Рекуперативный тормозной режим

В двигательном режиме U_с > F_дв, а знак (или направление) тока совпадает со знаком напряжения сети. Развиваемый двигателем электромагнитный момент совпадает с направлением вращения якоря (говорим, что в двигательном режиме момент и скорость одного знака):

; .

Представим, что со стороны рабочей машины приложен момент, действующий в ту же сторону, что и электромагнитный. Под действием этих моментов якорь начинает разгоняться. При скорости вращения w = w₀ приложенное к якорю напряжение сети уравновесится ЭДС двигателя, т.е. U_н = Е_дв. Ток якоря и электромагнитный момент двигателя при этой скорости равны нулю. Увеличение скорости выше w₀ приводит к тому, что ЭДС будет больше напряжения сети, а ток и электромагнитный момент поменяют свой знак (направление). Двигатель переходит в тормозной режим, называемый рекуперативным. Рекуперация означает преобразование двигателем механической или запасенной во вращающихся частях кинетической энергии обратно в электрическую энергию и отдачу ее в сеть. Таким образом, рекуперативный тормозной режим в рассматриваемых машинах возможен, если

Е_дв > U_сети или w_д > w ₀.

При этом знак тока и момента меняется на противоположный (отрицательный). Уравнение характеристик (2.5) и (2.9) в рекуперативном режиме:

w = w₀ + b_i I; w = w₀ + b_м М.

Значение коэффициентов b_i и b_м не изменяется, так как не меняются U, r, Ф. Характеристика машины в режиме рекуперативного торможения будет продолжением двигательного режима. Момент на валу М_мв становится отрицательным после w_хх (рис.2.7).

Рис. 2.7. Механическая характеристика ДПТ параллельного

возбуждения в режиме рекуперативного торможения

На практике рекуперативный тормозной режим можно использовать:

1) на стендах послеремонтного испытания ДВС в качестве нагрузки на валу. Двигатель внутреннего сгорания запускают в работу и разгоняют вместе с соединенной с ним на одном валу машиной постоянного тока до скорости w > w₀. Загрузку ДВС регулируют, меняя напряжение на якоре или вводя добавочное сопротивление в цепь якоря;

2) в электрифицированных подъемно-транспортных механизмах при спуске груза или движении под уклон. В этом случае включают двигатель для движения вниз (механическая характеристика находится в третьем квадранте) (рис.2.8). В начале разгона до скорости -w₀ направления действия моментов двигателя и груза совпадают. После - w₀ знак момента двигателя меняется, так как изменилось направление тока. На скорости w₁ момент двигателя уравновешивается моментом груза М_с. Далее спуск груза идет с постоянной скоростью w₁. Так как w₁ > w₀, электрический двигатель переходит в режим рекуперативного торможения, в котором запасенная потенциальная энергия поднятого груза машиной преобразуется в электрическую и отдается в сеть;

Рис.2.8. Механическая характеристика ДПТ параллельного

возбуждения в рекуперативном режиме при опускании груза

3) в установках, регулирующих скорость изменением напряжения или потока. Допустим, с помощью управляемого выпрямителя (или генератора) скачком уменьшаем напряжение на якоре с U_н до U₁(рис.2.9). Двигатель переходит из точки 1 с естественной характеристики в точку 2. При снижении скорости от w₁ до w₀₁ происходит рекуперативное торможение.

Рис.2.9. Механические характеристики ДПТ независимого возбуждения при понижении напряжения

Особенности режима рекуперативного торможения

1) режим рекуперативного торможения возможен при условии, когда Е_дв > U_сети или w_дв > w₀;

2) в режиме рекуперативного торможения электрическая машина преобразует механическую энергию, поступающую с вала от рабочей машины, в электрическую и отдает ее в сеть. Для доказательства рассмотрим уравнение ЭДС данного тормозного режима:

.

Умножим левую и правую части на I:

;

окончательно получим

.

В режиме рекуперативного торможения в сеть отдается мощность, равная механической, за вычетом потерь в якоре.