2.5.3 Тормозные режимы ад. Механические характеристики в тормозном режиме

Существует 3 основных электрических способа торможения АД:

- рекуперативное торможение;

- торможение противовключением;

- динамическое торможение.

Общим признаком всех трех перечисленных тормозных режимов является одинаковость направлений потока энергии, в частности, направление потока энергии в части силового канала «механизм - двигатель». Поток энергии в этой части силового канала направлен от механизма к двигателю, т.е. с этой точки зрения, все три перечисленных способа можно отнести к генераторному режиму.

Рекуперативное торможение

Условие возникновения рекуперативного режима: , т.е. ротор вращается с большей скоростью, чем магнитное поле.

При этом скольжение: становится отрицательным.

В результате, изменяется соотношение направления пересечения силовых линий магнитного поля витков ротора, поэтому изменяется знак ЭДС в обмотке ротора (ЭДС<0). Ток ротора становится меньше 0, следовательно, изменяется знак вращающего электромагнитного момента (меньше 0), т.е. момент по отношению к угловой скорости изменяет свое направление и становится тормозным. Логическим выводом этого будет то, что механическая характеристика является продолжением естественной и располагается во втором квадранте.

Рис.52а Рекуперативное торможение АД

При этом изменит своё направление также и ток статора, поэтому в части силового канала «источник электрической энергии – двигатель» энергия направлена от двигателя к источнику, т.е. ЭД работает в генераторном режиме.

При рекуперативном торможении механическая энергия от механизма передаётся двигателю. При этом большая часть этой энергии возвращается в питающую сеть в виде электрической, а остаток рассеивается в двигателе , в виде тепла.

Рекуперативный режим с целью торможения имеет весьма ограниченную область применения: обеспечение плавности при спуске грузов в ЭП грузоподъемных механизмов.

Для практического применения режим рекуперативного торможения может быть реализован за счёт изменения соотношения на .

Существует две возможности достижения этого соотношения:

1) увеличение числа пар полюсов , при этом ;

2) изменение частоты .

1. Увеличивают число пар полюсов в два раза.

Рис.52б Реализация рекуперативного торможения увеличением числа пар полюсов

Этот способ позволяет уменьшить в 2 раза, что не позволяет практически полностью оставить двигатель в рекуперативном режиме.

2. Увеличивают частоту. Первый скачок частоты должен быть насколько велик, чтобы рабочая точка перешла во второй квадрант, а остальные настолько малы, чтобы характеристика вновь не вернулась в 1-ый.

Кроме того, необходимым условием реализации генераторного режима по отношению к сети является возможность обратной проводимости в элементе, связывающим двигатель с сетью.

Рис.53 Реализация рекуперативного торможения снижением частоты

Режим противовключения. Торможение противовключением

Если под действием активного источника механической энергии изменить направление вращения вала двигателя на противоположное, то .

При этом ЭДС в обмотках ротора станет больше, чем (т.е. больше, чем ЭДС в обмотках неподвижного ротора), следовательно . Момент , (при этом своего направления не изменит), однако по отношению к изменившемуся направлению скорости становится отрицательным, т.е. тормозным.

При этом направление потока энергии в части силового канала «механизм-двигатель» становится отрицательной, т.е. поток направлен от механизма к двигателю. Поток энергии в части канала «сеть-двигатель» направлен от сети к двигателю. Сумма двух этих потоков рассеивается в двигателе в виде тепла. Таким образом, этот режим является наименее энергетически эффективным, и в приводах большой мощности зачастую ведет к аварийным режимам.

Рис.54 Режим противовключения (РП)

Механическая характеристика в режиме противовключения является продолжением естественной механической характеристики в четвертом квадранте, и описывается тем же уравнением. Обычно, при использовании этого режима, в целях торможения, в цепь ротора вводят добавочное сопротивление.

Рис.55 Реализация торможения противовключения изменением последовательности чередования фаз

В рассмотренном варианте режим противовключения практически может быть использован только для обеспечения плавности при спуске и подъёме грузов.

Наряду с перечисленными отрицательными качествами режима противовключения, существует неоспоримое достоинство - возможность реверса. Поэтому, с этой целью, а также с целью быстрой остановки двигателя, в приводах малой мощности режим противовключения находит практическое применение. Для этого изменяют последовательность чередования фаз статорной обмотки, подключённой к источнику питания. Это приводит к изменению направления магнитного поля, следовательно, изменяется направление ЭДС и тока в обмотке ротора, и направление момента станет противоположным, т.е. тормозным ( ).