Устройство торможения асинхронного двигателя

Устройство торможения асинхронного двигателя

Принудительное электрическое торможение двигателя можно осуществить как при питании от сети переменного тока, так и путем подключения цепи статора к источнику постоянного тока (динамическое торможение), а также при его самовозбуждении. Во всех случаях торможение двигателя осуществляется переводом его в режим генератора, в котором он развивает на своем валу тормозной момент, что расширяет возможности электропривода при управлении движением исполнительных органов рабочих машин.

При питании двигателя от сети переменного тока может быть осуществлено торможение противовключением и рекуперативное торможение.

Торможение противовключением может быть реализовано двумя путями. Первый из них связан с изменением чередования на статоре двух фаз питающего двигатель напряжения. Допустим, двигатель работает на механической характеристике 1 в точке а (рис. 5.25, а) при чередованиии фаз напряжения на статоре АВС. Тогда при переключении двух фаз (например, В и С) двигатель переходит на характеристику 3 в точку d, участок db которой соответствует торможению противовключением. Отметим, что при реализации торможения для ограничения тока и момента двигателя производится включение добавочных резисторов в цепь ротора или статора.

Другой путь перевода двигателя в режим торможения противовключением может быть использован при активном характере момента нагрузки Мс. Допустим, требуется осуществить спуск груза при работе грузоподъемного механизма, обеспечивая при этом его торможение с помощью двигателя (так называемый тормозной спуск груза). Для этого двигатель включается на подъем с большим добавочным резистором сопротивлением /? в цепи ротора (характеристика 2 на рис. 5.25, а). Вследствие превышения моментом нагрузки Мс пускового момента двигателя Мп и его активного характера груз начнет опускаться с установившейся скоростью -соуст1. Двигатель при этом будет работать в режиме торможения противовключением.

  • (01

Рис. 5.25. Механические характеристики при торможении противовключением (о) и рекуперативном торможении (б): 7 — исходная характеристика; 2,3 — характеристики торможения

Рекуперативное торможение осуществляется в том случае, когда скорость ротора двигателя превышает синхронную со и он работает в генераторном режиме параллельно с сетью, отдавая (рекуперируя) энергию в сеть. Такой режим возникает при переходе двухскоростного двигателя с высокий скорости на низкую, как это показано на рис. 5.25, б. Предположим, что в исходном положении двигатель работал на характеристике 1 в точке а, вращаясь со скоростью соуст1. При увеличении числа пар полюсов асинхронный двигатель переходит на характеристику 2 в точку Ь, участок Ьс которой соответствует торможению с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть.

Этот же вид торможения может быть реализован в системе «преобразователь частоты — двигатель» при торможении, реверсе или переходе двигателя с характеристики на характеристику. Для этого осуществляется уменьшение частоты выходного напряжения ПЧ и тем самым синхронной скорости со. В силу механической инерции текущая скорость двигателя со будет изменяться медленнее, чем скорость вращения магнитного поля со, и будет ее превышать. За счет этого и возникает режим рекуперативного торможения с отдачей энергии в сеть. Подробнее этот режим торможения рассмотрен в подразделе 5.9.

Рекуперативное торможение может быть реализовано также в ЭП грузоподъемных механизмов при спуске грузов. Для этого двигатель включается в направлении спуска груза (характеристика 3 на рис. 5.25, а). После окончания разбега он будет работать в точке с со скоростью -соуст2. При этом осуществляется процесс тормозного спуска груза с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения двигателя, поскольку сопровождается генерацией двигателем электрической энергии, которая может быть использована другими ее потребителями.

Динамическое торможение. Для осуществления режима динамического торможения обмотку статора двигателя отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока, как это показано на рис. 5.26, а. Обмотка ротора двигателя 1 при этом может быть закорочена накоротко или в ее цепь включается добавочный резистор 3 с сопротивлением /?.

Постоянный ток / , протекая по обмоткам статора, создает неподвижное в пространстве магнитное поле (возбуждает двигатель). При вращении ротора в нем наводится ЭДС, под действием которой в обмотке ротора протекает ток, создающий магнитный поток, также неподвижный в пространстве. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем двигателя создает тормозной момент, за счет чего достигается эффект торможения. Двигатель работает в режиме генератора независимо от сети переменного тока, преобра-

Рис. 5.26. Схема включения (а) и характеристики (б) асинхронного двигателя при динамическом торможении:

7 — двигатель; 2 — регулировочный резистор; 3 — резистор в цепи ротора; 4-6 — искусственные механические характеристики; 7 — электромеханическая характеристика

Читайте также:  Контейнеры жилые под ключ

зовывая кинетическую энергию движущихся частей ЭП и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

Формулы для характеристик двигателя в режиме динамического торможения выводятся на основании рассмотрения его схемы замещения. Опуская вывод, приведем формулы для электромеханической и механической характеристик двигателя:

где /экв — переменный ток статора, эквивалентный по величине намагничивающей силы обмотки постоянному току I.

Если обмотки статора включены в звезду, то токи /экв и / связаны соотношением /экв = 0,82/п, при схеме соединения обмотки статора в треугольник это соотношение принимает вид /экв = 0,47/п.

Отметим, что по своему виду формула для механической характеристики двигателя в режиме динамического торможения аналогична формуле для основной схемы включения (5.12). Входящие в формулу максимальный момент Мм и соответствующее ему скольжение sM определяются по следующим формулам:

Важно отметить, что при возбуждении асинхронного двигателя постоянным током его скольжение 5 определяется по формуле

Для построения электромеханической характеристики двигателя с помощью формулы (5.36) определяем, что при 5 = 0 ток Г2 = 0, а при 5 —» °° ток Г2 —» / . Можно представить графически электромеханическую характеристику в виде кривой 7на рис. 5.26, б.

Механические характеристики двигателя могут быть получены с помощью формулы (5.37). При 5 = 0 момент двигателя М = 0; при 5 —> °° момент Л/ —> 0; при 5 момент принимает значение М . Механические характеристики двигателя приведены во втором квадранте на рис. 5.26, б в виде кривых 4, 5 и 6.

Такие механические характеристики двигателя могут быть получены изменением добавочного резистора 3 в цепи ротора или постоянного тока /п, подаваемого в обмотки статора (см. рис. 5.26, а). На рис. 5.26, б показаны механические характеристики двигателя для различных сочетаний /п и R2 . Некая исходная характеристика 6 соответствует току /п| и сопротивлению резистора R2 ., максимальный момент на ней равен М v а скольжение, ему соответствующее, — 5м1.

Увеличение сопротивления Я2д2 > Т?2д1 резистора 3 при /п = const не приводит в соответствии с формулой (5.35) к изменению максимального момента, в то время как максимальное скольжение s в соответствии с формулой (5.36) пропорционально возрастает, что отражено при построении характеристики 4.

Увеличение тока /п до значения /п2 > /п1 при /??д| = const вызывает в соответствии с формулой (5.35) увеличение максимального момента пропорционально квадрату тока при неизменном скольжении. Характеристика двигателя имеет вид кривой 5. Варьируя значения величин /п и R2 , можно получить желаемый вид механических характеристик двигателя в режиме динамического торможения и тем самым регулировать интенсивность торможения асинхронного ЭП.

Торможение двигателя при самовозбуждении основано на том, что после отключения двигателя от сети его магнитное поле затухает (исчезает) не мгновенно, а в течение некоторого, пусть и небольшого, интервала времени. За счет энергии этого незатухшего поля и использования специальных схем включения двигателя можно обеспечить его самовозбуждение и реализовать тормозной режим. На практике применение нашли так называемые конденсаторное и магнитное торможение двигателя.

При конденсаторном торможении возбуждение двигателя / осуществляется с помощью конденсаторов 2, подключаемых к статору двигателя (рис. 5.27, а). Отметим, что конденсаторы могут подключаться к статору двигателя постоянно (глухое подключение) или с помощью контактора, будучи при этом соединенными в схему треугольника или звезды.

Определяющим фактором, от которого зависят вид и расположение характеристик 3-5 (рис. 5.27, б) и интенсивность торможения,

Рис. 5.27. Схема включения (о) и характеристики (б) асинхронного двигателя при конденсаторном торможении:

7 — двигатель; 2 — конденсаторы; 3-5 — механические характеристики

является величина емкости С конденсаторов. Чем она больше, тем больше максимум тормозного момента, а сами характеристики смещаются в область низких скоростей двигателя.

Магнитное торможение реализуется после отключения статора двигателя 2 от сети (рис. 5.28, а) и замыкания с помощью ключей / его выводов накоротко. За счет запасенной в двигателе электромагнитной энергии осуществляется возбуждение двигателя и на его валу создается тормозной момент. Особенностью этого вида торможения является его быстротечность, определяемая небольшим временем затухания магнитного поля двигателя. Несмотря на это возникающие тормозные моменты достаточно велики и обеспечивают интенсивное торможение ЭП.

Практические возможности торможения двигателя существенно расширились в связи с использованием тиристорных пускорегулирующих устройств, которые позволяют осуществлять как пуск двигателя, так и его торможение.

Рис. 5.28. Схема ЭП при торможении асинхронного двигателя замыканием обмотки статора (а) и при комбинированном торможении (б):

7 — ключи; 2 — двигатель

Читайте также:  Кислотные красители для ткани цена

Для обеспечения интенсивного торможения двигателя часто используется комбинированный способ торможения, например динамическое торможение в сочетании с торможением коротким замыканием. Этот способ может быть реализован пусковым тиристорным устройством (рис. 5.28, б), состоящим из двух пар встречно-параллельно включенных тиристоров VS1— VS4 для подключения или отключения двигателя и дополнительного тиристора VS5 для реализации торможения коротким замыканием обмоток статора.

Торможение осуществляется в два этапа. На первом этапе после закрытия тиристоров VS1— VS4 и отключения двигателя от сети подается сигнал управления на тиристор KS5, который замыкает накоротко две фазы статора. Когда интенсивность торможения коротким замыканием обмоток статора уменьшится, подается сигнал управления на тиристор VS1, с помощью которого в цепь статора подается выпрямленный ток и тем самым обеспечивается режим динамического торможения.

Выпускаемые серийно тиристорные пускорегулирующие устройства обеспечивают также и другие варианты торможения двигателя, а также так называемый безударный его пуск, при котором снижаются броски электромагнитного момента (см. подразд. 5.9).

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.

Читайте также:  Стиральные машины бош немецкой сборки официальный сайт

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.

Динамическое торможение АД (торможение постоянным током) осуществляется путем подключения к двум любым обмоткам статора источника постоянного тока. При этом с помощью группы контактов К1 асинхронный двигатель сначала отключают от питания трехфазным переменным током, и только после этого, замыкают группу контактов К2 и подают постоянный ток. Величину постоянного тока регулируют сопротивлением r т (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схема динамического торможения асинхронного двигателя

Само динамическое торможение асинхронного двигателя сопровождается следующими процессами и изменениями:

При отключении переменного тока, вращающееся магнитное поле перестает существовать. Далее подключают источник постоянного тока, который создает постоянное магнитное поле. Ротор по инерции продолжает крутиться теперь уже в постоянном магнитном поле, в обмотке ротора наводится ЭДС, ее частота прямо пропорциональна скорости вращения вала. Появление тока в обмотке ротора вызвано наличием вышеупомянутой ЭДС. Ток создает магнитный поток, который неподвижнен относительно статора. Взаимодействие результирующего магнитного поля АД и тока ротора создает тормозной момент. При этом асинхронный двигатель становится генератором; преобразовует кинетическую энергию вращающегося вала в электрическую, которая на обмотке ротора рассеивается в виде тепловой энергии. При переходе в режим динамического торможения частота и угловая скорость равны: f =0 w =0. Кривая динамического торможения должна проходить через начало координат и торможение происходит до полной остановки (рисунок 2).

Эффективность динамического торможения зависит от параметров:

— Величина постоянного тока, который протекает по статорной обмотке двигателя (чем больше ток, тем больше тормозной эффект);

— Величина сопротивления, введенного в цепь ротора. Эффективность торможения повышается путем комбинирования динамического торможения и торможения с введением сопротивлений в обмотку ротора (рисунок 2):

Рисунок 2 – Механическая характеристика динамического торможения асинхронного двигателя

Чем больше сопротивление введено в цепь ротора, тем выше эффективность торможения, то есть на кривой а1 изображена самая быстрая остановка двигателя при наибольшем сопротивлении — R1>R2 >R3 .

— Схема соединения обмоток статора .

Величина магнитодвижущей силы ( F ) напрямую связана с понятием эффективность торможения, чем больше значение силы – тем эффективней происходит торможение,

На рисунках, которые изображены ниже, стрелками показаны направления протекания постоянного тока по обмоткам, IW – ампер витки (так как количество витков в обмотках одинаково, то зависит значение только от величины тока). Векторные диаграммы иллюстрируют направления магнитодвижущих сил ( F ), сложив по правилам суммирования векторы, мы получим результирующий вектор, который обозначен жирной стрелкой.

Обмотка статора может быть соединена:

а) Схема соединения обмотки статора в звезду:

б) Схема соединения статорной обмотки в треугольник:

в) Соединение обмотки статора в звезду с закороченными двумя фазами:

г) Подключение звезда с разорванным нулем:

д) Подключение треугольник с закороченными фазами:

Схемы соединения а) и б) имеют наибольшее распространение, потому что не требуют переключения при торможении самих обмоток.

Необходимо подметить, что напряжение ( U ) источника постоянного тока должно быть малой величиной, потому что сопротивление обмотки статора мало. Ток выбирается из условия необходимого начального тормозного момента, обычно выбирают

Преимущества режима динамического торможения:

— Относительная простота осуществления способа;

— Возможность торможения до полной остановки вала ротора;

— Высокая эффективность торможения, особенно при использовании комбинированного метода.

Основным недостатком является необходимость наличия источника постоянного тока.

Расчет величины тормозного сопротивления:

где R T — полное сопротивление цепи источника постоянного тока,

rф.ст — сопротивление фазы статора.

Вышеприведенные формулы являются частным случаем (для понимания отношений величин сопротивления), когда постоянный ток протекает только по двум обмоткам статора, если же ток будет протекать по трем обмоткам, то коэффициент (количество фаз) перед сопротивлением фазы статора нужно соответственно изменить.

Советую вам прочесть статью про торможение противовключением, в которой подробно расписан данный вид остановки двигателя.

Ссылка на основную публикацию
У танка петрозаводск каталог товаров
Винтовые сваи и комплектующие Железобетонные изделия Заборы и ограждения Защитные сетки и пленки Кирпич Металлопрокат Пазогребневые плиты и аксессуары Поликарбонат...
Тенденции развития нефтяной промышленности в мировой экономике
Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Манукян М.М. На данный момент в мировой экономике...
Теплая куртка на зиму женская отзывы
Привет всем! Я очень боюсь холодов, мерзлявая ))) Пожалуйста, посоветуйте мне пуховик или парку, чтобы была ОООЧЕНЬ теплая, до минус...
Уборка на кладбище осенью
Когда можно убираться на кладбище Автор Админ задал вопрос в разделе Религия, Вера После Покрова и кладбища не посещают -...
Adblock detector