Тормозные режимы работы асинхронного двигателя.

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 18Следующая ⇒

Асинхронный двигатель может работать в трех тормозных режимах: рекуперативного торможения, противовключения и динамического торможения.

Рекуперативное торможение возникает при вращении ротора в направлении магнитного поля со скоростью w выше синхронной w₀. В этому скольжение

Комплекс тока ротора в двигательном режиме (s> 0):

(3.309)

В режиме рекуперативного торможения s< 0, что приводит к изменению знака только активной составляющей тока ротора, в то время как реактивная составляющая сохраняет свой знак. Это свидетельствует о том, что магнитное поле АД в режиме рекуперативного торможения, как и в двигательном режиме, создается реактивным током, поступающим из сети. Рекуперативное торможение применяется в асинхронных электроприводах при тормозных спусках грузов (рис.3.72) и в многоскоростных асинхронных двигателях при снижении скорости путем переключения числа пар полюсов (рис.3.73)

Торможение противовключением применяется для остановки двигателей в реверсивных электроприводах и для получения посадочных скоростей при опускании тяжелых грузов.

Режим противовключения возникает тогда, когда ротор двигателя под действием внешних сил или сил инерции вращается в сторону, противоположную вращению магнитного поля. Режим противовключения является первой фазой реверса двигателя (рис.3.74). Так как в режиме противовключения направление вращения ротора и магнитного поля АД взаимно противоположны, т.е. w₀> 0, а w< 0, то скольжение

и начальный ток I_нач превышает пусковой I_п. При большом токе тормозной момент меньше пускового M_п, так как индуктивное сопротивление ротора пропорционально скольжению, а скольжение больше единицы. Поэтому для уменьшения тока и увеличения тормозного момента в цепь ротора АД с фазным ротором включают добавочное сопротивление. При активном статическом моменте на валу АД с фазным ротором режим противовключения можно получить введением добавочного сопротивления R₂_g (рис.3.75). Скольжение АД на участке СD механической характеристики больше единицы, что указывает на режим противовключения, установившийся режим которого соответствует точке D

Режим динамического торможения АД с независимым возбуждением уже рассмотрен впереди. Поэтому рассмотрим режим динамического торможения с самовозбуждением, или конденсаторное торможение. Для самовозбуждения АД в цепь статора включают конденсаторы (рис.3.76). Ротор имеет остаточное намагничивание, поэтому в статоре возникает небольшая ЭДС E₀, которая вызывает протекание емкостного тока I₀. Этот ток, в свою очередь, увеличивает ЭДС до E₀₁ и т.д. Возникает процесс самовозбуждения, как в машине постоянного тока. Для процесса самовозбуждения необходимо, чтобы

Процессы конденсаторного торможения можно анализировать, используя эквивалентную схему рис.3.77. С целью выявления основных свойств и соотношений при конденсаторном торможении в начале самовозбуждения не будем учитывать вторичный контур ( ), активное и индуктивное сопротивление статора (R₁=0, X₁=0), тогда получаем

, (3.310)

и так как , то

(3.311)

Эти сопротивления являются функциями частоты, а следовательно, и скорости АД:

, (3.312)

, (3.313)

где (3.314)

– текущая и номинальная синхронные скорости.

Определяем начальную частоту a_нач, обеспечивающую выполнение условия (3.311):

откуда , (3.315)

где (3.316)

(3.317)

(3.318)

Из (3.315) видно, что

, (3.319)

где - собственная частота колебательного контура, образованного и С.

Учитывая, что в начале самовозбуждения было принято s=0, находим начальную скорость ротора, при которой произойдет самовозбуждение:

, (3.320)

где p_П – число пар полюсов АД.

При скорости ротора растут частота, напряжение и токи АД. Двигатель работает в генераторном режиме. Энергия, поступающая с вала двигателя, преобразуется в электрическую и выделяется в виде тепла в сопротивлениях цепи ротора. Увеличение скорости приводит сначала к возрастанию намагничивающего тока, а следовательно, и ЭДС E₁. Но одновременно растет частота, увеличивается индуктивное и уменьшается емкостное сопротивление. Векторы токов поворачиваются в противоположные стороны (рис.3.78а) и при некоторой скорости получаем (рис.3.78б)

(3.321)

Самовозбуждение прекращается, тормозной момент исчезает. Положение векторов токов на рис.3.78б соответствует условию . Из эквивалентной схемы рис.3.77 следует, что

(3.322)

(3.323)

При учете только реактивных сопротивлений (для приближенной оценки) в (3.322) и (3.323) имеем

, (3.324)

откуда находим относительную частоту a_кон, при которой прекращается самовозбуждение АД:

. (3.325)

где , (3.326)

, (3.327)

L_s_k-индуктивность рассеяния контура короткого замыкания.

Из (3.325) получаем

, (3.328)

где w_с2 – собственная частота колебательного контура, образованного и С.

Скорость ротора w_кон, соответствующая срыву самовозбуждения,

(3.329)

Используя (3.322) и (3.323), можно найти, что

что в соответствии с (3.328) и (3.329) дает результат

(3.330)

В процессе конденсаторного торможения магнитные поток мало изменяется и его величина в 1, 5-2 раза превышает номинальное значение. Вид механических характеристик АД при конденсаторном торможении приведена на рис.3.79, где штриховые линии отмечают участки неустойчивой работы. При увеличении емкости конденсаторов зона действия динамического торможения с самовозбуждением смещается в область низких скоростей, при этом максимальные значения моментов уменьшаются.

Если конденсаторы все время подключены к обмотке статора, то при отключении двигателя от электрической сети начинается обмен энергии между емкостью и индуктивностями обмоток машины. Обычно разряд конденсаторов имеет колебательный характер. Появляющиеся при этом в статорной цепи свободные токи создают круговое вращающееся поле, которое вращается с угловой скоростью, меньшей скорости ротора, поэтому АД работает в генераторном режиме. Передаваемая с ротора энергия и возникающий тормозной момент зависят от разности этих скоростей. Энергия, получаемая с ротора, в начале процесса расходуется главным образом на приращение магнитной энергии поля и, если скорость АД поддерживается постоянной тормозной момент достигает максимума при наибольшем приращении энергии, что соответствует наибольшей скорости изменения магнитного потока. Когда магнитный поток достигает установившегося значения, электромагнитный переходный процесс прекращается и тормозной момент уменьшается до значения, соответствующего генераторному режиму, который возникает за счет самовозбуждения, где энергия тратится в основном на потери в меди и стали статора. Максимальный момент в электромагнитном переходном процессе может составлять (2-5)М_ном.

В реальных условиях скорость ротора не остается постоянной и переходный процесс превращается в электромеханический. При уменьшении скорости ротора уменьшается скольжение и передаваемая с ротора энергия.

Если скорость ротора резко снижается, в обмотках статора и ротора появляются апериодические составляющие токов, которые создают дополнительные знакопеременные моменты. Эти дополнительные моменты суммируются с основным тормозным моментом, создавая большой величины пиковые моменты.

В асинхронном двигателе используются также методы комбинированного торможения. Одной составляющей комбинированного торможения является магнитное торможение. При магнитном торможении возбуждение генераторного режима осуществляется за счет энергии затухающего магнитного поля АД. Магнитное торможение возникает только в том случае, если статорная цепь замыкается до полного его исчезновения. Особенность этого торможения состоит в том, что нельзя получить установившийся тормозной режим. Снижение скорости продолжается (0, 02-0, 06) с независимо от мощности и момента инерции электропривода. Поэтому тормозной путь невелик. Для уменьшения пиков тормозного момента в статорную цепь включают дополнительные сопротивления величиной (4-5)R₁. Применяют магнитное торможение для повышения эффективности других способов: с начало перед динамическим торможением, перед реверсом. При магнитно-динамическом торможении (рис.3.80) постоянный ток подают в статор после полного затухания магнитного потока и прекращения действия магнитного торможения. В этом случае динамическое торможение начинается при нулевых начальных условиях без возникновения переходных составляющих момента, что обеспечивает плавность и высокую повторяемость процесса торможения.

Магнитно-конденсаторное торможение (рис.3.81) позволяет использовать большой магнитный поток, который сохраняется практически постоянным на всем протяжении конденсаторного торможения и обеспечивает интенсивное торможение на первом этапе. После прекращения действия конденсаторного торможения с помощью контактора T подключаются сопротивления Rg и за счет сохранившейся энергии магнитного поля происходит магнитное торможение.

При конденсаторно-динамическом торможении (рис.3.82) с начала отключением контактора Л осуществляется конденсаторное торможение и, когда оно исчезает при минимальной скорости w_нач, подключается контактором Т постоянный ток, что вызывает динамическое торможение (рис.3.83). Заштрихованная площадь на рис.3.83 определяет средний тормозной момент

который больше при комбинированном (конденсаторно-динамическом) торможении, чем при одном виде торможения.

Тормозной режим АД можно получить еще за счет однофазного включения обмоток статора (рис.3.84). Известно, что однофазное пульсирующее магнитное поле может быть разложено на два симметричных поля, которые вращаются в противоположные стороны с синхронной скоростью. Получается как бы два АД, работающих на один вал. Общий момент АД равен алгебраической сумме моментов двух двигателей. При однофазном включении обмоток статора симметричные составляющие прямой и обратной последовательности фазного напряжения будут равны

поэтому критические моменты от прямой и обратной последовательности будут одинаковыми

Результирующий момент на валу двигателя

(3.331)

Вид результирующей механической характеристики (2.331) зависит от s_к, а следовательно, R₂. При отсутствии добавочного сопротивления R_2д в роторе в пределах скоростей w< w₀ тормозной момент не возникает. Если включить в ротор добавочное сопротивление такой величины, чтобы

, (3.332)

то при вращении АД в любую сторону возникает тормозной момент (рис.3.85). Наибольший тормозной момент будет при s_k=2.

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒