2. Механические характеристики двигателя независимого возбуждения в тормозных режимах.

Очень часто в современных электроприводах необходимо быстро и точно остановить механизм или изменить направление его вращения. Скорость и точность, с которыми будут произведены эти действия, во многом определяют производительность механизма, а также качество изготавливаемого изделия.

Во время остановки или перемены направления движения электродвигатель работает в тормозном режиме на одной из характеристик, соответствующих осуществляемому способу торможения.

Рис. 2-1. Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения в различных режимах работы.

На рисунке показаны механические характеристики двигателя, характеризующие три возможных способа торможения:

1. генераторное торможение с отдачей энергии в сеть,

2. динамическое торможение,

3. торможение противовключением.

2.1. Генераторное торможение с отдачей энергии в сеть осуществляется в том случае, когда скорость двигателя оказывается больше скорости идеального холостого хода

,

а его ЭДС Е больше приложенного напряжения U.

Двигатель при этом работает в режиме генератора параллельно с сетью, которой он отдаёт электрическую энергию. Направление тока при этом изменяется на противоположное:

.

Момент также изменяет своё направление действия:

.

Обозначим тормозной момент и перепишем уравнение механической характеристики двигателя:

.

При — скорость идеального холостого хода.

(Аналогично: , , k — наклон линии.)

Таким образом, наклон механической характеристики в режиме генераторного торможения с отдачей энергии в сеть будет таким же, как и в двигательном режиме, то есть механическая характеристика в таком режиме будет продолжением механической характеристики двигательного режима во II квадранте.

Этот способ торможения возможен, к примеру, при спуске груза и при некоторых способах регулирования.

Такой способ торможения весьма экономичен, но его применение возможно лишь в узких пределах ограничения скорости.

2.2. Динамическое торможение происходит при отключении якоря двигателя и переключении его на сопротивление (реостатное торможение).

Рис. 2-2. Схема включения двигателя при динамическом торможении.

Режим динамического торможения также соответствует работе машины в качестве генератора. Однако этот режим отличается от приведённого выше тем, что вся кинетическая энергия запасённая и преобразованная двигателем в электрическую, не отдаётся обратно в сеть, а выделяется в виде тепла на сопротивлении R. ЭДС в этом случае сохраняет тот же знак, что и в двигательном режиме. Ток якоря:

,

где — сопротивление якорной цепи.

Тормозной момент при динамическом торможении может быть выражен равенством:

.

В то же время из формулы

, так как напряжение извне не прикладывается, то ,

поэтому

, тогда

при Ф = const.

То есть

.

При динамическом торможении механическая характеристика двигателя представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Семейство характеристик динамического торможения при различных сопротивлениях якорной цепи ( ) расположены во II квадранте системы координат. Жёсткость характеристик уменьшается с увеличением сопротивления якорной цепи.

2.3. Торможение противовключением осуществляется в двух случаях:

• когда обмотки двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешних сил вращается в противоположную сторону;

• при переключении обмотки якоря для быстрой остановки двигателя или изменения направления его вращения.

В первом случае

1) двигательный режим: (точка 1);

2) двигатель остановлен: , (точка 2);

3) двигатель вращается в противоположном направлении: (точка 3).

Значительно чаще режим противовключения имеет место, когда изменяется полярность напряжения, подводимого к якорю электродвигателя при его вращении. ЭДС в этом случае направлена согласно с напряжением сети, а момент двигателя направлен против вращения якоря.