Характеристики двигателя в режиме динамического торможения - Авто журнал "Гараж"
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Характеристики двигателя в режиме динамического торможения

Характеристики двигателя в режиме динамического торможения

Главное меню

  • Главная
  • Паровые машины
  • Двигатели внутреннего сгорания
  • Электродвигатели
  • Автоматическое регулирование двигателей
  • Восстановление и ремонт двигателей СМД
  • Топливо для двигателей
  • Карта сайта

Судовые двигатели

  • Судовые двигатели внутреннего сгорания
  • Судовые паровые турбины
  • Судовые газовые турбины
  • Судовые дизельные установки

При естественной схеме включения двигателя последова­тельного возбуждения из трех известных тормозных режимов, применяются два: режим противовклю­чения и режим динамического торможения. Генераторный же режим при обычной схеме включения электродвигателя невоз­можен, так как при уменьшении момента и тока в двигатель­ном режиме, предшествующем переходу в генераторный режим, Ф ? 0, а п .

Режим противовключения . Наиболее часто режим противо­включения используется для ускорения реверса или остановки электродвигателя последовательного возбуждения, но может также использоваться и для торможения во время спуска гру­зов. Для .перевода электродвигателя в режим противовключе­ния при спуске груза приходится включать значительное до­полнительное сопротивление в цепь якоря, что намного увели­чивает непроизводительные потери энергии.

Допустим, электродвигатель механизма подъема крана ра­ботает на подъем груза на естественной характеристике а (рис. 24), уравнение которой

Электродвигатель работает устойчиво в точке 1 (М=М с ) и поднимает груз с постоянной скоростью n 1 . Когда груз будет поднят на необходимую высоту и потребуется его спустить, в цепь якоря может быть включено значи­тельное дополнительное сопротив­ление R, благодаря чему электро­двигатель перейдет на искусствен­ную характеристику b, уравнение которой

В первоначальный момент электро­двигатель, как известно, должен пе­рейти на работу, соответствующую точке 2 на характеристике b, но работать устойчиво в этой точке не может, так как развиваемый им в этой точке вращающий момент меньше момента сопротивления. Скорость электродвигателя начнет снижаться и в точке 3 станет равной нулю, после чего электродвигатель под действием груза начнет вращаться в про­тивоположную сторону, развивая тормозной момент. Устойчиво электродвигатель будет работать теперь в точке 4, опуская груз со скоростью —n 4 . Рассмотренный способ перевода электродвигателя последо­вательного возбуждения в режим противовключения применим лишь в том случае, если направление момента сопротивления не зависит от направления вращения электродвигателя, как это имеет место при работе механизма подъема груза. Характе­ристики, соответствующие режиму противовключения, располага­ются в IV квадранте и являются продолжением характеристик двигательного режима.

На рис. 25 показана схема и даны характеристики, соответ­ствующие режиму противовключения при реверсе и торможе­нии. Очевидно, что при включенных контактах 1В и 2В (рис. 25, а) электродвигатель работает на характеристике а , b или с (рис. 25, б ), уравнения которых:

Следовательно, на характеристике а электродвигатель ра­ботает при замкнутых контактах У и П (естественная характе­ристика), на характеристике b— три разомкнутых контактах У, а на характеристике с — при разомкнутых контактах П, причем R пр >R 1 . При размыкании контактов 1В, 2В и замы­кании контактов 1 H , 2Н электродвигатель будет работать на характеристиках а’, b’ или с’ в зависимости от состояния контактов У и П. Обычно в мо­мент размыкания контактов 1В, 2В и замыкания контактов 1Н, 2Н, контакты П раз­мыкаются и в цепь электродвигателя вво­дится значительное до­полнительное сопро­тивление R пр ., которое должно уменьшить толчок тока, имеющий место в момент перево­да электродвигателя в режим противовключения. Если до пере­ключения указанных контактов электродви­гатель работал на ес­тественной характери­стике а в точке 1, то при размыкании контактов 1В, 2В и П и замыкании контактов 1Н, 2Н электродви­гатель перейдет на работу, соответствующую точке 2 искусствен­ной характеристики с‘, уравнение которой

При этом электродвигатель будет развивать значительный тор­мозной момент и его скорость будет резко уменьшаться. В точ­ке 3 скорость меняет свой знак и начинается разгон электродви­гателяв противоположную сторону. В этот момент для уско­рения разгона обычно контакт П замыкают, а контакт У размы­кают и в цепь якоря электродвигателя оказывается включенным сопротивление R 1 вместо ранее включенного сопротивления R пр . При этом электродвигатель переходит на искусственную харак­теристику b 1 уравнение которой

Следовательно, разгон электродвигателя в противоположную сторону начинается с точки 4 на характеристике b 1 . Когда же электродвигатель разовьет некоторое число оборотов, контак­ты У можно замкнуть и электродвигатель перейдет на естест­венную характеристику а 1 . Устойчиво он будет работать в точке, соответствующей равенству момента сопротивления и вращающе­го момента, развиваемого электродвигателем (точка 7).

Рассмотренный способ торможения электродвигателей по­следовательного возбуждения прост, не требует сложных пере­ключений и особенно часто применяется для механизмов горизонтального передвижения мостов и тележек кранов и механиз­мов поворота. Однако значительные толчки тока и момента, возникающие при переводе электродвигателя в режим противовключеиия, неблагоприятно сказываются на работе соседних потребителей, вызывают нарушение коммутации электродви­гателя и его повышенный нагрев. Это заставляет, как уже ука­зывалось, вводить в цепь якоря значительное дополнительное сопротивление, что приводит к повышению непроизводительных потерь энергии и к увеличению габаритов пускорегулировочной аппаратуры. К недостаткам режима противовключения следует также отнести возможность случайного реверса после останов­ки механизма, если электродвигатель не будет своевременно отключен. Но при необходимости быстрых остановок крановых механизмов при интенсивной их работе режим противовключе­ния является наиболее подходящим тормозным режимом и в этих случаях применяется очень часто.

Режим динамического торможения . Как указывалось, для перевода электродвигателя в режим противов,ключения его якорь необходимо отключить от сети и замкнуть на сопротивле­ние, при этом его обмотка возбуждения должна оставаться под питанием. Это заставляет в случае электродвигателей последо­вательного возбуждения, у которых обмотка возбуждения пи­тается через обмотку якоря, принимать дополнительные меры с тем, чтобы при переводе электродвигателя в режим динамиче­ского торможения обмотка возбуждения получила нормальное питание.

Читать еще:  Холостые обороты двигателя мицубиси лансер 10

Различают режим динамического торможения рассматрива­емых электродвигателей при независимом возбуждении и при самовозбуждении.

Для осуществления режима динамического торможения при независимом возбуждении якорь электродвигателя необходимо отключить от сети и замкнуть на сопротивление, а обмотку возбуждения оставить включенной в сеть.

Из схемы на рис. 26, а видно, что для этого необходимо контакты Л отключить, а контакты Т включить. Тогда якорь от сети будет отключен и замкнут на сопротивление динамического торможения, а обмотка возбуждения будет получать питание от сети через дополнительное сопротивление R в , которое необходимо для снижения тока в обмотке возбуждения до величины, при которой магнитный поток электродвигателя ос­тается таким же, как и в случае двигательного режима. Обычно сопротивление R в выбирают таким, чтобы ток возбуждения был равен номинальному току электродвигателя, т. е. I в = I н .

В данном случае скоростные и механические характеристики электродвигателя последовательного возбуждения совершенно не отличаются от соответствующих характеристик электродви­гателя параллельного возбуждения в режиме динамического торможения и подчиняются уравнениям (46) и (47).

Так как обмотка возбуждения от якоря в данном случае от­ключена, то магнитный поток электродвигателя Ф=соnst. Сле­довательно, характеристики электродвигателя последователь­ного возбуждения в режиме динамического торможения при не­зависимом возбуждении прямолинейны, проходят через начало координат и располагаются во II и IV квадрантах, наклон их определяется величиной сопротивления R д (рис. 26, б). Чем выше величина этого сопротивления, тем больше наклон, т. е. тем мягче характеристика электродвигателя в рассматриваемом режиме. Анализ характеристик, приведенных на рис. 26, б, показывает, что данный способ динамического торможения мо­жет применяться как для ускоренной остановки электродвигате­ля, так и для спуска грузов с устойчивыми скоростями.

Режим динамического торможения при самовозбуждении осуществляется несколько иначе. В данном случае для пере­вода электродвигателя в режим динамического торможения контакты Л (рис. 26,в), как и в первом случае, размыкаются, а контакты Т замыкаются. При этом якорь и обмотка возбужде­ния от сети отключаются и замыкаются на сопротивление R д , причем обмотка возбуждения соединяется с обмоткой якоря таким образом, чтобы ток через обмотку возбуждения протекал в ту же сторону, в которую он протекал в двигательном режиме, в противном случае электродвигатель будет размагничен.

Скоростные и механические характеристики при динамиче­ском торможении с самовозбуждением могут быть построены по уравнениям (46) и (47). Однако в данном случае величина магнитного потока Ф ? const, поэтому характеристики, хотя они и проходят через начало координат, непрямолинейны (рис. 26, г) и являются значительно более мягкими, чем при динамическом торможении с независимым возбуждением, что затрудняет по­лучение пониженных скоростей при спуске тяжелых грузов.

Нужно иметь в виду, что при работе электродвигателя в режиме динамического торможения с самовозбуждением ток и момент электродвигателя уменьшаются значительно быстрее, чем в случае независимого возбуждения, что объясняется сни­жением магнитного потока в процессе торможения. В резуль­тате этого торможение с самовозбуждением оказывается менее интенсивным при тех же условиях. Но по экономическим сооб­ражениям данный способ выгоднее, так как электродвигатель не потребляет электроэнергии из сети и торможение возможно даже в случае перерыва в электроснабжении установки.

Наиболее часто динамическое торможение электродвига­телей последовательного возбуждения применяется там, где нужно обеспечить большую точность остановки и надежность действия, так как данный способ торможения не может вызвать случайного реверса механизма после его остановки, даже если электродвигатель не был своевременно отключен (это не отно­сится лишь к механизмам подъема кранов, реверс которых воз­можен под действием веса поднятого груза). Кроме того, ди­намическое торможение действует независимо от величины на­пряжения сети и не связано с потерями электроэнергии в случае использования торможения с самовозбуждением.

Характеристики двигателя в режиме динамического торможения

В современном асинхронном электродвигателе для осуществления динамического торможения двигатель отключается от сети переменного тока и включается по схеме рис.4.6a:

Рис. 4.6. К анализу режима динамического торможения.

Так как постоянный ток не зависит от тока ротора в статике, а при достаточно большом и в динамике, то режим динамического торможения двигателя является частным случаем питания машины от источника тока при и (механическая характеристика рис. 4.5a, пересекающая начало системы координат).

Установим связь между током Iп и трёхфазным током I1, для которого было получено выражение механической характеристики. Условием эквивалентности является равенство МДС, создаваемых постоянным током Iп при данной схеме соединений и переменным током I1.

Из теории электрических машин согласно принципу образования кругового вращающегося магнитного поля в трёхфазной системе результирующая величина магнитной индукции в асинхронной машине определяется МДС, определяемой выражением .

Поэтому можно написать (рис. 4.6 б и в):

.

(4.10)

Подставим равенства в выражения для и

(4.11)

(4.12)

Статическая жёсткость механической характеристики:

Так как наклон механической характеристики с введением добавочных резисторов в цепь ротора увеличивается, то, в соответствии с выражением для жёсткости, её значение уменьшается.

Иcследование механических характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Министерство образования Российской Федерации

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “Электропривод и автоматизация

промышленных установок”

Иcследование механических характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Методические указания к лабораторной работе №1

для студентов направления 551300 всех форм обучения

Исследование механических характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением: Лаб. Работа №1 по курсу «Основы электропривода» для студентов направления 551300 всех форм обучения/НГТУ; Сост.:

Читать еще:  Ravon gentra что за двигатель

Изложены электромеханические свойства двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в двигательном и тормозном режимах и порядок проведения лабораторной работы.

Подп. к печати 29.03.05. Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная.

Печ. л. 0,75. Уч.-изд. л. 0,6. Тираж 300 экз. Заказ 145

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. Нижний Новгород, ул. Минина, 24

У Нижегородский государственный

технический университет, 2005

Целью работы является исследование механических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в двигательном и тормозных режимах.

Основные сведения

Под механической характеристикой электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением понимается зависимость угловой скорости вращения его вала от электромагнитного момента, т. е. w = f(М).

Механические характеристики подразделяются на естественные и искусственные.

Естественной механической характеристикой называют характеристику электродвигателя, полученную при номинальном напряжении на его зажимах, нормальной схеме включения обмоток и отсутствии внешних резисторов в их цепях.

Искусственной механической характеристикой называют характеристику, полученную при условии питания двигателя от сети с напряжением, отличным от номинального, или же при включении в цепь его якоря или в цепь обмотки возбуждения внешних резисторов, а также в случае включения электродвигателя по специальной схеме.

Механические характеристики электродвигателя характеризуются относительным изменением его скорости при изменении момента нагрузки.

,

где w0 — угловая скорость при идеальном холостом ходе;

w — угловая скорость при заданной нагрузке.

Механические характеристики в двигательном режиме

Аналитическое выражение механической характеристики электродвигателя с независимым возбуждением w = f(М) можно получить из совместного решения уравнения электрического равновесия напряжения на зажимах якоря, а также уравнений вращающего момента и противо-ЭДС электродвигателя:

U=E+IR (1) ; M=КФI (2); E=KФw (3),

где U – напряжение, приложенное к зажимам якоря;

Е – противо-ЭДС электродвигателя;

K – коэффициент, зависящий от конструктивных данных электродвигателя;

w – угловая скорость двигателя;

М — электромагнитный момент, развиваемый двигателем;

Ф — магнитный поток;

I — ток якоря;

R — суммарное сопротивление якорной цепи.

Уравнение механической характеристики электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением получим после совместного решения уравнений (1) ¸ (3):

, (4)

или , (5)

где С=KФ. (6)

Числовое значение С может быть определено из уравнения (1), записанного для номинального режима работы:

, (7)

где UH, IH, wH — номинальные значения напряжения, тока и сопротивления якоря и угловой скорости электродвигателя.

Анализ уравнения (4) показывает: во-первых, механическая характеристика электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением является линейной характеристикой; во-вторых, с уменьшением момента на валу электродвигателя до нуля его угловая скорость стремится к скорости идеального холостого хода; в-третьих, с увеличением сопротивления резистора в цепи якоря жесткость механических характеристик уменьшается (рис.1); в-четвертых, с ослаблением магнитного потока электродвигателя, что достигается уменьшением тока возбуждения, скорость его идеального холостого хода возрастает и полученная при этом механическая характеристика обладает меньшей жесткостью по сравнению с естественной характеристикой (рис.2).

Механические характеристики в тормозных режимах

Для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением возможны следующие тормозные режимы работы:

1) электродинамическое торможение;

2) торможение противовключением;

3) генераторное торможение с отдачей энергии в сеть (рекуперативное торможение).

Режим электродинамического торможения

Режимом электродинамического торможения называют такой режим работы электродвигателя, при котором его якорь отключается от питающей сети и замыкается на внешний резистор RT, а обмотка возбуждения остается подключенной к сети. В этом режиме двигатель работает в режиме генератора с независимым возбуждением (рис.3), преобразуя кинетическую энергию движущихся инерционных масс привода в электрическую, которая расходуется на нагрев резисторов в якорной цепи.

Уравнение механической характеристики в режиме динамического торможения можно получить из (4), полагая в нем напряжение сети равным нулю, U=0 :

, (8)

где R=RЯ+RT.

Из уравнения (8) видно, что механические характеристики в режиме динамического торможения расположены во втором квадранте и представляют прямые линии, проходящие через начало координат.

Тормозной момент возрастает с уменьшением сопротивления тормозного резистора и наоборот (рис.4). Наибольшего тормозного эффекта можно достигнуть при замыкании якоря двигателя накоротко. По условиям ограничения тормозного тока замыкание якоря накоротко применяется только для двигателей малой мощности, обладающих сравнительно большим сопротивлением якоря, а также для всех остальных электродвигателей при торможении на малых скоростях.

Электродинамическое торможение может быть использовано при тормозном спуске груза. В этом случае установившийся режим спуска будет иметь место при скорости, определяемой точкой А (рис.4).

Режим торможения противовключением

Режимом торможения противовключением называется такой режим работы, когда при вращении электродвигателя под действием инерционных масс привода в электродвигатель из сети поступает ток такого направления, которое соответствует вращению его в противоположную сторону.

Переход из двигательного режима в режим торможения противовключением можно осуществить изменением полярности напряжения на зажимах якоря.

При изменении полярности напряжения (рис.5) необходимо в цепь якоря двигателя ввести внешний тормозной резистор, с тем чтобы ток в нем, обусловленный суммой напряжения в сети и ЭДС электродвигателя, не превысил допустимого значения.

Уравнение механической характеристики для данного режима получается из (4) при смене знака перед напряжением:

. (9)

Анализ уравнения (9) показывает, что механические характеристики в режиме торможения противовключением линейны и расположены во втором квадранте (рис.6). С уменьшением сопротивления тормозного резистора тормозной момент возрастает и наоборот.

Режим торможения противовключением может быть получен без изменения полярности напряжения на якоре двигателя при наличии активного статического момента на его валу за счет введения в цепь якоря резистора RT с достаточно большим сопротивлением. Точка установившегося режима при этом находится в четвертом квадранте (точка А, рис.6) и привод работает в режиме тормозного спуска.

Читать еще:  Что можно использовать охлаждения двигателя

Режим рекуперативного торможения

Режимом рекуперативного торможения называют такой режим, когда электродвигатель при определенных режимах работы привода, в силу своей обратимости, становится генератором, преобразуя кинетическую энергию движущихся масс механизма в электрическую с отдачей ее в питающую сеть.

Переход электродвигателя в генераторный режим с отдачей энергии в сеть возможен при скорости привода, превышающей скорость соответствующего идеального холостого хода. При этом ЭДС двигателя, направленная встречно с напряжением сети, становится больше его и ток в якоре электродвигателя меняет направление на обратное. Практически режим рекуперативного торможения может быть осуществлен:

1) при наличии отрицательного статического момента нагрузки, когда электродвигатель под его действием в сторону вращения, получив ускорение, достигает скорости, превышающей скорость идеального холостого хода (рис.7);

2) при переходе электродвигателя с большей скорости, полученной ослаблением потока двигателя, на меньшую за счет резкого увеличения магнитного потока (участок w2 – w0 характеристики 1 на рис.8).

Уравнение механической характеристики для данного режима можно получить из (4), полагая в нем М = —МТ :

. (10)

Из уравнения (10) следует, что механические характеристики в данном режиме при различных сопротивлениях резисторов в якорной цепи электродвигателя являются продолжением характеристик двигательного режима в области второго квадранта (рис.7). С увеличением скорости w при неизменном R величина тормозного момента возрастает. Увеличение сопротивления внешнего резистора в цепи якоря при неизменном отрицательном статическом моменте на валу электродвигателя приводит к увеличению скорости вращения привода.

Переход из двигательного режима в режим рекуперации при резком увеличении потока возбуждения двигателя приведен на рис.8.

Программа работы

1. Ознакомиться с электрооборудованием установки (см. рис. 9).

2. Рассчитать величины сопротивлений тормозных резисторов для режимов динамического торможения и торможения противовключением при I/IH=2 и I/IH=2,5.

3. Снять и построить механические характеристики электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением:

б) искусственные при добавочных резисторах в цепи якоря электродвигателя сопротивлением R1=5 Ом и R2=10 Ом;

в) искусственные при токах возбуждения IВ=0,9IВH и IВ=0,7IВH;

4. Снять характеристики электродвигателя:

а) для режима динамического торможения и торможения противовключением при сопротивлениях тормозных резисторов, рассчитанных в п.2;

б) для режима рекуперативного торможения при добавочных резисторах в цепи якоря электродвигателя сопротивлением R1=0 и R2=5 Ом.

5. По характеристикам w = f(t) и IЯ = f(t) рассчитать и построить механические характеристики w(М) для всех тормозных режимов.

6. По аналитическим формулам рассчитать и построить естественную и искусственную механические характеристики w = f(М) при U=UH и RЯ=5 Ом.

Торможение асинхронного двигателя: противовключением и динамическое. Тормозные характеристики.

У асинхронного двигателя можно осуществить следующие виды торможения: торможение противовключением, генераторное торможение, динамическое торможение, торможение с самовозбуждением .

Торможение асинхронного двигателя противовключением

При торможении противовключением изменяют порядок чередования фаз на статоре электродвигателя.

Тормозная характеристика асинхронного двигателя при торможении противовключением.

Допустим двигатель работал при моменте Mс в точке a естественной механической характеристики. В момент изменения порядка чередования фаз происходит бросок тока, и двигатель переходит работать в точку a’. Затем скорость двигателя начинает снижаться до нуля.

Отрезок a’b – участок тормозной характеристики асинхронного двигателя в режиме противовключения. В точке b статор двигателя нужно обязательно отключить от сети, иначе произойдет реверс.

Для крановых механизмов можно использовать еще один способ торможения противовключением. Он называется силовой спуск. Этот способ торможения осуществляется под действием производственного механизма, когда двигатель включается на подъем, а груз опускается под действием собственной силы тяжести. Этот режим можно выполнять только на искусственной реостатной характеристике с введенными сопротивлениями в цепь ротора.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Осуществляется путем подачи постоянного тока в статор асинхронного двигателя после отключения статора от сети переменного тока контактором КМ1.

Динамическое торможение можно осуществлять как для двигателя с короткозамкнутым ротором, так и для двигателя с фазным ротором. Причем у двигателя с фазным ротором сопротивление в цепь ротора может быть включено или ротор замкнут накоротко без сопротивлений.

Схема динамического торможения асинхронного двигателя.

Тормозная характеристика асинхронного двигателя при динамическом торможении: кривая 7 — электромеханическая характеристика, кривые 4-6 механические характеристики.

При подаче постоянного тока в две фазы обмотки статора в воздушном зазоре асинхронного двигателя создается постоянное магнитное поле. Когда ротор попадает в это поле, в нем наводится постоянная ЭДС, направленная навстречу ЭДС вращающего магнитного поля, и ротор притормаживается.

При этом торможении двигатель работает в режиме генератора, независящего от сети переменного тока и преобразует кинетическую энергию движущихся частей электропривода в электрическую энергию, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

Процессом динамического торможения можно управлять, то есть изменять время торможения двумя способами. У асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором можно изменять тормозной ток. Для двигателей с фазным ротором можно изменять величину добавочного сопротивления в цепи ротора.

Недостатком динамического торможения является несимметрия магнитного поля при торможении, так как постоянный ток попадает только в две фазы. Несимметрия приводит к вибрации машины во время торможения.

В машинах мощностью более 100 кВт, чтобы избежать вибрации, с помощью усложнения силовой схемы подают постоянный ток во все три фазы. Но это очень усложняет и удорожает привод.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector