Торможение противовключением.

Этот вид торможения воз­никает при вращении ротора двигателя под действием статиче­ского мо-мента в направлении, противоположном вращению поля статора. При наличии реактивного моме-нта длительность тор­можения мала, после чего машина из тормозного вновь пе­реходит в двигате-льный режим (рис. 4-16, а). Первоначально двигатель работал в точке 1 двигательного режима, а затем после переключения двух фаз обмотки статора меняется направ­ление вращения магнитного поля машины и ее электромагнит­ный момент (точка 2). Движение привода замедляется до точ­ки О, а затем совершается реверс ротора и разгон двигателя и противоположном направлении до ус-тановившегося движения в точке 3.

Для двигателей с фазным ротором при наличии большого добавочного сопротивления возможна полная остановка привода с тормозным моментом М_тр (точка 5 на рис. 4-16, а).

При налички активного момента (рис. 4-16,6), если меня­ется направление вращения магнитного поля, как в предыдущем случае, двигатель также изменяет режим работы, т. е. имеет место тормо-жение противовключением—второй квадрант, дви­гательный режим с реверсом направления вра-щения .pотopa — третий квадрант и новый режим — генераторный с отдачей энер­гии в сеть — че-твертый квадрант, где лежит точка установив­шегося длительного движения 3,

Режим торможения противовключением часто используется в подъемно-транспортных уста-новках. Переключение фаз ста­тора, без введения добавочного сопротивления используется только в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором ввиду того, что начальные значения токов в точке 2 (рис. 4-16) незначительно больше пускового, который составляет (5—6)I_ном.-Для двигателей с фазным ротором такие пики тока вообще недопустимы. Недостатком тормозных характеристик противо­включения является их большая крутизна и значительные по­тери энергии, которая полностью превращается в теплоту, рас­сеиваемую во вторичной цепи двигателя.

Вследствие большой крутизны механических характеристик -возможны большие ко­лебания ско-рости привода при незначительных изменениях нагрузки.

Если известен момент М_с, при котором необходимо осущест­вить торможение, то нетрудно рас-считать значение скольжения в этой точке по формуле , а затем оп­ределить добавочное сопроти-вление.

Электродинамическое (динамическое) торможение.

Если от­ключить статор АД от сети, то магнитный поток остаточного на­магничивания формирует незначительную ЭДС и ток в роторе.Взаимодействие малых величин магнитного потока и тока в роторе не способно создать большой электромагнитный момент. Поэтому необходимо найти спо-собы существенного увеличения магнитного потока. Это можно сделать, подключая статор ма­ши-ны в режиме динамического торможения к источнику постоянного или выпрямленного напряже-ния. Можно также создатьсхему самовозбуждения двигателя подключением к его обмотке статора конденсаторов. В результате получим режимы динами­ческого торможения асинхронной машины с независимым воз­буждением и самовозбуждением.

При независимом возбуждении получают неподвижный но­ток статора, который индуктирует в обмотках вращающегося ротора ЭДС и ток.

Для анализа режима динамического торможения удобнее заменить МДС F_n, создаваемую постоянным током, переменной эквивалентной МДС F~, формируемой совместно обмотками статора и ротора, как в обычном асинхронном двигателе. Тогда режим синхронного генератора заменяется эквивалентным ре­жимом асинхронной машины. При такой замене должно соблю­даться равенство: F_n = F~.

Определение МДС постоянного тока для схемы на рис. 4-17, а поясняет рис. 4-18.

При трехфазном включении обмотки статора з есть перемен­ного тока необходимо определить максимум МДС машины, равный [18]:

где I1 —действующее значение переменного тока; w— число витков обмотки одной фазы статора.

. Определив ток Л, эквивалентный по­стоянному или выпрямленному, можно получить эквивалентные схемы п век­торные диаграммы асинхронной маши­ны, работающей в режиме динамиче­ского торможения.

Вначале рассмотрим питание обмот­ки статора постоянным током. Если при .работе машины в двигательном режиме ее скольжение и намагничивающий ток изменяются мало, то в режиме динамического торможения скольжение ротора изменяется в широких пределах. Следова­тельно, с изменением скорости меняется ЭДС ротора, ток в ро­торе и создаваемая им МДС, которая оказывает существен­ное влияние на результирующую МДС.

Очевидно, результирующий намагничивающий ток, приведен­ный к статору, будет равен

Пользуясь векторной диаграммой (рис. 4-19), запишем сле­дующие соотношения для токов:

Принимая значение ЭДС в роторе машины, как и 'Прежде, равной Еч при угловой скорости вращения ротора w0, при иных скоростях имеем

Соответственно .индуктивное сопротивление ротора

где х₂ — индуктивное сопротивление ротора при частоте соо-Теперь для вторичного контура машины можно записать

Выражение (4-44) подобно формуле Клосса, что упрощает его понимание. Анализ формул (4-40) — (4-44) и физических явлений, характерных для динамического торможения АД, по­зволяет сделать следующие выводы.

1. В режиме динамического торможения свойства механиче­ских характеристик асинхронной машины подо&ны свойствам аналогичных характеристик двигательного режима, т. е. крити­чес-кий момент не зависит от активного сопротивления вторичного контура, а критическая скорость v_Kp так же, как и s_Kp в двига­тельном режиме; пропорциональна r2'.

2. Параметр ^:х* и ток I1 могут существенно отличаться от аналогичных значений двигательного режима, поскольку зави­сят от насыщения магнитной цепи статора.

3. Ток статора ,машины в деигателъном режиме является функцией скольжения ротора, а при динамическом торможении он постоянен

.4. Результирующий магнитный поток при динамическом торможении и малой скорости ротора увеличивается, так как при этом уменьшается размагничивающее действие реакции ротора, а в двигательном режиме он остается примерно посто­янным.

На рис. 4-20 представлены характеристики, из которых 1 и 2 получены при двух значениях тока в статоре I11 < I12 и неиз­менном сопротивлении r21 а характеристики 3 и 4 найдены при тех же то-ках, но ином значении r22 >r21. Для сравнения пред­ставлена механическая характеристика маши-ны, работающей в двигательном режиме. Если возможно изменить активное сопро­тивление в цепи ротора, то можно получить характеристики с примерно постоянным моментом в широком диапазоне измене­ния скорости привода.

Реактивное сопротивление контура намагничивания хм опре­деляется по универсальной характе-ристике холостого хода ма­шины или экспериментальным данным. В последнем случае, без учета насыщения магнитной цепи, величина Xm. находится по формуле:

где U_o, 1₀ — фазное напряжение и ток при холостом ходе машины.

Более точно зависимость хм = f(I_v) может быть найдена следующим образом. Если к асинхронной машине, ротор кото­рой вращается посторонним двигателем с синхронной скоростью, будет подво-

ться изменяющееся по величине фазное напряжение, то оно соответствует ЭДС £,. Поэтому, изме-ряя ток 1м, легко рассчитать зависимость x_v.=E_il~ⁱ_i которая будет учитывать насыще­ние магнитной системы машины. Построение .механической ха­рактеристики в этом случае ве­дется по точкам.

При этом за­даются значения М_ир, v_кр и вычисляют по формулам (4-42) и (4-43) величину r2’ и ток I1. За­тем находят v,, изменяя /,и от нуля до I1 -при соответствующих значениях xm.i, по формуле:

Выражение (4-45) получено после операций с формулами (4-37) — (4-38). По формуле (4-41) можно рассчитать механи­ческую характеристику, учитывающую влияние насыщения магнипной цепи машины.

Этот вид торможения применяется в подъемно-транспортных и в станочных приводах, питаемых от нерегулируемой по частоте сети переменного тока в частотно-управляемых приводах.

2. Конденсаторное торможение.

Конденсаторное торможение асинхронных двигателей в по­следние десятилетия стало применяться в станочных приводах. Возможность такого режима была установлена еще в 1895 г. М. Лебланом, но в 20—40-е годы XX века этот вид торможения считался нерациональным. Только в 1944 г. А. Т. Голован и И. Н. Бар'баш показали перспективность его использования. Однако лишь в конце 50-х годов, благодаря трудам Л. П. Пет­рова [40], были достигнуты практические результаты в исполь­зовании как конденсаторного, так и других видов комбиниро­ванного торможения. Это стало возможным ввиду снижения стоимости й габаритов конденсаторов и разработке новых схем, обеспечивающих интенсивное самовозбуждение асинхронных машин в широком диапазоне изменения их скорости вращения. В настоящее время применяются разнообразные схемы реали­зации конденсаторного торможения.

Принцип самовозбуждения АД поясняется изображениями, приведенными на рис. 4-21. При отключении машин с вращаю­щимся ротором от сети и подключении к статору батареи кон­ден-саторов (рис. 4-26, с) за счет остаточной ЭДС Е_о начинается заряд конденсаторов с током 1м0 (рис. 4-21) Этот ток повышает ЭДС машины до Е_и, что, и в свою очередь, повышает ток заряда конде-нсатора до величины Imi и далее про­цесс продолжался бы так, как указано на рисунке до точки / (при неизменной скорости вращения поля двигателя), где Ей = £\ и

I mi = Im

С огласно эквивалентной схеме (рис. 4-22) ЭДС E1, будет равна

Рис а) – конденсаторное торможение, б )- конденсаторно- динамическое.

где <р = frfo ' и fо — номинальная частота в цепи.

Полагая в начале самовозбуждения ток а роторе равным нулю и I1=Im можно найти начальную относительную частоту самовозбуждения fнач.

Таким образом, начальная частота процесса самовозбуждения асинхрон­ного генератора приме-рно равна соб­ственной частоте колебательного кон­тура ненасыщенной машины. Это же иллю-стрируют и кривые на рис. 4-23 (в относительных единицах). Они по­зволяют сделать следу-ющие выводы.

1. Режим ограничен по угловой скорости ротора значениями wнач, где начинается самовозбуждение ма­шины и w_К) где этот процесс заканчивается, причем wk > w0.

2. В значительном интервале изменения частоты вращения ротора магнитная цепь машины остае-тся насыщенной и поток сохраняет .примерно постоянное значение (1,5—2,0)Ф_НОм-

3. Значения токов ротора и статора значительно превосходят номинальные значения.

Рассматривая физические процессы, происходящие в маши­не, можно установить следующее. Если скорость вращения ро­тора превышает w_Нач, то возрастает частота свободной состав­ляющей тока статора вследствие насыщения магнитной системы машины (см. рис. 4-23) f будет больше f_нач. Вектор тока ста­тора поворачивается по часовой стрелке (рис. 4-24), но его амплитуда возрастает. Вместе с тем нарастание тока в роторе I₂ .приводит к появлению размагничивающей составляю-щей магнитного потока в воздушном зазоре. При скорости вращения ротора w_к наступает равенс-тво реактивных составляющих токов I1 и I2’ и процесс самовозбуждения машины прекращается. Тогда

. /, .(х_1?к - л-,?- >) -f I₂'x₃'<?_K = 0. (4-49)

Схема замещения фазы двигателя и его векторная диаграм­ма позволяют найти зависимости для электромагнитной мощности и момента, последний оп­ределяется тепловыми потеря­ми в статоре и роторе маши­ны [40]. Однако эти расчеты связаны с очень сложными и громоздкими вычисления-ми всех зависимостей, изображен­ных на рис. 4-23. Поэтому вос­пользуемся упрощенной мето­дикой расчета механической характеристики, которая опре­деляется следующей зависи­мостью

где Mq — начальный (расчет­ный) тормозной момент при скорости wo,

Величина М_о получена экс­периментально в виде произведения M_H0KtkC°, где k — коэффи­циент, зависящий от типа конкретного двигателя. Он может при­ниматься равным 0,7 для четырех- и шестиполюсных машин и 0,5 для двухполюсных, С° — фазная емкость конденсаторов в относительных единицах от Сном- Задавая значение фнач, можно вычислить С⁰ по формуле

где /ином — ток намагничивания машины щ>и номинальном (фазовом) напряжении статора; а>о — синхро'нная скорость вра­щения магнитного поля при частоте сети 50 Гц.

Механические характеристики (рис. 4-25) показывают, что увеличение емкости 'Конденсаторов снижает значение угловых скоростей wнач и wк, а также и максимальный тормозной мо­мент. При увеличении тока намагничивания (кривая 3) повы­шается насыщение магнитной цепи, что приво-дит к уменьшению индуктивного сопротивления машины я увеличению максимума тормозного момента и угловой скорости wk.

Как было указано выше, комбинированные способы тормо­жения оказываются эффективными для получения лолной оста­новки привода. В зависимости от моментов замыкания контак­тов тормоз-ного контактора КТ в такой системе возможно получение даже трех последовательно сменяющих-ся тормозных режимов (рис. 4-26,6): конденсаторного (кривая /), магнитного (кривая 2) и динами-ческого (кривая 3) либо только первого и последеного. Переход привода из двигательного режима в тор­мозной и переключение различных тормозных режимов указано на рисунке стрелками. Например, если замыкание 'Контактов КТ происходит в момент, соответствующий точке с, то в «ей совершается переход от конденсаторного к магнитному тормо­жению, которое заканчивается в точке d, далее почти до оста­новки привода идет динамическое торможение.