0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Характеристики асинхронного двигателя в режиме торможения

Тормозные режимы асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель может работать в следующих тормозных режимах: в режиме рекуперативного торможения, противовключения и динамическом.

Рекуперативное торможение асинхронного двигателя

Режим рекуперативного торможения осуществляется в том случае, когда скорость ротора асинхронного двигателя превышает синхронную.

Режим рекуперативного торможения практически применяется для двигателей с переключением полюсов и в приводах грузоподъемных машин (подъемники, экскаваторы и т.п.).

При переходе в генераторный режим вследствие изменения знака момента меняет знак активная составляющая тока ротора. В этом случае асинхронный двигатель отдает активную мощность (энергию) в сеть и потребляет из сети реактивную мощность (энергию), необходимую для возбуждения. Такой режим возникает, например, при торможении (переходе) двухскоростного двигателя с высокой на низкую скорость, как показано на рис. 1 а.

Рис. 1. Торможение асинхронного двигателя в основной схеме включения: а) с рекуперацией энергии в сеть; б) противовключением

Предположим, что в исходном положении двигатель работал на характеристике 1 и в точке а, вращаясь со скоростью ωуст1 . При увеличении числа пар полюсов двигатель переходит на характеристику 2, участок бс которой соответствует торможению с рекуперацией энергии в сеть.

Этот же вид торможения может быть реализован в системе преобразователь частоты – двигатель при останове асинхронного двигателя или при переходе с характеристики на характеристику. Для этого осуществляется уменьшение частоты выходного напряжения, а тем самым синхронной скорости ωо = 2π f / p .

В силу механической инерции текущая скорость двигателя ω будет изменяться медленнее чем синхронная скорость ωо , и будет постоянно превышать скорость магнитного поля. За счет этого и возникает режим торможения с отдачей энергии в сеть .

Рекуперативное торможение также может быть реализовано в электроприводе грузоподъемных машин при спуске грузов. Для этого двигатель включается в направлении спуска груза (характеристика 2 рис. 1 б).

После окончания торможения он будет работать в точке со скоростью – ωуст2 . При этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения.

Торможение асинхронного электродвигателя противовключением

Перевод асинхронного двигателя в режим торможения противовключением может быть выполнен двумя путями. Один из них связан с изменением чередования двух фаз питающего электродвигатель напряжения.

Допустим, что двигатель работает на характеристике 1 (рис. 1 б) при чередовании фаз напряжения АВС. Тогда при переключении двух фаз (например, В и С) он переходит на характеристику 2, участок аб которой соответствует торможению противовключением.

Обратим внимание на то обстоятельство, что при противовключении скольжение асинхронного двигателя изменяется от S = 2 до S = 1.

Ротор при этом вращается против направления движения поля и постоянно замедляется. Когда скорость спадает до нуля, двигатель должен быть отключен от сети, иначе он может перейти в двигательный режим, причем ротор его будет вращаться в направлении, обратном предыдущему.

При торможении противовключением токи в обмотке двигателя могут в 7–8 раз превышать соответствующие номинальные токи. Заметно уменьшается коэффициент мощности двигателя. О КПД в данном случае говорить не приходится, т.к. и преобразуемая в электрическую механическая энергия и энергия, потребляемая из сети, рассеиваются в активном сопротивлении ротора, и полезно используемой энергии в данном случае нет.

Короткозамкнутые двигатели кратковременно перегружаются по току. Правда, у них при (S > 1) вследствие явления вытеснения тока заметно возрастает активное сопротивление ротора. Это приводит к уменьшению и увеличению момента.

С целью увеличения эффективности торможения двигателей с фазным ротором в цепи их роторов вводят добавочные сопротивления, что позволяет ограничить токи в обмотках и увеличить момент.

Другой путь торможения противовключением может быть использован при активном характере момента нагрузки, который создается, например, на валу двигателя грузоподъемного механизма.

Допустим, что требуется осуществить спуск груза, обеспечивая его торможение с помощью асинхронного двигателя. Для этого двигатель путем включения в цепь ротора добавочного резистора (сопротивления) переводится на искусственную характеристику (прямая 3 на рис. 1).

Вследствие превышения моментом нагрузки Мс пускового момента Мп двигателя и его активного характера груз может опускаться с установившейся скоростью – ωуст2 . В этом режиме торможение скольжения асинхронного двигателя может изменяться от S = 1 до S = 2.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Для динамического торможения обмотки статора двигатель отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока, как это показано на рис. 2. Обмотка ротора при этом может быть закорочена, или в ее цепь включаются добавочные резисторы с сопротивлением R2д.

Рис. 2. Схема динамического торможения асинхронного двигателя (а) и схема включения обмоток статора (б)

Постоянный ток Iп, значение которого может регулироваться резистором 2, протекает по обмоткам статора и создает относительно статора неподвижное магнитное поле. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, частота которой пропорциональна скорости. Эта ЭДС, в свою очередь, вызывает появление тока в замкнутом контуре обмотки ротора, который создает магнитный поток, также неподвижный относительно статора.

Читать еще:  Что такое двигателей линейки cummins

Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем асинхронного двигателя 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 электропривода и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

На рисунке 2 б показана наиболее распространенная схема включения обмоток статора при динамическом торможении. Система возбуждения двигателя в этом режиме является несимметричной.

Для проведения анализа работы асинхронного двигателя в режиме динамического торможения несимметричную систему возбуждения заменяют симметричной. С этой целью принимается допущение, что статор питается не постоянным током Iп, а некоторым эквивалентным трехфазным переменным током, создающим такую же МДС (магнитодвижущую силу), что и постоянный ток.

Электромеханическая и механические характеристики представлены на рис. 3.

Рис. 3. Электромеханическая и механические характеристики асинхронного двигателя

Характеристика расположена на рисунке в первом квадранте I, где s = ω / ωo – скольжение асинхронного двигателя в режиме динамического торможения. Механические характеристики двигателя расположены во втором квадранте II.

Различные искусственные характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения можно получить, изменяя сопротивление R2 д добавочных резисторов 3 (рис. 2) в цепи ротора или постоянный ток I п, подаваемый в обмотки статора.

Варьируя значения R2 д и I п, можно получить желаемый вид механических характеристик асинхронного двигателя в режиме динамического торможения и, тем самым, соответствующую интенсивность торможения асинхронного электропривода.

Мирошник А. И., Лысенко О. А.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Механические характеристики. Энергетические режимы электропривода переменного тока

Для получения механической характеристики ещё более упростим модель — вынесем контур намагничивания на зажимы — рис. 4,а, как это часто делается в курсе электрических машин.

Рис. 4. Упрощенная схема замещения (а) и характеристики асинхронной машины (б)

,

где I 2а — активная составляющая тока ротора,

y 2 — угол между и ,

качественное представление о механической характеристике М(s) можно получить, проследив зависимость каждого из трех сомножителей от s .

Магнитный поток Ф в первом приближении в соответствии с (4) не зависит от s — рис. 4,б. Ток ротора (8) равен нулю при s = 0 и асимптотически стремится к при s ® ± Ґ — рис. 4,б. Последний сомножитель легко определить по схеме замещения:

;

cosy 2 близок к ± 1 при малых s и асимптотически стремится к нулю при s ® ± Ґ . Момент, как произведение трех сомножителей, равен нулю при s = 0 (w = w 0 — идеальный холостой ход), достигает положительного М к+ и отрицательного М к- максимумов — критических значений при некоторых критических значениях скольжения , а затем при s ® ± Ґ стремится к нулю за счет третьего сомножителя.

Уравнение механической характеристики получим, приравняв потери в роторной цепи, выраженные через механические и через электрические величины. Мощность, потребляемая из сети, если пренебречь потерями в R 1 , примерно равна электромагнитной мощности:

,

а мощность на валу определяется как

.

Потери в роторной цепи составят

(9)

или при выражении их через электрические величины

,

.

Подставив в последнее выражение I 2ў из (8) и найдя экстремум функции М=f(s) и соответствующие ему М к и s к , будем иметь:

(10)

; (11)

. (12)

На практике иногда полагают, что а = 0, т.е. пренебрегают активным сопротивлением обмоток статора. Это обычно не приводит к существенным погрешностям при Р н > 5 кВт, однако может неоправданно ухудшить модель при малых мощностях. При а = 0 выражения (10) — (12) имеют вид:

; (10,a)

; (11,a)

, (12,а)

где Х к = Х 1 +Х 2 ’ — индуктивное сопротивление рассеяния машины.

В уравнении (10,а) при s к можно пренебречь первым членом в знаменателе и получить механическую характеристику на рабочем участке в виде

. (13)

Как следует из рис. 4,б и выражений (10) и (10,а), жесткость механической характеристики асинхронных двигателей переменна, на рабочем участке , а при Ѕ sЅ > Ѕ s крЅ — положительна.

Асинхронный электропривод как и электропривод постоянного тока, может работать в двигательном и трех тормозных режимах с таким же, как в электроприводе постоянного тока распределением потоков энергии — рис. 5.

Рис. 5. Энергетические режимы асинхронного электропривода

Рекуперативное торможение (р.т.) осуществляется при вращении двигателя активным моментом со скоростью w > w 0 . Этот же режим будет иметь место, если при вращении ротора со скоростью w уменьшить скорость вращения поля w 0 . Роль активного момента здесь будет выполнять момент инерционных масс вращающегося ротора.

Читать еще:  402 двигатель газель какой бензин

Для осуществления торможения противовключением (т. п-в) необходимо поменять местами две любые фазы статора — рис. 6. При этом меняется направление вращения поля, машина тормозится в режиме противовключения, а затем реверсируется.

Рис. 6. Реверс асинхронного двигателя

Специфическим является режим динамического торможения, которое представляет собою генераторный режим отключенного от сети переменного тока асинхронного двигателя, к статору которого подведен постоянный ток I п . Этот режим применяется в ряде случаев, когда после отключения двигателя от сети требуется его быстрая остановка без реверса.

Постоянный ток, подводимый к обмотке статора, образует неподвижное в пространстве поле. При вращении ротора в его обмотке наводится переменная ЭДС, под действием которой протекает переменный ток. Этот ток создает также неподвижное поле.

Складываясь, поля статора и ротора образуют результирующее поле, в результате взаимодействия с которым тока ротора возникает тормозной момент. Энергия, поступающая с вала двигателя, рассеивается при этом в сопротивлениях роторной цепи.

В режиме динамического торможения поле статора неподвижно скольжение записывается как

и справедливы соотношения для механической характеристики аналогичные (10,а) — (12,а):

, (14)

, (15)

где при соединении обмоток статора в звезду

и при соединении обмоток статора в треугольник;

(16)

Так как при ненасыщенной машине , критическое скольжение в режиме динамического торможения s к.т существенно меньше s к .

Курсовая Методики анализа и расчета выпрямителей

Наибольшее распространение в грузовых электроприводах имеет, очевидно, торможение асинхронных двигателей противовключением, которое не требует дополнительных устройств, а осуществляется переключением на обратное вращение. Однако наряду с этим способом достаточно широкое применение находит и динамическое торможение.

Схема включения и физическая сущность процессов, протекающих в асинхронном двигателе в режиме динамического торможения, значительно отличаются от аналогичных показателей других режимов работы двигателя. Для получения этого режима обмотка статора отключается от сети трехфазного переменного тока и включается на пониженное напряжение постоянного тока.

Постоянный ток, протекая по обмотке статора, создает неподвижное в пространстве магнитное поле, которое наводит э. д. с. и ток в обмотке вращающегося ротора. Взаимодействие этого тока с магнитным потоком статора и создает тормозной момент. При этом асинхронный двигатель представляет собой синхронный генератор с неявновыраженными полюсами, работающий при переменной частоте на сопротивление цепи ротора. Однако для расчета механических характеристик асинхронного двигателя при динамическом торможении режим синхронного генератора заменяется режимом асинхронного двигателя с питанием статора вместо постоянного тока IП равнозначным ему по м. д. с. трехфазным переменным током I1. Механические характеристики динамического торможения по форме аналогичны характеристикам двигательного режима, но, в отличие от них, выходят из начала координат и располагаются во втором квадранте координатной плоскости (рис.16).

Расчет динамического торможения и построение механических характеристик без учета насыщения магнитной системы двигателя можно осуществить, имея паспортные (каталожные) данные машины, в том числе Е2Н и I2Н. При этом возможно ориентировочное определение активного и индуктивного сопротивления обмоток двигателя.

Активное сопротивление обмотки ротора можно найти из уравнений (74) и (75).

Приведенное значение этого сопротивления будет

где – коэффициент трансформации асинхронного двигателя.

С достаточной для ориентировочных расчетов точностью можно принять активное сопротивление статора равным приведенному значению сопротивления ротора, т.е.

Индуктивное сопротивление короткого замыкания двигателя

В этом уравнении можно принять:

– для асинхронных короткозамкнутых двигателей

– для двигателей с фазным ротором

Индуктивное сопротивление цепи намагничивания

При динамическом торможении используют параметр относительной скорости ν, который аналогичен скольжению s, характеризующему работу асинхронного двигателя:

Критическое значение относительной скорости двигателя определится из выражения

При выборе νКР для тормозной механической характеристики следует иметь в виду, что наибольший тормозной эффект при определенном МКР имеет место при νКР ≈ 0,41, которую можно получить для двигателя с фазным ротором путем введения в цепь ротора активных добавочных сопротивлений.

Критический, а, следовательно, и тормозной динамический моменты выбираются в зависимости от времени, в течение которого необходимо затормозить привод. Из уравнения критического момента при динамическом торможении

можно определить эквивалентный тормозной ток статора

В зависимости от схемы включения обмотки статора на питание от источника постоянного тока, между трехфазным переменным током I1 и постоянным током IП устанавливается определенное соотношение. Если к источнику постоянного тока подключить два луча звезды обмотки статора, то IП = 1,23I1. При этом к статору подводят напряжение

где r1 – активное сопротивление одной фазы статора.

Для построения всей механической характеристики асинхронного двигателя при динамическом торможении можно воспользоваться формулой Клосса, записанной для этого режима;

Рассчитанная и построенная для сопротивления r2’ механическая характеристика является естественной. Искусственные характеристики можно рассчитать и построить с помощью соотношения

где R2 = r2 + rД – общее активное сопротивление фазы ротора.

Читать еще:  Высокие обороты двигателя на низкой передаче

Тормозные режимы асинхронных двигателей

Полная механическая характеристика асинхронного двига­теля во всех квадрантах по­ля Мs, 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 > ω; s Iна­чинает 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 Мт и статического моментаМс. 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

ΔРsnв = Мтω + Мт ω

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.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector