Машины с независимым возбуждением

Тормозные режимы работы машин постоянного тока

В этих машинах можно реализовать все три тормозных режима работы: рекуперативное торможение, динамическое торможение и торможение противовключением.

Рекуперативное торможение или режим работы машины параллельно с сетьювозникает,когда скорость вращения якоря w превышает скорость идеального холостого хода w₀. При этом наводимая в якоре ЭДС движения Е больше приложенного напряжения U _я и в соответствии с выражением (2.11) ток якоря I _я, а в соответствии с (2.14), и электромагнитный момент М изменяют знак по отношению к их знаку в двигательном режиме работы МПТ на той же характеристике. Поэтому уравнение механической характеристики в этом режиме имеет вид

(4.56)

Поскольку при этом направления тока якоря I _я и ЭДС движения одинаковы (см. схему на рис. 4.29,а), МПТ переходит в генераторный режим – является источником электрической энергии, преобразованной из механической энергии, поступающей на вал машины от рабочего механизма. Электрическая энергия, вырабатываемая МПТ, за вычетом потерь в якорной цепи передается в источник питания, к которому подключена якорная обмотка. Как видно, при переходе МПТ из двигательного режима в режим рекуперативного торможения изменяется знак тока якоря I _я (и, соответственно, момента М) при сохранении знака скорости.

В установившемся режиме работы рекуперативное торможение возможно в ограниченном классе электроприводов при действии активного момента нагрузки (подъемники, робототехника, электротранспорт и т.п.). Чаще этот режим возникает при скачкообразном снижении напряжения на якоре U _я. Пусть исходному состоянию двигателя соответствует точка 1 некоторой механической характеристики на рис. 4.30 с координатами М _с и скорости w₁ при некотором напряжении на якоре U _я1. Тогда сразу же после скачкообразного снижения напряжения до U _я2 из-за механической инерционности подвижных частей привода состояние двигателя будет характеризоваться точкой 2 новой характеристики, соответствующей пониженному напряжению. Далее под действием тормозного момента скорость будет снижаться и в пределах ее изменения от w₁до w₀₂(скорости холостого хода на новой характеристике) имеет место режим рекуперативного торможения.

Торможение противовключением или режим работы последовательно с сетью происходит, когда машина, включенная для вращения в каком-либо направлении под действием внешних сил или сил инерции принудительно вращается в обратном направлении. В результате по сравнению с предшествующим двигательным режимом изменяется знак скорости при сохранении знака момента, либо знак момента при том же знаке скорости. Этот режим если не принять специальных мер может сопровождаться чрезмерно большими токами в якоре. Обычно для их ограничения последовательно с якорем включают дополнительный резистор с необходимым сопротивлением R _тп.

Первый случай имеет место при активном характере нагрузки, когда он превышает момент короткого замыкания . Соответственно, как следует из выражения (2.10), изменяет свой знак ЭДС движения Е при сохранении знака тока якоря I _я (см. схему на рис. 4.29,б), который теперь определяется как

(4.57)

Поскольку при этом знаки ЭДС движения и тока якоря совпадают, МПТ является источником электрической энергии, которая получается в результате преобразования механической энергии, поступающей на вал от механизма. Знаки же напряжения U _я и тока I _я, как и в двигательном режиме, противоположны, что говорит о том, что МПТ продолжает потреблять электрическую энергию из источника питания. Электрическая энергия, как потребляемая от источника питания, так и вырабатываемая МПТ, преобразуется в тепловую энергию, которая выделяется в сопротивлениях якорной цепи.

Второй случай возникает при реверсе двигателя в результате изменения полярности напряжения на якоре U _я. Это можно пояснить с помощью рис. 4.31, где точка 1 на характеристике а соответствует исходному состоянию привода в двигательном режиме МПТ. Сразу же после изменения полярности напряжения скорость остается прежней в силу механической инерционности привода и его состояние характеризуется точкой 2 характеристики б. В результате этого направления напряжения U _я и ЭДС движения Е совпадают и ток I _я равен

(4.58)

Как видно, по сравнению с двигательным режимом изменяется направление тока якоря. Это ведет к изменению знака электромагнитного момента, который становится тормозным, т.е. препятствующим движению.

Режим динамического торможения обеспечивается отключением якорной цепи от источника питания и замыканием ее на внешний резистор – резистор динамического торможения R _дт, как показано на рис. 4.29,г. В этом режиме в якорной цепи остается один источник электрической энергии – ЭДС движения Е, определяющий направление тока якоря I _я, который противоположен его направлению в двигательном режиме работы. В результате изменения направления тока якоря изменяется направление электромагнитного момента и он становится тормозящим. Механические характеристики, поясняющие переход МПТ из исходного двигательного режима работы в режим динамического торможения при тех же условиях, что в предыдущих случаях, показаны на рис. 4.32. Электрическая энергиия, вырабатываемая МПТ, и в данном случае рассеивается в виде тепла в сопротивлениях якорной цепи. Ограничение тока в этом режиме достигается выбором соответствующего значения сопротивления резистора динамического торможения R _дт.

В режиме динамического торможения напряжение U _я=0, а следовательно и скорость идеального холостого хода w₀=0, поэтому уравнение механических характеристик имеет вид

(4.59)