В каких тормозных режимах может работать асинхронный двигатель? Как эти режимы могут быть получены. Механические характеристики.

Торможение АД можно осуществить при питании его от сети переменного тока путем подключения цепи статора к источнику по­стоянного тока (динамическое торможение), а также при его само­возбуждении.

Торможение противовключениемосуществляется двумя путями. Один из них связан с изменением чередования на статоре двух фаз питающего АД напряжения. Допустим, например, что АД работает по механической характеристике 1 в точке а (рис. 5.36, а) при чередовании на статоре фаз напряжения сети ABC. Тогда при переключении двух фаз (например, В и С) АД переходит на работу по характеристике 3 в точке d, участок db которой соответствует торможению противовключением. Отметим, что при реализации торможения для ограничения тока и момента АД производится включение добавочных резисторов в цепь ротора или статора.

Другой путь перевода АД в режим торможения противовключением может быть использован при активном характере момента нагрузки М_к. Допустим, что требуется осуществить спуск груза, обеспечивая его торможение с помощью АД (так называемый тормозной спуск груза). Для этого АД включается на подъем с большим добавочным сопротивлением R_2Д в цепи ротора (кривая 2). Вследствие превышения моментом нагрузки М_С пускового момента двигателя М_П и его активного характера груз начнет опускаться с уста­новившейся скоростью. АД при этом будет работать в режи­ме торможения противовключением.

 

Рекуперативное торможение осуществляется в том случае, когда скорость АД превышает синхронную ω_о и он работает в генератор­ном режиме параллельно с сетью. Такой режим возникает, например, при переходе двухскоростного АД с высокий скорости на низкую, как это показано на рис. 5.36, б. Предположим, что в исходном поло­жении АД работал по характеристике 1 в точке а, вращаясь со скоро­стью ω_УСТ1.При увеличении числа пар полюсов АД переходит на ра­боту по характеристике 2 в точке b, участок bc которой соответству­ет торможению с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть.

Этот же вид торможения может быть реализован в системе «пре­образователь частоты - двигатель» при останове АД или его пере­ходе с характеристики на характеристику. Для этого осуществляет­ся уменьшение частоты выходного напряжения ПЧ, а значит, и син­хронной скорости. В силу механической инерции текущая ско­рость АД со будет изменяться медленнее, чем скорость вращения магнитного поля, т. е. будет постоянно ее превышать. За счет это­го и возникает режим торможения с отдачей энергии в сеть. Отме­тим, что ПЧ должен быть способен при этом передать энергию от двигателя в сеть.

Рекуперативное торможение также может быть реализовано в ЭП грузоподъемных механизмов при спуске грузов. Для этого АД включается в направлении спуска груза (характеристика 3 на рис. 5.36, а). После окончания разбега он будет работать в точке с со скоростью -ω_уст2. При этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения АД.

Для динамического торможения обмотку статора АД отключа­ют от сети переменного тока и подключают к источнику постоян­ного тока, как это показано на рис. 5.37. Обмотка ротора АД 1 при этом может быть закорочена или в ее цепь включаются добавочные резисторы 3 с сопротивлением R_2Д.

Постоянный ток /_п, значение которого может регулироваться ре­зистором 2, протекает по обмоткам статора и создает неподвижное в пространстве магнитное поле (возбуждает АД). При вращении ро­тора в нем наводится ЭДС, под действием которой в обмотке проте­кает ток, создающий магнитный поток, также неподвижный в прост­ранстве. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме ге­нератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей ЭП и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

Электромеханичес­кую I₂'(s) (кривая 7) и механические M(s) кривые 4... 6 характерис­тики АД.

Характеристика I'_R(s) расположена на рисунке в первом квадранте, где s = ω/ω₀ - скольжение АД в режиме динамического тормо­жения. Механические характеристики АД расположены во втором квадранте.

Различные искусственные механические характеристики АД в режиме динамического торможения можно получить, изменяя со­противление R_2Д добавочных резисторов 3 в цепи ротора или постоянный ток /_п, подаваемый в обмотки статора. На рисунке пока­заны механические характеристики АД для различных сочетаний /_п и R_2д. Характеристика 6 соответствует току /_п1 и сопротивлению ре­зистора R_2Д1 максимальный момент на ней равен М_м1, а скольжение, ему соответствующее, - s_М1. Увеличение сопротивления резисторов 3 R_2Д2 > R_2Д1 при /_п = const не приводит к изменению максималь­ного момента, в то время как максимальное скольжение s_m при этом пропорционально возрастает, что видно из характеристики 4.

Торможение при самовозбуждении основано на том, что после отключения АД от сети его электромагнитное поле затухает (исчезает не мгновенно) в течение некоторого, пусть и небольшого интервала времени. За счет энергии этого затухающего поля и ис­пользования специальных схем включения АД можно обеспечить его самовозбуждение и реализовать тормозной режим. На практи­ке применение нашли так называемые конденсаторное и магнит­ное торможение АД.

При конденсаторном торможении, схема которого приведена на рис. 5.38, а, возбуждение АД 1 осуществляется с помощью конден­саторов 2, подключаемых к статору. Определяющим фактором, от которого зависят вид и расположе­ние характеристик АД 1 ...3 (см. рис. 5.38, б), а значит, интенсивность торможения, является емкость конденсаторов С (кривые 1...3 соот­ветствуют значениям С₁< С₂< С₃). Чем она больше, тем больше бу­дет максимум тормозного момента, а характеристики будут смещать­ся в область низких скоростей АД.

Магнитное торможение реализуется после отключения статора двигателя от сети и замыкания с помощью контактов его выводов накоротко. За счет запасенной в двигателе электромагнитной энергии проис­ходит самовозбуждение двигателя и на его валу создается тормозной момент. Особенностью такого торможения является быстротеч­ность, определяемая небольшим временем затухания магнитного поля двигателя, однако возникающие тормозные моменты до­статочно велики и обеспечивают интенсивное торможение ЭП.

Практические возможности торможения АД существенно рас­ширило использование тиристорных регуляторов напряжения, ко­торые позволяют осуществлять как пуск двигателя, так и его тор­можение. Для обеспечения интенсивного торможения двигателя часто используется комбинированный способ, например динамичес­кое торможение в сочетании с торможением коротким замыкани­ем. Этот способ может быть реализован тиристорным устройством.