5. 12. Тормозные режимы асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели, как и машины постоянного тока, обратимы. Они могут преобразовывать электрическую энергию в механическую (работать двигателем) или механическую энергию в электрическую (работать генератором), которая может отдаваться в сеть или поглощаться в сопротивлениях. В последнем случае асинхронная машина работает в тормозном режиме. Различают три тормозных режима: сверхсинхронное торможение, противовключение и динамическое торможение.

5.12.1. Режим сверхсинхронного торможения

Этот режим осуществляется с отдачей энергии в сеть (рекуперативный режим). Он возможен при скорости вращения ротора асинхронного двигателя выше синхронной (  ₀). В этом случае скольжение отрицательно, следовательно, в выражении момента двигателя изменяется знак:

.

Рассмотрим особенности этого режима:

1) значение критического скольжения постоянно, но меняется по знаку:

;

2) критический момент в тормозном режиме М_кг будет больше критического момента М_кд в двигательном режиме:

;

3) в двигательном режиме активная мощность (из схемы замещения)

. (5.20)

при любом s > 0 , Р_2а > 0. Активная мощность потребляется из сети и преобразуется в механическую.

В режиме сверхсинхронного торможения при S < 0 активная мощность Р_2a изменяет свой знак:

.

Механическая энергия, подведенная с вала рабочей машины, преобразуется в электрическую и отдается в сеть.

Выясним характер поведения реактивной мощности (5.21). При любом значении скольжения знак Q₂ не изменяется. В режиме сверхсинхронного торможения реактивная мощность создает необходимое магнитное поле статора для возбуждения асинхронного двигателя:

(5.21)

Механическую характеристику асинхронного двигателя строят по выражению (5.10). Характеристика располагается в четвертом или втором квадранте системы координат (рис. 5.10). Режим сверхсинхронного торможения возможен в следующих случаях:

1) при работе с активным моментом подъемно-транспортных машин (кранов, кран-балок, лебедок и т.д.). Допустим, лебедка поднимает груз со скоростью ₁. Момент сопротивления, создаваемый грузом, равен М_с (рис. 5.11).

Рис. 5.10. Механическая характеристика асинхронного двигателя

в режиме сверхсинхронного торможения

Рис. 5.11. Сверхсинхронное торможение асинхронного двигателя

при опускании груза

В какой-то момент времени двигатель реверсируют. Следовательно, он перейдет на другую характеристику, из точки 1 в точку 2. Под действием сил инерции в первый момент времени ротор двигателя вращается со скоростью ₁) (а груз поднимается). Но так как М_д – М_с < 0, то и  0. Следовательно, груз тормозится и в точке 3 останавливается в верхнем положении, а затем под действием М_c и М_д начинает опускаться. В точке 4 М_д = 0, но под действием груза электродвигатель разгоняется до точки 5, где М_д = М_с. Груз опускается со скоростью ₅  ₀, и электрический двигатель находится в режиме сверхсинхронного торможения. Потенциальная энергия поднятого груза преобразуется в электрическую и отдается в сеть, за вычетом потерь;

2) при переходе многоскоростного двигателя с высокой на низкую скорость. Допустим, двухскоростной двигатель работает с моментом М_с в точке 1 на второй скорости (рис. 5.12). Если отключить вторую скорость и включить первую, то электродвигатель перейдет в точку 2 характеристики первой скорости. В этом случае  > ₀₁ и двигатель находится в режиме сверхсинхронного торможения. Запасенная двигателем и рабочей машиной кинетическая энергия преобразуется в электрическую и отдается в сеть. С уменьшением запаса кинетической энергии снижается и скорость, двигатель тормозится и переходит в точку 3 характеристики, где М_с = М_д;

Рис. 5.12. Сверхсинхронное торможение асинхронного двигателя

при переключении скорости

3) при холодной обкатке ДВС после ремонта. Эта операция осуществляется в ремонтных мастерских и гаражах с помощью асинхронного двигателя с фазным ротором. В цепь ротора включают регулируемые резисторы. После окончания холодной обкатки выполняют "горячую". С этой целью подают топливо в ДВС и запускают его. Постепенно увеличивают скорость дизеля выше ₀ и асинхронный двигатель переводят в режим сверхсинхронного торможения. Регулируя добавочное сопротивление в цепи ротора, изменяют загрузку ДВС и его скорость.