Электродинамическое торможение асинхронного двигателя схема

Динамическое торможение конденсаторного электродвигателя

После отключения от сети электродвигатель продолжает движение по инерции. При этом кинетическая энергия расходуется на преодоление всех видов сопротивлений движению. Поэтому скорость электродвигателя через промежуток времени, в течение которого будет израсходована вся кинетическая энергия, становится равной нулю.

Такая остановка электродвигателя при движении по инерции называется свободным выбегом. Многие электродвигатели, работающие в продолжительном режиме или со значительными нагрузками, останавливают путём свободного выбега.

В тех же случаях, когда продолжительность свободного выбега значительна и оказывает влияние на производительность электродвигателя (работа с частыми пусками), для сокращения времени остановки применяют искусственный метод преобразования кинетической энергии, запасенной в движущейся системе, называемый торможением.

Все способы торможения электродвигателей можно разделить на два основных вида: механическое и электрическое.

При механическом торможении кинетическая энергия преобразуется в тепловую, за счёт которой происходит нагрев трущихся и прилегающих к ним частей механического тормоза.

При электрическом торможении кинетическая энергия преобразуется в электрическую и в зависимости от способа торможения двигателя либо отдаётся в сеть, либо преобразуется в тепловую энергию, идущую на нагрев обмоток двигателя и реостатов.

Наиболее совершенными считают такие схемы торможения, при которых механические напряжения в элементах электродвигателя незначительны

Схемы динамического торможения асинхронных двигателей

Для управления моментом при динамическом торможении асинхронным двигателем с фазным ротором по программе с заданием времени используются узлы схем, приведенные на рис. 1, из которых схема рис. 1, а применяется при наличии сети постоянного тока, а схема рис. 1, б — при отсутствии её.

В качестве тормозных резисторов в роторе используются пусковые резисторы R1, включение которых в режиме динамического торможения производится отключением контакторов ускорения, показанных в рассматриваемых узлах схем условно в виде одного контактора КМ3, команда на отключение которого подаётся блокировочным контактом линейного контактора КМ1.

Рис. 1. Схемы управления динамическим торможением асинхронных двигателей с фазным ротором с заданием времени при наличии и отсутствии сети постоянного тока

Эквивалентное значение постоянного тока в обмотке статора при торможении обеспечивается в схеме рис. 1, а дополнительным резистором R2, а в схеме рис. 1. б соответствующим выбором коэффициента трансформации трансформатора Т.

Контактор торможения КМ2 может быть выбран как на постоянном, так и на переменном токе в зависимости от требуемого числа включений в час и использования пусковой аппаратуры.

Приведенные на рис. 1 схемы управления могут использоваться для управления режимом динамического торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Для этого обычно используется схема с трансформатором и выпрямителем, приведенная на рис. 1, б.

Схемы торможения противовключением асинхронных двигателей

При управлении моментом при торможении противовключением асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с контролем скорости применяется узел схемы, приведенный на рис. 2.

В качестве реле противовключения используется реле контроля скорости SR, укрепляемое на двигателе. Реле настраивается на напряжение отпадания, соответствующее скорости, близкой к нулю и равной (0,1 — 0,2) ωуст.

Схема используется для остановки двигателя с торможением противовключением в реверсивной (рис. 2, а) в в нереверсивной (рис. 2, б) схемах. Команда SR используется для отключения контакторов КМ2 или КМЗ и КМ4, отключающих обмотку статора от напряжения сети при скорости двигателя, близкой к нулю. При реверсировании двигателя команды SR не используются.

Рис. 2. Узлы схемы управления торможения противовключением асинхронного двигателя с коооткозамкнутым ротором с контролем скорости при остановке в реверсивной и нереверсивной схемах

Узел управления асинхронным двигателем с фазным ротором в режиме торможения противовключеиием с одной ступенью, состоящей из R1 и R2, приведен на рис. 3. Управляющее реле противовключения KV, в качестве которого применяется, например, реле напряжения постоянного тока типа РЭВ301, которое подключено к двум фазам ротора через выпрямитель V. Реле настраивается на напряжение отпадания.

Часто для настройки реле KV используется дополнительный резистор R3. Схема в основном применяется при реверсировании АД со схемой управления, приведенной на рис. 3, а, но может использоваться и при остановке в нереверсивной схеме управления, приведенной на рис. 3, б.

При пуске двигателя реле противовключения КV не включатся и ступень противовключения резистора ротора R1 выводится сразу после подачи управляющей команды на пуск.

Рис. 3. Узлы схем управления торможением противовключением асинхронных двигателей с фазным ротором с контролем скорости при реверсе и остановке

В режиме противовключения после подачи команды на реверс (рис. 3, а) или остановку (рис. 3, б) скольжение электродвигателя повышается и происходит включение реле KV.

Реле KV отключает контакторы КМ4 и КМ5 и тем самым вводит полное сопротивление Rl + R2 ротор двигателя.

В конце процесса торможения при скорости асинхронного двигателя, близкой к нулю и составляющей примерно 10 — 20 % установившейся начальной скорости ωпер = (0,1 — 0,2) ωуст, реле KV отключается, обеспечивая команду на отключение ступени противовключения R1 с помощью контактора КМ4 и на реверсирование электродвигателя в реверсивной схеме или команду на остановку электродвигателя в нереверсивной схеме.

В приведенных схемах в качестве управляющего устройства может применяться командоконтроллер и другие аппараты.

Схемы механического торможения асинхронных двигателей

При остановке асинхронных двигателей, а также для удержания механизма передвижения или подъёма, например в крановых промышленных установках, в неподвижном состоянии при отключенном двигателе применяется механическое торможение. Оно обеспечивается электромагнитными колодочными или другими тормозами с трёхфазным электромагнитом переменного тока, который при включении растормаживает тормоз. Электромагнит тормоза YB включается и отключается вместе с двигателем (рис 4, а).

Напряжение на электромагнит тормоза YB может подаваться контактором торможения КМ2, если нужно отключать тормоз не одновременно с двигателем, а с некоторой задержкой по времени, например после окончания электрического торможения (рис. 4, б)

Выдержку времени обеспечивает реле времени КТ, получающее команду на начало отсчета времени, обычно при отключении линейного контактора КМ1 (рис. 4, в).

Рис. 4. Узлы схем, осуществляющих механическое торможение асинхронных двигателей

В асинхронных электроприводах применяются также электромагнитные тормоза постоянного тока при управлении электродвигателем от сети постоянного тока.

Схемы конденсаторного торможения асинхронных двигателей.

Для торможения АД с короткозамкнутым ротором применяется также конденсаторное торможение с самовозбуждением. Оно обеспечивается конденсаторами C1 — С3, подключенными к обмотке статора.

Включаются конденсаторы по схеме звезды (рис. 5, а) или треугольника (рис. 5, б).

Рис. 5. Узлы схем, осуществляющих конденсаторное торможение асинхронных двигателей.
.

Изменение магнитного поля статора

Этот способ можно назвать не полным реверсом. Также данный способ называют электромагнитным торможением или же торможением путем противовключения, так как в момент работы асинхронного двигателя, поменяв местами две фазы, тем самым изменив направление вращения магнитного поля статора двигателя, последний начинает затормаживать ротор машины, до полной остановки. Крайне важным является, то, что в момент остановки, или при скорости вращения вала близкой нулю, необходимо отключить подачу питания на статор двигателя, иначе, он начнет свое вращение в обратном направлении. Также у асинхронных двигателей с фазным ротором, для увеличения тормозного момента, а также ограничения возникающих в это время токов, в цепь фазного ротора включают реостат. Данный способ отлично подходит для регулировки скорости опускания грузов, когда момент груза, который действует на вал асинхронного двигателя больше момента магнитного поля статора.

Схемы конденсаторно-динамического торможения

Схемы конденсаторно-динамнческого торможения магнитным торможением.

Две основные схемы конденсаторно-динамического торможения (КДТ) показаны на рисунке 2.

В схеме постоянный ток подают в статор после прекращения действия конденсаторного торможения. Эта схема рекомендуется для точной остановки электропривода. Подачу постоянного тока следует производить в функции пути механизма. При сниженной частоте вращения момент динамического торможения значителен, что и обеспечивает быстрое окончательное затормаживание двигателя.

Эффективность такого двухступенчатого торможение видна из следующего примера.

При динамическом торможении двигателя АЛ41-4 (1,7 кВт, 1440 об/мин) с внешним моментом инерции на валу, составляющим 22% момента инерции ротора, время торможения равно 0,6 с, а тормозной путь 11,5 оборота вала.

При совмещении конденсаторного и динамического торможения время и путь торможения сокращаются до 0,16 с и 1,6 оборота вала (емкость конденсаторов была принята равной 3,9 Сном).

В схеме рис. 2,6 осуществляется перекрытие режимов с подачей постоянного тока до окончания процесса конденсаторного торможения. Для управления вторым этапом служит реле напряжения РН.

Конденсаторно-динамическое торможение по схеме рис. 2,6 позволяет снизить время и путь торможения в 4 — 5 раз по сравнению с конденсаторно-динамическим торможением по схеме рис. 1,а. Однако отклонения времени и пути от их сред них значений при последовательном действии режимов конденсаторного и динамического торможения в 2 — 3 раза, меньше, чем в схеме с перекрытием режимов.

Во многих промышленных системах двигатели останавливаются просто естественным замедлением . Время, затрачиваемое на это, зависит исключительно от инерции и сопротивляющего момента вращения двигателя. Однако часто приходится сокращать время, а электрическое торможение — простое и эффективное решение.

Электрическое торможение асинхронных двигателей — Руководство (фото кредит: Крис Шонц через Flickr)

По сравнению с механическими и гидравлическими тормозными системами, он имеет преимущество устойчивости и не требует износа деталей.

Опции электрической торможения, приведенные в этой статье //

1. Противоточное торможение
   1. Двигатель с короткозамкнутым ротором
   2. Двигатель скользкого кольца
2. Торможение при вводе постоянного тока
3. Электронное торможение
4. Торможение сверхсинхронной работой
5. Другие электрические тормозные системы

1. Противоточное торможение. Принцип

Мотор изолирован от электросети, пока он все еще работает, а затем снова подключается к нему наоборот. Это очень эффективная тормозная система с крутящим моментом, обычно превышающим пусковой момент, который должен быть остановлен достаточно рано, чтобы двигатель не двигался в противоположном направлении.

Несколько автоматических устройств используются для управления остановкой, как только скорость почти равна нулю:

1. Детекторы остановки трения, центробежные стоп-детекторы,
2. Хронометрические устройства,
3. Частотные измерения или реле напряжения ротора (моторы с проскальзывающим кольцом) и т. Д.

1.1 Двигатель с короткозамкнутым ротором

Прежде чем выбирать эту систему (рис. 1), важно обеспечить, чтобы двигатель мог противостоять противоточному торможению с требуемой нагрузкой. Помимо механического напряжения этот процесс подвергает ротор воздействию высоких тепловых нагрузок, так как энергия, выделяемая при каждой операции торможения (энергия скольжения от сети и кинетической энергии), рассеивается в клетке.

Тепловое напряжение при торможении в три раза больше, чем при сборе скоростей .

Рисунок 1 — Принцип противоточного торможения

При торможении пики тока и крутящего момента заметно выше, чем при пуске.

Для плавного торможения резистор часто устанавливается последовательно с каждой фазой статора при переключении на противоточное. Это уменьшает крутящий момент и ток, как при старте статора. Недостатки противоточного торможения в двигателях с короткозамкнутым ротором настолько велики, что эта система используется только для некоторых целей с маломощными двигателями .

1.2 Мотор скольжения

Чтобы ограничить ток и крутящий момент, прежде чем статор переключится на противоточное, крайне важно повторно вставить резисторы ротора, используемые для запуска, и часто добавлять дополнительную секцию торможения (см. Рисунок 2).

Рисунок 2 — Принцип противоточного торможения в асинхронной машине скольжения

При правильном роторном резисторе легко регулировать тормозной момент до требуемого значения. Когда ток переключается, напряжение ротора практически в два раза больше, чем когда ротор находится в состоянии покоя, что иногда требует особых мер предосторожности при изоляции.

Как и в случае с силовыми двигателями, в цепи ротора выделяется большое количество энергии . Он полностью рассеивается (минус несколько потерь) в резисторах.

Двигатель может быть остановлен автоматически одним из вышеупомянутых устройств или с помощью реле напряжения или частоты в цепи ротора. С помощью этой системы можно поддерживать ведущую нагрузку с умеренной скоростью. Характеристика очень неустойчива (широкие вариации в скорости против небольших колебаний крутящего момента).

Вернитесь к параметрам электрического торможения ↑

2. Торможение при вводе постоянного тока

Эта электрическая тормозная система используется на моторах скольжения и двигателя с короткозамкнутым ротором (см. Рис. 3). По сравнению с противоточной системой цена источника выпрямленного тока компенсируется меньшим количеством резисторов . Благодаря электронным регуляторам скорости и стартерам этот параметр торможения не добавляет к стоимости.

Процесс включает в себя изолирование статора от сети и подачу на него выпрямленного тока . Выпрямленный ток создает фиксированный поток в воздушном зазоре двигателя. Для значения этого потока для обеспечения надлежащего торможения ток должен быть примерно в 1, 3 раза больше номинального тока.

Избыток тепловых потерь, вызванных этим небольшим превышением тока, обычно компенсируется паузой после торможения .

Рисунок 3 — Принцип торможения постоянным током в асинхронной машине

Поскольку значение тока задается только сопротивлением обмотки статора, напряжение на источнике выпрямленного тока низкое. Источник обычно предоставляется выпрямителями или контроллерами скорости. Они должны уметь выдерживать скачки перенапряжений, вызванные обмотками, которые только что были отключены от переменного источника питания (например, 380 В RMS).

Движение ротора является скольжением относительно поля, зафиксированного в пространстве (тогда как поле вращается в противоположном направлении в противоточной системе). Двигатель ведет себя как синхронный генератор, разгружающийся в роторе .

По сравнению с противоточной системой //

Существуют важные отличия в характеристиках, полученных с выпрямленным впрыском тока, по сравнению с противоточной системой:

• Меньшая энергия рассеивается в резисторах ротора или в клетке. Это эквивалентно только механической энергии, выделяемой массами в движении. Единственная мощность, потребляемая от сети, — это возбуждение статора,
• Если нагрузка не является движущей силой, двигатель не запускается в противоположном направлении,
• Если нагрузка является движущей нагрузкой, система постоянно останавливается и удерживает нагрузку на низкой скорости. Это замедляет торможение, а не торможение. Характеристика намного стабильнее, чем в противотоке.

С моторами с проскальзывающими кольцами характеристики крутящего момента зависят от выбора резисторов.

Благодаря двигателям с короткозамкнутым ротором система позволяет легко регулировать момент торможения, воздействуя на ток постоянного тока. Тем не менее, тормозной момент будет низким, если двигатель работает на высокой скорости.

Чтобы предотвратить избыточный перегрев, должно быть устройство для отключения тока в статоре при торможении.

Вернитесь к параметрам электрического торможения ↑

3. Электронное торможение

Электронное торможение достигается просто с помощью регулятора скорости, оснащенного тормозным резистором . Затем асинхронный двигатель действует как генератор, и механическая энергия рассеивается в выпекающем резисторе без увеличения потерь в двигателе.

Блок стартера двигателя имеет четыре основные функции:

1. Изолируя нагрузку от основной цепи,
2. Помогите защитить двигатель от короткого замыкания,
3. Помогите защитить двигатель от тепловой перегрузки,
4. Коммутация или управление (старт-стоп).

Каждый пусковой блок двигателя может быть расширен с дополнительными функциями в зависимости от его назначения. Они могут включать:

• Мощность: регулятор скорости, плавный пуск, изменение фазы и т. Д.
• Управление: вспомогательные контакты, временная задержка, связь и т. Д.

В соответствии со структурой блока стартера двигателя функции могут быть распределены по-разному. (см. рис. 4) показаны возможные варианты.

Рисунок 4 — Различные функции и их комбинации для создания стартера двигателя

Подробнее о наиболее распространенных пусковых устройствах двигателя LV / MV //

Пускатели электродвигателей низкого и низкого напряжения

Вернитесь к параметрам электрического торможения ↑

4. Торможение при сверхсинхронной работе

Это — то, где двигатель двигает его выше его синхронной скорости, заставляя его действовать как асинхронный генератор и развивать тормозной момент. Помимо нескольких потерь, энергия восстанавливается электросети. С подъемным двигателем этот тип работы соответствует спуск нагрузки с номинальной скоростью. Тормозной момент точно уравновешивает крутящий момент от нагрузки и, вместо ослабления скорости, запускает двигатель с постоянной скоростью.

На двигателе с проскальзывающим кольцом все или часть резисторов ротора должны быть закорочены, чтобы двигатель не двигался выше его номинальной скорости, что было бы механически опасным.

Эта система имеет идеальные функции для ограничения движущей нагрузки:

• Скорость стабильна и практически не зависит от вращающего момента,
• Энергия восстанавливается и восстанавливается в сети.

Тем не менее, он включает только одну скорость, примерно такую, как номинальная скорость. Кроме того, на частотно-регулируемых двигателях используются перевернутые тормозные системы, которые меняются от быстрой до медленной. Оберсинхронное торможение легко достигается с помощью электронного регулятора скорости, который автоматически запускает систему при понижении частоты.

Вернитесь к параметрам электрического торможения ↑

5. Другие электрические тормозные системы

Одновременно можно обнаружить однофазное торможение. Это включает питание двигателя между двумя фазами сети и подключение незанятого терминала к одному из двух других подключенных к сети.

Тормозной момент ограничивается 1/3 максимального крутящего момента двигателя . Эта система не может заблокировать полную нагрузку и должна поддерживаться противоточным торможением. Это система, которая вызывает большой дисбаланс и большие потери.

Другая система торможения вихревым током ослабляется. Это работает по принципу, аналогичному используемому в промышленных транспортных средствах в дополнение к механическому торможению (электрические редукторы). Механическая энергия рассеивается в редукторе скорости. Торможение контролируется просто обмоткой возбуждения. Однако недостатком является то, что инерция значительно увеличивается .

Реверсирование //

3-фазные асинхронные двигатели (см. Рис. 5) обращены в обратную сторону простым способом пересечения двух обмоток для вращения вращающегося поля в двигателе.

Рисунок 5 — Принцип реверсирования асинхронного двигателя

Двигатель, как правило, переворачивается, когда он находится в состоянии покоя. В противном случае реверсирование фаз даст противоточное торможение (см. Параграф на двигателе кольца скольжения). Можно также использовать другие электрические тормозные системы, описанные выше.

Однофазное реверсирование двигателя — еще одна возможность, если все обмотки могут быть доступны.

Вернитесь к параметрам электрического торможения ↑

Ссылка // Руководство по решению автоматизации — Schneider Electric

Динамическое (электродинамическое) торможение

Если отключить двигатель от сети переменного тока и подключить его к источнику постоянного тока, то произойдет динамическое торможение. Обмотка статора, при протекании постоянного тока, создаст неподвижное магнитное поле. При вращении в таком поле, в роторе будет наводиться ЭДС, под действием которой будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с неподвижным полем статора и создавать тормозной момент, который будет направлен против направления вращения ротора. В итоге двигатель будет постепенно останавливаться, причем скорость его остановки будет зависеть от силы постоянного тока, протекающего по статору, ну и конечно же от запасенной кинетической энергии электропривода. Эта энергия, преобразовываясь в электрическую, рассеивается в виде тепла на роторе.

Комбинированный режим

Комбинированные тормозные режимы применяются в электрических машинах, если необходимо быстро остановить и зафиксировать механизм. Для этого используют механический блок торможения в комбинации с электрическим торможением. Комбинация может быть различной. Это может быть и электрическая схема с противовключением, динамическим и рекуперативным режимами.

Вот мы и рассмотрели основные способы и схемы торможения электродвигателей. Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Что делать, когда резистора нет

Частотник и тормозной резистор – обязательная конструктивная комплектация привода, но может оказаться, что резистор отсутствует. Что делать, когда резистора нет?

В этом случае привод включается в работу в зависимости от следующего алгоритма действий:

1. В настройках указываем отсутствие тормозного резистора.
2. В некоторых типах частотного преобразователя указываем торможение постоянным током.
3. В случае отсутствия резистора выбираем пониженную частоту, включаем реверс, постепенно понижаем частоту на ноль, переходим в обычный режим и на обычное значение частоты.