Динамическое торможение двигателя

Торможение электрических приводов

Электрическим торможением называется такой режим электропривода, при котором вращающий момент электродвигателя направлен навстречу направлению вращения его вала. Электрическое торможение используется для быстрой и точной остановки или изменения направления движения производственного механизма. По физической сущности электрическое торможение является генераторным режимом, так как именно в этом случае электромагнитный момент машины направлен противоположно вращению вала, а к валу подводится механическая энергия. Вырабатываемая в электрической машине электрическая энергия в зависимости от особенностей тормозного режима либо возвращается в электрическую сеть, либо рассеивается в активных элементах цепей машины.

Существуют два способа электрического торможения: динамическое и противовключением. Динамическое торможение асинхронных двигателей создают отключением обмотки статора от питающей сети переключением их на источник постоянного тока. При этом в обмотках статора создается неподвижное магнитное поле. Во вращающейся по инерции обмотке ротора индуцируется электрический ток. В результате взаимодействия магнитного поля возбуждения статора и тока ротора возникает вращающий момент, направленный противоположно вращению вала (для гашения энергии, вырабатываемой в обмотках фазного ротора, к ним на кольцах подключают тормозные резисторы).

Рис. 93. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с использованием динамичного торможения

В схеме динамического торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис. 93) используется реле времени КТ, которое питается от источника постоянного тока. Нажатие кнопки SBC отключает электродвигатель, контакт КМ размыкается, что приводит к присоединению обмотки статора двигателя к сети постоянного тока. Начинается режим торможения, продолжительность которого ограничивается уставкой реле КТ. По истечении установленной выдержки времени контакт реле КТ разомкнется, цепь постоянного тока отключается от статора, цепь приводится в исходное положение.

Чтобы избежать одновременного включения контакторов КМ, КМТ, их катушки взаимно блокированы размыкающими вспомогательными контактами КМ и КМТ. Резистор R1 служит для ограничения постоянного тока. Предохранители F защищают цепь постоянного тока от короткого замыкания.

Рис. 94. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с использованием торможения противовключением

Торможение противовключением создается реверсированием двигателя на ходу. Для асинхронного электродвигателя оно осуществляется с помощью реле контроля скорости РКС, которое механически связано с валом двигателя (рис. 94). Контакт реле РКС при небольшой угловой скорости разомкнут. Отключение электродвигателя осуществляется нажатием кнопки SBC, после чего замыкается вспомогательный размыкающий контакт КМ. Так как контакт реле РКС замкнут, то контактор КМТ получает питание и статор оказывается подключенным к сети. С включением контактора КМТ две фазы переключаются, изменяя порядок чередования. Реле РКС размыкает контакт, когда угловая скорость двигателя становится близкой к нулю, катушка КМТ отключается, и двигатель останавливается.

ru.knowledgr.com

Динамическое торможение — использование электрических тяговых двигателей транспортного средства как генераторы, замедляясь. Это называют rheostatic, если произведенная электроэнергия рассеяна как высокая температура в резисторах сетки тормоза и регенеративная, если власть возвращена к линии поставки. Динамическое торможение понижает изнашивание основанных на трении компонентов торможения, и дополнительно регенерация уменьшает потребление энергии.

Принцип операции

Во время торможения моторные области связаны через любого, главный генератор тяги (дизельно-электрический локомотив, гибридный электромобиль) или поставка (электрический локомотив, электромобиль) и моторные арматуры связан через тормозящие сетки (rheostatic) или (регенеративную) поставку. Катящиеся колеса поворачивают моторные арматуры и когда моторные области взволнованы, моторный акт как генераторы.

Во время динамического торможение тяговые двигатели, которые теперь действуют как генераторы, связаны с тормозящими сетками больших резисторов, которые ограничивают электрический ток и рассеивают переделанную энергию как высокую температуру в резисторах вместо двигателя. Интенсивностью тормоза можно управлять, изменяя возбуждение области тягового двигателя и сопротивление сетки резистора. Система постоянного тока может замедлить поезд к приблизительно; система переменного тока может замедлить поезд к почти точке.

Локомотивы с системой «передачи» постоянного тока всегда используют тяговые двигатели серийной раны, поскольку эти двигатели производят свое максимальное тяговое усилие в «киоске» или ноль mph, таким образом легко начиная почти любой поезд.

Динамическое торможение может также быть достигнуто, закоротив моторные терминалы, таким образом принеся двигатель к быстрой резкой остановке. Этот метод вызывает огромный текущий скачок через сам двигатель, рассеивая всю энергию как высокую температуру, и может только использоваться в низкой власти неустойчивые заявления из-за охлаждающихся ограничений. Это не подходит для приложений тяги.

Электродвигатели с постоянным магнитом не требуют области возбуждения, эта область обеспечена постоянными магнитами.

Торможение Rheostatic

Электроэнергия, произведенная двигателями, рассеяна как высокая температура банком бортовых резисторов или «тормозящей сетки». Большие вентиляторы необходимы, чтобы защитить резисторы от повреждения. У современных систем есть тепловой контроль и когда температура банка становится чрезмерной, это выключено, и система использует только торможение трения.

Регенеративное торможение

Регенеративное торможение кормит восстановленной энергией назад электроснабжение вместо того, чтобы тратить впустую его как высокую температуру.

Электропоезда обычно соединяются и регенеративный и торможение rheostatic. Если система электроснабжения не будет «восприимчивой» к восстановленной власти, то система не выполнит своих обязательств к rheostatic или механическому торможению трения.

В электромобиле или гибридном электромобиле, восстановленная энергия частично перезаряжает батарею, позволяющую его быть снова использованным позже.

Гидродинамическое торможение

Гидродинамический тормоз принадлежит гидравлической передаче дизельно-гидравлического локомотива

Динамическое торможение

Известны 2 вида динамического торможения: постоянным током и конденсаторное. Торможение постоянным током может происходить при независимом возбуждении и самовозбуждении. Торможение с независимым возбуждением осуществляют, отключая обмотку статора от сети и подавая на нее (обычно на 2 ее фазы) постоянный ток (рис.4.20). Последний получают от сети через понижающий трансформатор и полупроводниковый выпрямитель, а при большой мощности АД — от специальных возбудителей низкого напряжения (рис. 4.20, а).

Рис.4.20. Динамическое торможение асинхронных двигателей при независимом возбуждении:

а, б – схемы подключения двигателей соответственно с короткозамкнутым и фазным роторами: в – механические характеристики

У Ад с фазным ротором наряду с этим в цепь ротора вводят тормозной резистор (рис.4.20,б). При таком соединении в обмотке статора возникает неподвижное магнитное поле, индуцирующее в обмотке вращающегося по инерции ротора ЭДС. В этом режиме АД работает как неявнополюсный синхронный генератор, вырабатывая в роторной цепи ток, частота которого уменьшается по мере снижения угловой скорости ротора. Этот ток, взаимодействуя с потоком возбуждения статора, создает, как и в обычном синхронном генераторе, тормозной момент, под действием которого ротор останавливается. По мере снижения угловой скорости ЭДС, ток ротора и тормозной момент убывают до нуля. Запасенная в двигательном режиме кинетическая энергия преобразовывается в электрическую, а затем в тепловую, выделяемую в обмотке ротора асинхронного двигателя и в резисторе динамического торможения (если он есть).

Значение Мт в начальный период и форма механических характеристик при торможении зависят от тока возбуждения и от сопротивления роторной цепи. При сравнении механических характеристик 1 и 2 (рис.4.20, в), которые соответствуют короткозамкнутому АД при токах возбуждения Iв2 > I в1 видно, что большему току соответствуют большие начальный и максимальный тормозные моменты. На этом же рисунке приведены характеристики З и 4 фазного АД при том же токе возбуждения I в1, но с разными сопротивлениями в цепи ротора Rт2 > Rт1, и характеристики 5 и б при тех же значениях тормозного сопротивления, но при токе возбуждения Iв2. Из сопоставления этих характеристик видно, что при одинаковом токе возбуждения Мт в начальный период тем выше, чем больше сопротивление цепи ротора, а при том же сопротивлении максимальный тормозной момент тем больше, чем выше ток возбуждения.

Увеличение тормозного момента при введении в цепь ротора активного сопротивления объясняется тем, что работе АД в начальный период соответствует большое скольжение и ввиду этого активная составляющая тока ротора I2акт = I2 соs j2 очень мала. С введением активного сопротивления соs j2 возрастает в большей степени по сравнению с уменьшением I2 и тормозной момент АД увеличивается. Повышение тока возбуждения во всех случаях при водит к увеличению магнитного потока статора и соответствующему возрастанию тормозного момента.

Ввиду того, что в цепь ротора АД с фазным ротором вводится активное сопротивление, Мт в начале тормозного процесса будет больше, как видно из характеристик, чем у короткозамкнутых АД. По тем же причинам у АД с фазным ротором критическое скольжение для данного режима имеет большее значение (R2 = 2pf1skL) и максимальный тормозной момент достигается при большей угловой скорости. Поэтому фазный АД при прочих равных условиях во время торможения делает меньше оборотов, чем короткозамкнутый, хотя продолжительность торможения у обоих примерно одинаковая. Чтобы обеспечить у короткозамкнутого АД такую же инерцию при остановке, как и у АД с фазным ротором, приходится подавать в обмотку его статора значительно больший ток. Рассмотренный способ торможения весьма эффективен, но для него необходим дополнительный источник постоянного тока или выпрямитель.

Динамическое торможение с независимым возбуждением применяется в ЭП механизма поворота грузовых кранов, обеспечивая мягкое торможение и предотвращая раскачивание груза.

На судах в ЭП грузовых кранов, где приводным двигателем является АД с фазным ротором, также широко используется торможение постоянным током с самовозбуждением (рис.4.21). Указанный вид торможения применяют при тормозном спуске тяжелых грузов. Для этого обмотку статора контактами КМ1 отключают от сети 3-фазного тока и подключают контактами КМ2 к выпрямителю UZ. Ввиду того, что АД продолжает вращаться под действием момента сопротивления, обусловленного силой тяжести груза, а в зубцах статора имеется остаточное намагничивание, то в роторной обмотке наводится переменная ЭДС.

Рис.4.21. Схема подключения АД с фазным ротором при режиме динамического торможения с самовозбуждением

С помощью выпрямителя UZ переменный ток преобразуется в постоянный и через контакты КМ2 поступает на статор. Магнитный поток статора увеличивается, ЭДС ротора становится больше и т. д. Таким образом, в результате самовозбуждения возрастают постоянный ток статора, магнитный поток и тормозной момент Мт = kI2актФ. Тормозной момент при большой угловой скорости достигает очень больших значений, обеспечивая эффективное торможение, а по мере замедления АД его значение уменьшается.

Емкостное торможение применяют для остановки АД малой мощности. Для этого обмотку статора отключают от сети переменного тока и подключают к заряженным конденсаторам, являющимся источником питания постоянным током. Физический процесс торможения аналогичен торможению АД постоянным током. Необходимо отметить, что конденсаторы в процессе торможения АД разряжаются и в конце тормозного процесса оно становится неэффективным.

Читайте также:

  1. Аэродинамическое качество крыла
  2. Безусловное и условное торможение.
  3. Гидродинамическое оборудование
  4. Динамическое повышение приоритета после завершения ввода-вывода
  5. МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
  6. Рекуперативное торможение.
  7. Термодинамические системы. Термодинамическое равновесие. Температура
  8. Торможение.
| следующая страница ==>
Торможение противовключением | Тема 4.4. Специальные типы АД

Дата добавления: 2014-04-17 ; просмотров: 1373 ; Нарушение авторских прав

Динамическое торможение двигателя

1. Что значит — эффективно?
2. Разберитесь сначала, как работает каждый из механизмов торможения.

1. Под эффективностью имею ввиду с минимальным выбегом по инерции.
2. В РЭ на ПЧВ не объясняется суть торможение переменным током. Ну я как понимаю имеется ввиду торможение противовключением. Которое является наиболее эффективным из сих трех методов.
3. Так как же включить этот вид торможения на частотнике, кто знает?

Самый эффективный способ включает в себя тормозной резистор. При торможении выделяется энергия, которую нужно куда-то девать. Часть этой энергии расходуется на собственно торможение, аккумулируется в звене постоянного тока, а часть сливается в тормозной резистор.

Выбег по инерции возможен: 1. Если вы его явно включили; 2. Если выбранный режим торможения перегрузил преобразователь и системы защиты отключили управляемое торможение. В остальных случаях остановка происходит с учетом установленного времени замедления (DEC)

Самый эффективный способ включает в себя тормозной резистор. При торможении выделяется энергия, которую нужно куда-то девать. Часть этой энергии расходуется на собственно торможение, аккумулируется в звене постоянного тока, а часть сливается в тормозной резистор.

Тормозной резистор — это пассивное торможение. Эффективней когда на обмотки подается ток и создает магнитное поле для торможения.

Тормозной резистор — это пассивное торможение. Эффективней когда на обмотки подается ток и создает магнитное поле для торможения.

Нет, по крайней мере на относительно современных преобразователях с векторным управлением. Торможение происходит сдвигом (отставанием) прикладываемого поля относительно вращающегося поля ротора. При этом двигатель переходит в генераторный режим, выделяемая энергия частично расходуется на создание вращающегося тормозящего поля, остальное аккумулируется в конденсаторе постоянного звена. Соответственно, на нем растет напряжение. При превышении некоторого значения (500-600В), контроллер ПЧ уменьшает интенсивность торможения, чтобы уменьшить выделение энергии. При наличии в системе тормозного резистора, он подключается в этот момент и позволяет разряжать конденсатор через себя, не допуская перенапряжений и позволяет контроллеру удерживать значительный тормозящий момент.

В 21 веке никто не коротит обмотки через резисторы )))

Частотный регулятор это устройство, в первую очередь предназначенное для управления оборотами электродвигателя, а торможение- это уже второстепенная функция.

вы ошибаетесь, торможение — работа в 4 квадранте, ничем по своей сути не отличается от 1 квадранта — двигательного режима. Механические тормоза — это удержание вала в выключенном состоянии, ну только иногда аварийная блокировка, типо последнего шанса.

имелось в виду то, что для инерционного объекта регулирования применение механического тормоза куда более оправдано и менее энергозатратно. попробуйте ж/д локомотив остановить только электродвигателем.

Таки вы будете смеяться, но рекуперативное торможение двигателем вплоть до остановки. Тоже самое в электромобилях. При торможении выделяется энергия, очень здорово если ее удается удержать в магнитном или электрическом поле — с ними легко работать. При механическом торможении — энергия выделяется в виде тепла, которое крайне сложно утилизировать

Таки вы будете смеяться, но рекуперативное торможение двигателем вплоть до остановки. Тоже самое в электромобилях. При торможении выделяется энергия, очень здорово если ее удается удержать в магнитном или электрическом поле — с ними легко работать. При механическом торможении — энергия выделяется в виде тепла, которое крайне сложно утилизировать

Ребят, я знаю вас медом не корми, только дай про вечный двигатель пофилософствовать ))

Есть у кого опыт, знание работы с овеновским ПЧВ102-1К5-В?

Как на нем включить торможение переменным током??

2-10 = 2 — включить режим динамического торможения
2-16 = 100, — тормозной ток в процентах от номинального, можно увеличить до 150 для большей интенсивности
2-17 = 2 — контроль перенапряжений, чтобы не останавливался по ошибке

2-10 = 2 — включить режим динамического торможения
2-16 = 100, — тормозной ток в процентах от номинального, можно увеличить до 150 для большей интенсивности
2-17 = 2 — контроль перенапряжений, чтобы не останавливался по ошибке
Это я читал в РЭ. Но вопрос как включать это торможение при работе. На дискретных входах ПЧВ есть выбор функции 5-1*: «5- торможение постоянным током, инверсный;» Но нет выбора для торможения переменным током.

А зачем утилизировать? Это обычное трение, далее тепло рассеивается. Да и в случае применения частотника при торможении электродвигателя также выделяется тепло- его то как утилизируете? Причем здесь рекуперация- отдача энергии обратно в сеть при переходе электродвигателя в генераторный режим? На инерционном объекте, как в примере с ж/д локомотивом, рекуперативным торможением вы оооочень долго будете останавливаться.
Изначально задача ведь стояла в нужный момент времени остановить электродвигатель (шнек) для точной дозировки, а о рекуперации ни «речи». Да и рекуперация в основном применяется на электротранспорте, где есть инерция и есть смысл полезно утилизировать (отдавать в сеть) энергию.

Тепло выделяется быстро и локально, что приводит к тепловому разрушению механических тормозных устройств. При использовании ПЧВ тепло собственно не выделяется, ибо идет торможение полем. Чуть увеличенный нагрев несоизмерим с гасимой энергией и обусловлен КПД преобразования. В случае ПЧВ идет не полная рекуперация в сеть, а накопление энергии на внутреннем конденсаторе, т.е. преобразователь вливает ток в двигатель, не забирая его из сети, так сказать сам себя кормит.
«Поезд» т.е. шнек мгновенно остановить невозможно )) речь идет о контроллируемом останове, за заранее заданное время, что собственно и даст точную дозировку.
Время рекуперативного торможения зависит от желания «машиниста», с двигателя можно снимать энергию в любых количествах, это определяется возможностью применяемой электроники. Современные преобразователи позволяют плоскую характеристику, вплоть до минимальных частот. Экспоненциальные остались в середине 20 века.

оно будет использоваться когда вы снимите сигнал «вперед» ну или «назад». В обычном случае при снятии сигнала вращения, ПЧ начинает подавать на двигатель уменьшающуюся частоту. Время замедления будет взято из настроек. Предполагается что энергия расходуется на полезную нагрузку и мотор остается в двигательном режиме все время. Если нагрузка инерциальная, то получается некий выбег.

При использовании динамического торможения, ПЧ подает на двигатель поле, отстающее по фазе от вращающегося поля ротора, и переводит двигатель в генераторный режим, выдерживая таким образом темп замедления нужный для точного соответствия времени остановки из настроек, независимо от инерции нагрузки.

При использовании динамического торможения, ПЧ подает на двигатель поле, отстающее по фазе от вращающегося поля ротора, и переводит двигатель в генераторный режим, выдерживая таким образом темп замедления нужный для точного соответствия времени остановки из настроек, независимо от инерции нагрузки.

Почему тогда для торможения постоянным током предоставлена выделенная функция, которую можно запускать сигналом на дискретном входе, либо по rs-485. А для динамического торможения такой отдельной «кнопки» нет. Где собака зарыта то.

Потому что в инструкции не совсем верный перевод понятия. Правильная трактовка звучит примерно как «удержание постоянным током». И применяется в основном для удержания вала от проворачивания после остановки, в стояночных режимах. При торможении его конечно тоже используется, но результат мало предсказуем, в смысле что время до остановки будет меняться в зависимости от нагрузки и многих других факторов, ну и выбег больше. Мне кажется что режим сохраняют как наследие от старых ПЧ, с U/f характеристикой, когда динамическое торможение было просто недоступно. Кстати, и его можно включать как автоматически, так и командой по интерфейсу.

Да есть там отдельная функция удержания постоянным током. Которая включается при запуске и также при остановке двигателя, когда частота становится ниже уставки. К всему этому есть отдельная функция торможения постоянным током, включаемая сразу при рабочем двигателе, которая означает одновременно стоп и торможение. Но на переменное торможение и торможение резистором такой функции нет. Будем надеяться, что она автоматически включиться при съеме сигнала пуск двигателя.

Торможение двигателя постоянного тока. Рекуперативное, динамическое, торможение противовключением?

Во всех исполнительных механизмах, где используется электрический привод, из соображений безопасности, как правило, применяют механический и электрический способы торможения.- Механическое торможение основано на трении тормозных устройств о вращающиеся части привода, а электрическое — на создании в двигателе тормозного электромагнитного момента М, противоположного направлению вращения. Существуют три вида электрического торможения: рекуперативное, динамическое (реостатное) и противовключением.
Рекуперативное торможение. Оно является наиболее экономичным, так как основано на переводе двигателя в генераторный режим с отдачей энергии в сеть.
Двигатели параллельного или смешанного возбуждения могут автоматически переходить в режим рекуперативного торможения при частоте вращения больше п0 = U\(сеФ); характеристики продолжатся левее оси ординат, где вращающий момент является отрицательным. В этом случае ЭДС машины становится больше напряжения сети и ток, согласно, меняет свое направление.
Автоматический переход двигателя смешанного возбуждения в рекуперативный режим и его сравнительно «мягкие» механические характеристики обусловили его применение для целей электрической тяги на троллейбусах и трамваях. Можно перевести машину в рекуперативный режим и принудительно, уменьшив частоту вращения па путем увеличения тока возбуждения (значит, Ф) или снижения подводимого напряжения U.
Двигатель последовательного возбуждения таким способом не может перейти в рекуперативный режим: его характеристика на рис. 7.4 не пересекает ось ординат, а ЭДС Е никогда не может стать больше напряжения U. Дело в том, что Е — сепФу а Ф = с

Осуществляется путем отключения якорной обмотки от сети и замыканием ее на тормозной резистор (реостат) сопротивлением гт. При этом механическая энергия вращающихся масс преобразуется в электрическую, которая расходуется на нагрев тормозного резистора и других элементов цепи якоря.
Обмотка возбуждения двигателя параллельного возбуждения остается включенной в сеть той же полярности и, следовательно, ток возбуждения и магнитный поток остаются неизменными. Так как якорная обмотка отключена от сети, то ток, потребляемый двигателем из сети, равен нулю, но якорь двигателя по инерции продолжает вращаться, вследствие чего в нем наводится ЭДС Е = сепФ.
Тормозной ток якоря
(1)
Изменение знака тока приводит к изменению знака момента, который из вращающего становится тормозным:
(2)
Из выражения (2) видно, что при постоянном магнитном потоке Ф тормозной момент зависит от частоты вращения /г, которая вследствие торможения убывает, и от сопротивления тормозного резистора гт.
Для поддержания тормозного момента относительно постоянным тормозной резистор выполняют секционированным. По мере уменьшения частоты вращения якоря выводят секции тормозного резистора, уменьшая его сопротивление, и тем самым поддерживают ток и тормозной момент постоянными.
У двигателя последовательного возбуждения при динамическом торможении необходимо переключить выводы
обмотки возбуждения с тем, чтобы направление тока в ней а значит, и магнитного потока осталось неизменным.

Производится переключением выводов якорной обмотки либо обмотки возбуждения, вследствие чего изменяются направление тока в якоре либо магнитного потока и знак момента, который из вращающего превращается тормозной. Ток якоря после переключения его обмотки становится равным

т. е. он не только изменяет свой знак, но и скачком сильно увеличивается, а с ним растет и тормозной момент. Такой скачок тока и тормозного момента может оказаться опасным для машины, если сопротивление Rт мало.
Торможение противовключением обеспечивает быстрый останов двигателя. Однако при торможении этим способом двигатель должен быть своевременно отключен от сети во избежание вращения якоря в противоположном направлении (реверса). Данный способ торможения применяется в подъемно-транспортных механизмах при спуске груза и в других случаях, например для предотвращения аварийных ситуаций, опасных для жизни людей.

Последнее изменение этой страницы: 2020-08-01; Нарушение авторского права страницы

Электростанции

  • Меню сайта
    • Организация эксплуатации
    • Электрические схемы
    • Турбогенераторы
    • Трансформаторы и автотрансформаторы
    • Распределительные устройства
    • Электродвигатели
    • Автоматика
    • Тепловая изоляция
    • Регулирование энергоблоков
    • Тяговые подстанции
    • Выпрямители и зарядные устройства
    • Проектирование электрических сетей и систем
    • Электрооборудование электротермических установок

Меню раздела

Режим динамического торможения двигателей постоянного тока

Режим динамического торможения двигателей постоянного тока последовательного возбуждения обеспечивается двумя способами. Первый состоит в том, что обмотка возбуждения подключается к сети постоянного тока контактом через дополнительный резистор в, ограничивающий ток возбуждения в режиме торможения до значения, а якорь отключается от сети контактом Кл й замыкается контактом Кт на сопротивление динамического торможения #д,т по схеме рис. 2.20. В этом случае происходит динамическое торможение при независимом возбуждении двигателя, и характеристики такого режима ничем не отличаются от характеристик динамического торможения, приведенных на рис. 2.13.
Во втором случае якорь замыкается на сопротивление динамического торможения с последовательно включенной обмоткой возбуждения. При этом реализуется режим динамического торможения с самовозбуждением. Двигательный режим работы в точке с координатами /с, ©с на характеристике 1 рис. 2.21,6 обеспечивается схемой при замкнутых контактах Кл и разомкнутых контактах при направлении тока, показанном на рис. 2.21,а штриховыми стрелками.
В режиме динамического торможения с самовозбуждением нельзя допустить изменения направления тока в обмотке возбуждения, так как машина в этом случае размагнитится и самовозбуждение станет невозможным. Поэтому схему строят таким образом, чтобы под действием ЭДС двигателя Е при размыкании контактов Кл и замыкании контактов ток в обмотке возбуждения сохранил свое направление. Тогда двигатель переходит работать на характеристику 2 и тормозится по ней с самовозбуждением от скорости ©с до критической скорости при которой двигатель теряет способность работать самовозбуждением и тормозится до скорости, равной нулю, по штриховой прямой при неизменном потоке остаточного намагничивания.
Значение скорости обусловлено значением сопротивления якорной цепи при динамическом торможении. Как известно, самовозбуждение машины возможно, если вольт-амперная характеристика цепи возбуждения пересекает кривую холостого хода машины.
На рис. 2.22 представлено семейство кривых холостого хода при разных угловых скоростях ш3 и две вольт-амперные характеристики при разных сопротивлениях цепи возбуждения. На рис. 2.22 следует, что при скорости ,ф1. Сопротивление цепи самовозбуждения, соответствующее характеристике 5, меньше, чем для характеристики 2.
Расчет характеристик динамического торможения проводим по (2.20) с использованием универсальной кривой намагничивания.
Пример 2.3. Построить механические характеристики динамического торможения с самовозбуждением двигателя постоянного тока последовательного возбуждения типа Д-22. Данные двигатели приведены в примере 2.2. Сопротивление динамического торможения /?д,т= =1,02 Ом.
Для произвольно заданных значений якорного тока вычисляем по универсальной кривой намагничивания определяем значения АФ, по универсальной зависимости находим момент.
Расчетная механическая характеристика построена на рис. 2.23. Здесь не учитывался эффект потери самовозбуждения.

Динамическое торможение двигателя

Алексеев В.В., Вершинин В.И.
Санкт-Петербургский государственный горный университет

В современных электроэнергетических установках различного назначения широкое применение получили частотно-регулируемые электроприводы переменного тока на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и статических преобразователей частоты. Силовая часть таких электроприводов независимо от алгоритма управления (скалярного или векторного) выполняется по типовой схеме, приведенной на рис.1.

Рис.1. Типовая схема силовой части частотно-регулируемого электропривода

В состав силовой части электропривода входят: исполнительный двигатель (М), статический преобразователь частоты, содержащий неуправляемый выпрямитель (НВ) и автономный инвертор с широтно-импульсной модуляцией напряжения (АИН ШИМ). Кроме того в состав силовой части электропривода входит звено, обеспечивающее режим генераторного торможения и состоящее из тормозного резистора RT накопительного конденсатора С и транзисторного ключа VST.
Режим генераторного торможения наступает автоматически в тех случаях, когда по каким-либо причинам частота вращения ротора превысит частоту вращения магнитного поля. В этом режиме активная составляющая тока статора изменяет свое направление в результате чего происходит заряд конденсатора С через обратные диоды автономного инвертора напряжения. При этом, как только напряжение на зажимах звена постоянного тока достигает заданной величины, открывается транзисторный ключ VST и конденсатор начинает разряжаться на тормозной резистор Rт. При уменьшении напряжения до первоначального значения транзисторный ключ VST выключается и снова начинается процесс заряда конденсатора. Процессы заряда и разряда конденсатора происходят до тех пор, пока существует режим торможения [1]. В процессе генераторного торможения механическая энергия двигателя, превращаясь в электрическую энергию, рассеивается на тормозном резисторе в виде тепла.
Важнейшим преимуществом генераторного режима торможения является его органичность, заключающаяся в том, что он возникает автоматически. То есть для его реализации не требуется применять схемотехнические или алгоритмические решения. В то же время этому способу присущ и серьезный недостаток, заключающийся в наличие в составе электропривода тормозного резистора. Включение в состав электропривода этого элемента приводит к значительному увеличению удельных массогабаритных показателей электропривода в целом. Кроме того, если работа электропривода сопровождается частыми сменами режимов, то возникает проблема отвода тепла, выделяющегося на тормозном резисторе. Указанные недостатки особую актуальность принимают при создании автономных электроприводов, к массогабаритным характеристикам которых предъявляются жесткие требования.
В настоящей работе приводятся результаты исследования особенностей синтеза частотно-регулируемых электроприводов для турбомеханизмов, в которых реализация режимов электрического торможения осуществляется с использованием не традиционного способа генераторного торможения, а путем динамического торможения. Реализация этого способа не требует применения тормозных резисторов, в результате чего появляется возможность создания частотно-регулируемых электроприводов, свободных от недостатков, указанных выше.
К турбомеханизмам относятся насосы и вентиляторы различного назначения. Основными требованиями, определяющими структуру их электроприводов, являются:
— обеспечение плавного регулирования частоты вращения в диапазоне не более 5:1;
— поддержание постоянства частоты вращения с точностью не менее 5% при появлении возмущающих воздействий.
Тормозные режимы возникают либо автоматически при резком принудительном уменьшении частоты вращения механизма, либо при экстренной остановке в аварийных ситуациях.
Функциональная схема одного из возможных вариантов построения электропривода, отвечающих перечисленным требованиям, приведена на рис.2.

Рис.2.Функциональная схема частотно-регулируемого электропривода с динамическим торможением

В соответствии с функциональной схемой в состав электропривода входят:
— исполнительный двигатель (М);
— статический преобразователь частоты (СПЧ), состоящий из силовой части и системы управления статическим преобразователем частоты (СУ СПЧ);
— система управления электроприводом (СУ ЭП).
В качестве исполнительного двигателя в электроприводе используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Силовая часть СПЧ включает в себя неуправляемый выпрямитель (НВ), автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией (АИН ШИМ) и конденсатор в звене постоянного тока С. Система управления статическим преобразователем состоит из трех блоков:
— блок БУ1, формирующий импульсы управления полупроводниковыми ключами VS1-VS6, которые обеспечивают синусоидальную широтно-импульсную модуляцию трехфазного выходного напряжения статического преобразователя частоты при работе электропривода в двигательном режиме;
— блок БУ2, формирующий импульсы управления полупроводниковыми ключами VS2, VS3, которые обеспечивают широтно-импульсную модуляцию постоянного напряжения, прикладываемого к двум последовательно соединенным фазам обмотки статора при работе электропривода в режиме динамического торможения;
— коммутатор прохождения импульсов управления K.
Система управления электроприводом включает в себя следующие элементы и блоки:
— блок задания скорости (ЗС);
— датчик скорости ДС;
— пропорционально-интегральный регулятор (ПИ);
— два сумматора С1 и С2;
— функциональный преобразователь (ФП);
— задатчик интенсивности торможения (ЗИТ);
— блок вычисления синхронной частоты вращения (БВ ω).
При работе в двигательном режиме электропривод представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с обратной связью по частоте вращения [2] . Требуемое значение частоты вращения двигателя устанавливается с помощью ЗС, сигнал с выхода которого поступает на положительный вход сумматора С1. На отрицательный вход сумматора С1 поступает сигнал, пропорциональный фактической частоте вращения двигателя. Разность сигналов, снимаемая с выхода сумматора С1 поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора, который задает необходимую форсировку изменения частоты напряжения и величины напряжения на выходе статического преобразователя частоты. Функциональный преобразователь ФП выполняет необходимую связь между частотой напряжения и действующим значением напряжения на выходе СПЧ. Эта связь определяется законом скалярного управления Костенко, который для электроприводов турбомеханизмов имеет следующий вид

, (1)

где U1, U2 — величины действующего значения фазных напряжений, соответствующие частотам вращения двигателя ω1 и ω2; f, f2 — величины частот фазных напряжений, соответствующие частотам вращения двигателя ω1 и ω2.
При резком уменьшении сигнала задания частоты вращения UЗС сигнал задания частоты напряжения UЗЧ на выходе СПЧ также резко уменьшится, в результате чего двигатель должен будет перейти в режим генераторного торможения. Но в рассматриваемом электроприводе используется режим не генераторного, а режим динамического торможения.
Принудительный перевод двигателя в режим динамического торможения производится следующим образом. Сигнал задания частоты напряжения UЗЧ поступает в блок вычисления синхронной частоты вращения двигателя. Этот блок производит вычисления в соответствии с выражением

, (2)

где f3 — величина заданного значения частоты напряжения на выходе СПЧ; pП — число пар полюсов двигателя.
Сигнал пропорциональный вычисленному значению синхронной частоты вращения ω поступает на положительный вход сумматора С2. На отрицательный вход сумматора С2 поступает сигнал пропорциональный фактическому значению частоты вращения двигателя. Разность между этими сигналами поступает на вход коммутатора цепей сигналов управления К. Как только эта разность становится отрицательной, коммутатор К срабатывает, отключая драйверы полупроводниковых ключей VS1-VS6 от блока управления БУ1 и подключая драйверы полупроводниковых ключей VS2, VS3 к блоку управления БУ2. Блок управления БУ2 вырабатывает периодическую последовательность импульсов управления, коэффициент заполнения которых определяется величиной сигнала, поступающего от задатчика интенсивности торможения. Чем больше величина этого сигнала, тем больше величина коэффициента заполнения импульсов постоянного напряжения на выходе СПЧ, тем больше величина постоянного тока, протекающего по фазам обмотки статора, и, следовательно, тем интенсивней будет проходить режим динамического торможения.
Как только в результате торможения частота вращения двигателя станет меньше синхронной, разность сигналов на выходе сумматора снова станет положительной и коммутатор К подключит драйверы полупроводниковых ключей VS1-VS6 к выходу блока СУ1. В результате этого двигатель перейдет из режима динамического торможения в двигательный режим работы с новой частотой вращения.
Таким образом, электропривод, выполненный по рассматриваемой функциональной схеме, в режимах регулирования частоты вращения в сторону увеличения работает аналогично электроприводам со скалярным управлением, выполненных по типовой схеме. В режимах регулирования частоты вращения в сторону уменьшения, а также в режимах экстренного торможения используется режим динамического торможения, в котором с обмотки статора снимается трехфазное переменное напряжение, а на две фазы обмотки, соединенные последовательно подается постоянное напряжение.
Исследования возможности применения режима динамического торможения в частотно-регулируемых электроприводах турбомеханизмов проводились на компьютерной модели, схема которой приведена на рис.3.

Рис.3. Схема компьютерной модели частотно-регулируемого электропривода для турбомеханизмов

Схема компьютерной модели содержит субсистемы, собранные из библиотечных блоков, а также отдельные библиотечные блоки пакета прикладных программ MATLAB. То есть в состав модели входят субсистемы:
а) AD – модель асинхронного двигателя;
б) ZS – модель задатчика скорости и задатчика интенсивности;
в) AISIM – модель статического преобразователя частоты, работающего в режиме автономного инвертора с широтно-импульсной модуляцией напряжения;
г) AISIM1 – модель статического преобразователя частоты, работающего в режиме широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения;
д) BWS — модель блока вычисления разности частот (синхронной частоты вращения и частоты вращения ротора).
е) Transfer FSN1 — модель пропорционально-интегального регулятора.
В качестве модели асинхронного двигателя использовалась классическая модель, построенная в соответствии с уравнениями Парка-Горева для двухфазной обобщенной электрической машины в неподвижных осях α, β. Схема субсистемы, реализующей задатчик скорости ZS, показана на рис.4.

Рис.4. Схема субсистемы, реализующей задатчик скорости

Схема позволяет устанавливать задание скорости вращения (блок Constant) и интенсивность изменения скорости двигателя до заданного значения (блок Transver FSN1) при пуске, а также позволяет устанавливать задание скорости вращения (блок Step) и интенсивность изменения скорости двигателя до заданного значения при торможении.
Схема субсистемы, которая реализует статический преобразователь частоты, формирующий трехфазное переменное напряжение с регулируемыми параметрами, поступающее на обмотку статора асинхронного двигателя, показана на рис.5.

Рис.5. Схема субсистемы, которая реализует статический преобразователь частоты, формирующий трехфазное переменное напряжение

На вход субсистемы поступает сигнал управления Uу, формируемый системой управления электроприводом, а с выходов снимаются синусоидальные напряжения U и U, поступающие на входы субсистемы, имитирующей асинхронный двигатель AD. Кроме того, с выхода субсистемы снимается сигнал, пропорциональный величине заданной частоты выходного напряжения инвертора f3.
Модель статического преобразователя частоты, работающего в режиме широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения, реализовывалась библиотечным блоком Pulse Generator. На вкладках этого блока устанавливалась амплитуда импульсов постоянного напряжения на выходе статического преобразователя, величина коэффициента заполнения импульсов напряжения и частота их следования.
Схема субсистемы блока вычисления разности частот вращения показана на рис.6. На вход субсистемы поступает сигнал пропорциональный заданному значению частоты f3 напряжения на выходе инвертора напряжения. В блоке Cаin 1 производится вычисление синхронной частоты вращения двигателя ω, соответствующее заданному значению частоты напряжения на выходе инвертора. Вычисления производятся в соответствии с выражением (2). Вычисленное значение заданной синхронной частоты вращения двигателя ω поступает на положительный вход сумматора Sum1. На отрицательный вход сумматора поступает значение частоты вращения двигателя ω. С выхода субсистемы снимается разность этих значений, которая поступает на блоки Switch 1 и Switch 2, которые реализуют коммутатор цепей прохождения импульсов управления К.

Рис.6. Схема субсистемы блока вычисления BWS

В том случае, если разность между синхронной частотой вращения и частотой вращения ротора является величиной положительной (двигательный режим работы), то ключи в блоках Switch 1 и Switch 2 находятся в верхнем положении. При этом обмотки статора модели асинхронного двигателя подключены к выходным портам модели статического преобразователя, формирующего трехфазное переменное напряжение. Соответственно, как только разность между синхронной частотой вращения и частотой вращения ротора становится величиной отрицательной (переход в режим электрического торможения), ключи блоков Switch 1 и Switch 2 переходят в нижнее положение. В результате этого обмотки статора модели асинхронного двигателя подключаются к выходу модели статического преобразователя частоты, работающего в режиме широтно-импульсного ключа и формирующего постоянное напряжение. Система управления электроприводом, включающая в себя сумматор, пропорционально-интегральный регулятор, датчик частоты вращения, имитировались с помощью библиотечных блоков Sum1, Transver FSN1, Cain1. Механическая часть электропривода, входящая в состав компьютерной модели имитировалась посредством библиотечных блоков Sum 2, Transver FSN, Cain 2 и Product. Характер изменения задания изменения частоты вращения, фактической частоты вращения, электромагнитного момента и тока в обмотках статора асинхронного двигателя наблюдались и регистрировались на экране виртуального осциллографа, который имитировался посредством библиотечного блока Scope.
В ходе компьютерного моделирования электромеханических процессов, протекающих электроприводе турбомеханизма, предполагалось, что в качестве исполнительного двигателя используется асинхронный двигатель типа 4А250М6, нагруженный на циркуляционный насос. Номинальные параметры исполнительного двигателя приведены в таблице.

Таблица. Номинальные параметры исполнительного двигателя

Наименование параметра Величина параметра
Номинальная мощность, кВт 51
Номинальное фазное напряжение, В 220
Номинальный фазный ток, А 102
Номинальная частота вращения, рад/c 102
Номинальный электромагнитный момент, Нм 500
Число пар полюсов, шт 3
Активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом 0.0728
Активное сопротивление фазы ротора, Ом 0.03
Собственная индуктивность обмотки статора, Гн 0.0237
Собственная индуктивность ротора, Гн 0.024
Взаимная индуктивность, Гн 0.0232
Приведенный к валу двигателя момент инерции, кгм² 5

На рис.7 показаны диаграммы изменения контролируемых координат электропривода при его работе в следующих режимах:

Рис.7. Диаграммы изменения координат электропривода в различных режимах работы

-режим пуска и регулирования частоты вращения от нуля до номинального значения (0-5 с);
-установившийся режим работы с номинальной частотой вращения (5-10 с);
-режим динамического торможения, возникающий при резком уменьшении (за время 1с) сигнала задания частоты вращения до нуля.
Диаграммы располагаются сверху вниз в следующей последовательности:
— диаграмма изменения сигнала задания частоты вращения;
— диаграмма изменения электромагнитного момента;
— диаграмма изменения частоты вращения;
— диаграмма изменения тока, протекающего в фазной обмотке статора.
Анализ полученных диаграмм показывает следующее. В режиме пуска и регулирования частоты вращения двигателя в сторону ее увеличения исследуемый электропривод ведет себя как обычный частотно-регулируемый электропривод с отрицательной обратной связью по скорости [2]. То есть частота вращения двигателя при пуске и разгоне линейно увеличивается в соответствии с характером изменения сигнала на выходе задатчика скорости. В установившемся номинальном режиме работы исполнительный двигатель развивает частоту вращения 102 рад/с при электромагнитном моменте 500 Нм и в фазных обмотках статора протекает синусоидальный ток, действующее значение которого равно 102 А.
При резком уменьшении сигнала задания частоты вращения от 10В до 0 электропривод переходит в режим динамического торможения. При этом в обмотках статора начинает протекать постоянный ток, электромагнитный момент становится отрицательным, а частота вращения двигателя начинает снижаться до полной остановки. Интенсивность торможения зависит от величины напряжения на выходе статического преобразователя, который в этом режиме работает как широтно-импульсный преобразователь постоянного напряжения, т.е. соответственно от величины постоянного тока, протекающего по обмоткам статора. В исследуемом режиме величина постоянного тока составляла 300 А, что превышает номинальное действующее значения переменного тока в 3 раза. При этом частота вращения двигателя уменьшилась от номинального значения до нуля за 1,5 с. Трехкратное превышение тока двигателя сверх номинального значения в течение 1,5 с является вполне допустимым. Однако, принимая во внимание перегрузочную способность статического преобразователя, величину постоянного тока, протекающего по обмоткам двигателя в режиме торможения, целесообразно уменьшить.
Величина постоянного тока определяет величину тормозного момента и, как следствие этого, интенсивность торможения. На рис.8 показаны диаграммы изменения координат исследуемого электропривода в режиме динамического торможения в случае, если величина постоянного тока в обмотках статора будет 150 А, то есть будет превышать номинальное значение в 1,5 раза. Как следует из приведенных диаграмм в этом случае время торможения увеличивается и составляет 3,2 с.

Рис.8. Диаграммы изменения координат электропривода в режиме динамического торможения

Результаты проведенных компьютерных исследований позволяют сделать следующие основные выводы.
1. В частотно-регулируемых электроприводах для турбомеханизмов (насосы, вентиляторы) можно вместо генераторного торможения использовать динамическое торможение путем перевода статического преобразователя частоты в режим широтно-импульсного преобразователя напряжения.
2. Применение режима динамического торможения позволит улучшить массогабаритные показатели электроприводов. Последнее обстоятельство объясняется тем, что, с одной стороны, из их состава исключаются тормозные резисторы, а с другой — увеличение установочной мощности используемых статических преобразователей при этом не требуется, поскольку интенсивность торможения можно установить таким образом, что величины токов, протекающих через полупроводниковые ключи будет находиться в пределах их перегрузочной способности.

БИЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. М.: Издательский центр «Академия». 2007. 265 с.
2. Ключев В.И. Теория электропривода. М: Энергоатомиздат, 2001. 714 с.

Динамическое торможение

Динамическое торможение (электродинамическое торможение) — вид торможения асинхронных электродвигателей, при котором обмотка статора отключается от сети переменного тока и включается на постоянное напряжение.

Содержание

Этот тормозной режим используется для точной остановки двигателей. Во время торможения обмотка статора создаёт постоянное неподвижное магнитное поле. При вращении ротора относительно этого магнитного поля изменяется направление ЭДС ротора. При этом ток ротора будет зависеть от сопротивления в цепи ротора (если таковое имеется). Это приведет к изменению направления электромагнитного момента, то есть он станет тормозным и под действием этого момента происходит торможение. Кинетическая энергия вращающихся частей переходит в теплоту, выделяющуюся в цепи ротора за счет токов, индуктированных в ней неподвижным полем статора. Изменяя величину подведенного к обмотке статора напряжения либо сопротивление в цепи ротора, можно регулировать величину тормозного момента. Основными достоинствами этого тормозного режима являются возможность регулировать момент торможения и возможность точной остановки. Кроме этого данный режим позволяет поддерживать постоянную скорость вращения при приложенной внешней нагрузке. Постоянное напряжение можно подводить к обмотке статора только на время торможения. После остановки двигатель нужно отключить от сети постоянного тока.

Данный вид торможения применяется, например, в подъёмно-транспортных машинах, в циркулярных пилах, в двухсистемных электровозах, в конвейерах для безопасной остановки механизмов при отключении электродвигателей и т. д.

Для реализации динамического торможения в промышленности используют Блоки Динамического Торможения (БДТ).

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.

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.

мтомд.инфо

Для управления моментом при динамическом торможении асинхронным двигателем с фазным ротором по программе с заданием времени используются узлы схем, приведенные на рисунке, из которых схема «а» применяется при наличии сети постоянного тока, а схема «б» — при отсутствии ее.

В качестве тормозных резисторов в роторе используются пусковые резисторы R1, включение которых в режиме динамического торможения производится отключением контакторов ускорения, показанных в рассматриваемых узлах схем условно в виде одного контактора КМ3, команда на отключение которого подается блокировочным контактом линейного контактора КМ1.

Схема динамического торможения асинхронного двигателя

а — есть сеть постоянного тока; б — нет сети постоянного тока

Эквивалентное значение постоянного тока в обмотке статора при торможении обеспечивается в схеме «а» дополнительным резистором R2, а в схеме «б» соответствующим выбором коэффициента трансформации трансформатора Т.

Контактор торможения КМ2 может быть выбран как на постоянном, так и на переменном токе в зависимости от требуемого числа включений в час и использования пусковой аппаратуры.

Приведенные на рисунке схемы управления могут использоваться для управления режимом динамического торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Для этого обычно используется схема с трансформатором и выпрямителем, приведенная на схеме «б».

Каждый электрик должен знать:  Дифавтомат устройство, принцип работы, назначение
Добавить комментарий