Трёхфазные асинхронные двигатели: методы торможения

Асинхронный двигатель и его работа

Очевидно, что режимы функционирования электродвигателей асинхронного типа напрямую зависят от их конструкции и общих принципов работы. Этот силовой агрегат совмещает в себе два ключевых компонента:

1. Неподвижный статор. Пластинчатый цилиндр, в продольные пазы на внутренней поверхности которого укладывается проволочная обмотка,
2. Вращающийся ротор. Совмещенный с валом сердечник (магнитопровод), который содержит прутковую обмотку на внешней стороне.

За счет различных частот вращения статора и ротора между ними возникает ЭДС, которая приводит вал в движение. Стандартное значение этого параметра может достигать 3000 об/мин, что требует определенного усилия для ее остановки. Из логических соображений можно заключить, что раз стартует двигатель за счет ЭДС, то и останавливать его тоже нужно электродинамическим путем.

Режим работы

Использовать электромеханический тормоз для торможения двигателя на ненулевой скорости рекомендуется только в аварийных случаях, поскольку в этом режиме резко повышается износ и нагрев тормозных колодок. Схема должна быть спроектирована таким образом, чтобы тормоз был стояночным, то есть включался только на нулевой скорости. Для этого в ПЧ имеется специальный выход. В таком режиме тормозные колодки почти не изнашиваются и имеют большой ресурс работы.

При частом использовании функции торможения происходит не только износ, но и нагрев тормоза. Если технологический процесс не позволяет сократить число торможений в единицу времени, следует предусмотреть дополнительный обдув тормоза, а также более ответственно подходить к его техобслуживанию.

Другие полезные материалы:

Техобслуживание преобразователя частоты Способы защиты электродвигателей Преимущества и недостатки асинхронного двигателя

Режим электромагнитного торможения

Режим электромагнитного торможения является еще более специфичными специализированным. Вся суть этого режима в том, что если вращение ротора асинхронной машины не совпадает с направлением вращения магнитного поля статора, то ротор будит затормаживаться под действием этого магнитного поля статора. Такой режим возможен только при реверсивном подключении асинхронной машины, так как путем переключения двух фаз достигается изменение направления вращения магнитного поля статора, и используется в различных грузоподъемных и транспортировочных устройствах. Этот режим часто называют режимом торможения противотоком или противовключением. При таком режиме, если нам необходимо остановить двигатель, при полной остановке, статор необходимо отключить от сети, так как вал начнет вращаться в обратном направлении.

Режим динамического торможения

В таком режиме, асинхронная машина отключается от трех фазной сети, и на обмотки статора подается постоянный ток. Таким образом на статоре образуется постоянное магнитное поле (постоянный магнит), которое тормозит ротор двигателя.

Все выше представленные режимы работы асинхронных машин, кроме режима двигателя, являются специализированными, и используются только в определенных установках, устройствах, станках и т.д.

Приведенная асинхронная машина

Для того чтобы параметры ротора и статора изобразить на одной векторной диаграмме асинхронного двигателя, произведем приведение параметров обмотки ротора к параметрам обмотки статора. При этом обмотку ротора с числом фаз m2, обмоточным коэффициентом k2 и числом витков W2 заменяют обмоткой с m1×k1×W1, соблюдая при этом энергетический баланс в роторе.

Не останавливаясь на методике приведения параметров, которая повторяется из статьи «приведенный трансформатор», перепишем основные уравнения приведенного асинхронного двигателя:

График соответствующий уравнению (1) (U1 = const)

На графике можно выделить три возможных режима работы: генераторный –∞ < s < 0; двигательный 0 < s < 1 и тормозной 1 < s < ∞.

Нормальная работа двигателя обычно протекает на линейном участке. Здесь находится точка номинального режима работы. Номинальный момент Mном соответствует номинальному скольжению sном = 0,01…0,05. Максимальный момент соответствует критическому скольжению sкр = 0,07…0,015. Кратность максимального момента к номинальному . Более высокие значения kмсоотв-ют АД с меньшим числом полюсов.

Момент при скольжении s = 1 называется пусковым Mп. Кратность пускового момента к номинальному

Механическую характеристику можно представить в виде зависимости ω = f(M). Для этого в уравнении (1) ω1 заменяется на ω = ω1 ∙ (1 – s). Для получения выражения для Mmax необходимо уравнение (1) продифференцировать по s и приравнять нулю, то есть . В результате получим .

Подставив sкр в (1), получим .

При малых значениях s << 1 электромагнитный момент будет равен .

При s близких к единице можно пренебречь активными сопротивлениями обмоток статора r1 и ротора r′2, так как они малы по сравнению с их индуктивными сопротивлениями. Тогда можно записать

Какой способ торможения лучше использовать

Каким способом лучше останавливать авто – используя торможение двигателем или тормозную систему? В обычном повседневном управлении машиной следует комбинировать оба метода. Торможение с использованием только штатной системы во многих случаях является опасным и считается неграмотным с точки зрения качества управления автомобилем. Комбинированный метод торможения включает снижение скорости путем нажатия на педаль тормоза, не выключая передачу. Именно такой способ является самым эффективным и безопасным.

Применение техники снижения скорости двигателем и торможение, при котором отрабатывает система АБС, обеспечивают различную интенсивность замедления и поэтому приводят к разным результатам.

Экстренное снижение скорости с АБС происходит на пределе допустимого сцепления колесных шин с дорожным покрытием. Такой режим торможения позволяет максимально быстро остановить авто и сократить тормозной путь.

Резкое торможение двигателем осуществить достаточно сложно, поэтому при таком способе тормозной путь будет максимальным. Мы не будем рассматривать случай остановки машины за счет падения сил инерции на нейтральной передаче (выбег автомобиля).

Таким образом, вопрос, «как осуществлять торможение – двигателем или с применением тормозной системы» приобретает следующую формулировку «как лучше останавливать авто – резко или плавно?».

Дать однозначный ответ невозможно. К примеру, возьмем ситуацию, когда машина движется по сколькой городской дороге, а впереди на расстоянии около 0,5 км загорается красный свет светофора, поэтому водитель решает снизить скорость. Если нажать на тормоз так, что срабатывает АБС, то автомобиль остановится быстро, но не в том месте, где это необходимо. При движении со скоростью 60 км/час на заснеженной дороге тормозной путь машины на зимней резине составит примерно 70 метров.

В описанном здесь примере более рациональным будет применение техники торможения двигателем. Водитель может просто бросить газ, и авто начнет плавно терять скорость на фоне снижения количества оборотов мотора. Таким образом, автомобиль будет приближаться к светофору с минимальной скоростью, и в нужном месте его можно будет остановить легким нажатием на педаль тормоза. Если же инерции автомобиля будет недостаточно, чтобы докатиться до светофора, то водитель может дозированно нажимать на акселератор, и, наоборот, если расстояние недостаточно для остановки, можно плавно нажимать на тормоз, немного усиливая торможение.

Теперь возьмем другую ситуацию. К примеру, на дорогу внезапно выбегает пешеход, или при подъезде к закрытому повороту на обычной скорости водитель видит машину с включенной «аварийкой». В таких случаях надо понимать, что торможение двигателем не позволит избежать столкновения, единственный выход – резко жать на тормоз. И под аккомпанемент трещащей АБС надеяться, что оставшегося места будет достаточно для остановки.

Как мы видим, для различных дорожных ситуаций используются разные варианты торможения:

• если есть достаточно места для остановки, следует использовать технику торможения двигателем;
• если интенсивность торможения мотором будет недостаточной, следует комбинировать этот прием с использованием метода остановки штатной системой торможения;
• если вы сомневаетесь, что автомобилю хватит места для остановки, стоит с самого начала применить комбинированное торможение (нажать на педаль тормоза при включенной передаче);
• если места для остановки критически мало, нужно резко тормозить с использованием АБС (до упора выжимаем сцепление и тормоз).

Остановка машины с АБС допускает выключение сцепления, так как при резком торможении мотор уже не будет влиять на интенсивность снижения скорости, но при включенной передаче он может заглохнуть. Именно поэтому автопроизводители и инструкторы по вождению рекомендуют выжимать сцепление при экстренном торможении.

Способы подачи питания на тормоз

Электромеханический тормоз может иметь зависимое или независимое питание. В первом случае его катушка запитывается от того же источника, что и обмотки двигателя. При этом тормоз должен быть нормально заторможенным, чтобы при пропадании питания он фиксировал ротор.

Тормоз с независимым питанием может управляться более гибко, однако он требует отдельную схему питания, которая должна быть синхронизирована с питанием двигателя. Наиболее универсальный тормоз данного типа – двухобмоточный. Катушка в нем состоит из двух обмоток. Короткой обмоткой тормоз включается, длинной (с меньшим током) удерживается.

Если питание двигателя производится от ПЧ, необходимо в настройках преобразователя обратить внимание на параметры электромеханического тормоза. В идеальном варианте ПЧ и двигатель с тормозом должны быть выпущены одним производителем

5.15. ДВУХФАЗНЫЙ КОНДЕНСАТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Двухфазный конденсаторный
двигатель имеет на статоре две обмотки ОВ и ОУ, рассчитанные на длительное протекание
тока. Обмотки располагаются в пространстве под углом 90 эл. градусов), а последовательно
одной из них включают конденсатор С.

Двухфазный конденсаторный
двигатель переменного тока обладает вращающимся магнитным полем (правда, не
круговым, а эллиптическим). Поэтому он не нуждается в специальных пусковых устройствах
(рис. 5.15 1.).

Двухфазный асинхронный
двигатель, в отличие от трехфазного, имеет возможность плавного регулирования
частоты вращения ротора.

Делается это одним из двух
способов: амплитудным (изменением напряжения Uy) и фазным (изменением емкости
конденсатора С).

Двухфазные двигатели получили
широкое распространение в бытовых приборах и лабораторной практике.

В отличие от рассмотренных
выше типов двигателей, интересен двигатель с полым ротором. Он имеет два статора,
между которыми располагается ротор (рис. 5.15.2.).

Наружный статор 1 имеет
обычно конструкцию с двухфазной обмоткой 4. Фазные обмотки сдвинуты в пространстве
относительно друг друга на 90°. Внутренний статор 3 представляет
собой пакет электротехнической стали без обмотки. В воздушном зазоре между
статорами помещен ротор двигателя 2, который не имеет обмотки и выполнен в виде
стакана с тонкими стенками из немагнитного материала (алюминия). Посредством
втулки 6 ротор укреплен на валу двигателя 5. Такая конструкция обеспечивает
ему незначительную инерцию и делает двигатель чувствительным даже к небольшим
импульсам (сигналам) тока. Этому также способствует наличие второго статора,
который уменьшает сопротивление магнитной цепи. Одна из фаз обмоток статора
включается на напряжение сети U_с, другая является управляющей обмоткой.
Когда напряжение на ней отсутствует, ротор неподвижен. С появлением управляющего
сигнала U_у достаточной величины статор создает двухфазное вращающееся
поле, и двигатель развивает вращающий момент, величина которого пропорциональна
U_c.

Работа этого двигателя
основана на взаимодействии магнитного поля статора с вихревыми токами, наведенными
на поверхность полого ротора.

Машины с полым ротором
весьма чувствительны к изменениям напряжения сигнала и его продолжительности,
что дает возможность применять их в качестве исполнительных двигателей.

Электродвигатели с тормозом

Одним из важных конструктивных элементов электродвигателя является тормоз. Он позволяет обеспечить максимально быструю остановку электродвигателя, что необходимо при многих технологических процессах. Электродвигатели с тормозом устанавливаются на деревообрабатывающих и металлорежущих станках, талях и крановых установках, на упаковочных линиях, эскалаторах, лифтах и на других механизмах, требующих практически мгновенного останова за регламентированное время. Электродвигатели с тормозом бывают общего назначения. В маркировке таких двигателей после числа, обозначающего количество полюсов, ставится буква «Е», Некоторые агрегаты могут быть укомплектованы тормозом с ручным растормаживанием. В маркировке такой конструктивный элемент обозначается буквенно-числовым индексом «Е2».

Задачи, выполняемые электромагнитным тормозом

Электродвигатели с электромагнитным тормозом устанавливаются на самом разном оборудовании. Тормоз призван выполнять следующие задачи:

• остановка приводимых в движение исполнительных механизмов при их позиционировании;
• аварийная остановка в случае угрозы выхода из строя привода;
• аварийная остановка для обеспечения безопасного использования привода;
• блокировка механизмов при отключении питания;
• сокращение времени выбега привода при циклической работе.

Наиболее распространенной задачей является остановка привода на требуемое время или в определенном положении, в соответствии с технологическим процессом. В зависимости от типа напряжения, подаваемого на катушки электромагнитов, тормоза бывают постоянного или переменного тока. Питание тормоза может быть общим или независимым, в последнем случае в маркировке рядом с буквой «Е» указывается буква «Н».

Особенности конструкции электромагнитного тормоза и принцип действия

Электродвигатели с встроенным тормозом, вне зависимости от типа напряжения имеют одинаковую конструкцию. Конструктивно тормоз состоит из трех основных элементов:

• электромагнит, представляющий собой стальной корпус, в котором размещена одна или несколько катушек;
• якорь с антифрикционной поверхностью, с которой контактирует тормозной диск. Он выполняет функцию исполнительного элемента электромагнитного тормоза;
• тормозной диск, являющийся рабочей частью тормоза и оснащенный безасбестовыми фрикционными накладками и. Он перемещается по зубчатой втулке, которая крепится на заторможенном приводе или валу двигателя.

Принцип действия

В выключенном или остановленном состоянии электродвигатель всегда является заторможенным. Это обеспечивается нажимом тарельчатых пружин на якорь, который воздействует непосредственно на тормозной диск. При этом создается рассчитанный тормозной момент, определяемый, обычно, силой прижатия накладок и их площадью. В результате вал двигателя останавливается. В момент подачи тока на катушку электромагнита, она генерирует магнитное поле, притягивающее к себе якорь. Он, в свою очередь, отпускает тормозной диск, и вал электродвигателя начинает вращаться. Если с задачей динамического торможения лучше всего справляются сложные электронные устройства, то для работы двигателя в режиме частых пусков остановов лучше всего использовать электромеханические тормозные устройства с ручным растормаживанием

На что обратить внимание при выборе электромагнитного тормоза Двигатели могут комплектоваться различными по характеристикам электромагнитными тормозами. Если есть возможность выбрать параметры, то в первую очередь стоит обратить внимание на статический и динамический тормозной момент, а также на время срабатывания

Последний из этих параметров наиболее важен в момент аварийного срабатывания или для расчета тормозного пути. Также стоит поинтересоваться ресурсом тормозных накладок, особенно в том случае, если пуск и останов двигателя происходит регулярно.

Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ по телефону или пришлите заявку на электронную почту с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.

Электрические схемы

Описание и свойства прямого пуска асинхронного электродвигателя

При пуске ротор двигателя, преодолевая момент нагрузки и момент инерции, разгоняется от частоты вращения п = 0 до п . Скольжение при этом меняется от sп = 1 до s. При пуске должны выполняться два основных требования: вращающий момент должен бить больше момента сопротивления (Мвр>Мс) и пусковой ток Iп должен быть по возможности небольшим.

В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска: прямой пуск, пуск с использованием дополнительных сопротивлений, пуск при пониженном напряжении и др.

Пуск двигателя непосредственным включением на напряжение сети обмотки статора называется прямым пуском. Схема прямого пуска приведена на однолинейной электрической схеме. При включении контактора в первый момент скольжение s = l, а приведенный ток в роторе и равный ему ток статора

максимальны. По мере разгона ротора скольжение уменьшается и поэтому в конце пуска ток значительно меньше, чем в первый момент. В серийных двигателях при прямом пуске кратность пускового тока kI = IП / I1НОМ = ( 5,…,7), причем большее значение относится к двигателям большей мощности.

Значение пускового момента находится при s = 1:

Для серийных двигателей кратность пускового момента МП/ МНОМ = (1.0,…,1.8).

Приведенные данные показывают, что при прямом пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться.

С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу и не тронется с места.

В силу указанных недостатков прямой пуск можно применять только у двигателей малой и средней мощности (примерно до 50 кВт).

График изменения тока и момента при пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Трёхфазные асинхронные двигатели: методы торможения

Главная страница » Трёхфазные асинхронные двигатели: методы торможения

Значительное число приводных систем используются при естественном замедлении работы двигателей в процессе остановки. Время, затрачиваемое на остановку ротора, измеряется исключительно инерционным моментом и моментом сопротивления вращению. Между тем нередко эксплуатация систем требует сокращать время остановки вала мотора и в этом случае электрическое торможение хода электродвигателя видится простым и эффективным решением. По сравнению устройствами, где применяются механический или гидравлический способы, электрическое торможение двигателей имеет явные преимущества в плане устойчивости действия и экономичности применения.

Схемы конденсаторного торможения электродвигателей

Конденсаторное торможение асинхронных двигателей

На рисунке приведена схема включения двигателя при конденсаторном торможении. Параллельно обмотке статора включают конденсаторы, обычно соединенные по схеме треугольника.

При отключении двигателя от сети токи разряда конденсаторов создают магнитное поле, вращающееся с низкой угловой скоростью. Машина переходит в режим генераторного торможения, частота вращения снижается до значения, соответствующего частоте вращения возбужденного поля. Во время разряда конденсаторов появляется большой тормозной момент, который с уменьшением частоты вращения падает.

В начале торможения происходит быстрое поглощение запасенной ротором кинетической энергии при малом тормозном пути. Торможение резкое, ударные моменты достигают 7 Мном. Значение пика тормозного тока при самых больших значениях емкости не превышает пускового тока.

С ростом емкости конденсаторов тормозной момент увеличивается и торможение длится до более низкой частоты вращения. Исследования показали, что оптимальное значение емкости лежит в пределах 4 — 6 Сном. Конденсаторное торможение прекращается при частоте вращения 30 — 40% номинальной, когда частота вращения ротора становится равной частоте вращения поля статора от возникающих в статоре свободных токов. При этом в процессе торможения поглощается более 3/4 кинетической энергии, запасенной приводом.

Для полной остановки двигателя по схеме на рисунке 1,а необходимо наличие на валу момента сопротивления. Описанная схема выгодно отличается отсутствием переключающих аппаратов, простотой обслуживания, надежностью и экономичностью.

При глухом подключении конденсаторов параллельно двигателю можно применять только такие типы конденсаторов, которые рассчитаны на длительную работу в цепи переменного тока.

Если торможение осуществляется по схеме рисунке 1 с подключением конденсаторов после отключения двигателя от сети, возможно применение более дешевых и малогабаритных металлобумажных конденсаторов типов МБГП и МБГО, предназначенных для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока, а также сухих полярных электролитических конденсаторов (КЭ, КЭГ и др.).

Конденсаторное торможение с глухо подключенными по схеме треугольника конденсаторами целесообразно применять для быстрой и точной остановки электроприводов, на валу которых действует момент нагрузки не менее 25% номинального момента двигателя.

Для конденсаторного торможения может быть применена и упрощенная схема: однофазное включение конденсаторов (рис. 1,6). Для получения такого же тормозного эффекта, как при трехфазном включении емкости, необходимо, чтобы емкость конденсатора в однофазной схеме была в 2,1 раза больше емкости в каждой фазе в схеме на рис. 1,а. При этом, однако, емкость в однофазной схеме составляет лишь 70% суммарной емкости конденсаторов при их трехфазном включении.

Потери энергии в двигателе при конденсаторном торможении наименьшие по сравнению с другими видами торможения, поэтому оно рекомендуется для электроприводов с большим числом включений.

При выборе аппаратуры следует учесть, что контакторы в цепи статора должны быть рассчитаны на ток, протекающий по конденсаторам. Для устранения недостатка конденсаторного торможения — прекращения действия до полной остановки электродвигателя — используют его сочетания с динамическим имагнитным торможением.