Тормозные режимы двигателей постоянно тока

В процессе эксплуатации двигатели постоянного тока могут переходить в тормозные (генераторные) режимы [22].

6.12.1. Двигатели независимого и параллельного возбуждения. Если частота вращения якоря превысит частоту вращения холостого хода , то наступает рекуперативное торможение. При этом эдс машины превышает напряжение питающей сети (). Ток якоря и электромагнитный момент меняют свое направление на противоположное. Машина переходит в генераторный режим и отдает вырабатываемую при этом энергию в сеть. Электромагнитный момент двигателя становится тормозным. Он противодействует внешнему вращающему моменту, который создается силами инерции вращающегося с прежней скоростью якоря (рис. 6.49,а). Процесс торможения продолжается до тех пор, пока частота вращения якоря уменьшается до значения . Для перехода двигателя в режим рекуперации его схема включения не изменяется (рис. 6.49,а) [2].

Применение рекуперативного торможения является энергосберегающем средством в электроприводе. Оно целесообразно на электрифицированном транспорте, которые работает с частыми остановками и движением под уклон (кинетическая энергия движения транс портного средства преобразуется в электроэнергию и возвращается в сеть). Рекуперативное торможение также происходит при усилении магнитного потока двигателя. При этом повышается его эдс и снижается частота вращения [2].

При отключении двигателя от сети его якорь под действием кинетической энергии движущихся масс электропривода продолжает вращаться. Если при этом обмотку якоря замкнуть на резистор , то двигатель перейдет в генераторный режим. Этот режим называется динамическим торможением (рис. 6.49,б). Обмотка возбуждения при этом остается включенной в сеть. Вырабатываемая электроэнергия преобразуется в теплоту и рассеивается на сопротивлении якорной цепи . В режиме динамического торможения эдс якоря не меняет своего направления. При ток якоря изменит свое направление (станет отрицательным), поскольку будет создаваться эдс:

. (6.36)

Электромагнитный момент также изменит направление и станет тормозящим. На рис. 6.50 показаны характеристики динамического торможения. Из точки a на естественной характеристике 1 двигатель при неизменных оборотах перешел в точку на характеристике 2 динамического торможения. Для обеспечения заданного тока требуется подобрать резистор с сопротивлением согласно (6.36). Переход на характеристику 3 осуществляется с характеристики 2 при достижении якорем частоты вращения . При реактивном характере нагрузки на валу двигатель останавливается. В точках b или c он работает с установившейся скоростью при активной нагрузке. Характеристика получена при отсутствии сопротивления в цепи якоря. Она параллельна естественной характеристике 1 [20].

При отключении двигателя от питающей сети вращающий момент , но якорь за счет кинетической энергии вращающихся масс электропривода некоторое время будет продолжать вращение, т.е. произойдет выбег двигателя. Чтобы уменьшить время выбега применяют торможение противовключением (рис. 6.49,в). Для этого меняют полярность напряжения на клеммах обмотки якоря . Полярность клемм обмотки возбуждения должна остаться прежней. Якорь двигателя сохраняет прежнее (положительное) направление вращения. Эдс не меняет своего направления и действует согласно напряжению . При этом ток якоря равен

. (6.37)

Электромагнитный момент становится отрицательным (тормозящим). Частота вращения якоря уменьшается и достигает нулевого значения. Если в этот момент цепь якоря не отключить от сети (точки b или c нарис. 6.51), то произойдет реверсирование двигателя. Момент, который прежде был тормозным, становится движущим. Якорь начинает вращаться в противоположную сторону, машина работает в двигательном режиме с отрицательными значениями частоты и вращающего момента [2].

6.12.2. Двигатели последовательного возбуждения. Такие двигатели не могут перейти в режим рекуперации. Для этого требуется изменения направления тока якоря, а полярность полюсов и направление эдс должны остаться неизменными. Этого невозможно достичь при изменении направления тока в обмотке возбуждения. Чтобы осуществить генераторный режим, необходимо переключить выводы обмотки возбуждения. На электротранспорте рекуперативное торможение тяговых двигателей последовательного возбуждения применяется посредством перевода его на независимое возбуждение [2].

Динамическое торможение в двигателях последовательного возбуждения возможно по двум схемам включения: по схеме независимого возбуждения и по схеме самобозбуждения. При схеме с независимым питанием обмотки возбуждения для ограничения тока в этой обмотке в цепь возбуждения последовательно включают резистор (рис. 6.51,а). Процесс торможения протекает, как и в двигателе независимого возбуждения [2].

Динамическое торможение по схеме с самовозбуждением (рис. 6.51,б) предусматривает отключение от сети обмотки возбуждения и подключение ее к якорю через резистор . При этом магнитный поток не должен изменить своего направления, поскольку в противном случае будет подавляться поток остаточного магнетизма и машина размагнитится. В этом случае эдс в обмотке якоря не будет индуцироваться и торможения не произойдет.

Торможение противовключением происходит так же, как и в двигателях независимого возбуждения при изменении полярности напряжения на клеммах цепи якоря. При этом меняется направление тока в обмотке якоря. Если направление тока в обмотке возбуждения останется неизменным (рис. 6.51,в), то электромагнитный момент изменит свое направление и станет тормозящим [2].

Для расчета характеристик тормозных режимом двигателей последовательного возбуждения пользуются универсальными характеристиками [21]. Характеристика динамического торможения с самовозбуждением (рис.6.52) состоит из двух участков:

- ВА, где магнитная цепь машины насыщена, т.е. магнитный поток двигателя Ф практически перестает меняться (Ф ≈ const);

- АО, где магнитная цепь машины не насыщена, т.е. магнитный поток двигателя Ф постоянным не является (Ф ≠ const).

Граничное значение тока принимают равным номинальному току двигателя . Участок ВА рассчитывается по аналогии с участком динамического торможения двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Значение скорости определяется как

. (6.38)

Для расчета участка ОА требуется:

- задаться рядом значений тока от до 0 и перевести эти значения в относительные I*;

- по универсальным характеристикам [21] определить относительные значения момента М* и перевести их в действительные;

- рассчитать скорость по формуле

. (6.39)

Далее строится характеристика торможения с самовозбуждением. Характеристика торможения противовключением также строится по универсальным характеристикам [21].

Режимы динамического торможения и противовключения сопровождаются значительными потерями энергии в силовой часты схемы. При этом они обеспечивают эффективное регулирование двигателей. В электроприводах эти режимы являются основными из-за простоты реализации или вспомогательными при использовании вентильных управляемых преобразователей [20], [22].