0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое рекуперативное торможение двигателем постоянного тока

Генераторное (рекуперативное) торможение. Если сторонним устройством разогнать ДПТ с НВ до скорости выше скорости холостого хода, то он начинает работать генератором

Если сторонним устройством разогнать ДПТ с НВ до скорости выше скорости холостого хода, то он начинает работать генератором, включенным параллельно с сетью, отдавая ей электрическую энергию.

Ток якоря при этом изменяет свой знак, т. к. и ДПТ переходит в тормозной режим с тормозным моментом = .

В этом случае уравнение механической характеристики приобретает вид

. (3.11)

Нетрудно видеть, что графически зависимость в данном случае является продолжением механической характеристики двигательного режима и изображается во 2 или 4 (при противоположном направлении вращения) квадрантах (рис. 3.7).

Данный тормозной режим весьма экономичен, широко применяется в промышленности и на транспорте при некоторых способах регулирования скорости, например при регулировании скорости вращения изменением питающего напряжения .

Рис. 3.7. Механические характеристики двигательного режима и режима генераторного (рекуперативного) торможения при

При переводе ДПТ из двигательного режима в режим динамического торможения необходимо ограничивать величину максимального тормозного тока в момент переключения.

Торможение противовключением

Этот режим по существу соответствует работе ДПТ генератором последовательно с сетью и имеет место тогда, когда обмотки двигателя включены для вращения в одну сторону, но под действием внешнего момента или сил инерции ротор вращается в противоположную сторону. Такой режим работы двигателя можно получить двумя способами: так называемым «тормозным спуском» и изменением на ходу полярности подводимого к якорю напряжения.

Тормозной спуск

Данный вид торможения имеет место при превышении активным моментом сопротивления величины пускового момента, что приводит к изменению направления вращения якоря двигателя и соответственно знака ЭДС. Из первого уравнения системы (3.1) следует, что в этом случае ток якоря определяется как

, (3.14)

т. е. ток якоря превышает значения токов короткого замыкания (3.4). Поэтому для реализации этого режима необходимо ограничивать ток якоря введением добавочного сопротивления .

Графически механические и электромеханические характеристики в этом случае являются продолжением соответствующих характеристик в 4 квадрант.

Режим тормозного спуска широко применяется в грузоподъемных механизмах для опускания грузов.

Противовключение изменением полярности подводимого напряжения

Если у ДПТ, работающего в двигательном режиме на ходу изменить полярность напряжения на обмотке якоря на противоположную, то знак тока якоря изменится на противоположный в соответствии с выражением

. (3.15)

Двигатель переходит в тормозной режим, и его механическая характеристика изображается во 2 квадранте. При этом происходит интенсивное торможение и скорость вращения двигателя падает до нуля. Если в этот момент времени обмотку якоря не отключить от сети, то направление вращения изменяйся на противоположное (график механической характеристики размещен в 3 квадранте), т.е. двигатель реверсируется. Это, безусловно, накладывает определенные ограничения на применимость данного способа торможения.

С энергетической точки зрения данный способ не экономичен, т.к. большое количество энергии выделяется на добавочном сопротивлении, которое необходимо включать в якорную цепь для ограничения бросков тормозного тока.

Механические характеристики для этого режима торможения представлены на рис.3.10.

Рис. 3.10. Механические характеристики ДПТ с НВ, соответствующие режиму торможения противовключением путем изменения полярности подводимого напряжения при

Способы торможения двигателей постоянного тока

Во многих случаях возникает необходимость затормозить ЭП. Торможение можно осуществить различными механическими и электромеханическими тормозами. Однако в качестве тормоза может быть использован и сам двигатель, поскольку любая электрическая машина обладает свойством обратимости, т.е. одна и та же электрическая машина может работать как в двигательном, так и в генераторном режиме. При смене двигательного режима на генераторный происходит изменение знака электромагнитного момента машины. При двигательном режиме работы знак момента совпадает со знаком (направлением) скорости вращения, а при генераторном – знак момента противоположен знаку скорости. Торможение самим двигателем повышает экономичность установки и упрощает ее. Существует три метода торможения электрических двигателей: динамическое, рекуперативное и торможение противовключением.

Читать еще:  Opel astra j двигатель работает с перебоями

При динамическом торможении якорь электродвигателя отключают от питающей сети и замыкают на нагрузочное сопротивление (см. рис.20).

Машина переходит в генераторный режим работы и превращает запасенную кинетическую энергии вращающихся частей ЭП в электрическую энергию, которая выделяется на сопротивлении обмотки якоря Rя и сопротивлении Rд, включенным в цепь обмотки якоря, Rя+Rд.

Ток обмотки якоря в режиме динамического торможения протекает под воздействием ЭДС обмотки якоря. Поскольку ЭДС обмотки якоря имеет знак противоположный знаку напряжения, подаваемого на машину, ток якоря и электромагнитный момент изменяют свои знаки на противоположные. Момент становится тормозным, скорость двигателя уменьшается до нуля, двигатель останавливается.

На рис. 19 показана характеристика динамического торможения ДПТ НВ, уравне­ния которой получают из (68) и (69) при U = 0:

Из (73) и(74) видно, что характеристики Ω(I) и Ω(М) при U = 0 являются линейными. Схема динамического торможения, при котором ДПТ НВ имеет та­кую характеристику, приведена на рис. 20. Она может называться также схемой генератора, работающего на автономную нагрузку Rд.

Рис.20. Схема динамического торможения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

ПрямаяВО на рис.19 (во втором квадранте) представляет собой механическую характеристику двигателя постоянного тока в режиме динамического торможения. Эффективность торможения по мере снижения скорости вращения падает, так как величина тормозного момента двигателя зависит от скорости. Динамическое торможение применяют в машинах с независимым электромагнитным или магнитоэлектрическим возбуждением.

В двигателях с параллельным и последовательным возбуждением обмотка возбуждения в период динамического торможения должна получать независимое питание от сети, поскольку при работе машины в режиме самовозбуждения уменьшение скорости нарушает условие самовозбуждения и тормозной момент становится недостаточным для эффективного торможения.

Расчет величины добавочного сопротивления при динамическом торможении приведен в разделе 4.5 (Регулирование тока и момента при пуске, торможении и реверсе), формула (89).

Рекуперативное торможениедвигателя осуществляют путем отдачи электрической энергии в сеть постоянного тока, питающую двигатель. Двигатель получает механическую энергию от рабочей ма­шины и отдает ее (рекуперирует) в виде электроэнергии в сеть (см. рис. 21, в). На этом участке Ω > +Ω, поэтому ЭДС обмотки якоря больше напряже­ния сети, ток и момент изменяют свои направления на противопо­ложные.

Из (65) можно получить выражение для тока якоря

Из приведенного выражения для тока якоря видно, что при Е>U ток якоря становится отрицательным, следовательно, и момент изменяет свой знак и становится тормозным. Механическая характеристика двигателя при рекуперативном торможении представлена на рис.19 прямой, представляющей собой продолжение характеристики двигательного режима (+ Ω Мп) во втором квадранте характеристики. При рекуперативном торможении кинетическая энергия вращающихся масс ЭП расходуется не на истирание механических тормозов, не на нагрев добавочных сопротивлений, как в случае динамического торможения, а отдается в сеть и может быть полезно использована другими приемниками электрической энергии. Поэтому рекуперативное торможение широко используется в ЭП, имеющих значительные инерционные массы. Двигатель с последовательным возбуждением, используемый в тяговых устройствах, нельзя непосредственно перевести в генераторный режим. Процесс рекуперации более просто осуществляется в машинах со смешанным возбуждением, благодаря чему они находят применение в тяговых ЭП.

Торможение противовключениемприменяют при необходимости быстрого торможения двигателя для производства реверса, т.е. разгону двигателя в направлении, противоположном начальному. Для этого полярность напряжения, приложенного к якорю, изменяют на противоположную. При таком переключении направления тока обмотки якоря и электромагнитного момента изменяются:

В начальный период в якорной цепи напряжение и ЭДС обмотки якоря будут действовать согласовано, создавая очень большой ток и тормозной момент.

Для ограничения толчков тока и момента при противовключении в якорную цепь вводят добавочное сопротивление Rд. В этом случае при расчете тока якоря следует принимать суммарное сопротивление цепи обмотки якоря R=Rя+ Rд. Величину Rд следует выбирать такой, чтобы ток Iпр не превышал (2–2,5)IN.

Читать еще:  Влияние датчика температуры воздуха на работу двигателя

Режим противовключения наступает и в том случае, когда знак приложенного к якорю напряжения остается прежним, а изменяется направление вращения двигателя, т.е. Ω 14 151617>

Дата добавления: 2019-02-08 ; просмотров: 5006 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Торможение двигателей постоянного тока с независимым возбуждением и тормозные характеристики

Если работающий двигатель постоянного тока с независимым возбуждением отключить от сети, то скорость его начнет постепенно снижаться до нуля. Время с момента отключения двигателя от сети до момента его полной остановки называется временем свободного выбега .

Чем больше мощность двигателя, тем больше масса якоря и его диаметр, тем дольше он будет останавливаться свободным выбегом. Это невыгодно для производственных механизмов, так как снижает производительность. Чтобы уменьшить время выбега, применяют электрическое торможение.

У двигателей постоянного тока существуют три способа торможения:
1. Генераторное (рекуперативное) торможение.
2. Реостатное торможение.
3. Торможение противовключением.

Генераторное (рекуперативное) торможение

Если под действием производственного механизма скорость вращения двигателя становится больше скорости идеального холостого хода, двигатель переходит в генераторный режим работы, называемый режимом генераторного торможения. При генераторном торможении скорость двигателя не сбрасывается до нуля, но зато имеется возможность не допустить дальнейшего увеличения скорости, и двигатель будет вращаться с постоянной скоростью, чуть больше скорости идеального холостого хода.

Генераторное торможение обеспечивает торможение двигателя, не допуская его разгон под действием производственного механизма.

Характеристика генераторного торможения является продолжением характеристики двигательного режима во 2-й квадрант.

Тормозные характеристики двигателей постоянного тока с независимым возбуждением.

Реостатное торможение

При реостатном торможении электрический двигатель отключается от сети и замыкается на активное сопротивление. При замыкании обмотки якоря на сопротивление, ток в якорной цепи меняет полярность, в результате чего переходит работать в точку a’, затем скорость двигателя начинает снижаться до нуля. Отрезок a’-0 – характеристика двигателя при реостатном торможении. Достоинством реостатного торможения является то, что двигатель сбрасывает скорость вращения до нуля.

Схема реостатного торможения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Торможение противовключением

Торможение противовключением – осуществляется двумя способами:
1. Изменением полярности на зажимах якоря.
2. Силовой спуск.

1. Изменением полярности на зажимах якоря.

Если изменить полярность на зажимах якоря двигателя, то в цепи якоря произойдет бросок тока намного больше, чем при реостатном торможении, и если двигатель работал в точке a, то при изменении полярности он перейдет работать в точку b, затем скорость начнет снижаться по характеристике b-b’.

Недостатком этого способа торможения является то, что если двигатель при скорости близкой к нулю не отключиться от сети, то произойдет реверс.

Время торможения этим способом будет намного меньше, чем при реостатном торможении, и, несмотря на это, этот способ торможения нельзя использовать для тех производственных механизмов, у которых реверс может привести к аварийной ситуации.

2. Силовой спуск. Его можно осуществить только на реостатной характеристике с добавочным сопротивлением в цепи якоря.

Если под действием производственного механизма двигатель изменит направление вращения, то в результате торможения скорость вращения будет оставаться постоянной и не позволит двигателю ее увеличить под действием производственного механизма.

Рекуперативное торможение

Тормозные режимы ДПТ НВ

Лекция 9

Торможение– это принудительный переходный режим, предназначенный для частичной или полной остановки двигателя. При полной остановке угловая скорость двигателя изменяется от ω=ωНОМ до ω=0.

Различают механические и электрические способы торможения. Механические способы торможения основаны на использовании различных фрикционных устройств. Электрические способы связаны с созданием электромагнитного момента, направление которого противоположно направлению скорости вращения. В этом случае электромагнитный момент будет называться тормозным,то есть М=МТ.

Существуют три электрических способа торможения:

1) рекуперативное торможение;

Читать еще:  Авто калина неисправности двигателя

2) торможение противовключением;

3) динамическое торможение.

Основным признаком рекуперативного торможения является соотношение ω >ω.

Для рассмотрения физических процессов, происходящих при рекуперативном торможении, проанализируем следующий пример.

Пример. Пусть ДПТ НВ, работающий в режиме подъема груза, приводит во вращение шкив (рисунок 2.13). При этом двигатель работает в двигательном режиме, создает вращающий электромагнитный момент М=кФI и при этом в обмотке якоря наводится ЭДС, равная Е=кФω.

Рисунок 2.13 – Привод грузоподъемного механизма

Рабочий механизм (шкив) с двумя грузами G1 и G2 создает статический момент сопротивления пропорциональный разности:

.

В статическом режиме, когда М=МС, двигатель вращается со скоростью ω=ωНОМ. Графически этот процесс можно представить в виде точки, находящейся на естественной механической характеристике, соответствующей ω=ωНОМ (рисунок 2.14).

Рисунок 2.14 – Механические характеристики ДПТ НВ при переходе в рекуперативный режим

Предположим, что груз G2 увеличивается. При этом статический момент сопротивления МС уменьшается, двигатель ускоряется и при некотором значении G2= G1 статический момент сопротивления становится равным нулю и при этом угловая скорость вращения ω=ω. При дальнейшем увеличении груза G2 статический момент сопротивления МС изменяет свое направление и становится направленным соответственно электромагнитному моменту М, в результате чего угловая скорость вращения ω>ω. При этом ЭДС Е=кФω становится по отношению к напряжению U=кФω:

.

Тогда ток в цепи якоря, равный

становится отрицательным и при этом электромагнитный момент, равный

также становится отрицательным, а по отношению к вращению является тормозным.

При этом рабочая точка механической характеристики переходит во второй квадрант координатной плоскости (рисунок 2.14, т.b).

Если после этого не менять соотношение G1 и G2 , то под действием отрицательного момента двигатель будет тормозиться, и рабочая точка вновь перейдет из т. b в т. a (рисунок 2.14). При этом уравнение механической характеристики будет иметь следующий вид

Уравнение (2.27) представляет собой уравнение механической характеристики при рекуперативном торможении.

Рассмотрим энергетические процессы при рекуперативном торможении. Для этого запишем уравнение равновесия цепи якоря ДПТ:

. (2.28)

Умножим обе части уравнения (2.28) на ток цепи якоря I и получим

,

где UI – электрическая мощность, потребляемая двигателем из сети;

EI – электромагнитная мощность, которую с учетом пренебрежения потерями в стали можно приравнять к механической, то есть EI=Mω;

RI 2 – мощность рассеяния (потери мощности в двигателе), которая физически выражается в нагреве двигателя.

Так как ток в цепи якоря отрицательный, то уравнение энергетического баланса при рекуперативном торможении имеет вид

(2.29)

Это значит, что кинетическая энергия, численно равная E(-I) и направленная от механизма к двигателю, преобразуется в электрическую энергию U(-I), направленную от двигателя к источнику питания.

Из соотношения (2.29) вытекает важное преимущество рекуперативного торможения – это его высокая энергетическая эффективность.

Недостатком является то, что этот способ обладает ограниченной областью применения и может быть использован только в грузоподъемных механизмах для обеспечения плавности процесса подъема и спуска груза.

Практическая реализация рекуперативного торможения с целью торможения до полной остановки может быть осуществлена посредством снижения напряжения, подводимого к якорю. При этом первоначальный скачок изменения напряжения должен быть достаточно большим, чтобы рабочая точка т. а переместилась во второй квадрант координатной плоскости т. b (рисунок 2.15).

Рисунок 2.15 – Реализация рекуперативного торможения посредством снижения напряжения, подводимого к якорю.

Для того чтобы снизить скорость до полной остановки, последовательно снижают напряжение. При этом скачки снижения напряжения должны быть такими, чтобы рабочая точка не выходила за пределы второго квадранта координатной плоскости.

Управление рекуперативным торможением до полной остановки двигателя представляет сложную задачу. Поэтому рекуперативное торможение чаще используют для частичного снижения скорости вращения.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector