Гальмівні режими асинхронних двигунів

Асинхронний двигун може працювати в наступних гальмівних режимах: в режимі рекуперативного гальмування, противовключения і динамічному.

Рекуперативне гальмування асинхронного мотора

Режим рекуперативного гальмування здійснюється в цьому випадку, коли швидкість ротора асинхронного мотора перевершує синхронну.

Режим рекуперативного гальмування фактично застосовується для двигунів з перемиканням полюсів і в приводах вантажопідйомних машин (підйомники, екскаватори тощо).

При переході в генераторний режим через зміну знака моменту змінює символ активна складова струму ротора. В даному випадку асинхронний двигун дає активну потужність (енергію) в мережу і споживає з мережі реактивну потужність (енергію), потрібну для збудження. Такий режим з`являється, наприклад, при гальмуванні (переході) двохшвидкісного мотора з високою на низьку швидкість, як показано на рис. 1 а.

Мал. 1. Гальмування асинхронного мотора в основній схемі включення: а) з рекуперацією енергії в мережа- б) противовключением

Уявімо, що в початковому положенні движок працював на характеристиці 1 і в точці а, обертаючись зі швидкістю ωуст1. При збільшенні числа пар полюсів движок переходить на характеристику 2, ділянка БС якої відповідає гальмування з рекуперацією енергії в мережу.

Той же вид гальмування може бути реалізований в системі перетворювач частоти - движок при зупинці асинхронного двигуна або при переході з властивості на характеристику. Для цього здійснюється зменшення частоти вихідної напруги, а тим синхронної швидкості ωо = 2πf / p.

В силу механічної інерції поточна швидкість мотора ω буде змінюватися повільніше ніж синхронна швидкість ωо, і буде постійно перевершувати швидкість магнітного поля. Через це і з`являється режим гальмування з віддачею енергії в мережу.

Рекуперативне гальмування також може бути реалізовано в електроприводі вантажопідіймальних машин під час спуску вантажів. Для цього движок включається в напрямку спуску вантажу (риса 2 рис. 1 б).

Після закінчення гальмування він буде працювати в точці зі швидкістю -ωуст2. При цьому здійснюється процес спуску вантажу з віддачею енергії в мережу.

Рекуперативне гальмування є більш економним видом гальмування.

Гальмування асинхронного електродвигуна противовключением

Переклад асинхронного мотора в режим гальмування противовключением може бути виконаний 2-ма способами. Один з них пов`язаний зі зміною чергування 2-ух фаз живить електродвигун напруги.

Припустимо, що движок працює на характеристиці 1 (рис. 1 б) при чергуванні фаз напруги АВС. Тоді при перемиканні 2-ух фаз (наприклад, В і С) він переходить на характеристику 2, ділянка аб якої відповідає гальмування противовключением.

Звернемо увагу на ту обставину, що при противовключением ковзання асинхронного мотора змінюється від S = 2 до S = 1.

Ротор при цьому крутиться проти напрямку руху поля і постійно сповільнюється. Коли швидкість спадає до нуля, движок повинен бути відключений від мережі, інакше він може перейти в руховий режим, при цьому ротор його буде крутитися в напрямку, протилежному попередньому.

При гальмуванні противовключением струми в обмотці мотора можуть в 7-8 разів перевершувати належні номінальні струми. Помітно зменшується коефіцієнт потужності мотора. Про ККД в цьому випадку говорити не доводиться, тому що і перетворюються в електронну механічна енергія і енергія, споживана з мережі, розсіюються в активному опорі ротора, і корисно застосовуваної енергії в цьому випадку немає.

Короткозамкнені двигуни короткостроково перевантажуються по току. Правда, у них при (S > 1) внаслідок явища витиснення струму помітно зростає активний опір ротора. Це призводить до зменшення і підвищення моменту.

З метою зростання ефективності гальмування двигунів з фазним ротором в ланцюзі їх роторів вводять додаткові опору, що дозволяє обмежити струми в обмотках і збільшити момент.

Інший шлях гальмування противовключением може бути застосований при активному характері моменту навантаження, що створюється, наприклад, на валу мотора вантажопідйомного механізму.

Припустимо, що потрібно виконати спуск вантажу, забезпечуючи його гальмування за допомогою асинхронного мотора. Для цього движок шляхом включення в ланцюг ротора додаткового резистора (опору) перекладається на штучну характеристику (рівна 3 на рис. 1).

Внаслідок перевищення моментом навантаження Мс пускового моменту Мп мотора і його активного вдачі вантаж може опускатися з усталеною швидкістю -ωуст2. В цьому режимі гальмування ковзання асинхронного мотора може змінюватися від S = 1 до S = 2.

Динамічне гальмування асинхронного мотора

Для динамічного гальмування обмотки статора движок відключають від мережі змінного струму і підключають до джерела постійного струму, як це показано на рис. 2. Обмотка ротора при цьому може бути закорочена, або в її ланцюг включаються додаткові резистори з опором R2д.

Мал. 2. Схема динамічного гальмування асинхронного мотора (а) і схема включення обмоток статора (б)

Незмінний ток Iп, значення якого може регулюватися резистором 2, протікає по обмотках статора і робить щодо статора нерухоме магнітне поле. При обертанні ротора в ньому наводиться ЕРС, частота якої пропорційна швидкості. Ця ЕРС, в свою чергу, викликає виникнення струму в замкнутому контурі обмотки ротора, який робить магнітний потік, також непорушний щодо статора.

Взаємодія струму ротора з результуючим магнітним полем асинхронного мотора робить гальмівний момент, за рахунок якого досягається ефект гальмування. Движок в даному випадку працює в режимі генератора незалежно від мережі змінного струму, перетворюючи кінетичну енергію рухомих частин електроприводу і робочої машини в електронну, яка розсіюється у вигляді тепла в ланцюзі ротора.

На малюнку 2 б показана більш поширена схема включення обмоток статора при динамічному гальмуванні. Система збудження мотора в цьому режимі є несиметричною.

Для проведення аналізу роботи асинхронного мотора в режимі динамічного гальмування несиметричну систему збудження підміняють симетричною. З цією метою приймається допущення, що статор харчується не за незмінний струмом Iп, а таким собі еквівалентним трифазним змінним струмом, що створює таку ж МДС (магніторушійних силу), що і незмінний струм.

Електромеханічна і механічні властивості представлені на рис. 3.

Мал. 3. Електромеханічна і механічні властивості асинхронного мотора

Риса розміщена на малюнку в першому квадраті I, де s = ω / ωo - ковзання асинхронного мотора в режимі динамічного гальмування. Механічні характеристики двигуна розміщені у 2-му квадраті II.

Різні штучні властивості асинхронного мотора в режимі динамічного гальмування можна отримати, змінюючи опір R2д додаткових резисторів 3 (рис. 2) в ланцюзі ротора чи постійний струм Iп, що подається в обмотки статора.

Варіюючи значення R2д і Iп, можна отримати бажаний вид механічних характеристик асинхронного мотора в режимі динамічного гальмування і, тим, відповідну інтенсивність гальмування асинхронного електроприводу.

Мірошник А. І., Лисенко О. А.

Школа для електрика