Меню

Способы торможения электродвигателей переменного тока

Трёхфазные асинхронные двигатели: методы торможения

Главная страница » Трёхфазные асинхронные двигатели: методы торможения

Трёхфазные асинхронные двигатели: методы торможения хода

Значительное число приводных систем используются при естественном замедлении работы двигателей в процессе остановки. Время, затрачиваемое на остановку ротора, измеряется исключительно инерционным моментом и моментом сопротивления вращению. Между тем нередко эксплуатация систем требует сокращать время остановки вала мотора и в этом случае электрическое торможение хода электродвигателя видится простым и эффективным решением. По сравнению устройствами, где применяются механический или гидравлический способы, электрическое торможение двигателей имеет явные преимущества в плане устойчивости действия и экономичности применения.

Варианты построения электрических тормозов

Рассмотрим несколько вариантов торможения двигателей электрическим способом, которые могут быть применимы на практике. При этом отметим возможности использования механизмов торможения по отношению к электродвигателям разных видов. Список рассматриваемых методик торможения включает следующие:

  • противотоком,
  • вводом постоянного тока,
  • электронным способом,
  • сверхсинхронной скоростью,
  • другими способами.

Принцип торможения противотоком

Мотор отключается от электросети, и пока ротор продолжает вращаться, вновь подключается противофазой. Такая система создаёт эффективный момент блокировки, обычно превышающий пусковой момент.

Между тем, этот эффективный момент торможения должен быть быстро нивелирован, чтобы двигатель после остановки не вращался в противоположном направлении. Несколько устройств контроля и автоматики привлекаются для обеспечения замедления вращения вала электродвигателя до его полной остановки:

  • датчики остановки фрикциона,
  • датчики центробежного останова,
  • хронометрические приборы,
  • реле частоты,
  • реле напряжения ротора (для двигателей с фазным ротором) и т. д.

Торможение двигателя с короткозамкнутым ротором

Прежде чем выбирать систему противотока для асинхронного мотора с КЗ ротором, важно обеспечить устойчивость двигателя к противоточному способу с учётом требуемой нагрузки.

Помимо механических напряжений, этот процесс подвергает ротор воздействию высоких тепловых нагрузок, так как энергия, выделяемая при каждой операции, рассеивается в теле ротора.

Тепловое напряжение на противотоке в три раза больше, чем при наборе скорости вращения. Здесь пики тока и крутящего момента заметно выше, если сравнивать с моментом пуска.

Система торможения противотоком

Принцип методики противоточного воздействия на схему электродвигателя с целью быстрого замедления хода с последующей остановкой. Слева — нормальный рабочий цикл. Справа — цикл замедления и останова

Поэтому для обеспечения плавного останова двигателя системой противотока, как правило, последовательно с каждой фазой статора устанавливают резистор. Благодаря такому добавлению, при переключении уменьшается крутящий момент и ток, до значений, равных тем, что отмечаются на статоре в режиме пуска.

Однако противоточная система торможения имеет ряд серьёзных недостатков. Поэтому этот способ для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором используется в редких случаях и преимущественно на маломощных моторах.

Электрический воздушный компрессор, 220В/110В 30 мпаЭлектрический воздушный компрессор высокого давленияЭлектрический воздушный насос высокого давления

Противоточное торможение на двигателях с фазным ротором

Чтобы ограничить ток и крутящий момент, прежде чем статор будет переключен на противоточный ход, крайне важно использовать резисторы ротора, используемые для запуска.

При этом следует периодично добавлять дополнительную резистивную секцию торможения. При правильно подобранном значении роторного резистора, регулировать тормозной момент до требуемого значения несложно.

Момент переключения тока даёт напряжение ротора практически в два раза большее, чем когда ротор находится в состоянии покоя, что иногда требует особых мер при изоляции.

Противоточное торможение мотора с фазным ротором

Принцип противоточной электрической блокировки на моторах с фазным ротором. Слева — нормальный режим работы. Справа — замедление с остановом

Как и в случае с силовыми двигателями, цепь ротора выделяет значительное количество энергии. Вся выделенная энергия полностью рассеивается на резисторах (за исключением небольших потерь).

Двигатель может быть остановлен автоматически одним из вышеупомянутых устройств контроля. Например, с помощью реле напряжения или частоты в цепи ротора. С помощью схемы противотока удаётся поддерживать ведущую нагрузку с умеренной скоростью.

Однако характеристика крайне неустойчива (значительные колебания скорости по отношению к малым изменениям крутящего момента).

Торможение вводом постоянного тока

Этот вариант используется на двигателях с фазным и короткозамкнутым ротором. Если сравнивать с противоточной системой, стоимость применения источника выпрямленного тока компенсируется меньшим количеством резисторов.

Благодаря электронным регуляторам скорости и стартерам, этот способ торможения асинхронных электродвигателей видится вполне экономичным.

Торможение постоянным током

Принцип останова путём ввода постоянного тока. Для работы этой системы требуется источник постоянного напряжения. Требования к величине напряжения не критичны

Методика предполагает отключение обмоток статора от сети и подачу на обмотки выпрямленного тока. Прохождение выпрямленного тока по обмоткам статора сопровождается образованием фиксированного потока в воздушном зазоре между ротором и статорным кольцом двигателя.

Для достижения значения этого потока, способного обеспечить надлежащее торможение, ток должен быть примерно в 1,3 раза выше номинального тока. Избыток тепловых потерь, неизбежно вызываемых этим незначительным превышением, обычно компенсируется временной паузой после останова мотора.

Критерии применения метода вводом постоянного тока

Поскольку значение тока зависит от сопротивления обмотки статора, напряжение на источнике выпрямленного тока невысокое. Обычно источником выступает схема выпрямителя или контроллера скорости.

Читайте также:  Измерение тока колебательного контура

Эти источники выпрямленного тока должны быть адаптированы к переходным скачкам напряжения, происходящим на обмотках в момент отсоединения от переменного источника питания.

Движение ротора здесь следует рассматривать скольжением относительно поля, зафиксированного в пространстве. Поведение двигателя аналогично синхронному генератору с разгрузкой на роторе. Поэтому важны отличия характеристик, полученных на торможении вводом выпрямленного тока, по сравнению с противоточной схемой:

  1. Меньше энергии рассеивается на резисторах ротора или в теле ротора. Процесс эквивалентен механической энергии, массово выделяемой при движении. Единственная мощность, потребляемая от сети, — возбуждение статора.
  2. Когда нагрузка не является управляемой, двигатель не запускается в противоположном направлении.
  3. Если нагрузка является управляемой, система действует постоянно и удерживает нагрузку на низкой скорости. То есть достигается фактор замедления, а не полного торможения. Характеристика намного стабильнее, чем у системы противотока.

На моторах с фазным ротором характеристики крутящего момента зависят от выбора резисторов.

Резисторы для систем торможения двигателей

Вариант тормозных резисторов: 1 — датчик нагрева; 2 — металлический шунт; 3 — высокотемпературный проводник; 4 — проволочный резистивный элемент; 5 — температурный блок; 6 — корпус

На двигателях с короткозамкнутым ротором система позволяет легко регулировать момент торможения электродвигателя, воздействуя на энергетику постоянного тока. Тем не менее, тормозной момент остаётся низким, если мотор имеет высокие обороты.

Торможение двигателей электронным и сверхсинхронным способом

Эффект электронного торможения достигается относительно просто с помощью регулятора скорости, оснащенного тормозным резистором. Асинхронный двигатель действует как генератор. Механическая энергия рассеивается на ограничительном резисторе без увеличения потерь в самом двигателе.

Эффект торможения проявляется, когда двигатель достигает верхней точки синхронной скорости с переходом на более высокие значения. Здесь фактически инициируется режим асинхронного генератора и развивается тормозной момент. Возникающие при этом потери энергии восстанавливаются электросетью.

Подобный режим работы проявляется на двигателях подъёмников при спуске груза с номинальной скоростью. Тормозной момент полностью уравновешивается крутящим моментом от нагрузки.

За счёт этого равновесия удаётся тормозить не ослаблением скорости, а выводом двигателя в режим работы на постоянной скорости.

Для варианта эксплуатации моторов с фазным ротором, все или часть резисторов ротора должны быть накоротко замкнутыми, чтобы двигатель не развивал движение значительно выше номинальной скорости.

Сверхсинхронная система функционально видится идеальной для ограничения движения под нагрузкой, потому что:

  1. Скорость остаётся стабильной и практически не зависит от вращающего момента,
  2. Энергия восстанавливается и возобновляется в сети.

Тем не менее, сверхсинхронное торможение электродвигателей поддерживает только одну скорость вращения, как правило, номинальное вращение. На частотно-регулируемых двигателях используются сверхсинхронные схемы, благодаря которым изменяется скорость вращения вала от верхнего значения к нижнему значению.

Сверхсинхронное торможение легко достигается с помощью электронного регулятора скорости, который автоматически запускает эту систему при понижении частоты.

PAGANI - мужские механические наручные часыЖенские механические часы JSDUNPAGANI дизайнерские брендовые мужские часы

Другие тормозные системы

Редко, но всё-таки встречаются системы однофазного торможения. Эта методика включает питание двигателя между двумя фазами сети и подключает незанятый терминал к одному из двух других сетевых подключений.

Торможение двигателя реверсом

Вариант остановки простым реверсивным переключением — реверс поля вращения, образованного обмотками статора

Тормозной момент ограничивается 1/3 максимального крутящего момента двигателя. Этой системой невозможно остановить мотор на полной нагрузке.

Поэтому такая схема традиционно дополняется противоточным методом. Вариант однофазной блокировки характеризуется значительным дисбалансом и высокими потерями.

Также применяется торможение электродвигателей ослаблением вихревых токов. Здесь работает принцип, аналогичный тому, что используется на промышленных транспортных средствах в дополнение к механическому торможению (электрические редукторы).

Механическая энергия рассеивается в редукторе скорости. Замедление и остановка электродвигателя контролируется простым возбуждением обмотки. Выраженный недостаток этого метода — значительное увеличение инерции.

Видео торможения вала двигателя динамическим способом

Источник



Способы торможения электродвигателей

Торможение электродвигателей необходимо для уменьшения времени выбега и фиксации приводимого устройства в конкретном положении. Если не использовать способы торможения процесс останова может занять недопустимо большое время. Различают механические и электрические способы торможения.

Механическое торможение предусматривает использование тормозных колодок на тормозном шкиве. Электрическое торможение обеспечивает более точный тормозящий момент. Для фиксации механизма строго в определенной точке часто используют оба способа торможения.

Различные электроприводы на производстве должны обеспечивать определенные режимы работы. Эти режимы служат для остановки приводимого механизма или удержания его заданной скорости при наличии положительного момента электродвигателя.

Среди способов торможения различают режимы:

  • Противовключение.
  • Динамический.
  • Рекуперативный.

Противовключение используется для осуществления быстрой остановки приводимого машинного устройства. Осуществляется этот режим переключением фаз на обмотках электродвигателя и разворотом вращающегося поля в обратном направлении.

Для торможения двигателей постоянного тока таким способом достаточно переподключить обмотки якоря. Изменением направления тока якоря и момента добиваются изменения направления вращения и остановки. Для ограничения возникающего в обмотках тока в цепи якорных и статорных обмоток дополнительно включаются балластные резисторы. Через них происходит основное рассеивание энергии торможения.

Читайте также:  Ударный ток для предохранителя

Для динамического торможения характерно, что электродвигатель переходит в генераторный режим. Якорь электродвигателя в момент торможения переподключается на сопротивления без отключения возбуждающего напряжения со статора. Часто асинхронные двигатели тормозят подачей постоянного напряжения на статорные обмотки двигателя.

Таким образом, создание неподвижного магнитного поля в роторе достигается наличием постоянного тока в статоре двигателя и созданием эффективного тормозного момента. Значение момента будет зависеть от возбуждающего тока и частоты вращения ротора.

Рекуперативный режим обеспечивает торможение двигателя за счет отдачи энергии торможения в сеть.

Источник

Способы торможения электродвигателей

Тормозные режимы электродвигателейЭлектродвигатели в электроприводе могут быстро остановить производственный механизм, или удержать определенную скорость при положительном моменте рабочей машины. В этом случае двигатель обращается в генератор и работает в одном из тормозных режимов : противовключения, динамическом, рекуперативном (смотрите рис. 1) в зависимости от способа возбуждения.

Торможение электропривода посредством переключения обмоток фаз электродвигателя для получения вращения поля в противоположном направлении ( торможение противовключением ) применяют, когда необходимо быстро остановить машинное устройство. При этом по инерции ротор вращается навстречу магнитному потоку, скольжение электродвигателя становится больше единицы, а момент — отрицательным.

В двигателе постоянного тока для осуществления торможения противовключением меняют подключение концов обмоток якоря. При этом ток в якоре и момент меняют направление.

В обоих случаях действующее напряжение становится большим, поэтому для ограничения тока и момента переключение осуществляется с одновременным включением резисторов в цепь якоря или ротора.Энергия торможения и поступающая из сети рассеивается в обмотках якоря и в резисторах.

Динамическое торможение характеризуется тем, что электрическая машина работает генератором (динамо) с рассеиванием энергии торможения в тормозных резисторах и обмотках электродвигателя.

Для динамического торможения якорь двигателя постоянного тока отключают от источника питания и включают на сопротивление, а обмотка возбуждения остается под напряжением, асинхронных двигателях динамическое торможение достигается подачей постоянного тока в обмотку статора двигателя.

Постоянный ток создает неподвижное магнитное поле. При вращении ротора в его обмотках наводится ЭДС и появляется ток. Взаимодействие тока ротора с неподвижным магнитным полем создает тормозной момент. Значение тормозного момента зависит от тока возбуждения, частоты вращения и сопротивления цепи ротора (якоря).

В режиме рекуперативного торможения ротор (якорь) подключенного к сети электродвигателя вращается со скоростью, большей ωо. В этом случае ток изменяет направление, электрическая машина становится генератором, работающим параллельно с сетью, энергия торможения за вычетом потерь отдается в электрическую сеть.

Включение и механические характеристики электродвигателей

Рис. 1. Включение и механические характеристики электродвигателей: независимым возбуждением (а) и асинхронного (б) в режимах: I — двигательном, II — противовключения, III — динамического торможения, I V — генераторном с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение используется в подъемных кранах, для удержания скорости при опускании грузов, для испытания и обкатки под нагрузкой автомобильных и тракторных двигателей, редукторов, коробок перемены передач под нагрузкой, а также во время перехода с большей скорости на меньшую в многоскоростных электродвигателях.

Источник

Способы торможения асинхронного двигателя

Торможение АД можно осуществить как при питании его от сети переменного тока, так и путем подключения цепи статора к источнику по­стоянного тока (динамическое торможение), а также при его само­возбуждении [1].

При включении АД по основной схеме (см. рис. 62, а) возможно торможение противовключением и рекуперативное торможение.

Торможение противовключением осуществляется двумя путями. Один из них связан с изменением чередования на статоре двух фаз питающего АД напряжения. Допустим, например, что АД работа­ет по механической характеристике 1 в точке а (рис. 104, а) при чередовании на статоре фаз напряжения сети ABC. Тогда при пере­ключении двух фаз (например, В и С) АД переходит на работу по характеристике 1 в точке d, участок db которой соответствует тор­можению противовключением. При торможении противовключением к двигателю подводится мощность, как со стороны статора, так и со стороны ротора. Вся подведенная к АД мощность выделяется в цепи обмотки ротора. Для ограничения тока и момента АД при торможении противовключением необходимо вклю­чение добавочных резисторов в цепь ротора или статора. При включении добавочных сопротивлений в цепь ротора происходит «смягчение» механических характеристик двигателя. Причем, чем больше добавочное сопротивление цепи ротора, тем мягче механическая характеристика и тем дальше в область положительных значений скольжения s сдвигается максимум момента. Величина же самого максимального (критического) момента Мк остается неизменной.

Другой путь перевода АД в режим торможения противовключе­нием может быть использован при активном характере момента нагрузки Мс. Допустим, что требуется осуществить спуск груза, обес­печивая его торможение с помощью АД (так называемый тормоз­ной спуск груза). Для этого АД включается на подъем с большим добавочным сопротивлением R в цепи ротора (кривая 2). Вслед­ствие превышения моментом нагрузки Мс пускового момента двигателя Мп и его активного характера груз начнет опускаться с уста­новившейся скоростью — Ω уст 1. АД при этом будет работать в режи­ме торможения противовключением.

Читайте также:  Круговой ток в ферромагнетиках образуется вращением

Рис.104. Механические характеристики АД при торможении противовключением (а) и с рекуперацией энергии в сеть (б)

Рекуперативное торможение осуществляется в том случае, когда скорость АД превышает синхронную ω1 и он работает в генератор­ном режиме параллельно с сетью. Такой режим возникает, например, при переходе двухскоростного АД с высокий скорости на низкую, как это показано на рис. 104, б. Предположим, что в исходном поло­жении АД работал по характеристике 1 в точке а, вращаясь со скоро­стью Ωуст1. При увеличении числа пар полюсов АД переходит на ра­боту по характеристике 2 в точке b, участок be которой соответству­ет торможению с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть.

Этот же вид торможения может быть реализован в системе «пре­образователь частоты — двигатель» при останове АД или его пере­ходе с одной характеристики (c частотой f1) на другую характеристику (с частотой f2

Рекуперативное торможение также может быть реализовано в ЭП грузоподъемных механизмов при спуске грузов. Для этого АД включается в направлении спуска груза (характеристика 3 на рис. 104, а). После окончания разбега он будет работать в точке с со скоростью – Ωуст.2. При этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения АД.

Для динамического торможения обмотку статора АД отключа­ют от сети переменного тока и подключают к источнику постоян­ного тока, как это показано на рис. 105. Обмотка ротора АД 1 при этом может быть закорочена или в ее цепь включаются добавочные резисторы 3 с сопротивлением R.

Постоянный ток Iп, значение которого может регулироваться ре­зистором 2, протекает по обмоткам статора и создает неподвижное в пространстве магнитное поле (возбуждает АД). При вращении ро­тора в нем наводится ЭДС, под действием которой в обмотке проте­кает ток, создающий магнитный поток, также неподвижный в прост­ранстве. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме ге­нератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей ЭП и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

Формулы для характеристик АД в режиме динамического тор­можения выводятся на основании анализа его схемы замещения. Опуская вывод формул, представим графически электромеханичес­кую I2‘(s) (кривая 7) и механические M(s) кривые 46 характерис­тики АД.

Характеристика расположена на рисунке в первом квадран­те, где s = Ω/ω1 — скольжение АД в режиме динамического тормо­жения. Механические характеристики АД расположены во втором квадранте.

Различные искусственные механические характеристики АД в режиме динамического торможения можно получить, изменяя со­противление R добавочных резисторов 3 в цепи ротора или по­стоянный ток Iп, подаваемый в обмотки статора. На рисунке пока­заны механические характеристики АД для различных сочетаний Iп и R. Характеристика 6 соответствует току Iп1 и сопротивлению ре­зистора R, максимальный момент на ней равен Мm1, а скольже­ние, ему соответствующее, — sm1.

Увеличение сопротивления резис­торов 3 R2д 2 > R2д 1 при Iп = const не приводит к изменению максималь­ного момента, в то время как максимальное скольжение sm при этом пропорционально возрастает, что видно из характеристики 4.

Увеличение тока Iп (Iп2>Iп1) при R=const вызывает увеличение максимального момента пропорционально квадрату тока. Харак­теристика двигателя в этом случае имеет вид кривой 5. Варьируя зна­чения Iп и R можно получить желаемый вид механических характе­ристик АД в режиме динамического торможения и тем самым соот­ветствующую интенсивность торможения асинхронного ЭП.

Рис.105. Схема (а) и характеристики (б) АД при динамическом торможении

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

При конденсаторном торможении, схема которого приведена на рис.105, а, возбуждение АД 1 осуществляется с помощью конден­саторов 2, подключаемых к статору. Отметим, что конденсаторы могут подключаться к статору постоянно (глухое подключение) или с помощью дополнительного контактора, будучи при этом со­единенными в схему треугольника или звезды.

Определяющим фактором, от которого зависят вид и расположе­ние характеристик АД 1. 3 (см. рис. 106, б), а значит, интенсивность торможения, является емкость конденсаторов С (кривые 1. 3 соот­ветствуют значениям С1 35 363738>

Дата добавления: 2019-02-08 ; просмотров: 2070 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник