Тормозные режимы асинхронного двигателя

Для асинхронных двигателей приемлемы три способа электрического торможения: сверхсинхронное, динамическое, торможение противовключением.

Режим сверхсинхронного торможения у асинхронных двигателей возникает при скорости выше синхронной. В связи с этим данный способ называют также режимом рекуперативного торможения. При ω > ω_о ЭДС двигателя становится больше приложенного напряжения и вырабатываемая электрическая энергия отдается в сеть, момент становится отрицательным. Механические характеристики двигателя, работающего в режиме сверхсинхронного торможения, являются продолжением механических характеристик двигательного режима (рис. 2.18). В квадранте 1 расположены участки характеристик двигательного режима для различных сопротивлений роторной цепи. По мере приближения скорости двигателя к синхронной скорости момент двигателя приближается к нулю. При дальнейшем увеличении угловой скорости под влиянием внешнего момента, когда w>w₀, двигатель переходит в режим сверхсинхронного торможения. Так как в этом случае ЭДС двигателя будет больше приложенного напряжения, ток ротора изменит свое направление, а момент двигателя - знак. Так как двигатель работает в режиме асинхронного генератора параллельно с сетью, то активная энергия торможения отдается в сеть, при этом знак реактивной энергии не изменяется.

Механические характеристики, соответствующие рекуперативному торможению, расположены в IV квадранте. Рекуперативное торможение экономично и получило широкое распространение в грузоподъемных установках при спуске груза, в обкаточных стендах при горячей обкатке двигателей внутреннего сгорания, на электрифицированном транспорте. Недостатком сверхсинхронного торможения является то, что оно возможно только при ω > ω₀.

Режим торможения противовключениему асинхронного двигателя получается при вращении ротора против вращения магнитного поля статора. Существуют два способа перевода двигателя в режим противовключения. По первому способу у вращающего двигателя необходимо изменить порядок подключения фаз обмоток статора путем переключения двух любых фаз между собой, что ведет к перемене направления вращения магнитного поля (переход из точки А в точку В на рис.2.19). Ротор при этом вращается против направления движения поля, скорость его уменьшается. Когда скорость станет равной нулю (точка С на рис. 2.19), двигатель остановится, и его нужно отключить от сети, иначе он перейдет в двигательный режим. Точка Д показывает, что двигатель перешел в двигательный режим, когда его не отключили во время пребывания в точке С; при этом он вращается в другую сторону в сравнении с точкой А. По второму способу торможения асинхронный двигатель с фазным ротором можно перевести в режим противовключения так же, как это было сделано для двигателя постоянного тока, т.е. за счет введения в цепь ротора достаточно большого сопротивления, например, при опускании груза лебедкой (рис.2.20). При введении сопротивления в цепь ротора двигатель переходит из точки 1 на искусственную механическую характеристику в точку 2, скорость двигателя под воздействием момента сопротивления Мс снижается до нуля (точка 3), и если двигатель не отключить, он переходит в режим торможения противовключением. Направление вращения при этом меняется на противоположное. Скорость двигателя возрастает до установившейся величины w_y (точка 4), причем момент сопротивления Мс становится равным моменту торможения двигателя М_Т (рис. 2.20).

Рис. 2.19. Механическая характеристика асинхронного двигателя, работающего в режиме торможения противовключением (изменение порядка подключения фаз обмотки статора), где М_с – момент сопротивления

Рис. 2.20. Механическая характеристика асинхронного двигателя с фазным ротором, работающего в режиме торможения противовключением (введение в цепь ротора большого сопротивления)

Динамическое торможение асинхронного двигателя осуществляется обычно включением обмотки статора на сеть постоянного тока; обмотка ротора при этом замыкается на внешнее сопротивление (рис.2.21а). Для перехода из двигательного режима в режим динамического торможения контактором КМ1 отключают статор от сети переменного тока, а контактором КМ2 присоединяют обмотку статора к сети постоянного тока. Для ограничения тока и получения различных тормозных характеристик в цепи ротора предусмотрены внешние сопротивления (рис. 2.21а). Постоянный ток, протекая по обмотке статора, создает неподвижное в пространстве магнитное поле. При вращении ротора в его обмотке наводится ЭДС, следовательно, появляется ток. Взаимодействие тока ротора с неподвижным магнитным потоком статора создает тормозной момент. Механические характеристики для этого режима приведены на рис.2.21б. Они проходят через начало координат, так как при угловой скорости, равной нулю, тормозной момент также равен нулю. Характеристики динамического торможения даны для двух различных сопротивлений цепи ротора и одинаковом токе статора.

Рис.2.21 Схема включения (а) и механические характеристики (б) асинхронного двигателя, работающего в режиме динамического торможения, где R_Д – дополнительное сопротивление в цепи постоянного тока; R_П – пусковое сопротивление в цепи фазного ротора

На рис.2.22 представлены варианты схем включения обмоток статора при работе двигателя в режиме динамического торможения.

Рис.2.22. Схемы включения обмоток статора асинхронного двигателя при динамическом торможении

Пример 2.1. Для электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ) рассчитать и построить естественную механическую и электромеханическую характеристики; паспортные данные двигателя: P_H = 2,2 кВт; U_H = 220 В; I_H = 13 A; n_Н = 1000 об/мин; η_н = 77%.

Решение. Для построения искомых характеристик, которые представляют собой прямые линии, достаточно определить координаты двух точек: номинального режима и холостого хода.

1. Для точки номинального режима:

рад/с;

Н∙м;

(паспортные данные)

2. Для точки холостого хода:

(принимаем для упрощения расчета);

рад/с,

где ;

Ом;

Ом.

3. По координатам точек холостого хода (ω₀ = 120 1/с, М₀ = 0 и I₀=0) и номинального режима (ω_Н, М_Н, и I_H) на рис.2.23 построены естественная механическая и электромеханическая характеристики.

Рис. 2.23. Построение характеристик ДПТ независимого возбуждения

Пример 2.2. Рассчитать и построить механическую характеристику асинхронного двигателя, имеющего следующие каталожные данные: P_Н = 13 кВт; n_н = 1450 об/мин; ω_Н = 151 рад/с; k_max = 2; р = 2; f_Н = 50 Гц.

Решение. 1. Определяем скорость идеального холостого хода: , S₀=0.

2. Определяем номинальный момент:

Н·м.

3. Определяем номинальное скольжение:

.

4. Определяем критический момент двигателя:

Н·м.

5. Определяем критическое скольжение (скольжение при критическом моменте):

.

Полученных данных достаточно для построения рабочего участка механической характеристики асинхронного двигателя по трём точкам: номинальной (ω_Н; S_Н; М_Н), холостого хода (ω₀; S=0; М₀=0) и критического момента двигателя (ω_К; S_К; М_К).

Рис. 2.24. К примеру 2.2

Пример 2.3. Для трёхфазного короткозамкнутого асинхронного двигателя, имеющего каталожные данные: P_Н = 2,2 кВт; U_H = 220 В; n_н = 1460 об/мин; η_Н = 90 %; cosφ_H = 0,8; i_П = 7,0; k_П = 2,0; k_max = 2,2; k_min = 1,4, определить М_Н; М_К; М_min; Р₁; I_H; I_П; S_Н и построить механические характеристики двигателя по каталожным данным (по пяти точкам) и по формуле Клосса. Определить момент двигателя при напряжении, равном 0,9 номинального.

Решение. 1. Номинальный момент электродвигателя

,

где

2. Максимальный (критический) момент

.

3. Минимальный момент:

.

4. Пусковой момент

, при ω=0 и S=1.

5. Мощность, потребляемая из сети при номинальной нагрузке:

.

6. Номинальный ток электродвигателя

7. Пусковой ток двигателя

8. Скольжение при номинальной нагрузке

;

;

или S=0.

9. Другие параметры:

;

.

Принимаем S_min=0,84...0,86=0,85.

.

Построение механической характеристики электродвигателя по каталожным данным (по пяти точкам):

1-я точка: ;

2-я точка: ;

3-я точка: ;

4-я точка:

5- точка:

Рис. 2.25 к примеру 2.3

По полученным координатам пяти точек строится механическая характеристика (1, рис. 2.25).

Построение механической характеристики по формуле Клосса (2.26). Подставив значения М_К = 31,7 Н∙м, S_К = 0,108; S_Н = 0,027, рассчитаны ранее, в (2.26) получим:

.

Изменяя текущие значения S, определяем значения момента и угловой скорости.

Механическая характеристика, рассчитанная по формуле Клосса, представлена на рис. 2.25 (кривая 2) данные расчётов сводим в таблицу.

S		SН	SК	0,15	0,3	0,5	0,7	1,0
S/SК		0,25	1,0	1,38	2,77	4,69	6,48	9,26
SК/S			1,0	0,72	0,29	0,22	0,15	0,108
		4,25	2,0	2,1	3,06	4,85	6,63	9,37
М, H∙м		14,4	31,7	30,2	20,72	13,07	9,56	28,8*
ω, рад/с		152,8	140,0	133,5	109,9	78,5	47,1

* - величину момента двигателя для S = 1 (ω = 0) принимаем равной пусковому моменту двигателя, т.е. М = 28,8 H∙м.

Определяем момент асинхронного двигателя при напряжении, равном 0,9 номинального, и при М_(Uн)=14,4 H∙м (точка 3 на рис.2.25):

.

Контрольные вопросы

1. Что такое механическая характеристика электродвигателя?

2. Какие зависимости выражает электромеханическая (скоростная) характеристика?

3. Что такое жёсткость механической характеристики?

4. Какие характеристики называют естественными и какие искусственными?

5. Как можно получить искусственные характеристики электродвигателей постоянного тока?

6. От каких величин зависят угловая скорость и частота вращения магнитного поля в асинхронном электродвигателе?

7. Что такое скольжение асинхронного электродвигателя?

8. Как зависит вращающий момент асинхронного электродвигателя от напряжения?

9. От каких параметров зависит критическое скольжение асинхронного электродвигателя?

10. Что такое пусковой и критический моменты?

11. Как определяются пусковой и критический моменты по паспортным данным электродвигателя?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: