динамическое торможение
   • Динамическое торможение переменным током
   • Самодинамическое торможение
   • Динамическое торможение постоянным током
   • Торможение нулевой последовательности

Торможение асинхронного двигателя подробно описано ниже.

1. Рекуперативное торможение

Потребляемая мощность привода асинхронного двигателя определяется по формуле, показанной ниже

Где φ _s – фазовый угол между фазным напряжением статора и фазным током статора I _s . Для автомобильного режима фазовый угол всегда меньше, чем 9°.0º. Если скорость ротора становится больше синхронной скорости, то относительная скорость между проводником ротора и вращающимся полем воздушного зазора меняется на противоположную.

Этот обратный ротор индуцирует ЭДС, ток ротора и составляющую тока статора, которая уравновешивает ампер-витки ротора. Когда φ _s больше, чем 90º, то поток мощности реверсируется и дает рекуперативное торможение. Ток намагничивания создавал поток в воздушном зазоре.

Характер кривой скорости и момента показан на рисунке выше. При фиксированной частоте питания рекуперативное торможение возможно только для скоростей выше синхронной. При переменной частоте скорость не может быть получена для скорости ниже синхронной скорости.

Основным преимуществом рекуперативного торможения является полное использование генерируемой мощности. И главный недостаток в том, что при питании от источника постоянной частоты двигатель не может развивать скорость ниже синхронной.

2. Заглушка

Когда последовательность фаз питания двигателя, работающего на скорости, меняется на противоположную путем перестановки соединения любых двух фаз статора на клемме питания, работа переключается с двигателя на заглушку, как показано на рисунке ниже. Подсоединение — это расширение двигательной характеристики для обратной последовательности фаз из третьего квадранта во второй. Изменение последовательности фаз меняет направление вращающегося поля на противоположное.

3. Динамическое торможение

• Динамическое торможение переменным током — Динамическое торможение достигается, когда двигатель работает от однофазного питания, отключая одну фазу от источника и либо оставляя ее разомкнутой, либо подключая ее к другой фаза. Два соединения соответственно известны как двух- и трехпроводное соединение.

При подключении к однофазной сети двигатель можно рассматривать как работающий от трехфазного напряжения прямой и обратной последовательности. Общий крутящий момент, создаваемый машиной, представляет собой сумму крутящего момента, обусловленного напряжением прямой и обратной последовательности. Когда ротор имеет высокое сопротивление, то чистый крутящий момент отрицателен, и достигается операция торможения.

Предположим, что фаза A двигателя, соединенного звездой, разомкнута. Тогда ток через фазу А становится равным нулю, т. е. I _a = 0, а ток через две другие фазы равен I _B = – I _C .

Компоненты прямой и обратной последовательности I _p и I _n представлены уравнением.

Где α = e ^j20°

• Торможение с самовозбуждением с использованием конденсатора – В этом методе три конденсатора постоянно подключены к двигателю. Емкость конденсатора подобрана таким образом, чтобы при отключении от сети двигатель работал как асинхронный генератор с самовозбуждением. Подключение торможения и процесс самовозбуждения показаны на рисунке ниже.

Кривая A представляет собой кривую намагничивания без нагрузки, а линия B представляет ток через конденсатор. E — индуцированное статором напряжение на фазу линии. Конденсатор обеспечивает необходимый реактивный ток для возбуждения.

• Динамическое торможение постоянным током — В этом методе индукционный статор подключается к источнику постоянного тока. Способ получения постоянного тока с помощью диодного моста показан на рисунке ниже.

Протекание постоянного тока через статор создает стационарное магнитное поле, а движение ротора в этом поле создает индуцируемое напряжение в стационарных обмотках. Таким образом, машина работает как генератор, а генерируемая энергия рассеивается на сопротивлении цепи ротора, создавая таким образом динамическую обмотку.

• Торможение нулевой последовательности — При этом торможении три фазы статора соединяются последовательно через один источник переменного или постоянного тока. Такой тип соединения известен как соединение нулевой последовательности, потому что ток во всех трех фазах является совпадающим по фазе. Характер кривой скорость-момент для питания переменного и постоянного тока показан на рисунке ниже.

При питании переменным током торможение можно использовать только до одной трети синхронной скорости. Тормозной момент, создаваемый этим соединением, значительно больше, чем у двигателя. Торможение постоянным током доступно во всем диапазоне скоростей, и торможение необходимо для динамического торможения, поскольку вся генерируемая энергия тратится на сопротивление ротора.

Методы торможения асинхронного двигателя | Динамический, регенеративный, штекерный тормоз

Хотите создать сайт? Найдите бесплатные темы и плагины WordPress.

Во многих установках вполне удовлетворительно позволить машине остановиться по инерции, поскольку ее инерция рассеивается за счет потерь на трение внутри машины. Эта инерция, которая может быть довольно значительной в более крупных машинах, может быть рассеяна быстрее с помощью некоторой формы торможения. Используемая тормозная система должна соответствовать типу машины и ее требованиям.

Основные используемые типы торможения асинхронных двигателей:

1. Механическое торможение

2. Дисковые диски вихревой тока

3. Динамическое торможение

4. Регенеративное торможение

5. Перегромовые торможения

. полной остановки и действовать как парковочный механизм. Как правило, механическое торможение заключается в создании преднамеренного трения между вращающимися и неподвижными компонентами.

Тормозные системы машин могут использовать более одного метода торможения. Например, мостовой кран может использовать динамический метод для замедления груза и механический тормоз с соленоидным приводом для удержания груза в неподвижном состоянии.

В интересах безопасной работы механический тормоз должен быть отказоустойчивым, автоматически срабатывая при отключении питания. Это защита на случай отключения электроэнергии. Мобильные краны обычно используют эту форму соленоидного торможения во всех направлениях движения.

В модели Рисунок 1 тормозные колодки удерживаются во включенном положении на плоском шкиве с помощью мощной пружины. Приложение мощности к асинхронному двигателю также возбуждает соленоид, который отпускает тормоз и позволяет шкиву вращаться.

Рисунок 1 Механическое торможение с помощью тормозных колодок и соленоида

Трехфазные асинхронные двигатели могут поставляться производителем с дисковым тормозом с механическим приводом, являющимся составной частью двигателя.

В  Рисунок 2 тормозное давление создается с помощью пружины. Натяжение пружины можно отрегулировать так, чтобы тормозное давление соответствовало конкретному применению. Тормоз отпускается с помощью магнитной катушки, на которую подается напряжение постоянного тока с помощью выпрямителя в клеммной коробке асинхронного двигателя.

Рисунок 2 Типовой трехфазный асинхронный двигатель со встроенным дисковым тормозом

Когда на клеммы двигателя подается питание, он также подключается к выпрямителю, и поэтому тормоз отпускается. Этот тип тормоза по своей сути является «отказоустойчивым», потому что, если питание асинхронного двигателя прерывается в любой момент, тормоз срабатывает автоматически.

В другой системе механического торможения используется плоский диск, вращающийся в смеси тонкоизмельченной железной пыли. Пыль может быть в сухой форме или в виде пасты, погруженной в жидкость. Катушка окружает контейнер, и при подаче постоянного напряжения железный порошок захватывает диск и прочно удерживает его на контейнере. Если используются два свободно вращающихся диска, устройство можно использовать в качестве механизма сцепления.

Стоит отметить, что механическая система торможения обычно приводит к полной остановке машины, а также может использоваться в качестве стояночного тормоза.

Вихретоковый дисковый тормоз

Вихретоковый диск состоит из прочного диска, соединенного с валом машины и свободно вращающегося вместе с машиной между набором катушек, прочно удерживаемых в неподвижном положении. При подаче напряжения на неподвижные катушки во вращающемся диске возникают вихревые токи, которые создают нагрузку на машину. По мере замедления машины индуцированные напряжения и токи уменьшаются, а скорость замедления уменьшается.

Вихретоковые диски не способны полностью остановить машину и не могут использоваться в качестве удерживающего тормоза. Они просто увеличивают скорость замедления машины.

Динамическое торможение

Динамическое торможение работает по принципу использования асинхронного двигателя в качестве генератора и рассеивания инерции машины в виде электроэнергии.

В двигателях переменного тока это часто достигается путем отключения вращающегося двигателя от источника питания и подачи постоянного тока на обмотки. Поскольку ротор все еще движется, внутри ротора генерируются циркулирующие токи. Они создают нагрузку на машину и замедляют двигатель гораздо быстрее, чем просто останавливаются накатом.

Как и метод вихретокового диска, он только ускоряет процесс замедления и не может полностью остановить асинхронный двигатель. Механическая тормозная система по-прежнему необходима в качестве удерживающего тормоза.

Типовая схема показана на Рис. 3 на обороте. Главный контактор и контактор, подающий постоянный ток на обмотки статора, электрически сблокированы, и при нажатии кнопки пуска включается главный контактор К1/5, К1.1, К1.2 и К1.3 подключают питание к асинхронному двигателю и контакт К1.5 изолирует контакторы К2/4 и К3/1.

Рисунок 3 Торможение двигателя переменного тока путем подачи постоянного тока (динамическое торможение)

При нажатии кнопки останова К1/5 отключается, и нормально разомкнутая часть переключателя замыкает цепь на контактор К2/4. Когда он активирован, он изолирует главный контактор и одновременно подает постоянный ток на обмотки статора. Одновременно с включением K2/4 включается контактор с выдержкой времени K3/1. По истечении заданного времени он срабатывает и отключает постоянный ток.

Во время процесса остановки кнопку остановки необходимо удерживать в положении «стоп» в течение короткого периода времени, чтобы активировать тормозную систему. Постоянный ток обычно получают от источника выпрямленного переменного тока.

Обычно динамическое торможение используется в электропоездах, где приводные двигатели используются в качестве генераторов, а вырабатываемая энергия рассеивается в батареях резисторов. Некоторые большие краны также используют эту систему, но, как и в других случаях, также требуется система механического торможения для полной остановки всего движения.

Другой формой динамического торможения является использование так называемого «асинхронного генератора » . Конденсаторы подключены через входные клеммы трехфазного асинхронного двигателя. Когда необходимо остановить двигатель, источник питания отключается и к клеммам двигателя подключаются резисторы.

Асинхронный двигатель, пока он еще вращается, генерирует переменный ток, который рассеивается в резисторах. Система включает в себя дополнительные контакторы, резисторы и большие конденсаторы, но является отличным методом управления скоростью двигателей и оборудования, подключенного к капитальному ремонту нагрузки.

Рекуперативное торможение

Рекуперативное торможение использует инерцию движущейся нагрузки для преобразования механической энергии в электрическую и подачи ее обратно в источник питания. Этот метод не очень часто используется с источниками переменного тока; это более сложный метод, чем описанные выше, и требует использования дополнительного оборудования.

Электрическая энергия, подаваемая обратно в источник питания, должна быть значительной, чтобы оправдать дополнительные расходы. Из этого следует, что механическая энергия, доступная для его снабжения, также должна быть значительной.

Типичным применением рекуперативного торможения является его использование в системах электрической тяги, таких как поезда или трамваи. Часто в движении находятся тысячи тонов, что создает значительную инерцию. Если эту энергию можно преобразовать в электрическую энергию и замедлить движение поезда или трамвая, можно добиться значительной экономии затрат на электроэнергию. Также будет снижен износ тормозных колодок, используемых в механической системе.

Система становится менее эффективной по мере замедления автомобиля, также требуется механическое торможение. В какой-то момент вырабатываемой электроэнергии будет недостаточно для подачи обратно в линию питания, и систему придется отключить от источника питания. Иногда система может использовать динамическое торможение в качестве дополнительного процесса замедления.

Из-за затрат на установку дополнительного оборудования к машинам, а также из-за того, что этот метод не может полностью остановить и удерживать машины в стационарном положении, применение рекуперативного торможения ограничено. При работе с переменным током его основное применение заключается в контроле капитального ремонта грузов, например, кранов, спускающих тяжелые грузы.

Торможение штепселем

Торможение штекером с трехфазными асинхронными двигателями — это система повторного подключения двигателя для вращения в обратном направлении при вращении в прямом направлении. Это внезапный и почти насильственный метод полной остановки двигателя. Фактическое затраченное время зависит от величины инерции в сопровождающей машине.

Чтобы использовать заглушку в качестве стопорного механизма, должны быть предусмотрены какие-либо средства для отключения всей мощности от двигателя в момент изменения направления. Это можно сделать с помощью фрикционного однополюсного переключателя, установленного на ведущем валу асинхронного двигателя. В другом методе используется вихретоковый диск, вращающийся между магнитами, для активации контактов, которые, в свою очередь, управляют главными контакторами.

Цепь пускателя имеет нажимные кнопки для включения вращения в требуемом направлении, а движение вала замыкает соответствующий контакт и позволяет главному контактор для подачи питания в этом направлении.

Кнопка остановки позволяет отключить используемый контактор, а также активирует контактор в противоположном направлении. Это фиксируется до тех пор, пока не произойдет первое количество обратного движения. Это движение размыкает удерживающий контакт пускателя и снимает всю мощность с двигателя.

Схема трехфазного асинхронного двигателя с использованием штекерного метода торможения показана на рис. 4 .

Рисунок 4 Типовая схема штекерного торможения двигателя переменного тока

Схема работает следующим образом.

1. Нажатие кнопки пуска включает K1/5 через кнопку останова и контакт TOL. K1.1, K1.2 и K1.3 замыкают и подключают питание к асинхронному двигателю, чтобы он вращался в нормальном направлении. K1.5 возбуждает K2/2.

2. K2.1 размыкает и предотвращает подачу питания на K3/4. K2.2 замыкается и подает питание на K4/3 через теперь замкнутый переключатель вращения вала S1. Обратите внимание, что S1 открывается всякий раз, когда вал неподвижен.

3. К4.1 и К1.4 замыкают и замыкают кнопку пуска так, чтобы при отпускании кнопки К1/5 оставался под напряжением.

4. При нажатии кнопки останова К1/5 отключается, а К1.5 открывается и обесточивает К2/2. Контакт K2.1 теперь замыкается, и поскольку K4/3 все еще находится под напряжением через S1, K3/4 запитывается и подключает питание к двигателю в обратном направлении. Когда вал перестанет вращаться, переключатель S ₁ размыкается, и оба K4/3 и K3/4 отключаются.

Двигатели, как правило, должны быть специально разработаны для этого применения и иметь более прочные приводные валы. Приводной вал должен выдерживать силы, создаваемые инерцией ведомой машины при остановке машины.

На стержни ротора также воздействуют дополнительные механические силы. Опять же, если необходимо, может потребоваться применение механического тормоза, чтобы удерживать машину на месте. Одна остановка заглушки обычно считается эквивалентной примерно трем повторяющимся нормальным пускам.

Обмотки асинхронного двигателя также могут быть специально спроектированы, если применение требует многократного запуска и остановки.