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 I_в2 > 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 ₂ очень мала. С введением активного сопротивления соs ₂ 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 = 2f₁s_kL) 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 = kI_2актФ. 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.