РЕЖИМЫ ТОРМОЖЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения характерны три вида электрического торможения:

• 1) генераторное (рекуперативное);
• 2) динамическое;
• 3) торможение противовключением.

Рекуперативное торможение. Условие генераторного торможения — со > соо (под действием постороннего источника механической энергии). При этом ЭДС обмотки якоря ? будет больше приложенного напряжения сети U. Тогда ток якоря / = (?/- E)/R& изменит направление (знак) и будет направлен согласно с ЭДС. Смена направления тока приведет к изменению направления электромагнитного момента Л/_г = —кФ_н1_н, который будет направлен против движения электропривода, то есть налицо режим торможения, когда сои М_т направлены встречно. Двигатель переходит в режим торможения и работает как генератор параллельно с сетью (рекуперативное торможение).

Уравнение ЭМХ двигателя постоянного тока в рекуперативном торможении получим из уравнения (2.11) после подстановки значения Е

Сравнивая уравнения (2.11) и (2.27) видим, что характеристики проходят при токе / = 0 через ©о, и ЭМХ ДПТ НВ в режиме рекуперативного торможения представляют собой продолжение двигательного режима.

Уравнение электрического равновесия для этого режима

Умножим левую и правую части этого уравнения на ток якоря с учетом его знака / < 0 и получим

Тогда баланс мощностей примет вид :

Здесь Р< 0 означает, что механическая мощность после преобразования поступает в виде электрической мощности в сеть;

Р₂<0 означает, что к валу двигателя приложена механическая мощность внешнего источника механической энергии (рис.2.10).

На практике режим рекуперативного торможения образуется при наличии активного статического момента или при ступенчатом с ни-

Рис. 2.10. Направления потоков мощности Рис. 2.11. Схема динамит ес

ДПТ НВ в режиме генераторного торможения кого торможения ДПТ НВ жении напряжения на обмотке якоря ДПТ НВ (см. рис. 2.15, характеристика 5 выше скорости идеального холостого хода до точки б).

Динамическое торможение. Известны два вида динамического торможения:

• 1) с независимым возбуждением, когда обмотка возбуждения питается от постороннего источника;
• 2) с самовозбуждением, когда обмотку возбуждения подключают к якорю. Применяют в качестве аварийного при отключении источников питания.

Условия динамического торможения:

• 1) якорь отключают от питающей сети;
• 2) якорь после отключения от сети замыкают на добавочное сопротивление (рис. 2.11).

В режиме динамического торможения источник тока— это ЭДС якоря Е, тогда ток якоря /_{д т} = E/R_ял, то есть ток меняет свое направление и двигатель создает тормозной момент, работая во втором квадранте. Тогда электромеханическую характеристику ДПТ НВ находят из основного уравнения (2.11) при (J= О

где /_ЛТ —ток якоря в режиме динамического торможения.

Она представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (рис. 2.12).

Добавочное сопротивление для ограничения тока якоря определяют по условиям коммутации или допустимым ускорениям (выбирают наиболее тяжелое условие).

Положим, например, что сопротивление цепи якоря в относи-

о

тельных единицах составляет Ля =0,1, тогда при номинальном токе нагрузки в двигательном режиме в якоре наводится ЭДС

Рис. 2.12. Механические характеристики ДПТ НВ в режиме динамического торможения

E = 1 - R*l = 1 - 0,1 = 0,9. Если после отключения от источника якорь просто закоротить, то по нему будет протекать в начальный момент

О ООО

времени ТОК /нач =E/R*l /нач =0,9/0,1 =9, ТО есть /нач ⁼ 9/_н, что

недопустимо по коммутационным способностям двигателя. Добавочное сопротивление в режиме динамического торможения

где /_доп — допустимое значение тока по наиболее жесткому требованию, по коммутационной способности /_доп = Х/_н.

Интенсивность торможения выше при большем значении тормозного момента двигателя. На рисунке 2.12 это происходит при добавочном сопротивлении /?_{д х2} в цепи якоря.

Баланс мощностей для режима динамического торможения О = (-7)²/?я.ц + Д-7), то есть Р = 0, Р₂ < 0, иными словами, механическая мощность, поступающая от механизма на вал двигателя, преобразуется в электрическую АР, которая тратится на нагрев элементов якорной цепи. Мощность обмотки возбуждения значительно меньше Р₂ и на графике баланса мощности обычно ее не показывают.

Пример 2.6. Для двигателя 2ПФ-160МУ4 осуществите режим динамического торможения с независимым возбуждением при реактивном моменте сопротивления М_с = Л/_н, если допустимое ускорение е_доп = 735 с^-2. Определите параметры цепи якоря. Постройте механическую характеристику двигателя. Приведите принципиальную электрическую схему. Укажите направление потоков мощности.

Решение. Двигатель отключают от источника питания, от которого он был запитан в двигательном режиме, и замыкают на добавочное сопротивление /^_т (см. рис.).

Из формулы допустимого ускорения

где Л/д — динамический момент, равный сумме статического момента Л/_с = М_н и момента двигателя М,

определяем допустимое значение момента М_{:

Это значение момента двигателя значительно меньше Л/_доп = 240 Нм, следовательно, двигатель проходит по коммутационной способности.

Находим значение тока якоря в режиме динамического торможения

Добавочное сопротивление в цепи якоря в режиме динамического торможения

Механическая характеристика двигателя

При М = М (о = -(-13) * 12,075 = 157 рад/с = со„.

На И MX машина работает в генераторном режиме. Мощность />₂ расходуется на нагрев цепи якоря. Для расчета баланса мощностей и определения направлений потоков мощности воспользуемся уравнениями:

Торможение противовключением. Существуют два вида торможения противовключением для ДПТ НВ.

1. При активном статическом моменте, когда в цепь якоря вводят большое добавочное сопротивление (рис. 2.13). Ток якоря в этом случае уменьшается (точка В),

Рис. 2.13. Механические характеристики ДПТ НВ в режиме торможения противовключением при активном статическом моменте

момент двигателя М (точка D) становится меньше активного статического момента М_{с а} (например, подъемник) и двигатель начинает снижать обороты (M_D < М_{с а}) и согласно уравнению движения (е < 0) до точки К (ю = 0), а затем под влиянием М_ся реверсируется (со < 0) и разгоняется в направлении, противоположном действию момента двигателя (см. рис. 2.13, прямая КС). После точки К наблюдается режим торможения противовключением, который на- звают еще генераторным режимом последовательно с сетью.

Ток в режиме торможения противовключением по мере возрастания частоты вращения увеличивается, поскольку со сменой направления вращения («в < 0) ЭДС изменит свой знак (Е < 0) и будет иметь полярность, аналогичную напряжению сети, вследствие чего ток становится равным I = (U + E)/R„ _ц и растет до значения, при котором тормозной момент достигает М_сл. Установившийся режим торможения наступит при угловой скорости <а_с.

Уравнение баланса мощностей для режима торможения противовключением получим из уравнения электрического равновесия

умножив его на ток якоря /, при этом получим равенство мощностей в цепи якоря

из которого следует, что Р_х > 0 — двигатель потребляет активную мощность из сети, Р₂ < 0 — к валу двигателя приложена механическая мощность рабочей машины (действует активный статический момент М_сл), АР >0 — потери мощности в двигателе

Таким образом, вся мощность, как потребляемая Р_ь так и преобразуемая в электрическую Р₂, тратится на нагрев двигателя, что создает крайне неблагоприятный режим в тепловом отношении, не говоря об энергетической стороне этого режима электромеханического преобразования энергии.

2. При реактивном статическом моменте торможение противовключением получают путем смены полярности напряжения на зажимах якоря. В этом случае ток меняет свое направление и становится отрицательным:

а момент двигателя (рис. 2.14) становится тормозным (точка В). Поскольку полярность напряжения в режиме торможения протиРис. 2.14. Механические характеристики ДПТ НВ в режиме торможения про- тивовклюяеннем при реактивном статическом моменте

вовключением совпадает с полярностью ЭДС, то ток в якоре в момент переключения может достичь 20 /_н, что недопустимо по условиям коммутации. Для ограничения тока по условиям коммутации или допустимым ускорениям включают добавочное сопротивление _п в цепь якоря, обеспечивая соблюдение условия

А.п — /доп>

Тогда уравнение ЭМХ двигателя в режиме торможения проти- вовключением получим из уравнения (2.11) после подстановки в него U

где /_тп —ток якоря в режиме торможения противовюночением.

Характеристика проходит через щ и = <м_г (точка В, см. рис. 2.14). Если при со = 0 (точка К) Л/_с2 < М_к, то двигатель изменит направление вращения (совершит реверс) и станет вращаться с частотой со_с. Если при со = 0 М_с2 > М_к, где М_к— момент двигателя в точке К при со = 0, то якорь двигателя будет обтекаться током, оставаясь в неподвижном состоянии, поскольку ток якоря 1_К (по модулю) в точке К меньше /_с. Как в первом, так и во втором случае двигатель отключают от сети при достижении со = 0.

Уравнение баланса мощностей в режиме торможения противо- включением (участок ВК) получают из уравнения электрического равновесия для цепи якоря

После умножения на ток якоря с учетом его знака (—I)

Исходя из последнего выражения, отметим аналогию с режимом торможения противовключением при активном статическом моменте (Р_{ > О, Р₂ < О, АР> 0).

Пример 2.7. Осуществите режим торможения противовключением при реактивном моменте сопротивления М_с = А/_н по допустимым условиям коммутации, полагая, что двигатель 2ПФ-160МУ4 до торможения работал на естественной механической характеристике. Укажите направление потоков мощности в электроприводе.

Решение. Режим торможения противовключением осуществляют изменением полярности на зажимах якоря, при этом ток якоря обозначим 1₂.

В этом режиме примем условие допустимой коммутационной способности двигателя, чтобы

где /доп — Допустимый ток якоря, который определяют по паспортным данным двигателя.

На принципиальной электрической схеме знаки «плюс* и «минус* в кружочках отнесены к режиму торможения противовключением.

Допустимый ток зависит от коммутационных способностей двигателя где X — перегрузочная способность двигателя Х = 5 (паспортные данные);

Для ограничения тока в цепи якоря вводят добавочное сопротивление

Торможение начинается со скорости со*, и заканчивается при со = 0.

Рассмотрим, как направлены потоки мощности:

Как следует из баланса мощностей, потребляемая мощность Р и мощность Р₂ выделяются в двигателе в виде потерь ДР, вызывающих нагрев электрической машины. Механические характеристики и направления потоков показаны на приведенном далее оисунке.

Рис. 2.15. Механические характеристики ДПТ НВ для различных режимов работы:

/ — двигательный режим при U = U_H; 2— рекуперативное торможение; 3, 4 —динамическое торможение при R_a т1 < Я_Х1г, 5—двигательный режим при U< U_H б—торможение противовключением

В заключение на рисунке 2.15 приведены механические характеристики ДПТ НВ для двигательного режима работы и рассмотренных режимов торможения.