Торможение электродвигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Введение

Торможение электродвигателя применяют, если необходимо сократить время свободного выбега и фиксацию механизма в конкретном положении. Существует несколько видов принудительной остановки устройства. Это механическое, электрическое и комбинированное. Механическое устройство представляет собой тормозной шкив, закрепленный на валу, с колодками. После отключения устройства колодки прижимаются к шкиву. За счет трения кинетическая энергия преобразуется в тепловую, т.е. происходит процесс торможения. Остальные способы и схемы торможения электрического двигателя будут рассмотрены далее в статье.

Глава 1. Аналитическая часть

1.1 Способы электрического торможения электроприводов

Для того чтобы быстро остановить устройство или обеспечить постоянную скорость вращения используют электрические способы остановки. В зависимости от схемы включения тормозные режимы подразделяют на:

· противовключения;

· динамический;

· рекуперативный.

1.2 Противовключения

Режим противовключения применяется при необходимости быстрой остановки механизма. Представляет собой смену полярности на обмотке якоря двигателя постоянного тока или переключения двух фаз на обмотках асинхронного электродвигателя.

В этом случае ротор вращается в противоположном направлении магнитного поля статора. Вращение ротора замедляется. При скорости вращения близкой к нулю с реле контроля скорости поступает сигнал, отключая механизм от сети.

На нижеприведенном рис. 1 представлена схема противовключения асинхронного электромотора.

После переключения обмоток возникает повышенное действующее напряжение и увеличение тока. Для его ограничения, в обмотки ротора или статора устанавливают дополнительные резисторы. Они ограничивают токи в обмотках в режиме торможения.

торможение электропривод реостатный рекуперация

Рисунок 1 - Схема противовключения асинхронного электромотора.

1.3 Динамическая остановка электропривода

Этот способ применяют на асинхронных машинах, подключенных к сети переменного тока. Он заключается в отключении обмоток от сети переменного напряжения и подачи постоянного тока на обмотку статора.

На нижеприведенном рис. 2 представлена схема торможения трехфазного двигателя постоянным током.

Рисунок 2 - Схема торможения трехфазного двигателя постоянным током.

Подача постоянного напряжения осуществляется с помощью понижающего трансформатора для динамического торможения. Пониженное переменное напряжение преобразуется в постоянном диодном мосте и подается на статорную обмотку. Для торможения электромотора может применяться дополнительный источник постоянного тока.

При этом ротор может быть выполнен в виде «беличьей клетки» или ее обмотку подключают к добавочным резисторам.

Постоянное напряжение создает неподвижный магнитный поток. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, т.е. электромотор переходит в режим генератора. Возникающая электродвижущая сила рассевается на обмотке ротора и добавочных резисторах. Создается тормозной момент. В момент остановки механизма постоянное напряжение отключается по сигналу реле скорости.

Механизмы, где применяется электродвигатель с самовозбуждением, динамическую остановку выполняют с помощью подключения конденсаторов. Они соединяются треугольником или звездой.

Схема приведена на нижеприведенном рисунке 3.

Рисунок 3 - Торможение с помощью подключения конденсаторов

а) На выбеге остаточная энергия магнитного поля переходит в заряд конденсаторов, а затем она питает обмотку статора. Возникающий тормозной эффект останавливает механизм. Конденсаторная батарея может быть подключена постоянно или подсоединяться в момент отключения от сети. Такая схема получила название «конденсаторное торможение асинхронного двигателя».

б) Если необходимо быстро остановить двигатель, то после отключения от сети, замыкают контакты накоротко без гасящих резисторов. При соединении обмоток закорачиванием в них возникают большие токи. Для уменьшения токов к обмоткам подключают токоограничивающие резисторы.

На нижеприведенном рисунке 4 представлена схема с токоограничивающими резисторами.

Рисунок 4 - Схема с токоограничивающими резисторами.

1.4 Режимы торможения моторов постоянного тока

Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется после отключения его от сети с замыканием обмотки ротора на тормозной реостат. Выделенная электрическая энергия рассеивается на реостате.

На нижеприведенном рисунке 5 представлены схемы реостатного торможения двигателя постоянного тока.

Рисунок 5 - Схемы реостатного торможения двигателя постоянного тока

1.5 Рекуперативное торможение электрических машин

Рекуперативное торможение электродвигателя характеризуется переводом двигателя в генераторный режим. При этом вырабатываемая электроэнергия возвращается в сеть или используется для подзарядки аккумулятора.

Этот режим широко применяется в электровозах, электричках, трамваях и троллейбусах. В момент торможения, вырабатываемая электроэнергия возвращается в электрическую сеть.

На нижеприведенном рисунке 6 представлены схема торможения рельсового электротранспорта.

Рисунок 5 - Схема торможения рельсового электротранспорта

Режим рекуперативного торможения применяется для подзарядки аккумуляторов в гибридных автомобилях, электромобилях, электросамокатах, электровелосипедах.

Этот режим является наиболее экономичным и возможен при условии: если частота вращения ротора превышает частоту вращения холостого хода. Это условие выполняется, когда ЭДС электродвигателя превышает напряжение питающей сети. А ток якоря и магнитный поток меняют свое направление. Электрическая машина переходит в генераторный режим, возникает момент торможения.

На рисунке 5 представлена схема торможения тягового двигателя а) с независимым возбуждением и стабилизирующим сопротивлением, б) с противовозбуждением возбудителя.

Рисунок 6 - Схема торможения тягового двигателя, а) с независимым возбуждением и стабилизирующим сопротивлением, б) с противовозбуждением возбудителя.

1.6 Режим рекуперации в асинхронных электрических машинах

Режим рекуперации применяется не только в двигателях постоянного тока. Его можно применять и в асинхронных двигателях.

При этом такой режим возможен в следующих случаях:

Если изменить частоту питающего напряжения при помощи частотного преобразователя. Что возможно при условии питания асинхронного электродвигателя от устройства с возможностью регулирования частоты питающей сети. Эффект торможения наступает при уменьшении частоты питающего напряжения. При этом переход в генераторный режим происходит, когда скорость вращения ротора становится больше номинальной (синхронной).

Асинхронные машины, которые конструктивно имеют возможность переключения обмоток, для изменения скорости.

В грузоподъёмных механизмах, где применяется силовой спуск. В них монтируется электромотор с фазным ротором. В этом случае скорость регулируется с помощью изменения величины резистора, подсоединяемого к обмоткам ротора. Магнитный поток начинает обгонять поле статора, а скольжение становится больше 1. Электромотор переходит в режим генератора, вырабатываемая электроэнергия возвращается в сеть, возникает тормозной эффект.

1.7 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.

Глава 2. Техническая часть

2.1 Расчет пусковых и тормозных сопротивлений электродвигателя графоаналитическим способом

2.1.1 Расчет сопротивлений ступеней пускового реостата

При расчете сопротивлений ступеней пускового реостата следует использовать графоаналический способ.

Для построения пусковой диаграммы двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ) необходимо построить его естественную механическую характеристику по 2 точкам:

Построение пусковой диаграммы (рис.7) следует начинать с определения максимального М_max = (2...2,5) M_и и переключающего (минимального) M_min = (1,1...1,3) М_с моментов.

После построения пусковой диаграммы необходимо определить масштаб сопротивления m_R(Ом/мм):

Для построения пусковой диаграммы асинхронного двигателя (АД) необходимо построить его естественную механическую характеристику по 3 характерным точкам:

Рисунок 7 - Пусковая диаграмма ДПТ независимого возбуждения

Результаты расчета механической характеристики необходимо также представить в виде таблицы.

Построение пусковой диаграммы (рис.7) следует начинать с определения максимального М_max = (0,8...0,9) M_к к и переключающего (минимального) M_min = (1,1...1,3) М_с с моментов.

После построения пусковой диаграммы необходимо определить масштаб сопротивления m_R (Ом/мм):

номинальное сопротивление ротора, Ом; Е_2к - ЭДС между кольцами неподвижного разомкнутого ротора, В; I_2н - номинальный ток ротора, А; ab - отрезок на пусковой диаграмме, соответствующий номинальному сопротивлению ротора, мм.

Тогда сопротивления ступеней пускового реостата равны (Рис. 7):

всего реостата:

2.2 Расчет сопротивлений в тормозных режимах работы

Для ДПТ независимого возбуждения наиболее часто используемые следующие тормозные режимы: торможение противовключением и динамическое торможение.

Режим торможения противовключением (ПВ) имеет две разновидности: перемена полярности напряжения, приложенного к якорю двигателя, и тормозной спуск, которые по физическим процессам, протекающим в электродвигателе, не отличаются друг от друга.

При изменении полярности напряжения якорь двигателя, обладающий определенным моментом инерции, продолжает вращаться в прежнем направлении и ЭДС (Е) сохраняет свое направление. При этом ЭДС и напряжение U направлены в одну сторону, а ток якоря под их действием изменяет знак на противоположный, что вызывает изменение направления момента, который будет тормозным. Наличие тормозного момента электродвигателя приводит к быстрому снижению скорости. Торможение будет продолжаться до момента останова двигателя, после чего, если его не отключить от сети, он переходит в двигательный режим и раскручивает рабочую машину в обратном направлении.

Режим тормозного спуска может быть получен при работе электродвигателя с рабочей машиной, обладающей активным моментом сопротивления. К такого рода машинам относятся подъемно-крановые механизмы. При этом необходимо, чтобы момент короткого замыкания двигателя был меньше активного момента статической нагрузки, обусловленного весом груза. Уменьшения момента короткого замыкания двигателя добиваются включением дополнительного сопротивления в цепь якоря. В этом случае вал электродвигателя под действием момента нагрузки вращается в направлении, противоположном направлению двигательного режима, что соответствует режиму опускания груза. При этом направления тока якоря и момента двигателя останутся неизменными, а направление ЭДС и напряжения на якоре совпадут.

Рассматривая этот режим по отношению к режиму торможения противовключением переменой полярности, заметим, что соотношение направлений рассмотренных величин остается тем же, за исключением того, что в первом случае относительно двигательного режима изменили направление напряжение, ток и момент, а во втором - скорость и ЭДС.

В режиме торможения противовключением ток в якоре двигателя определятся выражением:

где - знак «+» соответствует тормозному спуску; знак «-» соответствует торможению противовключением переменой полярности на якоре.

Для ограничения тока якоря до допустимой для двигателя величины I_пвдоп в цепь якоря ДПТНВ при торможении противовключением необходимо ввести дополнительное сопротивление R_пв, рассчитываемое по формуле

где - I_пв.доп = (2…2,5)I_н, допустимой ток якоря; Е - ЭДС, соответствующая скорости _т (E = kФ_{н T}), с которой начинается торможение.

Динамическое торможение (ДТ) происходит при отключении обмотки якоря от сети и замыкании ее на дополнительное сопротивление. Обмотка возбуждения при этом остается подключенной к сети. Якорь двигателя продолжает вращаться за счет запасенной кинетической энергии в том же направлении, что и в двигательном режиме. Поэтому ЭДС не изменяет своего направления. Но так как U = 0, ток якоря изменяет свое направление, т.е. cтановится отрицательным. При этом момент также будет отрицательным, т.е. тормозным. Характеристики ДПТ в режиме динамического торможения выходят из начала координат (так как U = 0) и располагаются во втором (при прямом направлении вращения) и в четвертом (при обратном) квадрантах плоскости , М. Для ограничения тока якоря при динамическом торможении до допустимых значений дополнительное сопротивление в его цепи должно быть не ниже

где I_.дт.доп = (2…2,5)I_н, допустимой ток якоря; Е - ЭДС, соответствующая скорости _т (E = kФ_{н T}), с которой начинается торможение.

Для АД с фазным ротором наиболее характерно торможение противовключением, которое часто используется для остановки привода и ограничения скорости спуска груза крановых механизмов. Тормозной спуск возможен только для АД с фазным ротором при введении дополнительного сопротивления в цепь ротора. В этом случае ротор двигателя под действием внешнего момента сопротивления вращается против магнитного поля статора и двигатель работает со скольжением S>1. Добавочное сопротивление, введенное в цепь ротора, определяют при одинаковом моменте на естественной и искусственной механических характеристиках, используя выражение:

скольжения при работе с М М_c на естественной (в двигательном режиме) и искусственной (в режиме торможения противовключением) механических характеристиках соответственно; R_2пв - добавочное сопротивление в цепи ротора.

Тогда

Заключение

Заключение по работе должно подтвердить, что выполнены все пункты задания с результатами, соответствующими требованиям к курсовой работе.

В данной курсовой работе выполнено следующее задачи:

Рассмотрены способы электрического торможения электроприводов, противовключения, динамическая остановка электропривода, режимы торможения моторов постоянного тока, рекуперативное торможение электрических машин, режим рекуперации в асинхронных электрических машинах, комбинированный режим.

Также произведен расчет пусковых и тормозных сопротивлений электродвигателя графоаналитическим способом, расчет сопротивлений ступеней пускового реостата, расчет сопротивлений в тормозных режимах работы.

Список использованной литературы

1. Протасов А.П., Рычков В.В. Теория автоматического управления. Задания и методические указания к курсовой работе. - Киров: ВятГУ, 2018. - 25 с.

2. Теория автоматического управления: Учебник для вузов / Под ред. А.В. Нетушила. 2-е изд. - М.: Высш. шк., 2019. - 400 с.

3. Епифанов А.П. Электропривод учебник / А.П. Епифанов, Л.М. Малайчук, А.Г. Гущинский. - СПб.: Лань, 2016. - 400 с. -

4. Никитенко Г.В. Электропривод производственных механизмов : учебное пособие / Г.В. Никитенко. - Санкт-Петербург : Лань, 2013. - 224 с.

5. Фоменков А.П. Электропривод сельскохозяйственных машин, аппаратов и поточных линий / Фоменков А.П. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 2017. - 288 с

Размещено на Allbest.ru