Четырехквадрантная система координат

Двигатель может работать помимо двигательного и в тормозных (генераторных) режимах. В этом случае для изображения механических характеристик используются все четыре квадранта, показанные на рис.5.

В квадрантах 1 и 3, в которых поток мощности положительный изображаются механические характеристики, соответствующие двигательному режиму работы в различных направлениях вращения, а во 2 и 4 с отрицательным потоком мощности изображаются тормозные (генераторные) режимы работы.

Тормозные режимы работы

Различают следующие тормозные (генераторные) режимы:

- торможение с отдачей энергии в сеть (рекуперативное);

- динамическое торможение;

- торможение противовключением.

Рекуперативное торможение

Если сторонним устройством разогнать ДПТ с НВ до скорости выше скорости холостого хода, то он начинает работать генератором, включенным паралельно с сетью, отдавая ей электрическую энергию ток якоря при этом изменяет свой знак, т.к. Е>U и ДПТ переходит в тормозной режим с моментом Мт=-М.

В этом случае уравнение механической характеристики может быть представлено как

(10)

Нетрудно видеть,что графически зависимость W=f(Mт) в данном случае является продолжением механической характеристики двигательного режима и изображается во 2 или 4 квадрантах (рис.6).

Данный тормозной режим весьма экономичный и широко применяется в промышленности и на транспорте при некоторых способах регули­рования скорости например при регулировании скорости вращения изменением питающего напряжения U.

Рис.4. Механические характеристики при различных потоках возбуждения: ,Фн>Ф₁>Ф₂

Рис. 5. Четырехквадрантная система координат для изображения механических характеристик во всех режимах работы

Ограничения на применимостъ этого тормозного режима обусловливается тем, что он имеет место только на скоростях выше скорости идеального холостого хода, т.е. только при условии, что

W>Wo.

Динамическое торможение

Для осуществления этого режима якорь двигателя отключают от сети и замыкают на тормозное сопротивление Rp так как это представлено на рис.7.

Уравнение механической характеристики для этого режима запишется как

(11)

где Мт — тормозной момент, R — сопротивление якорной цепи. R=Rя+Rp.

Ток якоря можно определить как

, (12)

Т.е. он изменяет свой знак, чем и обусловливается процесс торможения.

На рис.8 представлены механические характеристики режима динамического торможения.

Способ динамического торможения достаточно экономичный, т.к. двигатель работает генератором на постоянную нагрузку, потребляя из сети энергию только на электромагнитное возбуждение.

При переводе ДПТ из двигательного режима в режим динамического торможения необходимо ограничивать величину максимального тормозного тока в момент переключения.

Торможение противовключением

Этот режим по существу соответствует работе ДПТ генератором последовательно с сетью и имеет место тогда, когда обмотки двигателя включены для вращения в одну сторону, но под действием внешнего момента или сил инерции ротор вращается в противоположную сторону.

Тормозной спуск

Имеет место при превышении активным моментом сопротивления величины пускового момента, что приводит к изменению направления вращения якоря двигателя и соответственно знака ЕДС. Из первого уравнения системы (1) следует, что в этом случае ток якоря определяется как

(13)

т.е. ток якоря превышает значения токов короткого замыкания (6). Поэтому для реализации этого режима необходимо ограничивать ток якоря введением добавочного сопротивления Rд.

Рис. 6. Механические характеристики двигательного режима и режима рекуперативного торможения для

Рис. 7. Схема включеия ДПТ при динамическом торможении.

Рис. 8. Механические характеристики режима динамического торможения для

Рис. 9. Механические характеристики режима тормозного спуска .

Рис.10. Механические характеристики в режиме торможения противовключенихя при изменении полярности, напряжения при R₃>R₂>R₁.

Графически механические и электромеханические характеристики в этом случае являются продолжением соответствующих характеристик в 4 квадрант.

Режим тормозного спуска широко применяется в грузоподъемных механизмах для опускания грузов.

Противовключение изменением полярности подводимого напряжения

Если у ДПТ, работающего в двигательном режиме изменить полярность напряжения на обмотке якоря на противоположную, то знак тока якоря I изменится на противоположный в соответствии с выражением

I=-(U+Е)/R.

Двигатель переходит в тормозной режим, и его механическая характеристика изображается во 2 квадранте. При этом происходит интенсивное торможение и скорость вращения двигателя падает до нуля. Если в этот момент времени - N обмотку якоря не отключить от сети, то направление вращения изменится на противоположное, т.е. двигатель реверсируется. Это безусловно накладывает определенные ограничения на применимость данного способа торможения.

С энергетической точки зрения данный способ не экономичен, т.к. большое количество энергии выделяется на добавочном сопротивлении которое необходимо включать в якорную цепь для ограничения бросков тормозного тока.

Механические характеристики для этого режима торможения представлены на рис.10.