1.6. Тормозные режимы работы асинхронного двигателя.

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

Рекуп. торм. возникает при вращении ротора в направлении магн. поля со скор.  выше синхр. ₀. В этому скольж. . Комплекс тока ротора в дв.режиме (s>0):

(3.309)

В реж. рекуп. торм. s<0 ,что приводит к изм. знака только активной составляющей тока ротора, в то время как реактивная составляющая сохраняет свой знак. Это свидетельствует о том, что магн. поле АД в реж. рекуп. торм., как и в дв. реж., создается реактивным током, поступающим из сети. Рекуп. торм. прим. в асинхронных ЭП при торм. спусках грузов (рис.3.72) и в многоскоростных асинхронных двигателях при снижении скорости путем переключения числа пар полюсов (рис.3.73)

Т орм. противовкл. применяется для остановки дв. в реверс. ЭП и для получения посадочных скор. при опускании тяжелых грузов.

Р еж. противовкл. возникает тогда, когда ротор дв. под действием внешних сил или сил инерции вращается в сторону, противоположную вращению магни. поля. Режим противовкл. является первой фазой реверса дв. (рис.3.74).

Так как в реж. противовкл. направление вращения ротора и магнитного поля АД взаимно противоположны, т.е. ₀>0, а <0, то скольжение .

и начальный ток I_нач превышает пусковой I_п. При большом токе торм. момент меньше пускового M_п, так как индуктивное сопр. ротора пропорц. скольж., а скольж. больше 1. Поэтому для уменьшения тока и увеличения торм. М в цепь ротора АД ФР вкл. добавочное сопр. При активном статическом моменте на валу АД с фазным ротором режим противовключения можно получить введением добавочного сопротивления R_2g (рис.3.75).

Скольж. АД на участке СD мех. хар-ки больше 1, что указывает на режим противовк, установившийся реж. которого соответствует точке D

Режим дин. торм. АД НВ уже рассмотрен. Поэтому рассмотрим реж. дин. торм. с самовозб., или конденс. торм.. Для самовозбуждения АД в цепь статора вкл. конденсаторы (рис.3.76).

Р отор имеет остаточное намагн., поэтому в статоре возникает ЭДС E₀, кот. вызывает протекание емкостного тока I₀. Этот ток, в свою очередь, увеличивает ЭДС до E₀₁ и т.д. Возникает процесс самовозб., как в ДПТ. Для процесса самовозб. необх., .

Процессы конденс. торм. можно анализ., используя эквив. схему рис.3.77.

С целью выявления основных свойств и соотношений при конденс. торм. в начале самовозб. 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 _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 самовозб. было принято s=0 , находим начальную скор. ротора, при которой произойдет самовозб.: ,(3.320) где p_П – число пар полюсов АД.

При скор. ротора растут частота, напр. и токи АД. Дв. раб. в ген. реж.. Энергия с вала дв., преобр. в эл. и выделяется в виде тепла в сопр. цепи ротора. Увеличение скор. приводит сначала к возрастанию намагн. 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)

Самовозб. прекращается, торм. М исчезает. Положение векторов токов на рис.3.78б соотв. условию . Из экв. схемы следует, что

(3.323)

При учете только реактивных сопр. в (3.322) и (3.323) имеем , (3.324) откуда находим относительную частоту _кон, при которой прекращается самовозбуждение АД: . (3.325)

где , (3.326) , (3.327)

L_k-индуктивность рассеяния контура короткого замыкания. Из (3.325) получаем , (3.328) где _с2 – собственная частота колебательного контура, образованного и С.

Скор. ротора _кон, соотв. срыву самовозбуждения, (3.329)

И спользуя (3.322) и (3.323), можно найти, что , что в соотв.с (3.328) и (3.329) дает результат (3.330)

В процессе конд. торм. магн. поток мало изм. и его величина в 1,5-2 раза превышает ном. значение. Вид мех. хар-к АД при конд. торм. приведена на рис.3.79, где штриховые линии отмечают участки неустойчивой работы.

При увел. емкости конд. зона действия дин. торм. с самовозб. смещается в область низких скор., при этом мах значения моментов уменьшаются.

В АД используются методы комбин. торм.. Одной составл. комбин. торм. является магн. торм.. При магн. торм. возб. ген. реж. осуществл. за счет энергии затухающего магн. поля АД. Магн. торм. возникает в том случае, если статорная цепь замыкается до полного его исчезновения. Особенность этого торм. состоит в том, что нельзя получить установившийся торм. режим. Снижение скор. продолжается (0,02-0,06) независимо от мощ. и J ЭП. Поэтому торм. путь невелик. Для уменьш. пиков торм. М в статорную цепь вкл. допол. сопр. величиной (4-5)R₁. Применяют магн. торм. для повышения эфф. других способов: с начало перед дин. торм., перед реверсом. При магн.-дин. торм. и (рис.3.80) постоянный ток подают в статор после полного затухания магн. потока и прекращения действия магн. торм. Дин. торм. начинается при нулевых начальных условиях без возникновения переходных составл. М, что обеспечивает плавность и повторяемость процесса торм.

При конд.-дин. торм. (рис.3.82) с начала отключением контактора Л осуществляется конденсаторное торможение и, когда оно исчезает при минимальной скорости _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.

Т ормозной 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 (3.332) зависит от s_к, а следовательно, R_2­. При отсутствии добавочного сопротивления R_2д в роторе в пределах скоростей ₀ 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.