Тормозные режимы асинхронных двигателей

Полная
механическая характеристика асинхронного
двига­теля во всех квадрантах
по­ля М_s,
пред­ставлена на рис.3.14.

Асин­хронный
двига­тель может ра­ботать в трех
тормозных ре­жимах: рекупе­ративного
тор­можения, дина­мического
тор­можения и тор­можения
противовключением; специфи­ческим
тормоз­ным режимом является также
конденсатор­ное торможе­ние.

Рис.3.14.
Полная механическая характеристика
асинхронного двигателя

Рекуперативное
генераторное торможение возможно, когда
скорость ротора выше скорости вращения
электромагнитного поля статора, чему
соответствует отрицательное значение
скольжения ω >
ω₀; s
< 0 .

Для
того, чтобы ротор двигателя перешел
синхронную ско­рость и разогнался до
скорости выше синхронной, к его валу
должен быть приложен внешний совпадающий
со знаком скоро­сти вращающий момент.
Это может быть, например, в приводе
подъемной лебедки в режиме спуска груза.

Механическая
характеристика асинхронного двигателя
в ре­жиме рекуперативного торможения
идентична (с учетом угловой симметрии)
характеристике двигателя в двигательном
режиме. Расчет характеристик может
производиться по формуле Клосса (3.27),
Максимальный момент в режиме рекуперативного
тормо­жения несколько выше, чем
максимальный момент в двигатель­ном
режиме. Для рекуперативного режима

Несколько
большая величина максимального момента
в генераторном режиме объясняется тем,
что потери в статоре (на сопротивлении
r₁) в двигательном
режиме уменьшают момент на валу, а в
гене­раторном режиме момент на валу
должен быть больше, чтобы покрыть поте­ри
в статоре.

Рис.3.15.
Энергетическая диаграмма асинхронного
двигателя в режиме
реку­перативного
торможения

Энергетический
баланс в режиме ре­куперативного
генераторного торможения определяется
следующим (рис. 3.15). Ме­ханическая
мощность, поступающая на вал двигателя,
преобразу­ется в электромагнитную
мощность вращающегося поля Рэм и
электрическую мощность, трансформируемую
в роторную цепь двигателя. По аналогии
с (3.35) получим

Р_мех
= Р_эм – Р_s
= Мω₀ –
М ω₀s

Электромагнитная
мощность, за исключением потерь в
ста­торе, отдается в питающую сеть, а
мощность скольжения рассеи­вается в
роторной цепи.Отметим, что в режиме
рекуперативного торможения асинхронный
двигатель генерирует и отдает в сеть
активную мощность, а для создания
электромагнитного поля асинхронный
двигатель и в режиме генератора должен
обмениваться с сетью реактивной
мощностью. Поэтому асинхронная машина
не может работать автономным генератором
при отклю­чении от сети. Возможно,
однако, подключение асинхронной машины
к конденсаторным батареям, как к источнику
реактив­ной мощности (см. рис.3.19).

Рис.3.16.
Схемы подключения асинхронного двигателя
в режиме
дина­мического торможения

Способ
динамического торможения характеризуется
тем, что статорные обмотки отключаются
от сети переменного тока и подключаются
к источнику постоянного напряжения
(см. рис.3.16). При питании обмоток статора
постоянным током соз­дается неподвижное
в пространстве электромагнитное поле,
т.е. скорость вращения поля статора ω_0дт
= 0. Скольжение будет равно

s_дт
= – ω/ ω_0н

где
ω_0н– номинальная угловая
скорость вращения поля ста­тора.

Вид
механических характеристик (см. рис.3.17)
подобен ха­рактеристикам в режиме
рекуперативного торможения. Исходной
точкой характеристик является начало
координат. Регулировать интенсивность
динамического торможения можно изменяя
величину тока возбуждения I_дтв обмотках статора. Чем выше ток, тем
больший тормозной мо­мент развивает
двига­тель. При этом, однако, нужно
учитывать, что при токахI_дт>I_1нна­чинает
сказываться насыщение магнитной це­пи
двигателя.

Рис.3.17.
Механические характеристи­ки
асинхронного двигателя в режиме
динамического торможения

Для
асинхронных двигателей с фазным ротором
регулирование тормозного момента мо­жет
производиться так­же введением
дополни­тельного сопротивления в
цепь ротора. Эффект от введения
добавочно­го сопротивления анало­гичен
тому, которое имеет место при пуске
асинхронного двигателя: благодаря
улуч­шению cosφ₂
повышается критическое скольжение
двигателя и увеличивается тормозной
момент при больших скоростях вращения

Работу
асинхронного двигателя в режиме
динамического торможения можно
рассматривать как работу трехфазного
асин­хронного двигателя при питании
его постоянным током, т. е. то­ком при
частоте f₁|=0.
Второе отличие заключается в том, что
об­мотки статора питаются не от
источника напряжения, а от источ­ника
тока. Следует также иметь в виду, что в
схеме динамическо­го торможения ток
протекает (при соединении обмоток в
звез­ду) не по трем, а по двум фазным
обмоткам.

Энергетически
в режиме динамического торможения
асин­хронный двигатель работает как
синхронный генератор, нагру­женный
на сопротивление роторной цепи двигателя.
Вся механи­ческая мощность, поступающая
на вал
двигателя, при торможении
преобразуется в электрическую и идет
на нагрев
сопротивле­ний роторной цепи.

Возбуждение
асинхронной машины в режиме динамического
торможения может осуществляться не
только подачей постоянного тока в
обмотки статора машины, но также в режиме
самовозбуждения путем подключения
конденсаторов к цепям статора асинхронной
машины, как это показано на рис. 3.19. Такой
способ торможения называют конденсаторным
торможением асинхронных двигателей.
По энергетической сущности этот вид
торможения идентичен динамическому
торможению, т.к. энергия, поступающая с
вала, преобразуется в электрическую и
выделяется в виде потерь в роторе
двигателя.

Рис.3.19.
Схема включения асинхронного двигателя
в ре­жиме динамического торможе­ния
с самовозбуждением от конденсаторов

Процесс
самовозбуждения асинхронного двигателя
проис­ходит следующим образом. Под
действием остаточного потока ротора в
обмотках статора наводится э.д.с,, под
действием кото­рой возникает
намагничивающий ток, протекающий через
кон­денсаторы. При этом увеличивается
поток машины, следователь­но, наводимая
э.д.с. и ток намагничивания. Верхняя и
нижняя границы режима самовозбуждения
и величина тормозного мо­мента зависят
от величины емкости конденсаторов.
Данный спо­соб торможения применяется
для приводов малой мощности (до 5кВт),
т.к. требует установки конденсаторов
значительного объе­ма.

Торможение
противовключением может быть в двух
случа­ях:

• в
  первом, когда при работе двигателя
  необходимо его экстренно остановить,
  и с этой целью меняют порядок чередова­ния
  фаз питания обмоток статора двигателя;

• во
  втором, когда электромеханическая
  система движется в отрицательном
  направлении под действием спускаемого
  груза, а
  двигатель включается в
  направлении подъема, чтобы
  ограни­чить скорость спуска (режим
  протягивающего груза).

В
обоих случаях электромагнитное поле
статора и ротор двигате­ля вращаются
в разные стороны. Скольжение двигателя
в режиме противовключения всегда больше
1

>
1

В
первом случае (см.рис.3.20) двигатель,
работавший в т.1, после изменения порядка
чередования фаз двигателя переходит в
тормозной режим в т. 1, и скорость привода
быстро снижается под действием тормозного
момента М_ти
статического моментаМ_с.
При замедлении до скорости, близкой к
ну­лю, двигатель необходи­мо
отключить, иначе он будет разгоняться
в противоположном направ­лении
вращения.

Во
втором случае после снятия механиче­ского
тормоза двигатель, включенный в
направле­нии вверх, под действи­ем
силы тяжести спус­каемого груза
будет вращаться в противопо­ложном
направлении со скоростью,
соответст­вующей точке 2. Работа в
режиме противовключения под действием
протягивающего груза возможна при
использо­вании двигателей с фаз­ным
ротором. При этом в цепь ротора вводится
значительное добавоч­ное сопротивление,
ко­торому соответствует характеристика
2 на рис.3.20.

Рис.3.20.
Режим противовключения
асинхронного
двигателя 1, Г — естественные механические
ха­рактеристики при включении «вперед»
и «назад»
2
— механическая характеристика дви­гателя
с фазным ротором со включен­ным
добавочным
сопротивлением в цепь
ротора.

Энергетически
режим противовключения крайне
неблаго­приятен. Ток в этом режиме
для асинхронных короткозамкнутых
двигателей превосходит пусковой,
достигая 10-кратного значе­ния. Потери
в роторной цепи двигателя складываются
из потерькороткого замыкания двигателя
и мощности, которая передается на вал
двигателя при торможении

ΔР_snв
= М_тω₀
+ М_т ω₀

Для
короткозамкнутых двигателей режим
противовключения возможен только в
течение нескольких секунд. При
использова­нии двигателей с фазным
ротором в режиме противовключения
обязательно включение в цепь ротора
добавочного сопротивле­ния. В этом
случае потери энергии остаются такими
же значи­тельными, но они выносятся
из объема двигателя в роторные
сопротивления.

Тормозные режимы асинхронной машины | Электротехника

Способы торможения. Тормозные режимы возникают в машине естественно при определенных условиях работы или создаются искусственно с целью ускорения процесса остановки двигателя. Торможение может быть: генераторное (с отдачей энергии в сеть), торможение противовключением и динамическое.

Генераторный режим асинхронной машины и генераторное торможение. Асинхронная машина, работающая в режиме генератора, приводится во вращение посторонним двигателем в направлении вращения поля статора. Частота вращения ротора п в генераторном режиме больше частоты вращения поля n₁(n>n₁), поэтому скольжение s будет отрицательным и наводимая ЭДС в обмотке статора E₁>U. В результате ток статора I₁ меняет фазу на 180°. Электромагнитная сила также изменяет направление и возникающий момент противодействует вращению ротора.

Для создания вращающегося магнитного поля необходима реактивная мощность, соответствующая намагничивающему току I_1к.р..

Необходимость в реактивной мощности ограничивает широкое применение асинхронного генератора.

Генераторное торможение возникает в описанном выше генераторном режиме за счет противодействующего электромагнитного момента. Например, в грузоподъемной машине при опускании груза частота вращения ротора п может стать больше частоты вращения поля n₁. Тогда электромагнитный момент изменяет свой знак и становится тормозным.

3.15.3. Торможение противовключением. Этот способ осуществляется изменением направления вращения поля в работающем двигателе путем переключения любых двух фаз (рис. 3.32). На рисунке показано переключение фаз А и В.

Когда машина работает в двигательном режиме, переключатель находится в нижнем положении 1. При торможении он перебрасывается в положение 2, фазы А и В меняются местами. Поле при этом будет вращаться в противоположном направлении, а электромагнитный момент изменит направление на противоположное.

Рис. 3.32                                                Рис. 3.33

Под влиянием сил инерции ротор будет продолжать вращаться в прежнем направлении, а электромагнитный момент будет его тормозить. Механическая характеристика 2 при торможении показана на рис. 3.33. Торможение происходит путем перехода из точки а двигательного режима (характеристика 1) в точку b тормозного режима и далее по тормозной характеристике 2 частота вращения падает до нуля (точка с). Когда частота вращения ротора становится равной нулю, двигатель надо отключить от сети, так как в противном случае ротор начнет вращаться в противоположном направлении.

Динамическое торможение. Этот способ осуществляется путем отключения статора от сети переменного тока и включения обмотки статора на сеть постоянного тока (рис. 3.34). В двигательном режиме замкнуты контакты К1 и разомкнуты контакты К2. В тормозном режиме контакты К1 разомкнуты, а К2 замкнуты. В результате МДС статора создает неподвижное магнитное поле.

Взаимодействие магнитного поля статора с током ротора создает на валу двигателя тормозной момент. Механические тормозные характеристики показаны рис. 3.35. В этом случае ротор тормозится до полной остановки без дополнительных устройств.

Методы торможения асинхронных двигателей

Под торможением асинхронных двигателей понимается быстрое снижение скорости двигателя до нуля. Торможение можно разделить на две большие категории, а именно. механическое торможение и электрическое торможение.
Механическое торможение включает остановку вала с помощью тормозной колодки. Когда необходимо выполнить торможение, питание двигателя отключается, и накладывается тормоз, чтобы остановить двигатель.
Механические тормоза, используемые в кранах и подъемниках. Он также используется в лифтах, когда лифт должен остановиться на определенном этаже здания.

Электрическое торможение включает в себя останов двигателя с помощью электрических средств. Большинство электрических тормозных систем имеют механический тормоз, удерживающий вал на месте после остановки машины.
Существует два основных типа электрического торможения.

1. Блокировка
2. Динамическое торможение
3. Регенеративное торможение

Блокировка
Блокировка включает реверсирование питания в двух фазах. Например, R и Y можно поменять местами. Это приводит к тому, что крутящий момент развивается в направлении, противоположном вращению двигателя. Это приводит к немедленной остановке двигателя. Как только двигатель останавливается, обратное питание отключается (чтобы двигатель не вращался в противоположном направлении). Ротор фиксируется механическим тормозом.
Динамическое торможение можно разделить на торможение постоянным током, динамическое торможение переменным током и конденсаторное торможение.
Динамическое торможение переменным током
При динамическом торможении переменным током отключается питание одной из фаз. Таким образом, двигатель работает как однофазный двигатель. Это индуцирует компоненты обратной последовательности фаз в сети, и двигатель останавливается. Другой метод заключается в удалении одной фазы и подаче одной и той же фазы на два терминала. Например, два терминала будут иметь фазу «Y», а один — фазу «B».
Торможение постоянным током
При торможении постоянным током отдельная цепь выпрямителя обеспечивает подачу постоянного тока. Когда необходимо задействовать тормоз, подача переменного тока на статор отключается, а на две фазы подается питание постоянного тока. Постоянное напряжение в статоре создает собственное магнитное поле. Проводники ротора, который вращается, будут отсекать магнитное поле. Поскольку проводники замыкаются накоротко, возникает большой ток. В результате в роторе создается тормозной момент. Ток, создаваемый в роторе, рассеивается в виде тепла. Эту систему можно использовать только в том случае, если ротор выдерживает тепло, которое будет выделяться при включении тормоза.
Емкостное торможение
Здесь отключается подача переменного тока на клеммы статора, и клеммы подключаются к трехфазной конденсаторной батарее. Конденсаторы будут возбуждать индукционный генератор. Это создает магнитное поле, которое разрезает стержни ротора. Таким образом, энергия ротора преобразуется в тепло, и двигатель останавливается.
Рекуперативное торможение
При рекуперативном торможении снижается частота питания статора. Это возможно с частотно-регулируемыми приводами, где частота может варьироваться. Когда частота питания уменьшается, синхронная скорость двигателя уменьшается. Когда синхронная скорость падает ниже скорости ротора, асинхронный двигатель работает как асинхронный генератор, и питание возвращается на клеммы. Таким образом, энергия в роторе восстанавливается. Из-за потери энергии ротор замедляется и останавливается.

Методы торможения двигателем переменного тока: краткое руководство

Методы торможения двигателем переменного тока: краткое руководство

• Посмотреть увеличенное изображение

Немедленно остановитесь! Или еще лучше, постепенно останавливайтесь здесь и там. Выбор за вами с электронным торможением!

Существует довольно много методов торможения двигателя переменного тока, каждый из которых имеет свой подход к торможению. Знаете ли вы, что торможение двигателем переменного тока происходит без трения? Да, это электрический ток, который отвечает за замедление двигателя до полной остановки. Так что снимите нагрузку, пока вы изучаете наше краткое руководство по некоторым различным методам торможения двигателя переменного тока.

Метод торможения с линейным остановом

Метод торможения с линейным остановом — это метод торможения электродвигателя, при котором уровень напряжения снижается по мере замедления двигателя. Таким образом, это метод торможения без трения, в котором не используются тормозные колодки любого типа. Другими словами, нет ничего стационарного, вступающего в контакт с движущейся частью, чтобы замедлить двигатель.

Торможение с рампой и остановкой осуществляется исключительно электрическим током. Когда двигатель инициирует остановку, напряжение на статоре двигателя снижает скорость двигателя. Когда двигатель замедляется, уровень напряжения будет уменьшаться, так что будет достигнуто устойчивое замедление.

Останов выбегом

При использовании метода останова выбегом привод двигателя отключает питание двигателя, что позволяет двигателю останавливаться выбегом. Здесь действуют естественные законы физики, и скорость замедления двигателя зависит от нагрузки, которую он пытается остановить. При таком методе торможения отсутствует контроль за остановкой двигателя.

Метод торможения с инжекцией постоянного тока

Метод торможения с инжекцией постоянного тока подает постоянный ток на катушки статора, запитанные переменным током. Это, в свою очередь, вызывает индуцирование токов в стержнях ротора, что создает тормозную силу в роторе.

Торможение постоянным током обеспечивает быструю остановку и может удерживать двигатель за счет приложенного тормозного усилия после его остановки. При торможении с инжекцией постоянного тока выходная энергия представляет собой тепло, поэтому время торможения обычно короткое и быстрое, скажем, не более 2 секунд.

Если бы параметр времени для остановки был больше, это могло бы вызвать перегрев катушек.

Рекуперативное торможение двигателем переменного тока

Регенеративное торможение двигателя переменного тока останавливает двигатель таким образом, что пиковое тормозное усилие экспоненциально уменьшается со скоростью.