Что такое электродвигатель с тормозом

Действенным способом снижения скорости вращения двигателя является электрическое торможение. За счёт чего оно происходит? Тормозная сила создается за счёт преобразования кинетической и потенциальной энергии в электрическую.

Способы торможения бывают:

В первом случае кинетическая энергия конвертируется в термическую. Но более совершенным считается второй вариант, при котором механическое напряжение элементов электродвигателя совсем незначительно. Принцип действия элементов системы здесь намного сложнее. Пока мотор включен во время работы в режиме пуск, диод выпрямляет подаваемый переменный ток.

При переводе системы на остановку или выключение с помощью реле или переключателя напряжение сохраняется. Это напряжение создает электрическое усилие для быстрой и эффективной остановки вращения вала. Чем больше емкость электролитического конденсатора, тем быстрее и эффективнее прекратится вращение ротора.

Существующие схемы подключения:

• с подключением тормозящих конденсаторов.

Пример с рекуперативной системой

При динамическом торможении асинхронного двигателя обмотку статора отключают от питания переменного напряжения и переключают на сеть постоянного тока. Этот режим поддерживает постоянную скорость вращения под действием внешней нагрузки.

Эффективная схема динамического торможения рекуперативной системы представлена ниже (клик по картинке увеличит ее в размере).

Рекуперативная система для возврата энергии из серии энергонакопительных механизмов имеет в своём составе обмотку возбуждения (11), ротор (12, 13) и дополнительные элементы:

• переключатели (2, 18) и выпрямительные диоды (10, 15);
• соединенная последовательно с мотором аккумуляторная батарея (1);
• цепь управления (3, 19) для контроля рабочего цикла переключателя (2);
• переключатель полярности (8, 9) для перемены направления вращения двигателя на обратное;
• схема управления (19).

Двигатель работает в условиях динамического торможения и возврата энергии в аккумулятор. Это позволяет уменьшить потери и добиться экономии топлива. Рекуперация энергии используется в транспортных средствах, таких как погрузчики, электропоезда и т. д.

Пример с электромагнитным стопором

Современная промышленность выпускает различные варианты электродвигателей с тормозом. Установка моторов с электромагнитным тормозом, обычно, осуществляется на оборудовании, которому требуется мгновенная остановка. Это нашло довольно широкое применение для работы на станках и конвейерах, где большую роль играет соблюдение техники безопасности.

На практике это обычные промышленные асинхронные электродвигатели, особенностью которых является их длина (оборудование облачается в специальный кожух).

Движки с электромагнитным тормозом запитываются как от переменного, так и от постоянного тока.

Первый способ подходит для случаев, когда неважно время срабатывания. При прекращении подачи напряжения из-за наведённого магнитного поля происходит постепенное уменьшение тока катушки. Медленное снижение магнитного поля приводит к медленному росту тормозного момента и длительному срабатыванию тормоза.

Второй вариант используется там, где требуется много срабатываний и точное позиционирование электропривода. В момент прерывания тока между катушкой и выпрямителем получается довольно быстрое снижение магнитного поля. Тормозной момент увеличивается быстро и соответственно срабатывание тормоза происходит почти мгновенно.

Виды и схемы динамического торможения асинхронного двигателя

Электропривод является основой практического большинства современных механизмов. Одной из форм его работы является динамическое торможение асинхронного двигателя. Почему этот режим имеет такое значение и как он организовывается, попытаемся разобраться в этой статье.

Асинхронный двигатель и его работа

Очевидно, что режимы функционирования электродвигателей асинхронного типа напрямую зависят от их конструкции и общих принципов работы. Этот силовой агрегат совмещает в себе два ключевых компонента:

1. Неподвижный статор. Пластинчатый цилиндр, в продольные пазы на внутренней поверхности которого укладывается проволочная обмотка,
2. Вращающийся ротор. Совмещенный с валом сердечник (магнитопровод), который содержит прутковую обмотку на внешней стороне.

За счет различных частот вращения статора и ротора между ними возникает ЭДС, которая приводит вал в движение. Стандартное значение этого параметра может достигать 3000 об/мин, что требует определенного усилия для ее остановки. Из логических соображений можно заключить, что раз стартует двигатель за счет ЭДС, то и останавливать его тоже нужно электродинамическим путем.

Что такое динамическое торможение?

На этом месте может возникнуть закономерный вопрос: зачем что-то придумывать, если можно отключить двигатель от электросети, и он сам остановится? Это бесспорно так, но учитывая высокую частоту вращения и массо-центровочные характеристики, пройдет некоторое время до того момента, когда ротор полностью остановится. Этот период называется свободным выбегом и каждый в детстве его наблюдал, запуская простую юлу. Тем не менее, если работа оборудования предполагает частое использование пускателей, то такой режим приводит к очевидной потере времени.

Для быстрой остановки используются режимы торможения, которые предполагают трансформацию механической (в данном случае – кинетической) энергии искусственным путем. Все выделяют два основных вида торможения, которые подразделяются затем на подвиды:

1. Механическое. Вал двигателя сообщается физически с тормозными колодками, вследствие чего возникает трение, быстрая остановка и выделение теплоты,
2. Электрическое. Асинхронный двигатель останавливается за счет преобразования цепи подключения, вследствие чего механическая энергия трансформируется сперва в электрическую. Далее возможны два варианта ее израсходования, зависящие от схемы: либо избыток электричества выбрасывается в резервную цепь сети, либо трансформируется в тепло, за счет нагрева обмоток и сопротивления.

Динамическое торможение асинхронного двигателя относится к электрическому типу, так как в процессе обмотка статора отключается от сети с переменным током (две из трех фаз) и переводится в замкнутую цепь постоянного тока. При этом магнитное поле в статоре преобразуется из вращающегося в неподвижное. В роторе по-прежнему будет наводиться ЭДС, но момент будет направлен в обратную сторону, что приводит к торможению.

Главным преимуществом такого способа торможения является возможность плавно контролировать тормозящий момент (за счет изменения напряжения или сопротивления) и осуществлять точную остановку.

Основные виды динамического торможения

Организация принудительной остановки асинхронного двигателя по электрическому принципу может быть осуществлена несколькими способами:

1. Электродинамическим. Это классический вариант, при котором две фазы нужно закоротить и перевести на питания от цепи постоянного тока,
2. Рекуперативным (генераторным). Характеризуется возвратом лишней электроэнергии в сеть,
3. Противовключением. Этот вариант реализуется по схеме реверса, то есть с подключением фаз через пару магнитных пускателей,
4. Самовозбуждением. Подключением к обмоткам статора батареи конденсаторов.

Виды динамического торможения

Классическое динамическое торможение

Эффективность такого режима работы зависит от расчета и значения следующих параметров:

1. Величина тока, который подается через параллельную цепь на обмотки статора. Чем выше этот показатель, тем больше момент торможения,
2. Величина сопротивления, которое вводится в цепь ротора. Чем выше по расчету сопротивление, тем быстрее тормозится двигатель,
3. Величина магнитной движущей силы (МДС). Иногда ее называют ампер витками, поскольку расчет ведется по формуле F = I×W, где I – величина тока, а W – количество витков.

Обмотка статора при этом может подключаться как минимум пятью разными способами:

1. Треугольником,
2. Треугольником с закороченными фазами,
3. Звездой,
4. Звездой с закороченным нулем,
5. Звездой с закороченными двумя фазами.

В каждом случае на основании векторной диаграммы ведется расчет МДС, тормозного сопротивления и напряжения цепи.

Рекуперативное торможение

Режим рекуперативного торможения

Поскольку избыток электроэнергии, который высвобождается в процессе торможения, направляется обратно в сеть через мост/батарею конденсаторов, то этот режим работы считается наиболее экономичным. Наиболее часто этот способ применяется в подъемно-транспортной технике и оборудовании, которое работает на перемещение грузов или собственного веса под уклон. Классический пример – лифт, где рекуперативное торможение приводного двигателя используется для начального подтормаживания. Также подобная схема широко используется в электрифицированном транспорте, например, в трамваях, троллейбусах, электричках. Применяют ее и в специальной технике, например, экскаваторах, широко используемых на строительстве мостов, дорог, зданий и т. п.

Принцип расчета и организации генераторного режима заключается в превышении частотой вращения ротора ее синхронного значения. В таком случае электромагнитный момент меняет направление, что приводит к торможению.

Торможение противовключением

Схема торможения противовключением

На практике режим противовключения может быть организован несколькими разными способами. Классическим является использование пары магнитных пускателей, подключенных по реверсной схеме. В этом случае, быстрая остановка агрегата осуществляется за счет изменения положения фаз (противовключение).

Основной пускатель КМ2 производит отключение двигателя М от сети. После этого параллельный пускатель КМ1 опять включает двигатель, меняя при это крайние фазы местами, то есть заставляя его вращаться в обратную сторону. Чтобы не допустить чрезмерного перегрева в цепь может быть введено дополнительное сопротивление. Также схема противовключения может быть реализована, если двигатель использовать в качестве тормоза для груза.

Торможение самовозбуждением

Схема торможения самовозбуждением

Этот вариант реализуется за счет подключения обмоток статора к параллельной конденсаторной батарее или мосту (расчет емкости придется вести). Когда двигатель отключается от сети и должен наступить режим выбега, угасающее магнитное поле начинает питать конденсаторы, а через них возвращается обратно в обмотку, создавая тормозной момент.

Как можно видеть, на практике используется целая гамма специфических режимов работы асинхронных двигателей, которыми можно добиться быстрой и точной его остановки. При частых пусках и остановках динамическое, рекуперативное, реверсное (на пускателях) или конденсаторное торможение (через расчет моста или батареи) могут повысить эффективность работ оборудования и снизить потери времени.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Схемы торможения асинхронных двигателей

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

Такая остановка электродвигателя при движении по инерции именуется свободным выбегом . Многие электродвигатели, работающие в длительном режиме либо со значительными нагрузками, останавливают методом свободного выбега.

В тех же случаях, когда длительность свободного выбега значительна и влияет на производительность электродвигателя (работа с частыми запусками), для сокращения времени остановки используют искусственный способ преобразования кинетической энергии, запасенной в передвигающейся системе, именуемый торможением .

Все методы торможения электродвигателей можно поделить на два главных вида: механическое и электронное.

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

При электронном торможении кинетическая энергия преобразуется в электронную и зависимо от метода торможения мотора или отдается в сеть, или преобразуется в термическую энергию, идущую на нагрев обмоток мотора и реостатов.

Более совершенными считают такие схемы торможения, при которых механические напряжения в элементах электродвигателя малозначительны

Схемы динамического торможения асинхронных движков

Для управления моментом при динамическом торможении асинхронным движком с фазным ротором по программке с заданием времени употребляются узлы схем, приведенные н а рис. 1, из которых схема р и с. 1, а применяется пр и наличии сети неизменного тока, а схема рис. 1, б — при отсутствии ее.

В качестве тормозных резисторов в роторе употребляются пусковые резисторы R1, включение которых в режиме динамического торможения делается отключением контакторов ускорения, показанных в рассматриваемых узлах схем условно в виде 1-го контактора КМ3, команда на отключение которого подается блокировочным контактом линейного контактора КМ1.

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

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

Контактор торможения КМ2 может быть избран как на неизменном, так и на переменном токе зависимо от требуемого числа включений в час и использования пусковой аппаратуры.

Приведенные н а рис. 1 схемы управления могут употребляться для управления режимом динамического торможения асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором. Для этого обычно употребляется схема с трансформатором и выпрямителем, приведенная на р и с. 1 , б.

Схемы торможения противовключением асинхронных движков

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

В качестве реле противовключения употребляется реле контроля скорости SR, укрепляемое на движке. Реле настраивается на напряжение отпадания, соответственное скорости, близкой к нулю и равной (0,1 — 0,2) ω уст.

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

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

Узел управления асинхронным движком 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, к примеру, реле напряжения неизменного тока типа РЭВ301, которое подключено к двум фазам ротора через выпрямитель V. Реле настраивается на напряжение отпадания.

Нередко для опции реле KV употребляется дополнительный резистор R3. Схема в главном используется при реверсировании АД со схемой управления, приведенной на рис. 3, а, но может употребляться и при остановке в нереверсивной схеме управления, приведенной на рис. 3, б.

При пуске мотора реле противовключения КV не вклгочатся и ступень противовключения резистора ротора R1 выводится сходу после подачи управляющей команды на запуск.

Реле KV отключает контакторы КМ4 и КМ5 и тем вводит полное сопротивление Rl + R 2 ротор мотора.

В конце процесса торможения при скорости асинхронного мотора, близкой к нулю и составляющей приблизительно 10 — 20 % установившейся исходной скорости ω пер = (0,1 — 0,2) ωуст , реле KV отключается, обеспечивая команду на отключение ступени противовключения R1 при помощи контактора КМ4 и на реверсирование электродвигателя в реверсивной схеме либо команду на остановку электродвигателя в нереверсивной схеме.

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

Схемы механического торможения асинхронных движков

При остановке асинхронных движков, также для удержания механизма передвижения либо подъема, к примеру в крановых промышленных установках, в недвижном состоянии при отключенном движке применяется механическое торможение. Оно обеспечивается электрическими колодочными либо другими тормозами с трехфазным электромагнитом переменного тока, который при включении растормаживает тормоз. Электромагнит тормоза YB врубается и отключается совместно с движком (рис 4, а).

Напряжение на электромагнит тормоза YB может подаваться контактором торможения КМ2, если необходимо отключать тормоз не сразу с движком, а с некой задержкой по времени, к примеру после окончания электронного торможения (рис. 4, б)

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

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

В асинхронных электроприводах используются также электрические тормоза неизменного тока при управлении электродвигателем от сети неизменного тока.

Схемы конденсаторного торможения асинхронных движков

Для торможения АД с короткозамкнутым ротором применяется также конденсаторное торможение с самовозбуждением. Оно обеспечивается конденсаторами C1 — С3, присоединенными к обмотке статора. Врубаются конденсаторы по схеме звезды (рис. 5, а) либо треугольника (рис. 5, б).

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