Динамическое торможение

Режим динамического торможения асинхронных двигателей осуществляется с независимым возбуждением и с самовозбуждением.

В режиме динамического торможения с независимым возбуждением обмотку статора отключают от сети переменного тока и подают в нее постоянный ток. При этом обмотка статора создает постоянный магнитный поток, который пересекает вращающаяся обмотка ротора. Обмотка включена на добавочное сопротивление или замкнута накоротко. В ней наводится переменная ЭДС Е₂ и появляется ток I₂, как и в обычном генераторе, только нагрузкой здесь служит сопротивление цепи ротора. Ток I₂ взаимодействует с постоянным магнитным полем статора и создает тормозной момент. С уменьшением скорости снижаются ЭДС, ток и момент. При остановленном роторе тормозной момент равен нулю.

Рис. 5.15. Механическая и электромеханическая

характеристики асинхронного двигателя в режиме противовключения

Ток ротора асинхронного двигателя

,

где Е₂ - ЭДС ротора двигателя;

,

v - относительное значение скорости, ; Е_2max - значение ЭДС ротора при синхронной скорости w₀.

Пренебрегая эффектом вытеснения тока в обмотке ротора, считаем постоянным его активное сопротивление r₂.

Индуктивное сопротивление

.

Принимаем постоянной индуктивность обмотки ротора L₂. Частоту тока ротора f_рот представим в виде

,

где f₀ - частота тока ротора при синхронной скорости вращения, для отечественных двигателей f₀ = 50 Гц.

Индуктивное сопротивление:

.

График изменения индуктивного сопротивления дан на рис.5.16.

Рис. 5.16. График изменения сопротивлений в роторной цепи

при динамическом торможении

С учетом сказанного ток ротора можно записать в виде

.

Тормозной момент, как и двигательный, создается активной составляющей тока I₂:

. (5.22)

При изменении скорости вращения ротора от нуля до бесконечности активная составляющая тока имеет максимум. Скорость, при которой будет этот максимум:

Приравниваем числитель к нулю и определяем относительное значение скорости, при которой динамический момент максимален:

. (5.23)

Рассмотрим график изменения сопротивлений r₂ и х₂ на рис. 5.16. Из подобия треугольников АОВ и СОД

или , откуда

Следовательно, АВ = V_к. Из графика и выражения (5.23) видно, что максимальное значение динамического момента наступает при равенстве активного и индуктивного сопротивлений в цепи ротора, т.е. r₂ = V_кх₂. Необходимо отметить, что на синхронной скорости индуктивное сопротивление значительно больше активного сопротивления обмоток ротора. Поэтому максимальное значение динамического момента находится на скорости V_к, близкой к нулю. При включении добавочного сопротивления r_2доб в ротор значение скорости V_к увеличивается.

Определим максимальную составляющую тока двигателя при V_к:

(5.24)

Максимальное значение активной составляющей тока ротора зависит от ЭДС Е_2max, которая в свою очередь определяется для данного двигателя значением потока возбуждения (постоянного тока). График изменения активной составляющей тока ротора (в другом масштабе это график динамического изменения динамического момента) приведен на рис. 5.17.

Пусть двигатель работает со скоростью w. Отключаем его от сети переменного тока и подаем в цепь статора постоянный ток I₁. Возникает тормозной момент, и двигатель переходит в точку 2 характеристики динамического торможения. При снижении скорости момент сначала растет, достигает М_1max, затем уменьшается до нуля. Выражения (5.22...5.24) дают представление о качественном изменении механических характеристик асинхронных двигателей. Этими выражениями трудно пользоваться для построения реальных механических характеристик, так как часто неизвестны параметры r₁, r₂, х₁, х₂.

Рис. 5.17. Механические характеристики двигателя в режиме

динамического торможения

Для вывода расчетных формул механических характеристик в режиме динамического торможения постоянный ток, подаваемый в статор, заменяют эквивалентным переменным. И далее рассматривают работу как обычной асинхронной машины. Аналитическое выражение механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения имеет вид [6, 7]

; (5.25)

, (5.26)

где х_m, х¢ ₂ – индуктивное сопротивление намагничивающего контура статора и обмотки ротора; I₁ – переменный ток статора, определяемый из равенства намагничивающих сил постоянного и переменного потоков: F_~ = F_пост. Соотношение постоянных и переменных токов в зависимости от схемы необходимо взять в табл. 5.1.

С учетом сопротивлений обмотки статора относительное значение критической скорости запишем в виде

. (5.27)

Динамическое торможение с независимым возбуждением нашло применение в тех приводах, где требуются быстрая и точная остановка механизма, сокращение времени переходного (для повышения производительности машины) процесса в электроприводах. Оно имеет ряд достоинств: потери в двигателе ниже, чем при противовключении; не требуется отключать двигатель при нулевой скорости; обеспечивается точная остановка привода.

Таблица 5.1

Схема включения обмоток статора
Результирующее сопротивление постоянному току	Rрез=2R1	Rрез= R1	Rрез= R1	Rрез= R1
Соотношение токов	Iп=1, 23I1	Iп=1, 41I1	Iп=2, 12I1	Iп=2, 45I1

Динамическое торможение с самовозбуждением осуществляется с помощью конденсаторов. У работающего двигателя отключают от сети обмотку статора и подключают батарею конденсаторов по схеме (рис. 5.18). В качестве емкости можно использовать бумажные конденсаторы. Процесс самовозбуждения можно проследить по рис. 5.19.

С С

М М

Рис. 5.18. Схемы включения конденсаторов в режиме динамического торможения с самовозбуждением

Рис. 5.19. График изменения ЭДС двигателя и напряжения

на конденсаторе в зависимости от тока

Рис. 5.20. Механическая характеристика асинхронного двигателя

в режиме динамического торможения с самовозбуждением