Способы торможения синхронных двигателей

Тормозные режимы СД. Механические характеристики СД в тормозных режимах

В синхронных ЭП могут быть использованы все 3 известных электрических способа торможения:

1. Торможение противовключением может быть реализовано так же как у АД при помощи изменения последовательности чередования фаз напряжения, подводимого к статору, но, учитывая, что синхронные двигатели используются в ЭП большой и сверхбольшой мощности, этот способ торможения практически не применяется, так как приводит к перегреву двигателя и к преждевременному разрушению механизма. Область применения режима противовключения в СД ограничивается реверсом, при этом реверс реализуется, начиная с момента асинхронного запуска.

2. Рекуперативное торможение в синхронном ЭП может быть реализован только в том случае, если к ротору приложить со стороны некого вспомогательного источника (активного) механической энергии дополнительный момент, направленный в сторону вращения. Под действием этого момента скорость ротора станет больше синхронной скорости. Изменяется знак , рабочая точка перейдет из 1-ого квадрата в 3-ий (на угловой характеристике). Знак момента изменится на противоположный, и по отношению к направлению угловой скорости момент станет тормозным. Под действием тормозного момента , скорость вновь снизиться до . Очевидно, что для практической реализации снижения угловой скорости меньше этот способ торможения неприменим.

Учитывая выше сказанное, единственный практически применимый способ торможения — динамическое торможение.

Рис.68 Механическая характеристика СД при рекуперативном торможении

Рис.69 Характеристика СД при рекуперативном торможении ( )

3. Динамическое торможение.Статорная обмотка отключается от источника 3-х фазного переменного напряжения и замыкается на тормозное сопротивление. Обмотка возбуждения ротора остаётся подключенной к источнику постоянного напряжения.

При этом, взаимодействие статического магнитного поля с токами во вращающемся роторе создаёт, в соответствии с правилом Ленца, момент направленный противоположно направлению вращающегося вала, т.е. тормозной. Механические характеристики аналогичны механическим характеристикам АД.

Интенсивность торможения определяется величиной . Чем меньше , тем торможение интенсивнее.

Рис.70 Схема подключения

Рис.71 Механическая характеристика СД при динамическом торможении

2.6.3 Синхронный ЭД, как объект управления. Динамические модели синхронного ЭД и синхронный ЭП в переменных «входы-выходы»

Математическое описание синхронной машины, необходимое для создания простой и удобной динамической модели должно включать в себя:

— уравнение зависимости синхронного момента синхронной машины от нагрузки;

— уравнение зависимости асинхронного момента синхронной машины от динамической жесткости.

Математическая модель синхронного ЭП, кроме перечисленных двух уравнений, должна содержать также классическое уравнение движения ЭП:

, (73)

где — момент, созданный 3-х фазной обмоткой статора.

Если иметь в виду, что область номинальных нагрузок (моментов) соответствует углу рассогласования , находящемуся в пределе , и в этой области зависимости носит практически линейный характер, то:

(74)

Известно, что может быть физически представлен в виде жесткости упругой электромагнитной связи, которая в этом случае будет аналогична жесткости упругой связи в механической модели ЭП (см. главу «Динамические модели 2-х массовой механической системы»). При этом растяжение упругой электромагнитной связи между осями в магнитном поле и ротора, равное углу , будет зависеть от скорости, с которой вращается магнитное поле статора, и от скорости, с которой стремится вращаться ротор. Если при этих условиях продифференцировать уравнение (74), то получим:

(75)

Кроме того, известно, что ротор синхронной машины снабжён дополнительной обмоткой типа «беличье колесо», которая обеспечивает дополнительную составляющую момента (асинхронную), которую можно представить как:

, (76)

где — динамическая жесткость, (см. главу «динамическая модель 2-х массовой машины»).

Синхронный двигатель может быть представлен в виде следующей структурной схемы с учётом выбора переменных:

(77)

(78)

(79)

Рис.72 Структурная схема динамической модели синхронного электродвигателя

Динамическая модель синхронного электропривода, кроме двух уравнений (78) и (79), будет включать в себя уравнение (80):

(80)

(81)

Имеем входные и выходные переменные задачи:

Рис.73а Схема синхронного электропривода

Рис.73б Структурная схема динамической модели синхронного электропривода

Дата добавления: 2015-05-08 ; просмотров: 1663 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Торможение электродвигателя

Подписка на рассылку

Производственные процессы, связанные с эксплуатацией оборудования, оснащенного электрическими двигателями переменного или постоянного тока, требуют периодической остановки. Однако после отключения питающего напряжения от электродвигателей, их роторы продолжают вращение по инерции и останавливаются только через определенный промежуток времени. Такая остановка электродвигателя называется свободным выбегом.

Для электродвигателей, работающих с частыми пусками-остановами, остановка способом свободного выбега не подходит. Чтобы сократить время, необходимое для полной остановки вращения ротора применяется принудительное торможение. Способы торможения электродвигателя подразделяются на механические и электрические.

Механическое торможение

Остановка двигателей при таком способе торможения осуществляется благодаря специальным колодкам на тормозном шкиве. После отключения питающего напряжения тормозные колодки под воздействием пружин прижимаются к шкиву. В результате возникающего трения колодок о шкив кинетическая энергия вращающегося вала преобразуется в тепловую, что и приводит к его полной остановке. После подачи напряжения электромагнит (YB) растормаживает колодки, и эксплуатация электродвигателя продолжается в штатном режиме.

В зависимости от схемы электрического торможения, кинетическая энергия вращающегося ротора может отдаваться в сеть или на батарею конденсаторов, а также преобразовываться в тепло, которое поглощается обмотками электродвигателя или специальными реостатами.

Динамическое торможение электродвигателя

Эта схема остановки подходит для трехфазных электродвигателей как с которкозамкнутым, так и с фазным ротором.

Динамическое торможение электродвигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется посредством отключения обмоток статора от питающей сети трехфазного переменного тока и переключением двух из них через систему контакторов и реле на источник выпрямленного постоянного напряжения.

Обмотки статора после подачи на них постоянного напряжения генерируют стационарное магнитное поле, под воздействием которого в короткозамкнутой «беличьей клетке»

вращающегося ротора начинает индуцироваться электрический ток, вызывающий появление томозного момента. Направление этого момента противоположно направлению вращения останавливающегося вала. После остановки двигателя подача постоянного напряжения на обмотки статора прекращается.

В двигателях с фазным ротором величину тормозного момента можно регулировать с помощью дополнительных сопротивлений, в качестве которых используются пусковые резисторы.

Торможение противовключением

Торможение асинхронного электродвигателя методом противовключения осуществляется путем реверсирования двигателя без отключения от питающей сети.

Управление торможением выполняется реле контроля скорости. В рабочем режиме контакты реле замкнуты. После нажатия на кнопку «СТОП» (SBC) группа контакторов производит переключение двух фаз, меняя порядок их чередования. В результате этого магнитное поле статора начинает вращаться в противоположном направлении, что приводит к замедлению вращения ротора. Когда скорость вращения становится близкой к нулю, реле контроля скорости размыкает контакты и подача питающего напряжения прекращается.

Конденсаторное торможение электродвигателей

Этот способ, называемый еще торможение с самовозбуждением, применим только к электродвигателям с короткозамкнутым ротором.

После прекращения подачи питающего напряжения ротор электродвигателя продолжает вращение по инерции и генерирует в обмотках статора электрический ток, который вначале заряжает батарею конденсаторов, а после накопления номинального заряда возвращается в обмотки. Это приводит к возникновению тормозного момента, величина которого зависти от емкости конденсаторных батарей, подключенных к каждой фазе по схеме «звезда» или «треугольник». Торможение с самовозбуждением применяется на двигателях с большим числом пусков-остановов, так как величина потерь энергии в двигателях при такой схеме остановки минимальная.

Рекуперативное торможение

Рекуперативное или иначе генераторное торможение асинхронных электродвигателей на практике используется в качестве предварительного подтормаживания , а также при опускании грузов кранами всех типов или пассажирских и грузовых лифтовых кабин.

Торможение асинхронного электродвигателя в рекуперативном режиме происходит, когда номинальная частота вращения ротора превышает его синхронную частоту. Двигатель начинает генерировать электрическую энергию и отдавать ее в питающую сеть, в результате чего создается тормозящий момент. Такой способ остановки применяется для многоскоростных двигателей путем постепенного переключения с большей частоты вращения ротора на меньшую. Таким образом, в определенный момент скорость, вращающегося под воздействием инерции вала, будет больше синхронной частоты, соответствующей подключенному количеству полюсов статора. Кроме того, рекуперативная схема торможения применяется для двигателей, подключенных к преобразователям частоты. Для этого достаточно уменьшить частоту питающего напряжения.

Остановка двигателей постоянного тока (ДПТ)

Торможение электродвигателей постоянного тока осуществляется противовключением и динамическим способом.

Динамическое торможение

Такая схема торможения применяется для двигателей с независимым возбуждением.

После нажатия кнопки «Стоп» (SB1) происходит отключение обмоток якоря от питающей сети и переподключение их на тормозной резистор. В обмотках якоря, вращающегося по инерции в стационарном магнитном поле, индуцируется постоянный ток, который проходя по обмоточным проводам резистора, преобразовывается в тепловую энергию.

Торможение противовключением

Метод противовключения основан на изменении полярности напряжения, подключаемого к обмоткам индуктора или якоря двигателя. Это приводит к смене полярности магнитного потока или направлению тока, индуцируемого в якоре. Таким образом, направление вращающего момента меняется на противоположное, что вызывает появление тормозящего эффекта. Скорость вращения якоря контролируется реле скорости, которое отключает питание якоря, когда она приближается к нулевой.

Источник