Торможение противовключением асинхронных двигателей

Торможение двигателей электронным и сверхсинхронным способом

Эффект электронного торможения достигается относительно просто с помощью регулятора скорости, оснащенного тормозным резистором. Асинхронный двигатель действует как генератор. Механическая энергия рассеивается на ограничительном резисторе без увеличения потерь в самом двигателе.

Эффект торможения проявляется, когда двигатель достигает верхней точки синхронной скорости с переходом на более высокие значения. Здесь фактически инициируется режим асинхронного генератора и развивается тормозной момент. Возникающие при этом потери энергии восстанавливаются электросетью.

Подобный режим работы проявляется на двигателях подъёмников при спуске груза с номинальной скоростью. Тормозной момент полностью уравновешивается крутящим моментом от нагрузки.

За счёт этого равновесия удаётся тормозить не ослаблением скорости, а выводом двигателя в режим работы на постоянной скорости.

Для варианта эксплуатации моторов с фазным ротором, все или часть резисторов ротора должны быть накоротко замкнутыми, чтобы двигатель не развивал движение значительно выше номинальной скорости.

Сверхсинхронная система функционально видится идеальной для ограничения движения под нагрузкой, потому что:

1. Скорость остаётся стабильной и практически не зависит от вращающего момента,
2. Энергия восстанавливается и возобновляется в сети.

Тем не менее, сверхсинхронное торможение электродвигателей поддерживает только одну скорость вращения, как правило, номинальное вращение. На частотно-регулируемых двигателях используются сверхсинхронные схемы, благодаря которым изменяется скорость вращения вала от верхнего значения к нижнему значению.

Сверхсинхронное торможение легко достигается с помощью электронного регулятора скорости, который автоматически запускает эту систему при понижении частоты.

Другие тормозные системы

Редко, но всё-таки встречаются системы однофазного торможения. Эта методика включает питание двигателя между двумя фазами сети и подключает незанятый терминал к одному из двух других сетевых подключений.

Вариант остановки простым реверсивным переключением — реверс поля вращения, образованного обмотками статора

Тормозной момент ограничивается 1/3 максимального крутящего момента двигателя. Этой системой невозможно остановить мотор на полной нагрузке.

Поэтому такая схема традиционно дополняется противоточным методом. Вариант однофазной блокировки характеризуется значительным дисбалансом и высокими потерями.

Также применяется торможение электродвигателей ослаблением вихревых токов. Здесь работает принцип, аналогичный тому, что используется на промышленных транспортных средствах в дополнение к механическому торможению (электрические редукторы).

Механическая энергия рассеивается в редукторе скорости. Замедление и остановка электродвигателя контролируется простым возбуждением обмотки. Выраженный недостаток этого метода — значительное увеличение инерции.

Видео настройки преобразователя частоты на торможение

Ниже представлен видеоролик, демонстрирующий наличие дефектов и ошибки частотного преобразователя в момент функции торможения двигателя. Здесь же отмечается — как устранить нарушение работы электродвигателя и, соответственно, ошибку ПЧ:

По материалам: Schneider-electric

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики короткозамкнутого асинхронного двигателя 1470 об/мин, 220/380 В, мощностью 50 кВт, построены в относительных единицах.

Даже тогда, когда полезная мощность равна нулю, работающий двигатель потребляет из сети мощность, называемую мощностью холостого хода P, соответственно по статору протекает ток I и на валу двигателя создается момент, называемый моментом холостого хода.

Рабочие характеристики строятся для интервала мощностей от 0 до 1,25 Pном.

cos ф достигает максимального значения при мощности Pном и при увеличении нагрузки остается постоянным.

КПД достигает максимума, когда магнитные потери становятся равными электрическим. Электрические машины проектируются таким образом, чтобы это равенство достигалось приблизительно при номинальной мощности.

К рабочим характеристикам принято также относить механическую характеристику.

Схемы конденсаторного торможения электродвигателей

Конденсаторное торможение асинхронных двигателей

На рисунке приведена схема включения двигателя при конденсаторном торможении. Параллельно обмотке статора включают конденсаторы, обычно соединенные по схеме треугольника.

При отключении двигателя от сети токи разряда конденсаторов создают магнитное поле, вращающееся с низкой угловой скоростью. Машина переходит в режим генераторного торможения, частота вращения снижается до значения, соответствующего частоте вращения возбужденного поля. Во время разряда конденсаторов появляется большой тормозной момент, который с уменьшением частоты вращения падает.

В начале торможения происходит быстрое поглощение запасенной ротором кинетической энергии при малом тормозном пути. Торможение резкое, ударные моменты достигают 7 Мном. Значение пика тормозного тока при самых больших значениях емкости не превышает пускового тока.

С ростом емкости конденсаторов тормозной момент увеличивается и торможение длится до более низкой частоты вращения. Исследования показали, что оптимальное значение емкости лежит в пределах 4 — 6 Сном. Конденсаторное торможение прекращается при частоте вращения 30 — 40% номинальной, когда частота вращения ротора становится равной частоте вращения поля статора от возникающих в статоре свободных токов. При этом в процессе торможения поглощается более 3/4 кинетической энергии, запасенной приводом.

Для полной остановки двигателя по схеме на рисунке 1,а необходимо наличие на валу момента сопротивления. Описанная схема выгодно отличается отсутствием переключающих аппаратов, простотой обслуживания, надежностью и экономичностью.

При глухом подключении конденсаторов параллельно двигателю можно применять только такие типы конденсаторов, которые рассчитаны на длительную работу в цепи переменного тока.

Если торможение осуществляется по схеме рисунке 1 с подключением конденсаторов после отключения двигателя от сети, возможно применение более дешевых и малогабаритных металлобумажных конденсаторов типов МБГП и МБГО, предназначенных для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока, а также сухих полярных электролитических конденсаторов (КЭ, КЭГ и др.).

Конденсаторное торможение с глухо подключенными по схеме треугольника конденсаторами целесообразно применять для быстрой и точной остановки электроприводов, на валу которых действует момент нагрузки не менее 25% номинального момента двигателя.

Для конденсаторного торможения может быть применена и упрощенная схема: однофазное включение конденсаторов (рис. 1,6). Для получения такого же тормозного эффекта, как при трехфазном включении емкости, необходимо, чтобы емкость конденсатора в однофазной схеме была в 2,1 раза больше емкости в каждой фазе в схеме на рис. 1,а. При этом, однако, емкость в однофазной схеме составляет лишь 70% суммарной емкости конденсаторов при их трехфазном включении.

Потери энергии в двигателе при конденсаторном торможении наименьшие по сравнению с другими видами торможения, поэтому оно рекомендуется для электроприводов с большим числом включений.

При выборе аппаратуры следует учесть, что контакторы в цепи статора должны быть рассчитаны на ток, протекающий по конденсаторам. Для устранения недостатка конденсаторного торможения — прекращения действия до полной остановки электродвигателя — используют его сочетания с динамическим имагнитным торможением.

Электрические схемы

Описание и свойства прямого пуска асинхронного электродвигателя

При пуске ротор двигателя, преодолевая момент нагрузки и момент инерции, разгоняется от частоты вращения п = 0 до п . Скольжение при этом меняется от sп = 1 до s. При пуске должны выполняться два основных требования: вращающий момент должен бить больше момента сопротивления (Мвр>Мс) и пусковой ток Iп должен быть по возможности небольшим.

В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска: прямой пуск, пуск с использованием дополнительных сопротивлений, пуск при пониженном напряжении и др.

Пуск двигателя непосредственным включением на напряжение сети обмотки статора называется прямым пуском. Схема прямого пуска приведена на однолинейной электрической схеме. При включении контактора в первый момент скольжение s = l, а приведенный ток в роторе и равный ему ток статора

максимальны. По мере разгона ротора скольжение уменьшается и поэтому в конце пуска ток значительно меньше, чем в первый момент. В серийных двигателях при прямом пуске кратность пускового тока kI = IП / I1НОМ = ( 5,…,7), причем большее значение относится к двигателям большей мощности.

Значение пускового момента находится при s = 1:

Для серийных двигателей кратность пускового момента МП/ МНОМ = (1.0,…,1.8).

Приведенные данные показывают, что при прямом пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться.

С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу и не тронется с места.

В силу указанных недостатков прямой пуск можно применять только у двигателей малой и средней мощности (примерно до 50 кВт).

График изменения тока и момента при пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Динамическое торможение АД (торможение постоянным током) осуществляется путем подключения к двум любым обмоткам статора источника постоянного тока. При этом с помощью группы контактов К1 асинхронный двигатель сначала отключают от питания трехфазным переменным током, и только после этого, замыкают группу контактов К2 и подают постоянный ток. Величину постоянного тока регулируют сопротивлением r_т (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схема динамического торможения асинхронного двигателя

Само динамическое торможение асинхронного двигателя сопровождается следующими процессами и изменениями:

При отключении переменного тока, вращающееся магнитное поле перестает существовать. Далее подключают источник постоянного тока, который создает постоянное магнитное поле. Ротор по инерции продолжает крутиться теперь уже в постоянном магнитном поле, в обмотке ротора наводится ЭДС, ее частота прямо пропорциональна скорости вращения вала. Появление тока в обмотке ротора вызвано наличием вышеупомянутой ЭДС. Ток создает магнитный поток, который неподвижнен относительно статора. Взаимодействие результирующего магнитного поля АД и тока ротора создает тормозной момент. При этом асинхронный двигатель становится генератором; преобразовует кинетическую энергию вращающегося вала в электрическую, которая на обмотке ротора рассеивается в виде тепловой энергии. При переходе в режим динамического торможения частота и угловая скорость равны: f=0 w=0. Кривая динамического торможения должна проходить через начало координат и торможение происходит до полной остановки (рисунок 2).

Эффективность динамического торможения зависит от параметров:

— Величина постоянного тока, который протекает по статорной обмотке двигателя (чем больше ток, тем больше тормозной эффект);

— Величина сопротивления, введенного в цепь ротора. Эффективность торможения повышается путем комбинирования динамического торможения и торможения с введением сопротивлений в обмотку ротора (рисунок 2):

Рисунок 2 – Механическая характеристика динамического торможения асинхронного двигателя

Чем больше сопротивление введено в цепь ротора, тем выше эффективность торможения, то есть на кривой а₁ изображена самая быстрая остановка двигателя при наибольшем сопротивлении — R₁>R₂>R₃.

— Схема соединения обмоток статора.

Величина магнитодвижущей силы (F) напрямую связана с понятием эффективность торможения, чем больше значение силы – тем эффективней происходит торможение,

F=I·W.

На рисунках, которые изображены ниже, стрелками показаны направления протекания постоянного тока по обмоткам, IW– ампер витки (так как количество витков в обмотках одинаково, то зависит значение только от величины тока). Векторные диаграммы иллюстрируют направления магнитодвижущих сил (F), сложив по правилам суммирования векторы, мы получим результирующий вектор, который обозначен жирной стрелкой.

Обмотка статора может быть соединена:

а) Схема соединения обмотки статора в звезду:

б) Схема соединения статорной обмотки в треугольник:

в) Соединение обмотки статора в звезду с закороченными двумя фазами:

г) Подключение звезда с разорванным нулем:

д) Подключение треугольник с закороченными фазами:

Схемы соединения а) и б) имеют наибольшее распространение, потому что не требуют переключения при торможении самих обмоток.

Необходимо подметить, что напряжение (U) источника постоянного тока должно быть малой величиной, потому что сопротивление обмотки статора мало. Ток выбирается из условия необходимого начального тормозного момента, обычно выбирают ~2M_ном.

Преимущества режима динамического торможения:

— Относительная простота осуществления способа;

— Возможность торможения до полной остановки вала ротора;

— Высокая эффективность торможения, особенно при использовании комбинированного метода.

Основным недостатком является необходимость наличия источника постоянного тока.

Расчет величины тормозного сопротивления:

R_T = 2·r_ф.ст + r_т,

r_т=R_T — 2r_ф.ст,

где R_T — полное сопротивление цепи источника постоянного тока,

r_ф.ст — сопротивление фазы статора.

Вышеприведенные формулы являются частным случаем (для понимания отношений величин сопротивления), когда постоянный ток протекает только по двум обмоткам статора, если же ток будет протекать по трем обмоткам, то коэффициент (количество фаз) перед сопротивлением фазы статора нужно соответственно изменить.

Советую вам прочесть статью про торможение противовключением, в которой подробно расписан данный вид остановки двигателя.

Недостаточно прав для комментирования

Торможение противовключением.

Допустим, что двигатель работает в основном (двигательном) режиме с номинальной нагрузкой. При отключении двигатели от сети вращающий
момент М = 0, но якорь двигателя за счет кинетической энергии вращающихся масс электропривода некоторое время будет продолжать вращение, т.е. произойдет выбег двигателя.

Чтобы уменьшить время выбега двигателя, применяют торможение противовключением. С этой целью изменяют полярность напряжения на клеммах обмотки якоря (полярность клемм обмотки возбуждения должна остаться прежней) и напряжение питания обмотки якоря становится отрицательным (- U). Но якорь двигателя под действием кинетической энергии вращающихся масс электропривода сохраняет прежнее (положительное) направление вращения, и так как направление магнитного потока не изменилось, то ЭДС якоря Е_а также не меняет своего направления и действует согласно напряжению (-U), при этом ток якоря создается суммой напряжения сети U и ЭДС якоря Еа
(рис. 13.15, в):

где r_т, — сопротивление резистора в цепи якоря двигателя.

В этих условиях электромагнитный момент станет отрицательным.

Под действием тормозящего момента — Mт, частота вращения якоря уменьшается, достигнув нулевого значения.Если в этот момент цепь якоря не отключить от сети, то произойдет реверсирование двигателя и его якорь под действием момента, который прежде был тормозным, начнет вращение в противоположную сторону. При этом двигатель перейдет в двигательный (основной) режим с отрицательными значениями частоты вращения и вращающего момента. Во избежание нежелательного реверсирования операцию торможения противовключением автоматизируют, чтобы при нулевом значении частоты вращения цепь якоря отключалась от сети.

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.

Пример с электромагнитным стопором

Современная промышленность выпускает различные варианты электродвигателей с тормозом. Установка моторов с электромагнитным тормозом, обычно, осуществляется на оборудовании, которому требуется мгновенная остановка. Это нашло довольно широкое применение для работы на станках и конвейерах, где большую роль играет соблюдение техники безопасности.

На практике это обычные промышленные асинхронные электродвигатели, особенностью которых является их длина (оборудование облачается в специальный кожух).

Первый способ подходит для случаев, когда неважно время срабатывания. При прекращении подачи напряжения из-за наведённого магнитного поля происходит постепенное уменьшение тока катушки. Медленное снижение магнитного поля приводит к медленному росту тормозного момента и длительному срабатыванию тормоза

Медленное снижение магнитного поля приводит к медленному росту тормозного момента и длительному срабатыванию тормоза.

Второй вариант используется там, где требуется много срабатываний и точное позиционирование электропривода. В момент прерывания тока между катушкой и выпрямителем получается довольно быстрое снижение магнитного поля. Тормозной момент увеличивается быстро и соответственно срабатывание тормоза происходит почти мгновенно.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине