35

Тепловые реле

34

25

В ДПТ НВ можно реализовать три тормозных режима: рекуперативное торможение, торможение противовключением и динамическое торможение.

Рекуперативное торможение возникает при скорости ротора ω выше скорости идеального холостого хода ω₀. в этом случае ЭДС Е больше приложенного к якорю напряжения U, в связи с чем ток изменяет направление, и двигатель отдает энергию в сеть. В режиме рекуперативного торможения направление тока совпадает с направлением ЭДС, что характерно для любого тормозного режима.

Из уравнения электрического равновесия

U=E+I_ЯR_Я (3.78)

Определяем ток якоря (3.79) и находим электромагнитный момент M=C(-I_Я)<0

и уравнение механической характеристики в этом режиме (рис. 3. 23)

(3.80)

Из-за того, что Е > U уравнение электрического равновесия принимает вид

E=U+I_ЯR_Я (3.81)

Умножив обе части (3.81) на I_Я, получим уравнение для мощностей

P_ЭМ=Р_ЭЛ+ΔР, (3.82)

где P_ЭМ=EI_Я – электромагнитная мощность,

Р_ЭЛ=UI_Я – электрическая мощность,

ΔР=I²_ЯR_Я – потери мощности в якорной цепи.

Торможение противовключением происходит тогда, когда двигатель, включенный на вращение в одном направлении, под действием внешних сил или сил инерции вращается в противоположном направлении. В режиме противовключения изменяет знак скорость двигателя при сохранении знака электромагнитного момента или изменяет знак момент при сохранении знака скорости.

Первый случай имеет место при воздействии активного статического момента, который превышает момент короткого замыкания на данной характеристике (рис. 3.24).

После точки С (ω=0), где М_К<M_C, скорость и ЭДС изменяют знак, т.е. ω<0, E=Cω<0.

Уравнение равновесия напряжений принимает вид

U-(-E)=I_ЯR_Я, U+E= I_ЯR_Я, (3.83)

где R_Я=R_Я,0+R_Д (3.84)

Как видно из (3.84), в этом режиме ЭДС Е действует согласно с напряжением U и ток в якоре

(3.85)

может достичь больших значений (до 40 I_НОМ), если его не ограничивать добавочным сопротивлением R_Д.

Как в режиме рекуперативного торможения, направление тока совпадает с направлением ЭДС, что указывает на тормозной режим. Механическая характеристика представляется формулой(3.41), но в данном режиме

поэтому ω<0. Скольжение

Второй случай режима противовключения возникает при реверсировании двигателя за счет перемены полярности подводимого к якорю напряжения с помощью контактов "Вперед" (В) и "Назад" (Н) – рис.3.25. При изменении полярности подводимого к якорю напряжения ток двигателя изменяет свое направление, изменяется соответственно и знак момента, который становится тормозным по отношении к прежнему направлению движения (рис. 3.26).

Д ля ограничения тока и момента при реверсировании в якорную цепь вводится с помощью контакта У добавочное сопротивление R_Д. Электродвигатель будет затормаживаться по характеристике ВС. Уравнение равновесия напряжений в этом случае

-U=E+ I_ЯR_Я, (3.86)

-(U+E)=I_ЯR_Я

откуда ток якоря

(3.87)

будет определяться суммой напряжения и ЭДС, как и в первом случае.

Уравнение механической характеристики

(3.88) где

В точке С механической характеристики (см. рис. 3.26) электродвигатель необходимо отключить от сети, иначе он изменит направление вращения и будет разгоняться по прямой СD (при реактивном статическом моменте до точки D и при активном статическом моменте до точки G). Таким образом, режим противовключения является первой фазой реверсирования.

Энергетические соотношения здесь такие же, как и для первого случая:

UI_Я+EI_Я=I²_ЯR_Я, (3.89)

Р_ЭЛ+Р_ЭМ=ΔР, (3.90)

т.е. при торможении противовключением сумма электрической Р_ЭЛ и электромагнитной Р_ЭМ мощностей превращается в мощность потерь ΔР в якорной цепи.

Динамическое торможение происходит, если вращающийся якорь электродвигателя отключается от сети и замыкается на внешнее сопротивление, а обмотка возбуждения оставляется подключенной к источнику (рис. 3.27).

В обмотке вращающегося по инерции якоря индуктируется ЭДС Е, под действием которой в замкнутой цепи якоря протекает ток I_Я. Направление тока якоря противоположно двигательному режиму. Ток якоря вычисляется по формуле

(3.91)

где R_T – тормозное сопротивление.

В режиме динамического торможения U=0, поэтому ω₀, что в соответствии с (3.40) и (3.41) определяет электромеханическую (3.92)

и механическую (3.93)

характеристики. Следовательно, в режиме динамического торможения линейные электромеханические и механические характеристики проходят через начало координат (рис. 3.28).

Из (3.93) следует, что динамическое торможение наиболее эффективно при больших скоростях. По мере уменьшения скорости уменьшается и тормозной момент. Максимальное значение тормозного момента будет при замыкании обмотки якоря накоротко (R_T=0). Для ограничения броска тормозного тока (-I_НАЧ) и момента (-M_НАЧ) якорь электродвигателя замыкается на тормозное сопротивление R_T, величина которого определяется по формуле

(3.94)

Э нергетические соотношения при динамическом торможении вытекают из уравнения электрического равновесия

-E=I_ЯR_Я, (3.95)

после умножения левой и правой части (3.95) на I_Я получаем

EI_Я=I²_ЯR_Я, Р_ЭМ=ΔР. (3.96)

Это значит, что при динамическом торможении электромагнитная мощность Р_ЭМ превращается в потери ΔР в тормозном сопротивлении R_T и собственном сопротивлении R_Я,0 обмотки якоря.

Динамическое торможение применяют для быстрой остановки электродвигателя, а также для получения низких посадочных скоростей (ω_П≈0,1ω_НОМ) при опускании тяжелых грузов в подъемных кранах. Преимущества динамического торможения состоят в простоте его реализации, надежности, плавности торможения, экономичности по сравнению с торможением противовключением. Недостатками динамического торможения являются: уменьшение тормозного момента пропорционально снижению скорости, исчезновение тормозного момента при отсутствии тока в обмотке возбуждения. С целью увеличения тормозного момента при снижении скорости используют двух- и трехступенчатое торможение (рис. 3.29). При реактивном статическом моменте торможение оканчивается в начале координат 0, а при активном – в точке G.

17

Статические свойства АД изучаются на основе эквивалентной схемы рис.3.53. Эта эквивалентная схема справедлива для любой фазы симметричного многофазного АД.

Для удобства расчетов эквивалентную Т-образную схему рис.3.53 преобразуют в эквивалентную Г-образную схему с вынесенным на зажимы источника питания намагничивающим контуром (без учета потерь в стали) – рис.3.54.

При этом параметры Г-образной схемы изменяются согласно соотношениям:

(3.224) где (3.225)

В теории электропривода при питании АД от сети с неизменной частотой в большинстве случаев используют упрощенную Г-образную схему, принимая ₁ = 1, т. е. корректировку параметров не производят. С целью выяснения основных свойств и характеристик АД мы принимаем это допущение. В результате получаем эквивалентную схему, приведенную на рис.3.55.

В соответствии с рис.3.55 определяем приведенный ток фазы ротора

(3.226)

где (3.227)

Х_к – индуктивное сопротивление короткого замыкания АД.

(3.228)

В то же время электромагнитная мощность, передаваемая через воздушный зазор АД, может быть выражена через произведение электромагнитного момента М и синхронной угловой скорости _о :

(3.229)

следовательно, электромагнитный момент АД

(3.230)

является сложной функцией скольжения s.

Максимум электромагнитной мощности, передаваемой в АД, будет тогда, когда “внутреннее сопротивление источника” Z₁ будет равно сопротивлению “нагрузки” Z₂ (см. рис.3.55), т. е. Z₁ = Z₂ или

(3.231) откуда (3.232)

где s_к – критическое скольжение АД.

Можно приведенный ток ротора , соответствующий s_к :

(3.233)

Электромагнитная мощность Р_{эм, к} , соответствующая s_к :

(3.234)

Соответственно критический (максимальный) электромагнитный момент АД:

(3.235)

В (3.232)  (3.235) знак плюс относится к двигательному режиму, а знак минус – к генераторному при   _о .

Взяв отношение (3.230) к (3.235), можно получить формулу Клосса:

(3.236) где (3.237) Обычно критический момент выражают в долях от номинального для двигательного режима

(2.238)

Введя безразмерную величину электромагнитного момента (3.239)

и относительную скорость (3.240)

получим выражение механической характеристики АД в безразмерных величинах (рис.3.56):

(3.241)

д ля двигательного режима 01,

для генераторного рекуперативного режима 1<<?

для режима противовключения -0

На механической характеристике рис.3.56 можно отметить характерные точки:

1. точка А(=1,=0) – режим идеального холостого хода, или синхронной скорости,

2. точка В(=­_ном,=1) – номинальный режим,

3. точка С(=_к,д,=_м) – режим критической скорости в двигательном режиме,

4. точка D(=0,=_п) – режим пуска АД,

5. точка F(=_к,г,=_т,г) – режим критического генераторного момента.

Для электродвигателей большой мощности можно принять R₁=0, тогда a=0 и из (3.241) получаем упрощенную формулу механической характеристики АД в безразмерных величинах:

(3.242) где s_к= (3.243)

(3.244)

Асинхронный двигатель характеризуется также полной механической мощностью

,

которая достигает максимума

при скольжении ,

которое меньше критического скольжения s_к. Величина P_мх,max уменьшается с увеличением критического скольжения. Можно видеть, что в точках идеального холостого хода (0,w₀) и пускового момента (M_п,0) полная механическая мощность равна нулю.