Тормозные режимы двигателей постоянного тока

Электрические машины обладают замечательным свойством обратимости, т.е. они могут работать как в двигательном, так и в генераторном (тормозном) режиме. Под тормозным режимом понимают такой режим двигателя, при котором создаваемый им момент противодействует движению рабочей машины. В общем случае тормозные моменты в современных электроприводах используются для быстрой и точной остановки механизма, замедления его движения или изменения направления движения. Быстрота и точность, с которой будут проделаны эти операции, во многих случаях определяют производительность механизма, а иногда и качество вырабатываемого продукта.

Известны три режима торможения двигателя постоянного тока независимого возбуждения: рекуперативное, динамическое и торможение противовключением. Рассмотрим особенности механических характеристик при указанных способах торможения.

Режим рекуперативного торможениявозникает во всех случаях, когда скорость вращения двигателя оказывается выше скорости идеального холостого хода: ω > w₀. В этом случае ЭДС двигателя Е будет больше приложенного напряжения U, двигатель будет работать генератором в режиме рекуперации параллельно с сетью, которой он будет отдавать электрическую энергию. При этом ток якоря меняет свое направление, что очевидно из равенства

, (2.13)

следовательно, изменяет знак и момент двигателя, т.е. он переходит в режим рекуперативного торможения. При этом уравнение (2.4) запишется как, М = -kФI.

Поскольку переход в рекуперативный режим торможения происходит без изменения схемы включения двигателя (рис 2.1), для такого режима остаются справедливыми уравнения электромеханической (2.3) и механической (2.5) характеристик. Следовательно, характеристики в режиме рекуперации являются продолжением характеристик двигательного режима в область четвертого квадранта (рис.2.7).

Регулирование величины тормозного момента при w_т=const (на рисунке 2.7 w₂ или w₃) или скорости вращения при М_Т=const (на рисунке 2.7 М₂ или М₃) возможно путем изменения сопротивления R_Д в цепи якоря (рис.2.7). Недостатком данного способа торможения является то, что оно возможно только при скорости, превышающей скорость идеального холостого хода. Рекуперативное торможение используется в приводах подъемных механизмов при спуске груза, в обкаточных стендах при горячей обкатке двигателей внутреннего сгорания.Данный режим торможения экономичен, поскольку энергия, поступающая на вал двигателя, за вычетом потерь, отдается в сеть.

Режим динамического торможенияполучают при отключении якоря двигателя от сети и включении его на резистор R_Д (рис.2.8). Обмотка возбуждения при этом остается включенной в сеть. При динамическом торможении двигатель преобразует механическую энергию рабочей машины в электрическую. Однако эта энергия не отдается в сеть, а выделяется в виде теплоты в сопротивлениях цепи якоря и R_Д.

Так как после включения двигателя по схеме динамического торможения направление вращения якоря и направление магнитного потока возбуждения не меняются, то ЭДС двигателя в этом режиме сохраняет тот же знак, что и в двигательном режиме. Следовательно, на основании (2.3) и (2.5) приняв U=0, можно записать уравнение электромеханической и механической характеристик двигателя, работающего в режиме динамического торможения:

; (2.14)

. (2.15)

При Ф=const характеристики (2.15) представляют собой прямые линии, проходящие через начало координат во втором и четвертом квадрантах прямоугольной системы координат (рис.2.9).

Наклон характеристик определяется величиной сопротивления R_д. Динамическое торможение, благодаря простоте исполнения и экономичности (энергия потребляется только обмоткой возбуждения), широко используется для плавной остановки привода при отключении его от сети. Оно достаточно экономично, хотя и уступает торможению с отдачей энергии в сеть.

Режим торможения противовключением.Режим торможения, при котором обмотки двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противоположную сторону, называется торможением противовключением. Данный режим можно получить двумя способами, например, в приводе подъемника, когда двигатель включен на подьем, а момент, развиваемый грузом, вращает его в направлении спуска груза. По второму способу режим противовключения получается при переключении полярности на зажимах обмотки якоря или обмотки возбуждения.

При работе двигателя в режиме противовключения сила тока в якоре значительно больше по сравнению с силой тока при работе в двигательном режиме. Величина тока при этом прямо пропорциональна напряжению сети и ЭДС, наведенной в якоре. Для снижения тока якорной цепи двигателя, работающего в режиме противовключения, в цепь якоря включают дополнительное сопротивление.

На рис.2.10 приведена механическая характеристика двигателя, работающего в режиме торможения противовключением (тормозной спуск электровоза). Данный режим наблюдается в электроприводе стенда обкатки двигателей внутреннего сгорания при включении достаточно большого сопротивления в цепь якоря двигателя постоянного тока. В этом случае двигатель переводится из точки 1 на более мягкую искусственную характеристику в точку 2. В точке 2 момент двигателя М_Д становится меньше момента сопротивления М_с. В результате скорость привода уменьшается. В точке 3 скорость равна нулю, но так как момент двигателя в данной точке все еще меньше момента сопротивления, привод начнет разгоняться в противоположном направлении и фактически перейдет в режим торможения противовключением. В точке 4 момент двигателя уравновесится моментом сопротивления и привод будет вращаться с установившейся скоростью.

При снижении скорости вращения (линия 2-3) ЭДС двигателя уменьшается и в точке 3 становится равной нулю. С увеличением скорости в обратном направлении (линия 3-4) ЭДС меняет свой знак на противоположный и совпадает по направлению с приложенным напряжением. В этом случае ток якоря

, (2.16)

при этом w < 0; Мт > 0.

Характеристика торможения противовключением является продолжением характеристики двигательного режима в область второго квадранта.

Для механизмов, имеющих момент сопротивления, обусловленный силами трения, режим торможения противовключением может быть получен путем изменения полярности на зажимах якоря двигателя.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: