Тормозные режимы двигателя постоянного тока

Независимого возбуждения

У двигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения возможны следующие тормозные режимы: рекуперативный, противовключением и динамическое торможение.

Рекуперативный тормозной режим у двигателя постоянного тока возникает в том случае, когда со стороны рабочей машины приложен мо­мент, действующий в ту же сторону, что и электромагнитный. Под действием этих моментов якорь начинает разгоняться. При частоте вращения приложенное к якорю напряжение сети уравновесится ЭДС двигателя, т.е. U_H = Е_ДВ. Ток якоря и электромагнитный момент двигателя при этой частоте вращения равны ну­лю. Увеличение частоты вращения выше приводит к тому, что ЭДС бу­дет больше напряжения сети, а ток и электромагнитный момент поменяют свой знак (направление). Двигатель переходит в тор­мозной режим, называемый рекуперативным. Рекуперация означа­ет преобразование двигателем постоянного тока механической или запасенной во вращающихся частях кинетической энергии обратно в электрическую и отдачу ее в сеть. Таким образом, рекуперативный тормозной режим в рассматриваемых машинах во­зможен, если

Е_ДВ = U_СЕТИ или _ДВ > _O

При этом знак тока и момента меняется на противоположный (отрицательный). Уравнение характеристик (2.5) и (2.9) в ре­куперативном режиме:

: . (2.21)

Значение коэффициентов и не изменяется, так как не меняются U, r, Ф. Характеристика машины в режиме рекуперативного торможения является продолжением характеристики двигательного режима. Момент на валу становится отрицательным

после (Рис.2.6).

Рис. 2.6. Механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения при рекуперативном торможении.

На практике рекуперативный тормозной режим можно исполь­зовать в следующих случаях:

на стендах послеремонтного испытания ДВС в качестве нагрузки на валу. Двигатель внутреннего сгорания запускают в работу и разгоняют вместе с соединенной с ним на одном валу машиной постоянного тока до частоты вращения . Загрузку ДВС ре­гулируют, изменяя значение напряжения на якоре или вводя доба­вочное сопротивление в цепь якоря;

в электрифицированных подъемно-транспортных механизмах при спуске груза или движении под уклон. В этом случае вклю­чают двигатель для движения вниз (механическая характеристи­ка находится в третьем квадранте).

В начале разгона до частоты вращения направления действия моментов двигателя и груза совпадают. Затем знак момента двигателя меняется, так как изменилось направление тока. На частоте вращения момент дви­гателя уравновешивается

моментом груза М_C.

Рис.2.7. Механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в рекуперативном режиме при опускании груза.

Далее спуск идет с постоянной частотой вращения . Так как , электрический дви­гатель переходит в режим рекуперативного торможения. В этом случае запасенная потенциальная энергия груза преобразуется в электрическую и отдается в сеть (рис.2.7);

в установках, регулирующих частоту вращения изменением напряжения или потока. Допустим, с помощью управляемого выпрямителя (или генератора) уменьшаем напряжение на якоре с U_H до U₁ (рис. 2.8). Двигатель переходит из точки 1 с естественной характеристики в точку 2. При снижении угловой скорости от до происходит рекуперативное торможение.

Рис.2.8. Механическая характеристика электропривода вентилятора с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения

при пониженном напряжении.

Таким образом, следует отметить:

1) режим рекуперативного торможения возможен при

условии, когда Е_ДВ > U_СЕТИ или .

2) в режиме рекуперативного торможения электрическая машина преобразует механическую энергию, поступающую с вала от рабочей машины, в электрическую и отдает ее в сеть. Для доказательства рассмотрим уравнения ЭДС данного тормозного режима:

. (2.22)

Умножим левую и правую части на I:

I. (2.23)

Окончательно получим:

P_СЕТИ = Р_МЕХ - ΔР_{ЭЛ Я} (2.24)

В режиме рекуперативного торможения в сеть отдается мощ­ность, равная механической за вычетом потерь в якоре.

Рис. 2.9. Механическая характеристика ДПТ НВ в режиме

противовключения при реверсе.

Режим противовключения на практике осуществляется в двух случаях – при реверсе и тормозном спуске груза.

При реверсе – изменении направления вращения в момент переключения напряжения на якоре не изменяются значение и направление вращения, т.е. ω₁ = ω₃ за счет сил инерции. Под действием напряжения, сменившего знак, в якоре изменяется направление тока и момента двигателя (положительный М₁ на отрицательный М₃) (рис.2.9).

От точки 3 до точки 4 машина работает в режиме противовключения. Выражения механической и электромеханической характеристик:

; (2.25)

. (2.26)

В режиме тормозного спуска со стороны рабочей машины к валу двигателя прикладывается встречный активный момент такого значения, что двигатель сначала останавливается, а затем начинает вращаться в обратную сторону (против включения).

На рис.2.10, изображен М_С - график активного момента, создаваемого, например, грузом поднимаемого лебедкой, а 1 – естественная механическая характеристика электродвигателя. Допустим, что подъем идет с частотой вращения ω₁. Если в цепь якоря ввести добавочное сопротивление R_ДОБ, то двигатель перейдет на искусственную механическую характеристику 2. Момент двигателя уменьшится до значения М₂. Так как М₂ < М_С, то скорость подъема будет уменьшаться. По мере снижения частоты вращения двигателя его момент увеличится. Но при ω = 0 (в верхней точке подъема) момент двигателя меньше активного момента М_С, поэтому якорь начинает вращаться в обратную строну (против включения), а груз - опускаться. В точке 4 моменты уравновешиваются, т.е. М_ДВ = М_С, и спуск продолжается уже с постоянной частотой вращениия ω₄. В точке 4 двигатель работает в тормозном режиме - режиме противовключения.

Рис.2.10. Механическая характеристика ДПТ НВ в режиме

противовключения.

Режим противовключения имеет следующие особенности:

1) напряжение сети и ЭДС двигателя действуют согласно (суммируются), что приводит к росту тока в якорной цепи. Для ограничения этого тока необходимо включить добавочное сопротивление;

2) механическая мощность с вала и из сети поглощается в якорной цепи. Значения этих мощностей определяют, если умножить левую и правую части уравнения (2.19) в режиме противовключения на IсФ:

. (2.27)

Известно, что ; ;

. Тогда ;

. (2.28)

Отсюда видно, что чем больше R_доб, тем меньше значение потерь в якоре двигателя, тем он меньше греется;

3) на всем диапазоне изменения частоты вращения от ω₃ до нуля возникают большие тормозные моменты (рис.2.9), поэтому данный вид торможения иногда применяют для быстрой остановки двигателя;

4) любые тормозные моменты можно получать при малой частоте вращения, например, при медленном опускании груза.

Режим динамического торможения с независимым возбуждением осуществляется следующим образом: якорь работающего двигате­ля отключается от сети и замыкается на сопротивление.

Рис.2.11. Включение ДПТ НВ при динамическом торможения.

Обмот­ка возбуждения остается включенной в сеть (рис.2.11). Якорь машины постоянного тока вращается за счет сил инерции или активного момента рабочей машины.

Вследствие того, что двигатель отключен от сети, уравнения электроме­ханической и механической характеристик имеют вид:

= (r_я + R_ДОБ)I/сФ_Н|; (2.29)

= (r_я + R_ДОБ)М/сФ_Н^{2. ) (2}-¹⁷

Анализируя полученные уравнения, можно отметить: характеристики проходят через начало координат (рис.2.12); характеристики находятся в четвертом и втором квадрантах; наклон механических характеристик, как и в двигательном режиме, определяется значениями и потока Ф.

Особенности режима динамического торможения заключаются в следующем: при остановленном двигателе динамический момент равен ну­лю; в области малых частот вращения значение тормозного момента ма­ло.

Рис. 2.12. Механические характеристики ДПТ НВ в режиме

динамического торможения.

Если умножить левую и правую части уравнения электромеха­нической характеристики на ток, получим:

(r_я + R_ДОБ)I² = сФ_НI ; ΔР_ЭЛ = Р_МЕХ. (2.30)

Таким образом, вся подведенная к валу от рабочей машины механическая мощность преобразуется в электрическую и идет в якорную цепь двигателя постоянного тока, где выделяется в виде

теплоты

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: