Электрическое торможение двигателей постоянного тока

3.1. Основные сведения

В электроприводах различают механическое и электрическое торможение.

Под механическим понимают торможение электропривода при помощи тормозных устройств, принцип действия которых основан на использовании трения.

Механическое торможение обеспечивает полную остановку электропривода и его фиксацию в заторможенном состоянии. Этот вид торможения применяется в судовых электроприводах, работа которых связана с преодолением действия силы тяжести – грузоподъёмных и якорно-швартовных.

Под электрическим торможением понимают создание на валу электродвигателя электромагнитного момента, направленного навстречу вращению якоря (ротора). Для электрического торможения применяют специальные узлы в схемах управления электроприводами.

Как правило, электрическое торможение применяют не для полной остановки электропривода, а для предварительного уменьшения скорости до такой, при которой можно начинать механическое торможение.

Например, существующие электромагнитные тормоза серий ДПМ постоянного тока и ТМТ переменного можно отключать при начальной скорости не более 750 об /мин.

Значит, в электроприводе 3-скоростной лебёдки со скоростями 3000, 1500 и 750 об / мин нельзя начинать торможение со скоростей 3000 и 1500 об / мин, иначе на валу двигателя возникнут большие динамические усилия, которые могут повредить двигатель, передачу и механизм. Кроме того, из-за увеличенного трения тормоз будет перегреваться и быстро изнашиваться.

Электрическое торможение применяют в электроприводах судовых грузоподъемных механизмов, работающих с частыми пусками и остановками.

Различают 4 вида электрического торможения:

1. динамическое;

2. рекуперативное;

3. торможение противовключением при активном статическом моменте;

4. торможение противовключением при реактивном статическом моменте.

На судах из перечисленных видов торможения, в основном, применяется динамическое и рекуперативное.

Динамическое торможение двигателя параллельного возбуждения

В схеме динамического торможения ( рис. 9.8, а ) используются контакт КТ тор­мозного контактора контакт КЛ линейного. Эти контакты всегда находятся в противоположном состоянии: если замкнут контакт КЛ, разомкнут контакт КТ, и наоборот.

Рис. 13.3 Схема (а) и механические характеристики (б) при динамическом торможении двигателя постоянного тока

До начала торможения, при работе двигателя, контакт КЛ замкнут, контакт КТ разомкнут. Двигатель подключен к сети и вращается со скоростью ω.

Ток в обмотке якоря

I= (U – E) / R,

где: Е = k ωФ – противоЭ.Д.С. обмотки якоря, пропорциональна скорости двигателя ω_.

Этот ток протекает через якорь в направлении слева направо (в соответствии с полярностью напряжения питающей сети).

Для торможения размыкают контакт КЛ и замыкают КТ. При размыкании контакта КЛ двигатель отключается от сети, поэтому напряжение на обмотке якоря U = 0.

При замыкании контакта КТ к обмотке якоря двигателя подключается тор­мозной токоограничивающий резистор R, причём обмотка якоря и резистор соединены последовательно.

Ток в такой цепи определяется по закону Ома

I= (U – E) / (R+ R) = (0–Е)/ (R+ R) = – Е/( R+ R).

В этой формуле ток якоря имеет знак «минус», значит, направление тока в обмотке якоря изменилось на обратное – справа налево.

Изменение направления тока приводит к изменению знака электромагнитно­го момента двигателя М = k(– I)Ф <0, этот момент становится тормозным.

Двигатель переходит на искусственную тормозную характеристику во 2–м квадранте и постепенно уменьшает скорость. По мере уменьшения скорости уменьшается противо «ЭДС» Е = k ωФ, ток якоря и электромагнитный момент.

В момент остановки якоря (точка 0 на механической характеристики) ско­рость ω = 0, противо «ЭДС» Е = 0, ток якоря I= 0 и электромагнитный момент двигателя М = 0.

При реактивном статическом моменте (насос, вентилятор) процесс тормо­жения закончится в точке 0 (Рис. 13.3).

При активном статическом моменте процесс может иметь продолжение, а именно: если в точке 0 двигатель не затормозить, он под действием груза реверсирует и станет разгоняться в обратном направлении до скорости ω.

Полярность противоЭДС изменится на обратную

Е = k(– ω)Ф < 0

и на обратное изменится направление тока якоря I

I= – ( –Е) /( R + R) = Е /( R + R) > 0.

Поэтому знак электромагнитного момента изменится на обратный, т.е. он вновь направлен на подъём. При этом двигатель работает в режиме тормозного спуска, притормаживая груз и ограничивая скорость спуска груза значением скорости ω(точка А).

Особенности торможения:

1. простота торможения, т.к. для его получения нужен тормозной контактор КТ и тормозной резистор;

2. торможение позволяет полностью остановить якорь ( т. «0» на рис. 9.8, б );

3. торможение широко применяется в электроприводах грузоподъемных механизмов для предварительного сброса скорости перед срабатыванием основного, электромагнитного тормоза, обеспечивающего полную остановку груза.