2.5. Рекуперативное и динамическое торможение в двигателях при питании от пч со звеном постоянного тока

Питание инверторов постоянным током осуществляется за счёт выпрямления напряжения сети. Наиболее простым выпрямителем является диодный мост, однако, выбор схемы выпрямителя в конкретных случаях зависит от способа регулирования напряжения и требуемого тормозного режима двигателя: рекуперативного или динамического.

При превышении синхронной частоты вращения двигатель переходит в генераторный режим работы, и мощность возвращается в цепь постоянного тока через обратные диоды инвертора. Такой режим возникает при мгновенном снижении выходной частоты инвертора, а также в электроприводах кранов и лебёдок при спуске грузов.

Неуправляемые и полууправляемые выпрямители не могут работать в инверторном режиме, поэтому рекуперируемую мощность нельзя передать в сеть. Однако если от выпрямителя питается несколько инверторов, то мощность, возвращаемая в цепь постоянного тока одним инвертором, используется для питания других.

Инверторный режим работы мостового выпрямителя возможен только в полностью управляемой схеме с двумя группами вентилей (рис. 2.1). Такая схема работает в выпрямительном режиме при углах выпрямления α< 90° и в инверторном - при углах α > 90°. Так как выпрямленный ток не может изменить своего направления, при переходе в инверторный режим должна измениться полярность напряжения на выходе выпрямителя. Поэтому управляемый выпрямитель должен быть реверсивным. Второй тиристорный мост при нормальной работе блокирован и открывается только в режиме рекуперации, когда выпрямленный ток I_И изменяет своё направление.

Конденсатор, включенный параллельно входу инвертора, сглаживает пульсации напряжения на его входе и уменьшает внутреннее сопротивление источника постоянного тока. В рекуперативном режиме ток, протекающий через обратные диоды, заряжает сглаживающий конденсатор, что приводит к повышению напряжения в цепи постоянного тока. Схема управления при таком торможении усложняется, что повышает стоимость ПЧ (рис. 2.6).

Рисунок 2.6 - Схема рекуперативного торможения асинхронного двигателя

В АИН с ШИМ используется неуправляемый выпрямитель, что также исключает двусторонний обмен энергией между сетью и АИН. В этом случае также необходимо встречно-параллельное подключение второго комплекта выпрямителя, собранного на управляемых вентилях и работающего в режиме инвертора, ведомого сетью. Основное отличие схемы АИН с ШИМ от схемы с управляемым выпрямителем заключается в том, что в данном случае напряжение на выходе в U_u остается постоянным при всех режимах работы привода. Поэтому при работе АД в генераторном режиме будет изменяться только направление тока в звене постоянного тока.

Вследствие этого, в работу будет вступать инвертор, ведомый сетью. Особенностью этого инвертора будет являться то, что он должен работать с постоянным углом инвертирования. Регулирование же напряжения на АД при работе его в генераторном режиме так же, как и при двигательном режиме, осуществляется путем изменения коэффициента модуляции АИН с ШИМ.

Во многих установках эффект от применения рекуперативного торможения оказывается незначительным, в то время, как динамическое торможение обеспечивает удовлетворительные показатели при меньших капитальных затратах.

При динамическом торможении рассеивается энергия вследствие эффекта Джоуля в сопротивлении торможения R_T через тормозной транзистор VT_t , включенный параллельно с диодом и работающий в импульсном режиме (рис.2.7). Этот резистор включается к цепи постоянного тока, когда ее напряжение, вследствие подзаряда сглаживающего конденсатора, повышается до некоторого значения. Включение может осуществляться автоматически с помощью систем управления в зависимости от величины этого напряжения.

Величина сопротивления резистора динамического торможения может быть рассчитана

(2.25)

где U_d - напряжение в звене постоянного тока (U_d =540 В);

- максимальная мощность, возвращаемая в звено постоянного тока, Вт.

Ток, коммутируемый ключом (транзистором) динамического торможения, находится .

Рисунок 2.7 – Схема динамического торможения двигателя

Обычно в типовом электроприводе устанавливается ключ, рассчитанный на ток, равный 30% номинального тока двигателя.

Если в ПЧ со звеном постоянного тока не предусмотрено ре­куперативное или динамическое торможение, то генерируемая двигателем энергия повышает напряжение на конденсаторе. При этом увеличивается напряжение на входе инвертора, а, следовательно, и на асинхронном двигателе, что приводит к перевозбуждению и насыщению его магнитопровода. В результате потери в асинхронном двигателе увеличиваются, что в какой-то степени равносильно режиму динамического торможения, причем без усложнения схемы электропривода.

Рекуперация в цепи постоянного тока всей энергии АД в этом режиме приводит к существенному повышению напряжения на конденсаторе, поэтому такой способ торможения непригоден для быстродействующих электроприводов.