Виды электрического торможения. Электрические двигатели, как правило, используют не только для вращения механизмов, но и для их торможения. Электрическое торможение позволяет быстро остановить механизм или уменьшить его частоту вращения без применения механических тормозов.

Различают три вида электрического торможения двигателей постоянного тока: 1) рекуперативное торможение — генераторное торможение с отдачей электрической энергии в сеть; 2) динамическое или реостатное торможение — генераторное торможение с гашением выработанной энергии в реостате, подключенном к обмотке якоря; 3) электромагнитное торможение — торможение противовключением.

Во всех указанных режимах электромагнитный момент М воздействует на якорь в направлении, противоположном и, т. е. является тормозным.

Рекуперативное торможение. Двигатель с параллельным в озбуждением переходит в режим рекуперативного торможения при увеличении его частоты вращения и выше п0 = U/ceФ. В этом случае ЭДС машины становится больше напряжения сети и ток согласно (8.80) изменяет свое направление, т. е. двигатель переходит в генераторный режим. В этом режиме машина создает тормозной момент, а выработанная электрическая энергия отдается в сеть и может быть полезно использована.

В машине с параллельным возбуждением (рис. 8.71, а) механические характеристики генераторного режима являются продолжением механических характеристик двигательного режима в область отрицательных моментов.

Рис. 8.71. Схема и механические характеристики машины постоянного тока в двигательном и генераторном режимах.

Динамическое торможение. При этом виде торможения двигателя с параллельным возбуждением обмотку якоря отключают от сети и присоединяют к ней реостат Rдо6 (рис. 8.72, а) При этом машина работает как генератор, создает тормозной момент, но выработанная электрическая энергия бесполезно гасится в реостате. Регулирование тока Ia = Е/(ΣRa + Rдоб), т. е. тормозного момента М, осуществляют путем изменения сопротивления Rдоб, подключенного к обмотке якоря.

Рис. 8.72. Схема и механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением в режиме динамического торможения.

Электромагнитное торможение. В этом режиме изменяют направление электромагнитного момента М, сохраняя неизменным направление тока из сети, т. е. момент делают тормозным. Последнее осуществляют так же, как и при изменении направления вращения двигателя — путем переключения проводов, подводящих ток к обмотке якоря (рис. 8.76, а) или к обмотке возбуждения. Чтобы ограничить значение тока в этом режиме, в цепь обмотки якоря вводят добавочное сопротивление Rдоб. Регулирование тока Ia = (U + Е)/(ΣRa + Rдоб), т. е. тормозного момента М, осуществляют путем изменения сопротивления Rдоб или ЭДС Е (тока возбуждения Iв). Механические характеристики в этом режиме для двигателей с параллельным и последовательным возбуждением показаны на рис. 8.76, б и в.

Рис.8.76. схема и механические характеристики двигателей в режиме электромагнитного торможения.

21.Универсальные коллекторные двигатели — это электродвигатели малой мощности последовательного возбуждения с секционированной обмоткой возбуждения, благодаря чему они могут работать как на постоянном, так и на переменном стандартных напряжениях примерно с одинаковыми свойствами и характеристиками. Такие электродвигатели используют для привода маломощных быстроходных устройств и многих бытовых приборов. Они допускают простое, широкое и плавное регулирование скорости.

По своему устройству эти двигатели отличаются от двигателей постоянного тока общего применения конструкцией статора, магнитную систему которого собирают из топких изолированных друг от друга листов электротехнической стали с выступающими полюсами, на которых размещают по две секции обмотки возбуждения. Эти секции соединяют последовательно с якорем и располагают по обе стороны от его выводов, что снижает радиопомехи от ценообразования на коллекторе под щетками, которое при питании двигателя от сети переменного напряжения особенно усиливается из-за существенного ухудшения условий коммутации.

Торможение электродвигателей постоянного тока

В электроприводах с электродвигателями постоянного тока применяют три способа торможения: динамическое, рекуперативное и торможение противовключением.

Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется путем замыкания обмотки якоря двигателя накоротко или через резистор. При этом электродвигатель постоянного тока начинает работать как генератор, преобразуя запасенную им механическую энергию в электрическую. Эта энергия выделяется в виде тепла в сопротивлении, на которое замкнута обмотка якоря. Динамическое торможение обеспечивает точный останов электродвигателя.

Рекуперативное торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется в том случае, когда включенный в сеть электродвигатель вращается исполнительным механизмом со скоростью, превышающей скорость идеального холостого хода. Тогда э. д. с, наведенная в обмотке двигателя, превысит значение напряжения сети, ток в обмотке двигателя изменяет направление на противоположное. Электродвигатель переходит на работу в генераторном режиме, отдавая энергию в сеть. Одновременно на его валу возникает тормозной момент. Такой режим может быть получен в приводах подъемных механизмов при опускании груза, а также при регулировании скорости двигателя и во время тормозных процессов в электроприводах постоянного тока.

Рекуперативное торможение двигателя постоянного тока является наиболее экономичным способом, так как в этом случае происходит возврат в сеть электроэнергии. В электроприводе металлорежущих станков этот способ применяют при регулировании скорости в системах Г — ДПТ и ЭМУ — ДПТ.

Торможение противовключением электродвигателя постоянного тока осуществляется путем изменения полярности напряжения и тока в обмотке якоря. При взаимодействии тока якоря с магнитным полем обмотки возбуждения создается тормозной момент, который уменьшается по мере уменьшения частоты вращения электродвигателя. При уменьшении частоты вращения электродвигателя до нуля электродвигатель должен быть отключен от сети, иначе он начнет разворачиваться в обратную сторону.

Date: 2015-07-24; view: 399; Нарушение авторских прав

ВНИМАНИЕ! САЙТ ЛЕКЦИИ.ОРГ проводит недельный опрос. ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ. ВСЕГО 1 МИНУТА!!!

Вопрос 2 Способы регулирования ДПТ.

Ѡхх=f(Mвр)

M=Mвр-Mc Mc-момент сопротивления(создается механизмами)

2.1 При изменении тока в обмотке якоря- введении регулировочных сопротивлений в цепь обмотки якоря.

Происходит изменение скорости вращения под нагрузкой, а скорость холостого хода( без нагрузки) остаётся постоянной.

2.2 При изменении магнитного потока- введении регулировочных сопротивлений в цепь ОВ.

Регулирование скорости вращения ДПТ- при малой нагрузке ( 0- М кр) скорость возрастает, при нагрузке больше М кр – уменьшается.

2.3 При изменении подводимого напряжения ( система Г-Д).

( Введение регулировочных сопротивлений в НОВГ). Уменьшается скорость вращения ДПТ как при постоянной нагрузке, так и на ХХ.

Вопрос 3 Способы торможения ДПТ.

3.1 Динамическое торможение.

Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется путем замыкания обмотки якоря двигателя накоротко или через резистор. При этом электродвигатель постоянного тока начинает работать как генератор, преобразуя запасенную им механическую энергию в электрическую. Эта энергия выделяется в виде тепла в сопротивлении, на которое замкнута обмотка якоря. Динамическое торможение обеспечивает точный останов электродвигателя.

При отключении обмотки якоря от напряжения якорь по инерции продолжает вращаться в магнитном поле статора, в его обмотке наводится ЭДС , вследствие чего при замыкании К2 по якорной обмотке и тормозному сопротивлению пройдет тормозной ток, который создаст тормозной момент , направленный на встречу вращения якоря.

3.2 Торможение противовключением.

осуществляется подключением двигателя на вращение в одну сторону, но под действием внешних сил или по инерции его якорь вращается в противоположную сторону. Этот способ торможения применяется для ограничения скорости опускания тяжелых грузов и для быстрой остановки электродвигателя с последующим его реверсированием.

Торможение противовключением получается, например, если электродвигатель грузоподъемного механизма включен на подъем груза, а его якорь под действием статического момента, создаваемого массой груза, вращается в сторону спуска груза. В этом случае момент, развиваемый электродвигателем, будет являться тормозным моментом, а э. д. с. Е, наводимая в обмотке якоря, будет совпадать по направлению с напряжением сети и ток, протекающий по якорной цепи в режиме торможения противовключением, определяется по формуле

Для ограничения тока до значения, допустимого по условиям коммутации, в цепь якоря двигателя необходимо включить тормозной резистор Rу, сопротивление которого примерно в два раза больше сопротивления пускового резистора, так как в начале торможения противовключением E≈U.

Недостаткам торможения противовключением является его неэкономичность, а мягкие механические тормозные характеристики не обеспечивают стабильной работы электродвигателя.

3.3 Рекуперативное торможение.

Рекуперативное торможение, или торможение с отдачей энергии в сеть, происходит при угловой скорости электродвигателя Ѡ, превышающей его угловую скорость Ѡ0 при идеальном холостом ходе, т. е. Ѡ>Ѡ0. В этом случае э. д. с. якоря Е=kФѠ превысит приложенное напряжение U и ток в обмотке якоря IЯ=((U—E)/rя изменит направление, т. е. двигатель перейдет в генераторный режим с отдачей энергии в сеть, создавая при этом тормозной момент.

Рекуперативное торможение применяется только для двигателей параллельного и смешанного возбуждения в электроприводах грузоподъемных механизмов при опускании тяжелого груза со скоростью, превышающей скорость идеального холостого хода.

К недостатку рекуперативного торможения относится высокая угловая скорость торможения Ѡ>Ѡ0, поэтому этот способ торможения не может быть применен для остановки электропривода.

Дата добавления: 2017-02-25; просмотров: 854 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Рекомендуемый контект:

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.

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 со0 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 со0. В силу механической инерции текущая скорость двигателя со будет изменяться медленнее, чем скорость вращения магнитного поля со0, 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

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

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).

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:

Преобразовав предыдущие выражения:

Подставив значение в предыдущее уравнение:

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/:

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.

На сайте возникли временные проблемы технического характера.

Для торможения подвижного состава тяговые двигатели переводятся в генераторный режим, при котором они создают тормозной момент. В зависимости от условий, при которых требуется осуществлять торможение, генератор может отдавать электрическую энергию в сеть или гасить ее в реостате. В первом случае торможение называется рекуперативным, во втором — реостатным. На э. п. с. применяют как рекуперативное, так и реостатное торможение. Рекуперативное торможение с энергетической точки зрения является наиболее выгодным, так как отданная в сеть электрическая энергия полезно используется другими электровозами или электропоездами. На тепловозах применять рекуперативное торможение нельзя, так как отсутствует приемник электрической энергии. Реостатное торможение может быть использовано, если оборудовать тепловозы реостатами для гашения электрической энергии.

Преимуществом электрического торможения является значительно меньшая склонность колес к заклиниванию (юзу) при больших значениях тормозной силы, чем при механическом торможении, и способность к самозащите колес от юза. В этом случае юз, как правило, проявляется в форме частичного проскальзывания колес по рельсу без резкой потери сцепления, как это имеет место при механическом торможении.

Рекуперативное торможение. В режим рекуперативного торможения можно перевести только электродвигатели с независимым, параллельным и смешанным возбуждением. В электродвигателе с независимым (параллельным) возбуждением при уменьшении нагрузочного момента Мвн, например при переходе локомотива с подъема на площадку, частота вращения якоря возрастает, при этом увеличивается индуцированная в нем э. д. с, уменьшается ток и создаваемый двигателем электромагнитный момент. При Мвн = 0 частота вращения возрастает до значения n0 (частота вращения при холостом ходе).

Если пренебречь трением и внутренними потерями в машине, то при холостом ходе э. д. с. электродвигателя становится равной напряжению сети, а ток и развиваемый двигателем электромагнитный момент оказывается равным нулю. (В действительности при холостом ходе двигатель потребляет из сети некоторый ток, необходимый для компенсации внутренних потерь мощности в машине.) При изменении направления нагрузочного момента (например, при переходе локомотива на спуск) частота вращения якоря становится

Рис. 141. Механическая характеристика электродвигателя с независимым (параллельным) возбуждением в двигательном режиме и при рекуперативном торможении

больше n0, э. д. с.— больше напряжения сети, ток и вращающий момент изменяют свое направление и машина переходит из двигательного режима в генераторный (рис. 141). При этом электромагнитный момент направлен против вращения якоря, а выработанная генератором электрическая энергия отдается в сеть.

Таким образом, двигатель с независимым (параллельным) возбуждением при изменении направления Мвн, т. е. при возрастании частоты вращения более n0, автоматически переходит в режим рекуперативного торможения.

Двигатель с последовательным возбуждением не может быть переведен в режим рекуперативного торможения, так как при уменьшении внешней нагрузки, т. е. вращающего момента двигателя, частота вращения возрастает и он идет вразнос. Следовательно, не представляется возможным изменить направление вращающего момента двигателя и перейти через промежуточный режим холостого хода, что необходимо для перевода его с двигательного в генераторный режим. Поэтому для осуществления рекуперативного торможения обмотку возбуждения такого электродвигателя необходимо переключить на независимое питание от специального электромашинного или полупроводникового возбудителя. При таком переключении электродвигатель начинает работать как генератор с независимым возбуждением.

Генераторы с независимым возбуждением работают вполне надежно и устойчиво. Однако они имеют пологую внешнюю характеристику (см. рис. 121,б) и поэтому непригодны для рекуперативного торможения в условиях тяговых сетей, напряжение которых сильно изменяется. При неизбежных колебаниях напряжения в контактной сети ток такого генератора и создаваемый им тормозной момент очень резко изменяются, что не дает возможности обеспечить надежное торможение поезда. Для того чтобы генератор был малочувствителен к колебаниям напряжения в контактной сети, необходимо придать его внешней характеристике крутопадающий характер, как это имеет место у генератора со смешанным возбуждением при встречном включении обмоток возбуждения (встречно-смешанное возбуждение). Для этого можно питать обмотку возбуждения тягового двигателя в режиме рекуперативного торможения от возбудителя со встречно-смешанным возбуждением или включить в цепь возбудителя так называемый стабилизирующий резистор. Благодаря этим мероприятиям ток, отдаваемый в контактную сеть тяговым двигателем, который работает в генераторном режиме, сохраняется примерно постоянным. Такими способами стабилизируют (поддерживают постоянным) этот ток.

При использовании возбудителя со встречно-смешанным возбуждением (рис. 142, а) уменьшение напряжения в контактной сети и возрастание в связи с этим тока рекуперации Iя, отдаваемого тяговым двигателем, работающим в генераторном режиме, вызовут размагничивание возбудителя и снижение его напряжения, а следовательно, и магнитного потока обмотки возбуждения двигателя. В результате этого э. д. с. тягового двигателя, работающего в генераторном режиме, будет снижаться и ток рекуперации не будет испытывать сильных колебаний. То же самое будет происходить и при увеличении напряжения в контактной сети.

При использовании стабилизирующего резистора его включают в цепь возбудителя так, что по нему, кроме тока возбуждения Iв, проходит и ток обмотки якоря Iя тягового двигателя, работающего в генераторном режиме (рис. 142,б). При уменьшении напряжения в контактной сети возрастут ток рекуперации Iя, отдаваемый тяговым двигателем, и падение напряжения ?U в стабилизирующем резисторе 7. Так как падение напряжения ?U в контуре «стабилизирующий резистор — обмотка якоря возбудителя» действует против напряжения возбудителя Uв, его увеличение приведет к уменьшению тока Iв, поступающего в обмотку возбуждения тягового двигателя, и снижению создаваемой в нем э. д. с. В результате будет иметь место такой же стабилизирующий эффект, как и при возбудителе со встречно-смешанным возбуждением.

Применять рекуперативное торможение для остановки поезда нельзя. Получение от двигателя, работающего в генераторном режиме на контактную сеть, необходимой э. д. с. потребовало бы при низких частотах вращения очень сильного увеличения его магнитного потока и тока, отдаваемого возбудителем. Поэтому рекуперативное торможение может применяться только до некоторой минимальной частоты вращения nmin.

Рис. 142. Схемы включения тягового двигателя при рекуперативном торможении: 1 — якорь тягового двигателя; 2—обмотка возбуждения; 3— регулировочный реостат; 4— обмотка независимого возбуждения возбудителя; 5 — якорь возбудителя; 6 — последовательная обмотка возбуждения возбудителя; 7 — стабилизирующий резистор

Рис. 143. Схемы перехода из двигательного режима (а) в режим реостатного торможения с переключением обмотки возбуждения (б) или обмотки якоря (в)

Если электродвигатель в режиме рекуперативного торможения отдает энергию не непосредственно в сеть, а через какой-либо преобразователь, то путем уменьшения напряжения, подаваемого от преобразователя на обмотку якоря двигателя, можно существенно уменьшить nmin.

Реостатное торможение. При реостатном торможении тяговые двигатели работают как генераторы с последовательным возбуждением и включаются на тормозные резисторы, в которых электрическая энергия, выработанная генератором во время торможения поезда, превращается в тепловую. В качестве тормозных резисторов используют обычно те же реостаты, что и при пуске двигателя. Реостатное торможение может применяться как при высоких, так и при низких частотах вращения, так как напряжение генератора в этом случае не связано с напряжением сети и может быть установлено таким, какое необходимо для получения требуемой тормозной силы. Для перехода на реостатное торможение двигателя с последовательным возбуждением необходимо отключить его от контактной сети, переключить концы обмотки якоря или обмотки возбуждения двигателя и подключить к обмотке якоря резистор (рис. 143).

Как известно, при переходе машины из двигательного режима в генераторный ток Iя в обмотке якоря изменяет свое направление. Если не переключить концы обмотки якоря или обмотки возбуждения, то при изменении направления тока произошло бы размагничивание машины (исчезновение в ней остаточного магнетизма) и она не смогла бы начать работать в качестве генератора последовательного возбуждения. При переключении направление тока в обмотке возбуждения в генераторном режиме остается таким же, как и при двигательном, благодаря чему обеспечивается самовозбуждение машины за счет остаточного магнетизма.

При уменьшении частоты вращения тягового двигателя в процессе реостатного торможения будет уменьшаться создаваемое им напряжение, а следовательно, ток Iя и развиваемый им тормозной момент (тормозная сила). Чтобы поддержать тормозную силу на определенном уровне по мере уменьшения частоты вращения, не-

Рис. 144. Параллельное включение двух тяговых двигателей с последовательным возбуждением при реостатном торможении

обходимо постепенно уменьшать сопротивление тормозного резистора.

Применять реостатное торможение для остановки поезда нельзя, так как при малых частотах вращения тягового двигателя, работающего в генераторном режиме, резко уменьшаются его э. д. с. Е, ток Iя и электромагнитный тормозной момент. Поэтому окончательная остановка поезда производится в таких случаях механическим тормозом.

Тяговые двигатели локомотивов и электропоездов при реостатном торможении включаются только параллельно. При включении двигателей последовательно суммарное их напряжение могло бы достичь больших значений, что недопустимо для нормальной работы электрического оборудования. Однако параллельно включенные генераторы с последовательным возбуждением не в состоянии работать устойчиво, т. е. поддерживать постоянство своих токов и э. д. с.

Например, если по какой-то причине увеличится ток I1 (рис. 144, а) в одном из параллельно включенных тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, это вызовет увеличение его э.д.с. Е1. Одновременно уменьшатся ток I2 и э.д.с. Е2 второго двигателя. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ток I2 не упадет до нуля, после чего он изменит свое направление. При этом изменится полярность второй машины и вместо параллельного включения двух генераторов образуется замкнутый контур, в который оба генератора будут включены последовательно без какого-либо внешнего сопротивления (рис. 144,б). Такое включение генераторов представляет собой, по сути дела, их короткое замыкание, поэтому по замкнутому контуру начнет проходить большой ток Iк.

Для получения устойчивой работы нескольких параллельно соединенных генераторов обмотки возбуждения их включают с перекрещиванием (рис. 144, в). В этом случае ток первого генератора проходит через обмотку возбуждения второго генератора и наоборот. Поэтому всякое случайное возрастание тока в цепи одного из генераторов вызовет усиление магнитного потока, а следовательно, и э. д. с. во втором генераторе, что обеспечивает автоматическое выравнивание э. д.с. и токов этих генераторов.

Рис.45 Схема цепей электрического торможения при включении группы тяговых двигателей на отдельный тормозной реостат

(Электрически устойчивой является система, в которой при нарушении установившегося состояния, вызванном так называемыми возмущающими воздействиями, токи и напряжения изменяются, но после исчезновения этих воздействий принимают прежние установившиеся значения. Если меняются условия, определяющие установившийся режим (например, напряжение сети, сопротивление тормозного реостата), то устойчивая система принимает новое состояние равновесия. Система, не удовлетворяющая этим условиям, неустойчива.)

Наилучшее распределение нагрузок между тяговыми машинами и их устойчивую работу обеспечивает так называемая перекрестная схема (на рис. 46 контакты 1, 2 разомкнуты, а контакты 3, 4 замкнуты).

Рис.46. Схема цепей электрического торможения с общим тормозным реостатом при перекрестном включении обмоток возбуждения

Рис.47 Схема рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей со стабилизирующим резистором Rст (а) и с противовозбуждением возбудителя (б)

В начало статьи
<<Назад ——————————— Дальше >>

Добавить комментарий