Электрическое торможение.

В условиях эксплуатации электропривода часто возникает необходимость торможения двигателя, вплоть до его останова. Для электрического торможения АД используют обычно два метода: торможение противовключением и рекуперативное торможение.

Торможение по методу противовключения осуществляют переключением двух фаз, т.е. изменением направления вращения магнитного поля машины. При этом ротор будет продолжать вращаться, но против вращения поля за счет сил инерции, т.е. в машине наступит режим электромагнитного тормоза. Электромагнитный момент, направленный в сторону вращения поля, будет противодействовать вращению ротора, способствуя его торможению. Этот процесс сопровождается дополнительными потерями энергии в цепи ротора. В момент, когда ротор двигателя остановится, обмотку статора отключают от сети, так как двигатель может начать разгон в обратном направлении.

Рекуперативное торможение заключается в переводе машины из режима двигателя в режим генератора. Для этого необходимо, чтобы скорость вращения ротора превышала скорость вращения магнитного поля. такие условия могут возникнуть, например, в подъёмных устройствах при спуске груза, когда на волу двигателя действует момент от веса груза в направлении вращения ротора, вызывающий ускорение привода в многоскоростных двигателях рекуперативное торможение может быть осуществлено переключением обмотки с меньшего на большее число пар полюсов, т.е снижением скорости вращения магнитного поля. при этом машина переводится в режим генератора и энергия вращающихся или движущихся масс привода преобразуется в электрическую энергию, отдаваемую в сеть. Во время работы в режиме генератора машина, как известно, развивает противодействующий момент, осуществляющий торможение не связано с дополнительными потерями энергии в цепи ротора.

Активная мощность и кпд.

При работе АД происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии переменных токов сети в механическую энергию вращательного движения. Этот процесс сопровождается бесполезным расходом части энергии источника питания на нагрев машины, который характеризуется величинами мощностей электрических, магнитных и механических потерь.

Нагрев обмоток определяется мощностью электрических потерь статора и ротора, обладающих активными сопротивлениями r₁ и r₂ . по закону Джоуля-Ленца, она, как известно, пропорциональна квадрату тока в обмотке. Нагрев пакетов магнитопривода , вызванный рестеризитором и вихревыми токами, характеризуется мощностью магнитных потерь. Механические потери слагаются из потерь механической энергии на трение в подшипниках и контактных кольцах, а также на вентиляцию внутри машины.

Процесс преобразования электрической энергии в полезную механическую, развиваемую АД, может быть описан уравнением баланс активной мощности. На основании закона сохранения и преобразования энергии можно записать:

P₁ = U₁I₁cos₁ = P_1 + P_1м + P_2 + P_2м + P_мсх + P₂ , где

P₁ – мощность потребления машиной электрической энергии;

P_1 - мощность электрических потерь в обмотке статора;

P_1м – мощность магнитных потерь в пакете магнитопровода статора;

P₂ - мощность электрических потерь в обмотке ротора;

P_мех - мощность механических потерь;

P_2 - полезная механическая мощность двигателя;

P_2м – мощность магнитных потерь в сердечнике ротора.

Это уравнение наглядно иллюстрируется диаграммой мощностей. Она дополнена структурной схемой асинхронного двигателя, которая указывает на характер связей, существующих между источником питания, статором электрической машины, ротором и рабочим механизмом (станок, кран, насос и т.п.), приводимым в движение электрической машиной. Источник питания и статор связаны между собой электрически, статор и ротор имеют магнитную связь, а ротор и рабочий механизм – механическую.

Следует иметь в виду, что в паспорте АД, так же как и других электрических двигателей, в качестве номинальной мощности всегда указывается его полезная механическая мощность P₂ , а не мощность потребления электрической энергии P₁ . Отношение этих мощностей определяет КПД двигателя:

 = P₂/ P₁

Номинальный КПД современных трёхфазных АД составляет 0,75 – 0,95; наибольший КПД имеют машины большой мощности.

Рис.2.4.25 Схемы связей между частями машинного устройства (а) и диаграмма мощностей (б) асинхронного двигателя

Реактивная мощность и коэффициент мощности

Кроме необратимого процесса расхода энергии, учитываемого величиной активной мощности P₁, а АД происходит обратимый процесс периодического изменения запаса энергии магнитного поля машины, который характеризуется реактивной мощностью Q₁.

Соотношение между активной и реактивной мощностями двигателя оценивают его коэффициентом мощности , величина которого при синусоидальных напряжениях и токах численно равна косинусу угла ₁ сдвига фаз тока в обмотке статора по отношению к напряжению:

 = cos₁ = .

Коэффициент мощности АД зависит от нагрузки на его валу (рис.22). при холостом ходе машины, когда энергия расходуется только небольших потерь в статоре и незначительных механических потерь, активная мощность двигателя мала, а реактивная велика, поскольку в машине при номинальном напряжении возбуждается вращающееся магнитное поле с максимальной величиной потока полюса. Поэтому коэффициент мощности при холостом ходе АД будет низким – обычно 0, 08 – 0,15.

Рис.2.4.26 Зависимость коэффициента мощности АД от нагрузки на валу (_н = P₂/P_2м)

С постепенным возрастанием нагрузки активная мощность увеличивается, а реактивная практически остаётся постоянной, так как при неизменной амплитуде напряжения сети поток полюса основного поля сохраняет ту же величину, что и при холостом ходе. Иначе говоря , энергия ,запасаемая во вращающемся магнитном поле, практически не зависит от расхода энергии на совершение полезной механической работы и нагрев двигателя. Следовательно, с увеличением механической мощности двигателя, его коэффициент мощности также возрастает. При нагрузке близкой к номинальной, он достигает наибольшего значения (0,75-0,95). Однако при дальнейшем увеличении тормозного момента на валу, сопровождающимся существенным ростом токов в обмотках статора и ротора, коэффициент мощности двигателя снижается, что объясняется увеличением реактивных мощностей, обусловленных полями рассеяния и более быстрым ростом суммарной реактивной мощности машины по сравнению с её активной мощностью.

Ввиду массового применения АД в народном хозяйстве рациональная эксплуатация их, исключая работу машины с низким коэффициентом мощности, приобретает важное значение для экономичного электроснабжения строительных площадок.