Спирачни режими на двигателя с паралелно възбуждане

Спирачният режим на двигателя в електрическото задвижване се използва наравно с двигателя. Използването на електродвигател като електрическа спирачка се използва широко на практика за съкращаване на времето за спиране и заден ход, намаляване на скоростта на въртене, предотвратяване на прекомерно увеличаване на скоростта на движение и в редица други случаи.

Работата на електродвигателя като електрическа спирачка се основава на принципа на обратимост на електрическите машини, тоест електродвигателят при определени условия преминава в режим на генератор.

На практика за спиране се използват три режима:

1) генератор (рекуперативен) с връщане на енергия към мрежата,

2) електродинамичен,

3) противопоставяне.

При конструирането на механични характеристики в система с правоъгълни координати е важно да се определят признаците на въртящия момент и скоростта на въртене на двигателя в режимите на двигателя и спирането. За това режимът на двигателя обикновено се приема за основен, като се има предвид скоростта на въртене и въртящият момент на двигателя в този режим като положителни. В тази връзка характеристиките н = f (M) на моторния режим са разположени в първия квадрант (фиг. 1). Разположението на механичните характеристики в режимите на спиране зависи от знаците на въртящия момент и скоростта на въртене.

Ориз. 1… Схеми на свързване и механични характеристики на двигател с паралелно възбуждане в моторни и спирачни режими.

Нека разгледаме тези режими и съответните участъци от механичните характеристики на двигателя с паралелно възбуждане.

Опозиция.

Състоянието на електрическото задвижване се определя от комбинираното действие на въртящия момент на мотора Мд и въртящия момент на статичното натоварване Мс. Например скоростта на въртене в стационарно състояние n1 при повдигане на товар с лебедка, той съответства на работата на двигателя при естествена характеристика (фиг.1 точка А), когато Md = Ms. Ако се въведе допълнително съпротивление във веригата на котвата на двигателя, тогава скоростта на въртене ще намалее поради прехода към характеристиката на реостата (точка В, съответстваща на скоростта н2 и Md = Ms).

По -нататъшно постепенно увеличаване на допълнителното съпротивление във веригата на котвата на двигателя (например до стойност, съответстваща на секцията) н0Характеристики C) първо ще доведе до прекратяване на повдигането на товара, а след това до промяна в посоката на въртене, тоест товарът ще падне (точка C). Такъв режим се нарича опозиция.

В противоположния режим моментът Мд има положителен знак. Знакът на скоростта на въртене се промени и стана отрицателен. Следователно механичните характеристики на опозиционния режим се намират в четвъртия квадрант, а самият режим е генераторен. Това следва от приетото условие за определяне на знаците на въртящия момент и скоростта на въртене.

Всъщност механичната мощност е пропорционална на продукта н и М, в моторен режим има положителен знак и е насочен от двигателя към работната машина. В режим на опозиция поради отрицателен знак н и положителен знак на М, техният продукт ще бъде отрицателен, следователно механичната мощност се предава в обратна посока — от работната машина към двигателя (режим на генератор). На фиг. 1 знаци н и M в моторни и спирачни режими са показани в кръгове, стрелки.

Разделите на механичната характеристика, съответстващи на опозиционния режим, са естествено продължение на характеристиките на двигателния режим от първи до четвърти квадрант.

От разгледания пример за преминаване на двигателя към противоположния режим се вижда, че e. и т.н. с. двигателят, в зависимост от скоростта на въртене, едновременно с последната, при пресичане на нулевата стойност, променя знака и действа в съответствие с мрежовото напрежение: U = (-Д) +АзАз съмRот къде съм АзАз съм = (U +E) / R

За да се ограничи токът, във веригата на котвата на двигателя е включено значително съпротивление, обикновено равно на два пъти началното. Особеността на режима на противопоставяне е, че механичната мощност от страната на вала и електрическата енергия от мрежата се подават към двигателя и всичко това се изразходва за отопление на котвата: Pm+Re = EI + UI = Аз2(Rи + Азext)

Може да се получи противоположен режим и чрез превключване на намотките в обратна посока на въртене, докато котвата продължава да се върти в същата посока поради запаса от кинетична енергия (например, когато машината с реактивен статичен момент — вентилаторът спре).

В съответствие с приетото условие за отчитане на знаци н и M според режима на двигателя, при превключване на двигателя на обратно въртене, положителните посоки на координатните оси трябва да се променят, тоест режимът на двигателя сега ще бъде в третия квадрант, а опозицията — във втория.

По този начин, ако двигателят е работил в моторен режим в точка А, тогава в момента на превключване, когато скоростта все още не се е променила, той ще бъде с нова характеристика, във втория квадрант в точка D. Спирането ще се случи надолу по характеристика DE (-n0), и ако двигателят не е изключен със скорост t = 0, той ще работи по тази характеристика в точка E, като завърта машината (вентилатора) в обратна посока със скорост -н4.

Режим на електродинамично спиране

Електродинамичното спиране се получава чрез изключване на арматурата на двигателя от мрежата и включването й на отделно външно съпротивление (фиг. 1, втори квадрант). Очевидно този режим се различава малко от работата на DC генератор с независимо възбуждане. Работете върху естествена характеристика (директно н0) съответства на режима на късо съединение, поради високи токове, спирането в този случай е възможно само при ниски скорости.

В режим на електродинамично спиране котвата е изключена от U мрежата, следователно: U = 0; ω0 = U / c = 0

Уравнението на механичните характеристики има вида: ω = (-RM) / c2 или ω = (-Ri + Rext / 9.55se2) М

Механичните характеристики на електродинамичното спиране преминават през източника, което означава, че с намаляване на скоростта спирачният момент на двигателя намалява.

Наклонът на характеристиките се определя по същия начин, както в моторния режим, от стойността на съпротивлението в котвата верига. Електродинамичното спиране е по -икономично от противоположното, тъй като енергията, консумирана от двигателя от мрежата, се изразходва само за възбуждане.

Величината на тока на котвата и следователно спирачният момент зависи от скоростта на въртене и съпротивлението на веригата на котвата: Аз = -E/ R = -sω /R

Режим на генератор с връщане на енергия към мрежата

Този режим е възможен само когато посоката на действие на статичния въртящ момент съвпада с въртящия момент на двигателя. Под влияние на два момента — въртящият момент на двигателя и въртящият момент на работната машина — скоростта на въртене на задвижването и e. и т.н. с. двигателят ще започне да се увеличава, в резултат на което токът и въртящият момент на двигателя ще намалят: I = (U — E)/R= (U — сω)/R

По -нататъшно увеличаване на скоростта първо води до идеалния режим на празен ход, когато U = E, I = 0 и н = n0и след това, когато д. и т.н. с. двигателят ще стане повече от приложеното напрежение, двигателят ще премине в режим на генератор, тоест ще започне да дава енергия на мрежата.

Механичните характеристики в този режим са естествено продължение на характеристиките на моторния режим и се намират във втория квадрант. Посоката на скоростта на въртене не се е променила и тя остава положителна както преди, а моментът има отрицателен знак. В уравнението на механичните характеристики на режима на генератора с връщане на енергия към мрежата знакът на момента ще се промени, следователно той ще има формата: ω = ωo + (R / c2) М. или ω = ωo + (R /9,55° Сд3) М.

На практика режимът на регенеративно спиране се използва само при високи скорости в задвижвания с потенциални статични моменти, например при спускане на товар с висока скорост.