27645

Электрическое торможение асинхронных двигателей

Лекция

Физика

Основные сведения о способах торможения асинхронных двигателей Рекуперативное торможение при спуске тяжелого груза Рекуперативное торможение при переходе с большей скорости на меньшую

Русский

2014-03-28

185.35 KB

56 чел.

ТЕМА ЛЕКЦИИ 17

Электрическое торможение асинхронных двигателей

                                        ПЛАН ЛЕКЦИИ

  1.  Основные сведения о способах торможения асинхронных двигателей
  2.  Рекуперативное торможение при спуске тяжелого груза
  3.  Рекуперативное торможение при переходе с большей скорости на меньшую
  4.  Динамическое торможение асинхронных двигателей
  5.  Торможение асинхронных двигателей противовключением
  6.  Реверс трёхфазных  асинхронных двигателей

3.1. Основные сведения

Электрическое торможение применяют только в электроприводах судовых грузоподъемных механизмов, с целью «сброса» скорости перед срабатыванием основного тормоза. Тем самым облегчается работа основного тормоза, а именно: уменьшаются износ тормозных колодок и их нагрев.

Кроме того, электрическое торможение ограничено применяют в некоторых сиcтемах судовой электроавтоматики, например, авторулевых типа АТР, АИСТ и др.

Различают 5 видов электрического торможения асинхронных двигателей:

  1. динамическое;
  2. рекуперативное;
  3. торможение противовключением при активном статическом моменте;
  4. торможение противовключением при реактивном статическом моменте.
  5. однофазное.

Из всех видов торможения на судах чаще всего применяется рекуперативное (в электроприводах грузоподъемных механизмов)

Рекуперативное торможение

Асинхронные машины, как и все электрические машины, обратимы, т.е. могут работать как двигатель и как генератор.

        Если под действием внешних сил или по инерции ротор асинхронного двигателя будет вращаться в направлении поля статора со скоростью большей скорости поля статора , то двигатель перейдет в режим генераторного рекуперативного торможения.

Таким образом, обязательным условием генераторного режима является условие  , т.е. генераторному режиму соответствуют отрицательные скольжения, изменяющиеся от (нуля) 0 до , (минус бесконечности)

      В двигательном режиме  поле статора пересекает обмотку статора и ротора в одном направлении и поэтому индуктирует в них (обмотках) совпадающее по фазе ЭДС . При  обмотка ротора пересекается полем статора в противоположном направлении и ЭДС  меняет направление на противоположное.

       В результате ток статора  создается не напряжением  сети , а ЭДС , т.е. асинхронная машина уже работает в качестве генератора и, перейдя в генераторный режим, по-прежнему потребляет из сети намагничивающий ток для  возбуждения вращающегося магнитного поля статора. В соответствии с уравнением (7-58)   

двигатель создает изменивший направление (тормозной) электромагнитный момент.

Рекуперативное торможение при спуске тяжелого груза

Торможение с рекуперацией используют при спуске тяжелого груза.

Рис. (1-1) Переход асинхронного двигателя в рекуперативный режим под действием статического момента. C D – участок рекуперативного торможения (скорость ротора больше скорости поля статора ).

Для получения этого вида торможения двигатель включают в направлении на «спуск», сразу же переводя привод в режим силового спуска. При пуске двигатель развивает момент , который направлен согласно со статическим моментом механизма .

Под  действием динамического момента равного сумме  этих двух моментов   

двигатель  ускоряется по траектории «АВС» до скорости .

В точке «С» скорость ротора  увеличивается до скорости вращения магнитного поля обмотки статора. Поскольку в точке «С» скорости ротора и магнитного поля одинаковы, двигатель в этой точке  переходит режим идеального холостого хода, и его электромагнитный момент М = 0.

При достижении скорости большей чем   (в точке «С»), двигатель переходит в режим рекуперативного торможения (скорость ротора  после точки «С» становится больше скорости поля статора), и электропривод продолжает разгоняться на спуск  под действием движущего статического момента механизма . На участке C D  статический момент механизма преодолевает увеличивающийся с возрастанием скорости тормозной момент двигателя

При скорости  (в  точке «D»)  моменты двигателя и механизма  уравновешивают друг друга

,

в результате уравновешивания  моментов  наступает установившийся режим рекуперативного торможения с постоянной  скоростью   [в  точке «D»   . Происходит  силовой спуск груза со скоростью . Этот режим будет продолжаться до тех пор, пока не изменяться условия работы привода.

Т.о., на отрезке «СD» электромагнитный момент двигателя направлен на подъем (момент двигателя положительный), а фактически происходит спуск груза, так как скорость отрицательная. Электромагнитный момент на отрезке «СD»  является тормозящим, и он стабилизирует скорость спуска груза, не давая грузу разгоняться свыше скорости , соответствующей точке «D».

Рекуперативное торможение при переходе с большей скорости на меньшую

 Режим генераторного рекуперативного торможения возникает при переключении асинхронного двигателя с большой скорости на меньшую путем изменения числа пар полюсов или уменьшения частоты питающего тока.

        При этом синхронная скорость на новой характеристике (одинарная звезда, точка D) становится меньшей рабочей скорости двигателя (в точке А), благодаря чему на участке BCD двигатель кратковременно работает в режиме рекуперативного торможения. Затем от скорости в точке D до скорости в точке E двигатель переходит в двигательный режим и затормаживается под действием разности тормозного статического и движущего электромагнитного моментов.

      Рассмотрим процесс рекуперативного торможения на примере перехода с «двойной звезды» на «звезду» (рис. 9.20).

Рис. 9.20. Рекуперативное торможение при переходе с «двойной звезды» на «звезду»

 

Перед началом торможения двигатель работает в точке «А» в установившемся режиме, при котором вращающий электромагнитный момент двигателя равен тормозному статическому механизма, М = М, скорость двигателя постоянна и соответствует точке «А». Например, пусть частота вращения ротора n = 2940 об / мин, а скорость вращения магнитного поля обмотки статора n= 3000 об / мин, т.е. ротор, отстает от магнитного поля.

Для торможения двигателя отключают обмотку «двойной звезды» и включают обмотку «звезды». Двигатель при постоянстве скорости (n = 2940 об / мин) переходит из точки «А» в точку «В».

На « одинарной звезде» скорость вращения магнитного поля обмотки статора n= 1500 об / мин, а ротор по инерции вращается с прежней скоростью n = 2940 об / мин, т.е. обгоняет магнитное поле обмотки статора. Начиная с точки «В» и на участке «ВСD» асинхронный двигатель переходит в генераторный режим, преобразуя механическую энергию, получаемую от движущихся масс привода,  в электрическую, возвращаемую в судовую сеть.

При этом знак электромагнитного момента двигателя изменяется на противоположный, т.е. этот момент становится тормозным.

. Поэтому, начиная с точки «В», к валу двигателя приложены два тормозных момента – статический момент  механизма Ми электромагнитный  момент двигателя М.

Под совместным тормозящим  действием этих моментов двигатель быстро уменьшает скорость ротора по траектории «ВСD», причем в точке «D» скорость ротора  уменьшается до скороcти вращения магнитного поля обмотки статора n= 1500 об / мин.

Поскольку в точке «D» скорости ротора и магнитного поля статора одинаковы, двигатель в этой точке  переходит режим идеального холостого хода, его электромагнитный момент М = 0.

Однако в точке «D» к валу двигателя остается приложенным второй тормозной момент – статический момент механизма М. Под действием статического  момента механизма М скорость ротора продолжает уменьшаться, и на отрезке «DE» станет меньше скорости магнитного поля обмотки статора. Двигатель перейдет из режима идеального холостого хода в обычный двигательный режим, причем переходный процесс закончится в точке  «Е». В точке «Е» наступает равновесие моментов Ми динамического при установившемся значении скорости.

 Особенности торможения:

  1. торможение наступает при условии: ротор обгоняет магнитное поле обмотки статора, т.е. n > n;

2.   при торможении асинхронный двигатель работает как асинхронный генератор, преобразуя механическую энергию, получаемую от движущихся масс привода,  в электрическую (при этом электрическая энергия возвращается в судовую сеть);

3.  тормозной момент на валу двигателя сохраняется только на отрезке «ВСD» механической характеристики «одинарной звезды»;

4. рекуперативное торможение при переходе с большей скорости на меньшую скорость широко применяется в электроприводах судовых грузоподъемных устройств, для предварительного сброса скорости перед основным, механическим торможением.

.  

  

Динамическое торможение асинхронных двигателей

Применяется для быстрой остановки асинхронных двигателей в нереверсивных приводах. Для динамического торможения, обмотка статора отключается от сети трех фазного переменного тока и включения на пониженное напряжение постоянного тока.Обмотка статора включается по одной из схем. При соединении звездой постоянный ток проходит через две фазы статора (рис1-1)

Рис (1-1) Схемы включения обмоток статора при динамическом торможении.

Постоянный ток, протекая по обмотке статора, создает неподвижное в пространстве магнитное поле с синусоидальным распределением индукции по расточке статора. Если ротор по инерции или под действием активного статического момента вращаться в магнитном поле статора, то в обмотке ротора наводится ЭДС, которая в замкнутом контуре ротора создает ток. Взаимодействие тока ротора с магнитным полем статора создает тормозящий электромагнитный момент.

Асинхронный двигатель в указанных условиях представляет собой обращенный синхронный генератор, работающий при частоте  на сопротивление ротора. Относительная угловая скорость  в режиме динамического торможения аналогична скольжению S.

Механическая характеристика режима динамического торможения является неблагоприятной. Тормозящий момент незначителен. Для усиления тормозного эффекта в двигателях с фазным ротором вводят добавочные сопротивления в цепь ротора. добавить вводят добавочные сопротивления в цепь ротора

Рис.(1-2) Механическая характеристика асинхронного двигателя в режиме динамического торможения является неблагоприятной.

Торможение асинхронных двигателей противовключением

Режим противовключения возникает, когда ротор двигателя под действием внешних сил или по инерции, начинает вращаться в направлении противоположном вращению поля статора. Этот режим используется для экстренных остановок двигателя в реверсируемых электроприводах, а так же обеспечения посадочной скорости при опускании тяжелых грузов.

Практически режим противовключения получают изменением порядка следования фаз сети в обмотке статора. Изменение следования фаз осуществляется переключением двух любых линейных проводов, подведенных к статору двигателя.

При этом электропривод будет затормаживаться от скорости  (что соответствует скольжению ) до скорости  (). Затормаживание происходит под действием отрицательного динамического момента .

В момент, когда  двигатель необходимо отключить от сети, иначе он будет разгоняться в противоположном направлении: при реактивном статическом моменте на валу (если ) до скорости , а при активном моменте будет разгоняться до скорости .

То есть при активном моменте двигатель будет работать последовательно в режимах:

  1. противовключения;
  2. короткое замыкание
  3. реверсивном двигательном от  до ;
  4. идеального холостого хода ;
  5. рекуперативного торможения от  до ;341.12.13

Рис 1-3 Механическая характеристика асинхронного двигателя при торможении противовключением

        В режиме противовключения двигатель преобразует кинетическую энергию, движущихся по инерции масс, в электрическую энергию, которая в виде тепла выделяется в цепи ротора. Одновременно двигатель работает как трансформатор. Он (двигатель) потребляет энергию из сети и расходует ее на нагрев сопротивлений ротора. Потребляемый двигателем ток превышает . В результате двигатель может перегреваться. Поэтому для ограничения толчка тока ротора в цепь двигателя с фазным ротором одновременно с противовключением вводят добавочное сопротивление.

       При активном статическом моменте на валу двигателя с фазным ротором режим противовключения можно также получить, включением в цепь ротора добавочных сопротивлений (большой величины) уменьшить пусковой момент двигателя  до значения меньшего, чем .

      Режиму противовключения  соответствуют скольжения

и обычно находящиеся в пределах .

Рис 1-4 Переход асинхронного двигателя в режим противовключения под действием активного статического момента.????

 

Реверс 3-фазных  асинхронных электродвигателей

Для реверса 3-фазного асинхронного электродвигателя надо поменять местами (переключить) два любых линейных провода.

При этом поменяется порядок чередования фаз обмотки статора, что приведет к изменению направления вращения (реверсу) магнитного потока обмотки статора.

 

Рис. 9.22. Прямое ( а ) и обратное ( б, в, г ) направление вращения ротора 3-фазного асинхронного двигателя

На рис. 9.20, а изображена схема, соответствующая условному прямому направлению вращения ротора двигателя ( по часовой стрелке ). Из схемы следует, что выводы питающей сети  и обмотки статора соединены попарно, а именно: вывод L1 соединен с выводом U1, вывод L2 - с выводом V1, вывод L3 – с выводом W1 ( L1- U1, L2 - V1, L3 W1 ).

На рис. 9.22, б переброшены линейные провода L1 и L2 , на рис. 9.22, в – провода L2 и L3, на рис. 9.22, г - провода L1 и L3. В каждом из этих случаев на обмотке статора меняется порядок чередования фаз питающей сети (по отношению к рис. 9.22, а), и двигатель реверсирует.

Поэтому на практике не имеет значения, какие именно два линейных провода будут переброшены (переключены).

Для реверса асинхронного двигателя применяют 2-полюсные или 3-полюсные реверсивные контакторы (рис. 9.23).

.

 Рис. 9.23. Схема реверса 3-фазного асинхронного двигателя при помощи 2-полюсных ( а ) и 3-полюсных ( б ) реверсивных контакторов

 В схеме на рис. 9.23, а использованы 2-полюсные реверсивные контакторы КМ1 и КМ2, на рис. 9.23, б – трехполюсные. В обеих схемах для реверса переключаются линейные провода L1 и L2. В схеме на рис. 9.23, б правый контакт контактора КМ1 и левый контакт контактора КМ2  включены параллельно друг другу, т.е. поочередно подключают  к выводу W1 обмотки статора один и тот же провод L3 как при прямом, так и обратном направлении вращения ротора двигателя.

Схема на рис. 9.23, а позволяет использовать менее дорогие 2-полюсные контакторы, но имеет повышенную опасность для обслуживающего персонала, т.к. линейный провод L3 постоянно подключен к обмотке статора двигателя.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6715. Таможенные пошлины, классификация таможенных пошлин 24.39 KB
  Таможенные пошлины, классификация таможенных пошлин. В роли непосредственного инструмента таможенно-тарифного регулирования выступает таможенная пошлина - государственный денежный сбор с ввозимых и вывозимых товаров, пропускаемых через границу ...
6716. Ставки таможенных пошлин. Эффективная ставка тарифной защиты 26.43 KB
  Ставки таможенных пошлин. Эффективная ставка тарифной защиты. Одним из элементов таможенного тарифа является ставка таможенной пошлины - величина там. пошлины, выраженная в определённых единицах (в % или стоимостных единицах). В зависимости о...
6717. Единый таможенный тариф Таможенного союза 26.99 KB
  Единый таможенный тариф Таможенного союза. С 1 января 2010 на единой таможенной территории государств участников ТС применяется ЕТТ, утвержденный решением Межгос Советом Евразэс от 27 ноября 2009 года №18. ЕТТ - это свод ставок таможенных пошлин...
6718. Размер ставки ввозных таможенных пошлин в зависимости от предоставляемого государствами Таможенного союза торгового режима во взаимной торговле товарами с третьими странами 25.52 KB
  Размер ставки ввозных таможенных пошлин в зависимости от предоставляемого государствами Таможенного союза торгового режима во взаимной торговле товарами с третьими странами. ЕТТ ТС содержательно является многоколоночным, т.е. предполагающим взимание...
6719. Применение ставок таможенных пошлин, отличных от ставок Единого таможенного тарифа. Сезонные пошлины 26.41 KB
  Применение ставок таможенных пошлин, отличных от ставок Единого таможенного тарифа. Сезонные пошлины. В соответствии с протоколом от 12.12.2008 Об условиях и порядке применения в исключительных случаях ставок таможенных пошлин отличных от ставок ЕТТ...
6720. Меры торговой защиты: общие принципы применения и порядок установления 27.21 KB
  Меры торговой защиты: общие принципы применения и порядок установления. Меры торговой защиты (защитные меры) являются примером избирательного применения протекционистских мер, которые целенаправленно и временно используются в тех случаях, когда инос...
6721. Антидемпинговые меры торговой защиты 25.65 KB
  Антидемпинговые меры торговой защиты. Защитные меры представляют собой меры по ограничению импорта, осуществляющиеся путем введения количественных ограничений или применение специальных защитных, антидемпинговых и компенсационных, которые взимаются ...
6722. Компенсационные меры торговой защиты 27.26 KB
  Компенсационные меры торговой защиты. Защитные меры представляют собой меры по ограничению импорта, осуществляющиеся путем введения количественных ограничений или применение специальных защитных, антидемпинговых и компенсационных, которые взимаются ...
6723. Специальные защитные меры мировой торговли 25.59 KB
  Специальные защитные меры мировой торговли. Специальные защитные меры, т.е. меры по ограничению импорта товара, применяемые посредством введения специальной импортной квоты или специальной пошлины, в томчисле временной специальной пошлины. Спе...