Торможение ДПТ. Механические характеристики ДПТ в тормозных режимах.

В зависимости от требований, предъявляемых к технологическим процессам, и ЭП

- необходимость максимально быстрой остановки;

- просто быстрой остановки;

- остановка может быть медленной.

Используются различные способы торможения двигателя НВ.

Если привод работает в продолжительном режиме с редкими включениями и отключениями двигателя, то тогда требования к длительности процесса остановки двигателя не высоки. В этих случаях обычно используют естественное (самоторможение), когда двигатель просто отключается от источника питания, М = 0 и двигатель останавливается под действием М_С.

В тех случаях, когда требования к остановке высокие используются искусственные способы торможения. При этом различают:

1) механические способы торможения – различные фрикционные элементы, муфты, накладки и т.д.

2) электрическое торможение.

Сущность электрических способов торможения заключается в том, что электромагнитный момент двигателя становится противоположным по направлению и скорости вращения, а именно тормозным и при этом двигатель замедляется под действием суммы моментов (тормозного и статического момента сопротивления). При этом в любом случае двигатель переходит в режим генератора, при котором кинетическая энергия вращательного движения преобразуется в электрическую, которая может возвращаться в питающую сеть или преобразоваться в тепловую.

Существует 3 вида тормозных режимов:

А. Динамическое торможение

Б. Рекуперативное торможение

В. Торможение противовключением.

А. При нем якорная цепь двигателя отключается от питающей цепи и замыкается на тормозное (балластное) сопротивление.

1 – рабочее положение

2 – тормозной режим

Уравнение механической характеристики двигателя в двигательном режиме имеет следующий вид:

где Е = кФω _ном

Если мы отключим двигатель от источника питания и переключим в режим 2, то U = 0; R = R_Я + R_T; при этом ток в первое мгновение не изменится

ω = const = ω _ном; ток изменит свое направление

Минус в числителе т.к. генераторный режим. Т.к. магнитный поток при этом не изменяется - тормозной момент

Под действием отрицательного (тормозного) электромагнитного момента, а также статического момента сопротивления двигатель начинает замедляться. При этом уравнение механической характеристики имеет следующий вид:

по 1 характеристике остановка происходит быстрее, чем по второй. Если уравнение энергетического баланса в двигательном режиме имело вид:

UI = EI + RI² ,

где EI – электромагнитная мощность

RI² – мощность рассеяния.

то в режиме торможения EI = RI²

Рис. 2. Ест. характеристика и сем-во реостатных ме­х. характеристик ДПТ НВ

В случае динамического торможения двигатель работает в генераторном режиме, при котором кинетическая энергия вращательного движения EI преобразуется в электрическую мощность рассеяния, которая выражается в виде тепла RI².

(+) а) возможность полной остановки двигателя

б) точность (при ω = 0; М = 0)

(-) а) неэкономичность

б) ограниченное использование для двигателя параллельного

возбуждения, т.к. при отключении питающего напряжения

магнитный поток возбуждения резко уменьшается.

Б. ДПТ НВ связан со шкивом, на котором подвешено 2 груза G₁ и G₂

Двигатель работает в режиме подъема груза: М_С = G₁ - G₂

Если начнем увеличивать G₂, то М_С ↓ → ω↑.

При некотором значении G₁ = G₂, М_С = 0, ω = ω₀, I = 0, M = 0.

Если мы будем дальше увеличивать G₂ , то угловая скорость станет больше ω₀, то э.д.с.

E = kФω

U = kФω₀ |E| > |U| => I = (U – E)/R < 0, т.е. изменяет своё направление.

При этом двигатель начинает работать в режиме генератора с отдачей энергии в цепь источника питания, а вращающий момент М = кФI изменяет свой знак и становится тормозным.

При этом уравнение механической характеристики примет вид:

т.е. механическая характеристика, которая соответствует рекуперативному режиму, будет являться продолжением механической характеристики в двигательном режиме и располагается во 2 квадранте. Т.о. рекуперативный режим является наиболее экономичным.

Уравнение энергетического баланса:

ЕI = UI + RI²

т.е. большая часть кинетической энергии вращательного движения EI возвращается в питающую сеть в виде электрической мощности UI и меньшая часть выделяется в виде тепла RI² в цепи якоря.

Основными плюсами рекуперативного способа торможения является его экономичность, однако существенным минусом является ограниченность его использования.

Как правило, рекуперативный режим используется для обеспечения плавности в процессе спуска груза или же при ступенчатом снижении питающего напряжения.

U = U’ < U_НОМ ω = const = ω_{в перв.мом. вращ}

U’<E I(-); M(-). Характеристика переходит в т.В, становится отрицательной. Двигатель замедляется в рекуперативном режиме до т.С, затем замедляется по двигательной характеристике.

Для того, чтобы двигатель не выходил из рекуперативного режима, мы должны постоянно снижать напряжение поддерживая соотношение ‌‌‌‌|U| < E.

Основной минус рекуперативного торможения – ограниченность его использования и сложность реализации полной остановки двигателя в рекуперативных режимах.

В.

М_С = G₁ - G₂

G₁ ↑ → М_С ↑ → ω↓. E = kФω

При этом , ↑ → М ↑ (M =kФI).

При некотором значении М = М_К в т.В ω = 0. Если дальше увеличивать G₁, то направление вращения вала двигателя изменится на противоположное и при этом положительный момент будет направлен против направления вращения двигателя, т.к. относительно этого направления окажется тормозным.

При этом ток в цепи якоря:

I резко возрастает и при этом значительно усиливается нагрев обмотки двигателя.

Энергетический баланс будет иметь вид: UI + EI = RI²

Т.о. в режиме противовключения электрическая энергия, потребляемая из сети UI + кинетическая энергия вращательного движения EI преобразуются в тепловую энергию RI². Если при этом учитывать, что ток в режиме противовключения значительно превосходит ток двигательного режима, режим противовключения является весьма тяжелым для двигателя с точки зрения термодинамики. Поэтому этот режим обычно сопровождается включением в цепь якоря добавочного сопротивления ограничивающего ток.

Практически режим противовключения используется так же, как и рекуперативное, для обеспечения плавности спуска груза и используется при необходимости быстрой остановки двигателя и реализуется за счет изменения полярности напряжения, подводимого к цепи якоря.

Работал в т. А с постоянной ω. Если контакты переведем из 1 в 2 → изменится U питания. При этом изменит направление и увеличится по модулю, поэтому для ограничения тока в момент переключения вводят добавочное сопротивление в цепь якоря.

Вращающий момент М = kФI становится отрицательным и равным тормозному. Угловая скорость в первый момент не изменится. При этом под действием этого момента двигатель начинает тормозится с выделением большого количества тепла до тех пор, пока скорость вращения не станет = 0. Если двигатель не отключать от питающей сети то он реверсируется.

(+) а) простота реализации

б) возможность очень быстрой остановки двигателя

в) возможность его реверсирования

(-) а) большой перегрев

б) неэкономичность

в) наличие в момент переключения динамического удара.

Поэтому при торможении противовключением включают добавочное сопротивление. При этом уменьшается нагрев двигателя и ослабляется динамический удар.

Для двигателя большой мощности этот вид торможения неприемлем вообще.

Для ДПТ параллельного возбуждения торможение противовключением по данной схеме невозможно, т.к. меняется направление тока и магнитного потока.