Конденсаторное торможение асинхронных электродвигателей

Конденсаторное торможение электродвигателей

Конденсаторное торможение асинхронных двигателей малой мощности и комбинированные способы торможения с его использованием в последние годы получили значительное распространение. С точки зрения быстроты остановки, сокращения тормозного пути и повышения точности конденсаторное торможение часто дает лучшие, результаты, чем другие способы торможения электродвигателей.

Конденсаторное торможение основано на использовании явления самовозбуждения асинхронной машины, или, что более правильно, емкостного возбуждения асинхронной машины, поскольку необходимая для возбуждения генераторного режима реактивная энергия доставляется подключенными к статорной обмотке конденсаторами. В этом режиме машина работает с отрицательным по отношению к вращающемуся магнитному полю, созданному возбужденными в статорной обмотке свободными токами, скольжением, развивая на валу тормозной момент. В отличие от динамического и рекуперативного оно не требует потребления возбуждающей энергии из сети.

Схемы конденсаторного торможения электродвигателей

Конденсаторное торможение асинхронных двигателей

На рисунке приведена схема включения двигателя при конденсаторном торможении. Параллельно обмотке статора включают конденсаторы, обычно соединенные по схеме треугольника.

При отключении двигателя от сети токи разряда конденсаторов создают магнитное поле, вращающееся с низкой угловой скоростью. Машина переходит в режим генераторного торможения, частота вращения снижается до значения, соответствующего частоте вращения возбужденного поля. Во время разряда конденсаторов появляется большой тормозной момент, который с уменьшением частоты вращения падает.

В начале торможения происходит быстрое поглощение запасенной ротором кинетической энергии при малом тормозном пути. Торможение резкое, ударные моменты достигают 7 Мном. Значение пика тормозного тока при самых больших значениях емкости не превышает пускового тока.

С ростом емкости конденсаторов тормозной момент увеличивается и торможение длится до более низкой частоты вращения. Исследования показали, что оптимальное значение емкости лежит в пределах 4 — 6 Сном. Конденсаторное торможение прекращается при частоте вращения 30 — 40% номинальной, когда частота вращения ротора становится равной частоте вращения поля статора от возникающих в статоре свободных токов. При этом в процессе торможения поглощается более 3/4 кинетической энергии, запасенной приводом.

Для полной остановки двигателя по схеме на рисунке 1,а необходимо наличие на валу момента сопротивления. Описанная схема выгодно отличается отсутствием переключающих аппаратов, простотой обслуживания, надежностью и экономичностью.

При глухом подключении конденсаторов параллельно двигателю можно применять только такие типы конденсаторов, которые рассчитаны на длительную работу в цепи переменного тока.

Если торможение осуществляется по схеме рисунке 1 с подключением конденсаторов после отключения двигателя от сети, возможно применение более дешевых и малогабаритных металлобумажных конденсаторов типов МБГП и МБГО, предназначенных для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока, а также сухих полярных электролитических конденсаторов (КЭ, КЭГ и др.).

Конденсаторное торможение с глухо подключенными по схеме треугольника конденсаторами целесообразно применять для быстрой и точной остановки электроприводов, на валу которых действует момент нагрузки не менее 25% номинального момента двигателя.

Для конденсаторного торможения может быть применена и упрощенная схема: однофазное включение конденсаторов (рис. 1,6). Для получения такого же тормозного эффекта, как при трехфазном включении емкости, необходимо, чтобы емкость конденсатора в однофазной схеме была в 2,1 раза больше емкости в каждой фазе в схеме на рис. 1,а. При этом, однако, емкость в однофазной схеме составляет лишь 70% суммарной емкости конденсаторов при их трехфазном включении.

Потери энергии в двигателе при конденсаторном торможении наименьшие по сравнению с другими видами торможения, поэтому оно рекомендуется для электроприводов с большим числом включений.

При выборе аппаратуры следует учесть, что контакторы в цепи статора должны быть рассчитаны на ток, протекающий по конденсаторам. Для устранения недостатка конденсаторного торможения — прекращения действия до полной остановки электродвигателя — используют его сочетания с динамическим имагнитным торможением.

Схемы конденсаторно-динамического торможения

Схемы конденсаторно-динамнческого торможения магнитным торможением.

Две основные схемы конденсаторно-динамического торможения (КДТ) показаны на рисунке 2.

В схеме постоянный ток подают в статор после прекращения действия конденсаторного торможения. Эта схема рекомендуется для точной остановки электропривода. Подачу постоянного тока следует производить в функции пути механизма. При сниженной частоте вращения момент динамического торможения значителен, что и обеспечивает быстрое окончательное затормаживание двигателя.

Эффективность такого двухступенчатого торможение видна из следующего примера.

При динамическом торможении двигателя АЛ41-4 (1,7 кВт, 1440 об/мин) с внешним моментом инерции на валу, составляющим 22% момента инерции ротора, время торможения равно 0,6 с, а тормозной путь 11,5 оборота вала.

При совмещении конденсаторного и динамического торможения время и путь торможения сокращаются до 0,16 с и 1,6 оборота вала (емкость конденсаторов была принята равной 3,9 Сном).

В схеме рис. 2,б осуществляется перекрытие режимов с подачей постоянного тока до окончания процесса конденсаторного торможения. Для управления вторым этапом служит реле напряжения РН.

Торможение электродвигателя

Подписка на рассылку

Производственные процессы, связанные с эксплуатацией оборудования, оснащенного электрическими двигателями переменного или постоянного тока, требуют периодической остановки. Однако после отключения питающего напряжения от электродвигателей, их роторы продолжают вращение по инерции и останавливаются только через определенный промежуток времени. Такая остановка электродвигателя называется свободным выбегом.

Для электродвигателей, работающих с частыми пусками-остановами, остановка способом свободного выбега не подходит. Чтобы сократить время, необходимое для полной остановки вращения ротора применяется принудительное торможение. Способы торможения электродвигателя подразделяются на механические и электрические.

Механическое торможение

Остановка двигателей при таком способе торможения осуществляется благодаря специальным колодкам на тормозном шкиве. После отключения питающего напряжения тормозные колодки под воздействием пружин прижимаются к шкиву. В результате возникающего трения колодок о шкив кинетическая энергия вращающегося вала преобразуется в тепловую, что и приводит к его полной остановке. После подачи напряжения электромагнит (YB) растормаживает колодки, и эксплуатация электродвигателя продолжается в штатном режиме.

В зависимости от схемы электрического торможения, кинетическая энергия вращающегося ротора может отдаваться в сеть или на батарею конденсаторов, а также преобразовываться в тепло, которое поглощается обмотками электродвигателя или специальными реостатами.

Динамическое торможение электродвигателя

Эта схема остановки подходит для трехфазных электродвигателей как с которкозамкнутым, так и с фазным ротором.

Динамическое торможение электродвигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется посредством отключения обмоток статора от питающей сети трехфазного переменного тока и переключением двух из них через систему контакторов и реле на источник выпрямленного постоянного напряжения.

Обмотки статора после подачи на них постоянного напряжения генерируют стационарное магнитное поле, под воздействием которого в короткозамкнутой «беличьей клетке»

вращающегося ротора начинает индуцироваться электрический ток, вызывающий появление томозного момента. Направление этого момента противоположно направлению вращения останавливающегося вала. После остановки двигателя подача постоянного напряжения на обмотки статора прекращается.

В двигателях с фазным ротором величину тормозного момента можно регулировать с помощью дополнительных сопротивлений, в качестве которых используются пусковые резисторы.

Торможение противовключением

Торможение асинхронного электродвигателя методом противовключения осуществляется путем реверсирования двигателя без отключения от питающей сети.

Управление торможением выполняется реле контроля скорости. В рабочем режиме контакты реле замкнуты. После нажатия на кнопку «СТОП» (SBC) группа контакторов производит переключение двух фаз, меняя порядок их чередования. В результате этого магнитное поле статора начинает вращаться в противоположном направлении, что приводит к замедлению вращения ротора. Когда скорость вращения становится близкой к нулю, реле контроля скорости размыкает контакты и подача питающего напряжения прекращается.

Конденсаторное торможение электродвигателей

Этот способ, называемый еще торможение с самовозбуждением, применим только к электродвигателям с короткозамкнутым ротором.

После прекращения подачи питающего напряжения ротор электродвигателя продолжает вращение по инерции и генерирует в обмотках статора электрический ток, который вначале заряжает батарею конденсаторов, а после накопления номинального заряда возвращается в обмотки. Это приводит к возникновению тормозного момента, величина которого зависти от емкости конденсаторных батарей, подключенных к каждой фазе по схеме «звезда» или «треугольник». Торможение с самовозбуждением применяется на двигателях с большим числом пусков-остановов, так как величина потерь энергии в двигателях при такой схеме остановки минимальная.

Рекуперативное торможение

Рекуперативное или иначе генераторное торможение асинхронных электродвигателей на практике используется в качестве предварительного подтормаживания , а также при опускании грузов кранами всех типов или пассажирских и грузовых лифтовых кабин.

Торможение асинхронного электродвигателя в рекуперативном режиме происходит, когда номинальная частота вращения ротора превышает его синхронную частоту. Двигатель начинает генерировать электрическую энергию и отдавать ее в питающую сеть, в результате чего создается тормозящий момент. Такой способ остановки применяется для многоскоростных двигателей путем постепенного переключения с большей частоты вращения ротора на меньшую. Таким образом, в определенный момент скорость, вращающегося под воздействием инерции вала, будет больше синхронной частоты, соответствующей подключенному количеству полюсов статора. Кроме того, рекуперативная схема торможения применяется для двигателей, подключенных к преобразователям частоты. Для этого достаточно уменьшить частоту питающего напряжения.

Остановка двигателей постоянного тока (ДПТ)

Торможение электродвигателей постоянного тока осуществляется противовключением и динамическим способом.

Динамическое торможение

Такая схема торможения применяется для двигателей с независимым возбуждением.

После нажатия кнопки «Стоп» (SB1) происходит отключение обмоток якоря от питающей сети и переподключение их на тормозной резистор. В обмотках якоря, вращающегося по инерции в стационарном магнитном поле, индуцируется постоянный ток, который проходя по обмоточным проводам резистора, преобразовывается в тепловую энергию.

Торможение противовключением
Метод противовключения основан на изменении полярности напряжения, подключаемого к обмоткам индуктора или якоря двигателя. Это приводит к смене полярности магнитного потока или направлению тока, индуцируемого в якоре. Таким образом, направление вращающего момента меняется на противоположное, что вызывает появление тормозящего эффекта. Скорость вращения якоря контролируется реле скорости, которое отключает питание якоря, когда она приближается к нулевой.

Конденсаторное торможение асинхронных электродвигателей

В последние годы конденсаторное торможение электродвигателей набирает популярность. От остальных оно отличается быстротой остановки, сокращением тормозного пути и повышением точности. Торможение основано на емкостном возбуждении асинхронной машины, т. к. реактивная энергия возбуждения генераторного режима доставляется конденсаторами.

Конденсаторное торможение не потребляет возбуждающую энергию из сети, в отличие от динамического и рекуперативного. Конденсаторы обычно включают параллельно обмотке статора. Большой тормозной момент появляется во время их разряда, но падает с уменьшением частоты вращения вала.

При резком торможении ударные моменты равны 7 Мном. Если увеличить емкость конденсаторов (оптимальное значение 4 – 6 Сном), то торможение продолжится до самой низкой частоты вращения вала, а в основном оно прекращается при частоте 30 – 40 % от номинальной. Во время торможения расходуется 75% запасенной приводом энергии.

Конденсаторы, рассчитанные на долгую работу в цепи переменного тока, применяются при глухом подключении параллельно двигателю. Такое торможение применяют для точной и быстрой остановки электроприводов, где 25% номинального момента двигателя приходится на момент нагрузки вала.

Конденсаторное торможение рекомендуется для электропривода с большим числом включений, т. к. потери энергии наименьшие. При выборе аппаратуры учтите, что в цепи статора контакторы рассчитываются на нагрузку тока, протекающего по конденсаторам.

Конденсаторно-динамическое торможение рекомендуют для точной остановки электропривода. Время и путь при таком торможении сокращаются в 2 – 3 раза.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Конденсаторное торможение асинхронных электродвигателей

Конденсаторное торможение электродвигателей

Конденсаторное торможение асинхронных движков малой мощности и комбинированные методы торможения с его внедрением в последние годы получили существенное распространение. Исходя из убеждений быстроты остановки, сокращения тормозного пути и увеличения точности
конденсаторное торможение нередко дает наилучшие, результаты, чем другие методы
торможения электродвигателей.

Конденсаторное торможение основано на использовании явления самовозбуждения асинхронной машины, либо, что более верно, емкостного возбуждения асинхронной машины, так как нужная для возбуждения генераторного режима реактивная энергия доставляется присоединенными к статорной обмотке конденсаторами. В этом режиме машина работает с отрицательным по отношению к вращающемуся магнитному полю, сделанному возбужденными в статорной обмотке свободными токами, скольжением, развивая на валу тормозной момент. В отличие от динамического и рекуперативного оно не просит употребления возбуждающей энергии из сети.

Схемы конденсаторного торможения электродвигателей

Конденсаторное торможение асинхронных движков

На рисунке приведена схема включения мотора при конденсаторном торможении. Параллельно обмотке статора включают конденсаторы, обычно соединенные по схеме треугольника.

При выключении мотора от сети токи разряда конденсаторов делают магнитное поле, крутящееся с низкой угловой скоростью. Машина перебегает в режим генераторного торможения, частота вращения понижается до значения, соответственного частоте вращения возбужденного поля. Во время разряда конденсаторов возникает большой тормозной момент, который с уменьшением частоты вращения падает.

Сначала торможения происходит резвое поглощение запасенной ротором кинетической энергии при малом тормозном пути. Торможение резкое, ударные моменты добиваются 7
Мном. Значение пика тормозного тока при наибольших значениях емкости не
превосходит пускового тока.

С ростом емкости конденсаторов тормозной момент возрастает и торможение продолжается до более низкой частоты вращения. Исследования проявили, что наилучшее значение емкости лежит в границах 4
— 6 Сном.
Конденсаторное торможение прекращается при частоте вращения 30 — 40% номинальной, когда частота вращения ротора становится равной частоте вращения поля статора от возникающих в статоре свободных токов. При всем этом в процессе торможения поглощается более 3/4 кинетической энергии, запасенной приводом.

Для полной остановки мотора по схеме на рисунке 1,а нужно наличие на валу момента сопротивления.
Описанная схема прибыльно отличается отсутствием переключающих аппаратов, простотой обслуживания, надежностью и экономичностью.

При глухом подключении конденсаторов параллельно движку можно использовать только такие типы конденсаторов, которые рассчитаны на долгосрочную работу в цепи
переменного тока.

Если торможение осуществляется по схеме рисунке 1 с подключением конденсаторов после отключения мотора от сети, может быть применение более дешевеньких и компактных
металлобумажных конденсаторов типов МБГП и МБГО, созданных для работы в цепях неизменного и пульсирующего тока, также сухих полярных электролитических конденсаторов (КЭ, КЭГ и др.).

Конденсаторное торможение с глухо присоединенными по схеме треугольника конденсаторами целенаправлено использовать для резвой и четкой остановки электроприводов, на валу которых действует момент нагрузки более 25% номинального момента мотора.

Для конденсаторного торможения может быть использована и облегченная схема: однофазовое включение конденсаторов (рис.
1,6). Для получения того же тормозного эффекта, как при трехфазном включении емкости, нужно, чтоб емкость конденсатора в однофазовой схеме была в 2,1 раза больше емкости в каждой фазе в схеме на рис.
1,а. При всем этом, но, емкость в однофазовой схеме составляет только 70% суммарной емкости конденсаторов при их трехфазном включении.

Энергопотери в движке при конденсаторном торможении меньшие по сопоставлению с другими видами торможения, потому оно рекомендуется для электроприводов с огромным числом включений.

При выборе аппаратуры следует учитывать, что контакторы в цепи статора должны быть рассчитаны на ток, протекающий по конденсаторам.
Для устранения недочета конденсаторного торможения — прекращения деяния до полной остановки
электродвигателя — употребляют его сочетания с динамическим имагнитным торможением.

Схемы конденсаторно-динамического торможения

Схемы конденсаторно-динамнческого торможения магнитным торможением.

Две главные схемы конденсаторно-динамического торможения (КДТ) показаны на рисунке
2.

В схеме неизменный ток подают в статор после прекращения деяния конденсаторного торможения. Эта схема рекомендуется
для четкой остановки электропривода. Подачу неизменного тока следует создавать в функции пути механизма. При сниженной частоте вращения момент динамического торможения значителен, что и обеспечивает резвое окончательное затормаживание мотора.

Эффективность такового двухступенчатого торможение видна из последующего примера.

При динамическом торможении мотора АЛ41-4 (1,7 кВт, 1440 об/мин) с наружным моментом инерции на валу, составляющим 22% момента инерции ротора, время торможения равно 0,6 с, а тормозной путь 11,5 оборота вала.

При совмещении конденсаторного и динамического торможения время и путь торможения сокращаются до 0,16 с и 1,6 оборота вала (емкость конденсаторов была принята равной 3,9 Сном).

В схеме рис. 2,6 осуществляется перекрытие режимов
с подачей неизменного тока до окончания процесса конденсаторного торможения. Для управления вторым шагом
служит реле напряжения РН.